Qualité de gravure partie 3 : le jitter

Introduction - Qu'est-ce que le jitter ?

Après avoir parlé des premiers tests de qualité (erreurs PI/PO et taux de transfert) et il est grand temps d'avancer un peu plus loin et de mettre les mains dans le cambouis en nous intéressant à cette drôle de chose que certains d'entre vous connaissent déjà pour l'avoir croisé dans les différents logiciels permettant de réaliser les scans de qualité de gravure, nous voulons parler du jitter. Nous allons donc voir tout d'abord ce qu'est le jitter, ensuite nous nous intéresserons aux mesures et à l'interprétation pour finir sur le cas des graveurs Plextor.

Le terme anglais « jitter » est traduit en français par « gigue », allons bon ! Ne vous inquiétez pas, nous n'allons pas vous emmener dans les techniques régionales des danses endiablées, cette traduction fait référence à ce que mesure le jitter.

Ce terme est utilisé dans d'autres domaines que la gravure pour désigner lors d'une transmission numérique le phénomène de fluctuation d'un signal, pour reprendre la définition de Wikipédia.

Nous connaissons les erreurs PI / PO ou C1/C2 qui nous renseignent sur les erreurs rencontrées par le lecteur lorsqu'il lit un disque. Ce taux d'erreur appellé aussi BLER - BLock Error Rate - compte les blocks de données erronés et nous informe lorsqu'il est élevé qu'il y a de fortes chances pour que des données soient illisibles. Très bien ! Mais alors comment cela peut-il arriver, comment des données peuvent-elles se retrouver erronées ?

Un block de donnée peut se retrouver illisible parce qu'au moins une information n'aura pas été lue correctement.

Notions de codage d'un disque

Comment une information peut être mal lue par le lecteur ? Nous devons ici expliquer sommairement le codage des données sur le disque pour bien comprendre le phénomène. Comme vous le savez si vous avez lu les articles précédents sur la qualité, sur un CD ou un DVD les données sont gravées selon une spirale qui part du centre (hub) du disque et qui s'enroule donc autour pour recouvrir toute la surface du disque.

Le laser de gravure agit sur une couche de colorant (dye) prise en sandwich entre une surface réfléchissante et un couche de polycarbonate. En fait, cette couche de colorant est sensible au laser qui déforme sa structure moléculaire, elle s'opacifie, le laser la brûle (d'ou la traduction de « gravure » en anglais par « burning »).

Le laser donc, selon qu'il brûle la couche de colorant ou non, écrit, code les informations qu'on lui demande de graver. Physiquement sur le disque les informations ne sont donc pas des 0 ou des 1 mais une succession de brûlures courtes ou longues, étallées le long de cette spirale dont nous parlions. Lors de la lecture, les brûlures opérées par la gravure (les « pits » ou encore « marks ») empêche le laser de traverser le dye et de se réfléchir sur la surface réfléchissante. L'alternance de zones brulées et de zones non bûlées (lands) permet une lecture de type binaire, de lire des 0 ou des 1. Voilà à quoi ressemble ces pits et lands :

Image : www.math.tu-berlin.de

Bien entendu l'organisation des pits et lands est bien établie, de façon à ce que l'information soit codée correctement. Le codage précis ici nous importe peu dans les détails aussi dirons nous seulement ce qui est pertinent pour notre propos. C'est la longueur des brûlures qui détermine, en partie, la valeur des informations. La taille occupée par un bit sur un disque correspond à une distance T parcourue par le laser à une vitesse de référence. Tout est donc normé et bien entendu ces valeurs sont différentes selon le support CD ou DVD.

Selon le protocole de codage des données, sur CD par exemple, la valeur la plus petite possible mesure 3T pendant que la plus grande mesure 11T. Pour les curieux, lorsque le laser passe d'un pit à un land ou d'un land un pit cela équivaut à un 1 si il ne rencontre pas de changement il s'agit de 0. En réalité, toute la lecture binaire s'organise autour de la reflexion du laser, si la reflexion change alors la valeur binaire prend la valeur 1, si elle est constante la valeur reste à 0. Voyez ci-dessous :

Image : MAM-E

Le codage des données étant donc calibré de cette façon (le T se mesure à l'ordre du micromètre), vous êtes en mesure de comprendre pourquoi, lors de la lecture, des changements, imposés par les exigences propres au codage, sont attendus à certains endroits.

Ce que mesure le jitter

Une information n'est pas lue correctement lorsqu'une longueur de pit ou de land n'a pas été convenablement reconnue, cela arrive quand un pit ou land apparaît à une place inattendue, mauvaise, comprenons en dehors des valeurs possibles déterminées par T. Il s'agit donc d'une erreur de timing, de synchronisation entre le codage attendu et ce que rencontre le laser de lecture sur le disque.

Dans le monde numérique le jitter s'intéresse uniquement aux transitions 0/1 et 1/0, donc aux endroits où le laser passe d'un pit à un land ou d'un land à un pit. Le jitter mesure le décallage entre ces transitions telles que le laser les rencontre sur le disque et telles qu'elle devraient se produire selon les normes imposées par la valeur T ou un signal d'horloge.

Les trois grandes causes de jitter :

• La variation aléatoire de la taille des pits : Tout ce qui peut provoquer une variation de la gravure des pits influence la valeur du jitter. Par exemple la variation de la puissance du laser de gravure ou, de manière plus générale tout ce qui introduit une variation à tous les niveaux de mastering et de réplication, on appelle cela le « process noise ». Malgré tous les efforts, il existera toujours une valeur pour le jitter à cause de la résolution limitée des têtes de lecture.
  
• L'influence des pits voisins sur une même piste : Lorsque le laser rencontre un pit très court, il arrive que la taille du laser de lecture empeche d'identifier clairement la fin du pit. C'est aussi valable avec les lands court. On appelle cela l'« inter-symbol interference ». C'est un problème qui n'est pas vraiment aléatoire mais lié aux normes des longeurs de pits et lands. C'est une variation qui s'aggrave à des vitesses d'enregistrement faibles, les pits étant plus rapprochés.
  
• Influence des pits sur les pistes adjacentes : Il arrive que le laser de lecture ne tombe pas précisément sur une piste et les pits de la piste adjacente interfèrent sur la lecture. Ce problème, très aléatoire, est plus important lorsqu'on utilise des vitesses d'enregistrement faibles.

Les mesures et valeurs du Jitter :

Il y a deux façons de mesurer le jitter, l'une est beaucoup plus précise que l'autre :

• Data to data : On surveille la longueur des pits eux-mêmes et la distance qui les sépare. On ne s'intéresse qu'aux données entre elles, d'où l'expression « data to data » (de donnée à donnée). C'était la méthode utilisée dans les standards du Red Book définissant les normes des CD Audio. La précision de cette méthode est complètement relative au lecteur utilisé pour réaliser la mesure.
  
• Data to clock : On utilise un signal d'horloge synchronisé avec chaque bord de pit et on surveille et compare les longueurs qui séparent chaque bord de pit avec les signaux d'horloge. Cette méthode est beaucoup plus précise.

Le jitter est une valeur parfaitement reconnue et fait partie intégrante des définitions des standards DVD. Les standards ECMA (dont nous donnons les liens dans notre article sur les erreurs PI / PO) imposent des valeurs de référence, celles-ci sont censées garantir la lisibilité, la compatibilité d'un DVD avec les lecteurs. Il se mesure en pourcentage selon les variations par rapport au signal d'horloge, notez que seul le régime « data to clock » semble retenu. On peut donc résumer sous ce tableau les valeurs maximales que devrait prendre le jitter pour répondre aux normes selon les différents formats :

Lorsque ces valeurs sont dépassées, des erreurs de lecture risquent d'apparaître. Il y aura donc d'autant plus de risque de voir des erreurs nombreuses que le jitter prendra des valeurs elevées.

Les valeurs du jitter dépendent d'une quantité de facteur (disque utilisé, graveur, lecteur...) et il est impossible de donner une recette qui dira telle valeur de jitter veut dire telle qualité de gravure de manière absolument catégorique. Cela varie d'un lecteur à l'autre. Mais sachant qu'une valeur élevée de jitter risque de provoquer des erreurs de lecture nous dirons qu'il faut que le jitter ait une valeur la plus basse possible.

D'une manière générale la plupart des disques montreront un jitter compris entre 7 et 12%. Avec des valeurs de 12% certains lecteurs montrent déjà des taux d'erreurs PI importants alors que d'autres non... Bref, une fois de plus pas de recette miracle, tout est relatif. On ne peut pas conclure grand chose en visualisant le jitter seul, il est nécessaire d'avoir une mesure PI pour comprendre l'influence du jitter sur le taux d'erreur. Un pic du jitter provoquera bien souvent un pic du taux d'erreurs PI / PO.

Le jitter est une mesure primordiale pour les professionnels du stockage optique, ils se doivent d'atteindre le jitter le bas possible. Pour nous utilisateurs, cela reste une mesure secondaire, mais importante, qui nous informe sur le pourquoi de la présence d'erreur sur un disque et donc explique d'éventuels problèmes de lecture.

Voyons maintenant comment nous, humbles utilisateurs, pouvons mesurer et interpréter le jitter avec nos graveur afin d'affiner notre compréhension de la qualité de gravure.

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