مع أنها بدأت بالانحسار نسبياً في الأعوام الأخيرة، لا شك بكون الأقراص الضوئية بمختلف أنواعها شكلت نقاط علامة مهمة في التاريخ التقني. حيث بدأ الأمر مع أقراص CD التي أحدثت قفزة كبرى في عالم النشر الموسيقي، وتبع الأمر أقراص DVD ولاحقاً Blu-ray.
حتى اليوم لا تزال أقراص CD القديمة قيد الاستخدام، وبالأخص للموسيقى. ومع أن الاعتماد عليها ينخفض تدريجياً، فالأرجح أننا لن نرى انقراض الأقراص الضوئي بشكل كامل حقاً. فهي لا تزال مهمة جداً اليوم، وتحديثاتها المتتالية تشير إلى أنها ستستمر بالتطور لتلبية حاجاتنا.
في هذا الموضوع سنشرح المبدأ الأساسي الذي تعمل وفقه الأقراص الضوئية، كما سنتناول الأجيال الثلاثة الأساسية: CD، DVD، Blu-ray والاختلافات والتطوير بينها. وأخيراً سنتناول مستقبلها الذي يبدو مستمراً على عكس توقع البعض.
تنويه: هذا المقال يتحدث عن الأقراص الضوئية الرقمية حصراً. لذا لا يشمل الشرح الأقراص التناظرية مثل LaserDisc.
المحتويات
كيف يعمل القرص الضوئي؟
الفكرة الأساسية من الأقراص الضوئية هي وجود مادة عاكسة للضوء كأساس، وضمن هذه المادة العاكسة هناك نقاط “محروقة” لا تعكس الضوء. لذا يتم إطلاق شعاع ضوئي باتجاه القرص، وفي حال انعكس يعطى قيمة 1 في النظام الثنائي، وفي حال لم ينعكس يعطى قيمة 0.
يتم قراءة كل من النقاط العاكسة والغير عاكسة من القرص على شكل خط واحد مستمر، حيث يلتف هذا الخط بشكل لولبي ليغطي القرص بأكمله. وكون الأقراص الضوئية تعتمد النظام الثنائي (النقاط عاكسة أو لا)، فهي أقراص رقمية بالكامل ومحتواها رقمي بالكامل.
للتمكن من قراءة القرص الضوئي، لا بد من وجود أداة مخصصة لهذه الغاية، حيث يجب أن تتضمن الأداة المكونات التالية على الأقل:
- محرك يقوم بتدوير القرص الضوئي بسرعات محددة.
- عدسة تقوم بتركيز شعاع ضوئي دقيق على القرص الضوئي لينعكس أو يتم امتصاصه.
- عدسة حساسة للضوء تحدد إن كانت النقطة قد عكست الضوء أم امتصته، وبناءً على القيم يتم تمييز الدخل الرقمي.
- محرك صغير يوجه رأس القراءة على مسار مستقيم بين طرف ومركز القرص الضوئي للتمكن من قراءة كامل المحتوى.
من حيث المبدأ تعد أجيال الأقراص الضوئية ومحركاتها متطابقة كمكونات، وعلى مدى الأجيال العديدة بقيت المحتويات الأساسية كما هي، بينما تم تغيير بعض التفاصيل فقط.
ما الفرق بين الأقراص الضوئية العادية والقابلة لإعادة الكتابة؟
كما يعرف الجميع فالاستخدام الأكثر شيوعاً للأقراص الضوئية هو التخزين الدائم. لذا عادة ما تكون الغالبية العظمى منه قابلة للكتابة عليها مرة وحيدة، ومن ثم قراءتها لمرات ومرات تالية.
لكن وبالنظر إلى المساحة الكبيرة للغاية للأقراص الضوئية، فقد جرت عدة محاولات لجعلها قابلة لإعادة الكتابة عليها. ولمدة من الزمن كان من الممكن استخدام أقراص CD-RW أو DVD-RAM مخصصة كما نستخدم الفلاشات اليوم في الواقع.
كان الأمر ممكناً في الواقع بتغيير المادة الحساسة للأقراص الضوئية، وبدلاً من مادة تحترق عند تعرضها لضوء ليزر قوي، كانت تلك الأقراص تصنع مع طبقة من سبائك معدنية مخصصة، وحسب شدة الليزر من الممكن تحويل النقاط لأن تكون عاكسة أو لا مراراً وتكراراً.
للأسف فقد كانت الأقراص الضوئية القابلة لإعادة الكتابة تعاني من مشاكل عدة، فقد كانت غالية أكثر وبطيئة نسبياً وذات حياة قصيرة كونها أكثر عرضة للتلف. بالنتيجة سرعان ما تم التخلي عن تلك الأقراص تماماً وباتت اليوم من الماضي.
اقرأ المزيد: وسائط التخزين الخارجي قبل سيطرة الفلاشات والأقراص الصلبة الخارجية
أسئلة وأجوبة سريعة
يتضمن القرص الضوئي نقاطاً عاكسة وأخرى عاتمة لا تعكس الضوء. يتم تسليط شعاع ليزر على القرص وقياس انعكاسه، وتفسر قيم الانعكاس أو عدمه كأعداد في نظام العد الثنائي (أفار وواحدات فقط)، وهذه البيانات هي اللغة التي تفهمها الآلة والتي تستخدم لتخزين أي نوع من الملفات.
الفرق الظاهري هو اللون والحجم، حيث أقراص CD تتسع لمساحة 700MB كحد أقصى، فيما أقراص DVD تتسع لـ 4.7GB وتصل حتى 17GB إن كانت متعددة الطبقات وعلى الوجهين. أخيراً أقراص Blu-ray تبدأ من 25GB وتصل حتى 128GB.
تستخدم هذه الأقراص أضواء ليزر بطول موجي مختلف، حيث أن الليزر الخاص بأقراص CD يمتلك أكبر طول موجي، بينما تحتاج أقراص Blu-ray لشعاع ليزر مع طول موجي أصغر لتنجح قراؤتها.
الجواب القصير لا، حيث أن أي ضرر يتجاوز خدوشاً بسيطة ووجود الغبار غير قابل للعكس أو الإصلاح بل أن القرص يعتبر تالفاً للأبد.
أحياناً يمكن إصلاح بعض الخدوش البسيطة باستخدام مواد مالئة من نوعية بوليمرات قريبة من تلك الخاصة بالقرص، لكن العملية تمتلك معدل نجاح قليل ولا تنفع مع أي أضرار على طبقة الكتابة ولا على التشققات والكسور.
الأجيال الأساسية من الأقراص الضوئية الرقمية
من حيث المبدأ، يعود تاريخ الأقراص الضوئية إلى وقت طويل للغاية، حيث ظهر أول نموذج لقرص يخزن المعلومات ضوئياً منذ القرن التاسع عشر. لاحقاً زالت الفكرة من التجارب، ولم تعد للظهور حتى نهاية السبعينيات مع أقراص LaserDisc.
هنا لن نتناول الإصدارات القديمة، بل سنحصر الحديث بالأجيال الرقمية من الأقراص الضوئية. وضمن هذه الأجيال سنتجاهل الأنواع غير المهمة كالنماذج الأولية، أو الأقراص التي سحبت سريعاً من التداول.
الجيل الأول: الأقراص المدمجة CD
ظهرت أقراص CD (اختصاراً لتسمية Compact Disc) للمرة الأولى عام 1982، وفي حينها كانت هذه الأقراص مصممة لتكون أداة لنشر الموسيقى الرقمية. وطوال السنوات الأولى من انتشار هذه الأقراص بقي استخدامها الأساسي هو الموسيقى فقط.
لقراءة أقراص CD عادة ما يستخدم الضوء تحت الأحمر بطول موجي 780nm. حيث يستخدم الشعاع بشدة منخفضة للقراءة، ويمكن استخدامه بشدة مرتفعة للكتابة أو “حرق” الأقراص. حيث أنه يقوم بحرق نقاط ضمن المادة العاكسة حرفياً.
مع الوقت أدرك مصنعو الحواسيب أهمية الأقراص المدمجة، حيث كانت تمتلك مساحة تخزين هائلة بمعايير ذلك الوقت: 650 حتى 700MB. أي أن قرصاً ضوئياً واحداً كان أكبر من كامل مساحة التخزين الداخلية لمعظم حواسيب الثمانينيات ومطلع التسعينيات.
بمرور الزمن تم استخدام أقراص CD للبيانات العامة المتنوعة كالبرامج والألعاب وسواها، وحتى أنها استخدمت للفيديو والأفلام، ولو أن الفيديو كان يمتلك دقة سيئة للغاية، وكانت معظم الأفلام تحتاج قرصين، وأحياناً ثلاثة لتتسع.
الجيل الثاني: الأقراص الرقمية المتنوعة DVD
بينما بدأت أقراص CD كأقراص موسيقى قبل أن تصبح متعددة الاستخدامات، بدأت أقراص DVD (اختصاراً لـ Digital Versatile Disc) عام 1996 كأقراص للأفلام بالدرجة الأولى، ومع الوقت باتت متاحة للعديد من الاستخدامات الأخرى.
الاختلاف الأساسي لأقراص DVD هو أنها تستخدم ضوء ليزر بطول موجي أصغر في الواقع (300-650nm)، بالتالي يمكن تركيز الضوء على نقاط أصغر بكثير، وبالنتيجة تخزين المزيد من البيانات، حيث أن قرص DVD القياسي يحتوي 4.7GB من البيانات.
بالإضافة لذلك، يمكن صنع أقراص DVD على الوجهين، فالصبغة الخاصة موجودة في منتصف القرص وليس على أحد طرفيه. بالنتيجة توجد أقراص مزدوجة الوجوه مع سعة تصل حتى 9.4GB.
وإن لم يكن ذلك كافياً حتى، فمن الممكن الكتابة على طبقتين مختلفتين في أقراص DVD المزدوجة. بالتالي يمكن كتابة 4 طبقات مختلفة من البيانات كحد أقصى، وهذا ما يسمح بسعات تخزين تصل حتى 17GB. بالمقابل، معظم الحواسيب التي صدرت قبل عام 200 كانت تمتلك أقر من 4GB من مساحة التخزين.
استخدمت أقراص DVD على نطاق واسع لكل شيء، ولا زالت منتشرة حتى اليوم في بعض الأسواق. ومع أن الاستخدامات المعتادة لهذه الأقراص قد زالت بمعظمها، فهي لا تزال مستخدمة في الأفلام اليوم، ولو أنها باتت الخيار الأقل تفضيلاً.
اقرأ المزيد: أنواع الأفلام وصيغها المختلفة على الإنترنت وكيف تعرف جودة الفيلم من اسم الملف فقط
الجيل الثالث: أقراص الشعاع الأزرق Blu-ray
كما أقراص DVD، أتت أقراص Blu-ray عام 2006 مع غاية أساسية: عرض الأفلام، لكن هذه المرة مع دعم للدقة العالية (HD) وهذا ما كان يحتاج للكثير من المساحة التخزينية.
كما الاسم، تستخدم أقراص Blu-ray شعاعاً ذا لون أزرق إلى بنفسجي بطول موجي بين 195-405nm. بالنتيجة تستطيع أقراص Blu-ray تضمين مساحات هائلة، فالأقراص وحيدة الطبقة تمتلك سعة 25GB، وبزيادة الطبقات من الممكن الوصول حتى أقراص بسعة 128GB.
بالإضافة للأفلام المدعومة حتى دقة 4K UHD، كان الاستخدام الثاني الأساسي لأقراص Blu-ray هو الألعاب، فهي الأقراص المستخدمة في مشغل PS3، ولاحقاً باتت الطريقة الموحدة في مشغلي PS4 وXbox One.
على عكس الأجيال السابقة من الأقراص، لم تشهد أقراص Blu-ray انتشاراً خارج مجالاتها الأساسية، وحتى اليوم من الصعب أن تجد حاسوباً مع سواقة تدعمها، بل أن الحواسيب باتت بمعظمها مع سواقات DVD، أو دون سواقات أصلاً.
اقرأ المزيد: كيف يعمل الفيديو ثلاثي الأبعاد (3D)؟ كيف يتم عرضه ولماذا يحتاج إلى نظارات لعرضه؟
الجيل الرابع: تجارب فقط حتى الآن
مع أن أقراص Blu-ray قد باتت مسنة اليوم، حيث مضى على صدورها 14 عاماً، لم نشهد حتى اليوم شكلاً واضحاً للجيل الرابع من الأقراص الضوئية. حيث أن النوع الوحيد من الأقراص المتاحة من الجيل الرابع هي “الأقراص الأرشيفية”، ولا تعد مستخدمة أو موجهة للعامة.
بالنسبة للأقراص الأرشيفية (Archival Disc)، فهي تأتي بخيارات تخزين كبرى تصل حتى 1TB، وهي موجهة لغاية أساسية فقط: الأرشفة وحفظ البيانات المهمة بأكثر الطرق أماناً. حيث صممت الأقراص لتقاوم عوامل الطبيعة المعتادة كالرطوبة وتقلبات الحرارة، ويفترض أن تتمكن من النجاة حتى 50 عاماً.
حالياً من غير الواضح إن كنا سنشهد أقراص ضوئية جديدة للمستخدمين أصلاً، فالاتجاه اليوم هو البث وفقط البث، بينما فكرة الأقراص الفيزيائية باتت منفرة للكثيرين وقريبة من نهاية عصرها ربما.
ماذا يحمل المستقبل للأقراص الضوئية؟
عبر السنوات الأخيرة، بات من الواضح أن سوق الأقراص الضوئية الموجهة للمستخدمين لم يعد في فترة ازدهاره حقاً. بل أن الأدلة تشير وبقوة إلى انهيار شبه كامل لمختلف مكونات السوق الرئيسية.
بالطبع من المنطقي كون أقراص CD فقدت الكثير من سوقها، لكن كونها تقلصت لأقل من 3% من حجمها الأقصى علامة مقلقة للسوق، وأقراص DVD ليست أفضل حالاً، حيث أنها خسرت أكثر من 86% من مبيعاتها منذ عام 2011، وكل عام يتسرع الموت الذي لا مفر منه للمجال.
في حال كانت هذه الخسارات لصالح أقراص ضوئية أحدث مثل Blu-ray، لكان الأمر طبيعياً. لكن في الواقع لا يوجد أي نمو في مبيعات أقراص Blu-ray، ومع أنها تخسر مبيعاتها بشكل أبطأ من الأقراص الأخرى، فلا شك بأنها هي الأخرى متجهة للانقراض، ولو بعد حين.
سبب هذا الانحسار السريع لسوق الأقراص الضوئية ليس آتياً من عبث بالطبع، بل أنه نتيجة منطقية تماماً مع ازدهار خدمات البث على الإنترنت.
مع الوقت سيصبح البث على الإنترنت هو الطريقة الوحيدة المستخدمة للمشاهدة، بينما ستختفي الأقراص الضوئية كما أشرطة VHS والعديد من التقنيات القديمة.
