HD DVD与蓝光DVD产品技术分析

higundamz

随着信息时代的演进和发展，存储介质需具备更高的记录密度和容量才能满足信息存储的需求。比起以往使用VHS的磁带方式，光存储媒体更能确保信息的完整性、存储时间及具有任意读取功能。由于传统光盘的记录密度受限于读出光斑大小，即光学的衍射极限（diffraction limit）0.61l/NA（l：激光波长， NA：物镜的数值孔径，即Numerical Aperture）的限制。所以传统光盘技术要提高记录密度，最直接的办法就是使用短波长激光或提高物镜的数值孔径使光斑面积缩小，例如从CD（780nm，NA：0.45）提升至DVD（650nm，NA：0.6），乃至到现如今的蓝光光盘（405nm，NA：0.85）和HD DVD（405nm，NA：0.65）。在这些变迁中，相关厂商采用的办法概莫能外。

HD DVD基本规格

目前在DVD Forum组织下，由Toshiba和NEC等公司所主导并支持的蓝色激光光盘规格有别于Sony主导的“Blu -ray Disc”规格，这就是我们大家熟悉的HD DVD。HD DVD采用了更容易与现行DVD保持兼容性、NA为0.65的物镜，其光盘结构与目前的DVD相同，由2层厚度为0.6mm的基版胶合而成。


HD DVD除了比较容易与当前的DVD保持兼容外，另外Toshiba认为具有与现行DVD相同结构的“0.6mm方式”还具有下列优点：对于生产企业来说，HD DVD可以继续使用现有DVD工厂的生产设备，从而具有较低的生产成本。另外，HD DVD光盘与物镜具有较大的工作距离，因此不需要光盘盘盒，这样也就降低了光盘成本，并且比较容易作为可携带式电子产品上的存储装置。不过从另一方面来看，它也有少许的缺点，譬如：光盘的容许倾斜（Tilt）角度较小，如果切向偏差从DVD的0.3度缩小成0.2 度，为了控制由光盘弯曲和扭曲造成的倾斜角，就需要有倾斜伺服装置等。相对蓝光对倾斜角的容许量较大，因此不需要倾斜伺服。但是蓝光容易出现由厚度误差引起的球面像差，因此就必须加入补偿装置或者保护层厚度变化只容许3μm的误差。当然Toshiba也对0.1 mm保护层规格进行了两年时间的研究，最终在权衡这两种规格的优缺点之后，决定首先推广0.6 mm规格。

目前由Toshiba和NEC所主导的HD DVD光盘，有RW（可写）与ROM（只读）规格，其详细规格如表1所示。RW光盘容量为20GB，其中包含了三种提高容量的关键技术：为了提高记录容量，HD DVD使用了部分响应最大相似性技术（Partial Response Maximum Likelihood，即PRML）的处理方法、沟岸并写（Land/groove recording）的记录方式，用以增加记录空间及Low to high的记录媒体。使用PRML有别于蓝光所采用Limited EQ，将可更有效地检测更小的记录点，使得大幅度提升记录密度与容量成为可能。HD DVD采用的记录光盘是一种写前信号低于写后信号强度的新型记录方法，而此种方法将能够有效地降低轨道与轨道间的交叉擦除，进而可缩小轨道间距，并且可以使用沟岸并写的方式来提升记录容量。关于其存储容量，目前是这样：单层15GB、双层30GB。容量方面虽然与蓝光单层25GB、双层50GB的容量比起来要小一些，但是从理论上来说单面双层的30GB容量也能满足影视业者以及其他用户的需求。不过，HD DVD一方虽然一再表示目前的容量已经能够满足用户的需求，但是却又不声不响地在去年推出了Triple Layer HD DVD规范，即拥有三个记录层的HD DVD，其容量可以达到15×3＝45GB，已然逼近了双层BD-ROM标准50GB的容量，尽管蓝光一方对其表现出不屑一顾的态度，但它的出现仍是引起了业界的关注。

在著作权保护方面，HD DVD使用了与蓝光DVD一样的AACS（Advanced Access Content System，高级存取内容系统）技术，它是由 IBM、英特尔、微软、松下、Sony、东芝、迪士尼、华纳等信息、家电与好莱坞影业大厂所联合制订的著作权保护技术。这一技术本应该是2005年10月定案，11月开始发放授权码。不过由于延误，AACS直到12月下旬方正式定案，同时由于最终确认了关于高分辨率影像模拟输出的限制以及区域码等悬而未决的项目，这也使得蓝光DVD与HD DVD两标准的规格得以论定，从而进入实际量产上市的阶段。
蓝光DVD基本规格


蓝光DVD的基本规格如表2所示。由于要实现超大记录容量的目的，因此蓝光DVD就在结构上比目前的CD或DVD有了更大的变化：我们现在使用的DVD是由两片厚0.6 mm的基板胶合而成，蓝光DVD则是由单片厚1.1 mm的记录面覆盖0.1mm的透明保护层（Cover layer）所构成。0.1mm的透明保护层是PHILIPS与SONY所共同提议，为了配合该系统使用NA为0.85物镜读写信号，蓝光DVD激光波长由DVD的650nm减少为405nm，NA值则从0.6提高至0.85，以便有效缩小光斑大小，不过物镜之NA值愈高，光轴与光盘记录面的倾斜角容许范围（Tilt margin）也就变得愈小，其倾斜角容许范围正比于 l/（t）（NA）3，也就是与光波长成正比；与光盘厚度及物镜NA三次方成反比。当NA为0.85时，为了使有较大的光盘倾斜角容许范围，只好降低保护层厚度，以获得更宽松的可容许范围。

有关光盘结构虽然曾经出现数种类似的提案，但是基于新型光盘与目前的CD、DVD互换性优先原则，以及折衷案0.3——0.4 mm光盘的胶合方式，却无法有效确保倾斜角的容许范围与大记录容量两者同时并存之考量，因此蓝光最后决定采用0.1mm 的保护层。采用0.1mm厚度保护层，虽然具有许多优点，但是必须首先克服下面的三个问题：

（1） 如何确保保护层厚度的均匀性。

（2） 如何防止光盘与物镜发生干涉。

（3） 如何确保与CD或DVD的兼容性。

关于上面第（1）项，当保护层的厚度不均匀，就会产生球面像差进而造成信号品质急速恶化，因此蓝光DVD规格对厚度的容许范围只有3μm。制作保护层的方法大体有两种，一种是薄膜胶合法，另一种是旋转涂膜法。前者制作所得到的膜厚度均匀，但是材料成本较高，而且工艺也比较复杂；后者较之前者工艺简单，并且成本也低一些，但是其缺点也显而易见，就是膜厚度不太均匀。不过，这两种方法也有着很大的改善空间，一些厂商都不遗余力地进行着改进工作。譬如TDK将薄膜胶合法加以改良后，使得其膜厚度的误差可以控制在1.5μm以内。此外利用吸收及补正膜厚度误差也可以获得良好效果，利用光路液晶补偿组件也能够有效控制膜厚度误差及其均匀性。

关于上面第（2）项，蓝光DVD光盘与读写镜片的工作距离（Working Distance，WD）只有0.1mm。一般NA为0.85的读写镜片通常是由两片非球面镜片所构成，数值孔径越大就表示所吸纳的入射光源越多，在通过物镜多层玻璃后，要克服光干涉问题并维持读取头正常运作并不是一件容易的事情。例如，Sony虽然开发出了由两片非球面镜片所构成的物镜结构，但是该读取头的工作距离只有0.1mm，这样的话光盘在转动中如果稍有偏移，将会直接刮伤读取头；如果要让工作距离加大，那么镜片组合的精度要求就会越高。有鉴于此，由 Hitachi、LG、JVC等厂商联合开发出的单镜片技术，则宣称可将WD提升到0.5——0.7mm，算是比较合理的解决方案，且亦无镜片组合精度的困扰。此外有关镜片变形或慧差、球面像差等问题，则可由镜片注塑成形时，将模具定位精度控制在几个μm以下即可获得解决。

一般DVD镜片误差为10μm，相较之下蓝光DVD的镜片误差则低于1μm。换言之，单镜片的实用化对光盘兼容性也有很大的助益，例如单镜片读写头与NA转换用光学滤波器组合后，便可读取DVD与CD光盘。

关于上面第（3）项，由于蓝光DVD几乎延袭了以往光盘的轨道结构，并在其上加入了新的构想，因此不需改变轨道间距就可以满足擦写23.3、25、27GB三种不同容量光盘的目的，也就是说生产厂商只需要规范振幅与抖晃等信号品质就可以满足光盘互换的规定。另外为了保持与DVD及CD兼容性，厂商也可以考虑在其中搭配双光学读写头，这样就可以读取DVD及CD光盘。至于制定三种光盘容量的用意，则主要是让各公司依照自身的技术能力选择不同容量进行制作，这也是可以和其他厂商的产品区分开来的产品差异化的一个表征。
其他规范

其实蓝色激光DVD并不是只有以上两种大家都已经非常熟悉的规格，我国台湾省工研院光电所就曾在2002年11月发表了全球第三套蓝色激光DVD规格。光电所的提案是基于我国台湾省27家光存储业者联名支持的“前瞻光存储联盟”。当时光电所同时发表了两套规格，分别和蓝光与HD DVD的提案相似，并推出了只读型光盘，强调数字影像处理与数字内容防拷技术上有较佳表现，期望能争取数字内容供货商（主要就是唱片业和好莱坞方面）的支持，不过其光驱的关键零部件，譬如激光二极管、光学读取头物镜等，都仍须向日系厂商采购。曾经有人认为，如果光电所的版本能更进一步取得海峡两岸业者的共同支持，那么将会使海峡两岸业者都获得量产低价光存储产品的能力，同时也极有可能在包括东南亚在内的广大华人市场获得认可和发展，这会促进光电所的提案能成为正式标准之一，将能有效减轻海峡两岸业者的权利金压力，克服自CD、DVD时代便一直延续至今的权利金问题（大家没有忘记我国一些DVD制造企业的遭遇吧）。遗憾的是，这一幕始终未能上演。

另外，Plasmon也曾经在2003年提出UDO（Ultra Density Optical，超密度光学）的蓝色激光光盘规范，其主要规格是：使用蓝光光源，其物镜NA值为0.7，光盘大小为5.25英寸，双面记录并且需要盘盒，就像在印刷业广为使用的MO磁光盘一样，而其规划到2007年将采用NA为0.85的系统，容量则将高达120 GB。随着HD DVD和蓝光DVD在今年的正式商用，也许Plasmon的规范也将渐渐归于沉寂……

IsaacZ

现在一说起比DVD更高的光盘规格，好像会想到蓝光。

higundamz

因为现在蓝光占领了主要市场，微软HD大势已去，我只记得几年前，微软用X360来普及HD 而sony就用PS3来普及BD，怎么都没想到索尼游戏机卖得一塌糊涂，蓝光的普及倒是很顺利