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    隨著計算機技術的發展,人們對於資料儲存的要求也越來越高。目前的CD-R/RW由於容量的限制已經不能滿足多數使用者的需要了。雖然基於DVD的燒錄技術早在上個世紀就已研發出來,但當時市場對於大容量的光儲存裝置的需求並不非常迫切。目前,索尼、先鋒、理光、松下等多家廠商都推出了普及形DVD燒錄機,很多朋友都希望瞭解DVD燒錄機相關的技術。市面上各種各樣的DVD燒錄機/DVD燒錄盤都有哪些特點,DVD±RW中的加號和減號是什麼意思?在這篇文章中我們就來探討一下基於DVD的燒錄技術。

    DVD燒錄機的一些名詞解釋

    DVD+R DL:雙層光碟的名稱為“DVD+R DL”(DVD+RW double layer),容量為8.5GB,將在本月向聯盟成員和授權公司釋出詳細說明書。由於採用雙層記錄後,光頭的功率將要提高,所以燒錄速度將達不到現在DVD+R的8X,而現在只能以2.4X燒錄,年內將達到4X。DVD+R DL現在還不能支援多次燒錄,只能一次把8.5GB全部刻完,不足的時候就燒錄偽資料補滿8.5GB。DVD+R DL還有8cm規格,除了容量只有2.66GB外,其他和標準DVD+R DL碟片一樣。

    DVD-R:是一種類似CD-R的一次寫入性介質,對於記錄存檔資料是相當理想的介制;DVD-R盤可以在標準的DVD-ROM驅動器上播放。 DVD-R的單面容量為3.95GB,約為CD-R容量的6倍,雙面盤的容量還要加倍,這種盤使用一層有機燃料燒錄,因此降低了材料成本。

    DVD-R/+R:是隻能寫入一次的DVD,DVD-RW/+RW:是能多次寫入的DVD。DVD-R/-RW光碟及DVD+R/+RW光碟的(+)及(-)區別是介質的不同。

    DVD-RAM:光碟可以擦寫10萬次以上(DVD±RW標準只可以擦寫1000次左右),它同時有較快的寫入速度和隨機存取速度。從這些優勢來看,DVD燒錄機如果採用DVD-RAM標準,無疑是最為方便的,況且DVD-RAM光碟可擦寫的耐用性較好,而且價格便宜。

    DVD的格式目前的可錄式DVD包括以下五種版本:DVD-R通用形DVD-R創作形DVD-RAMDVD-RWDVD+RW

    所有的可以用來刻錄的DVD格式都有一套特定的規範說明,它定義了材料的物理結構和特性。這一層可以說是媒介的“物理層”,無論在碟片上儲存了何種型別的資訊資料,只要使用者所使用的播放機或驅動器能夠支援該種碟片的物理層,就可以讀寫該碟片上的資訊。至於碟片中內容的定義規範,絕大部分都屬於“應用層”的範疇,這些都由DVD論壇來定義。例如,電影複製的複製則屬於DVD-ROM範疇(物理層);影視創作人員所使用的DVD則是DVD-Video格式(應用層)。

    DVD-Video從本質上講是一種出版物的格式,它特意使用了一次性的加工過程。儘管如此,DVD錄影機也可以使用其他的應用層資料,如DVD-VR(VideoRecording)格式。這種格式的碟片是專門用於DVD錄影機的。為了替代老式的磁帶式錄影機,DVD論壇提出了這一標準。使用者可以像使用錄影帶一樣,在一張盤中的任何時間段內插入影音片斷。試圖在一張燒錄碟片的應用層中使用DVD-Video似乎有些困難和費時,因為在碟片上追蹤和修復一些意想不到的錯誤是相當困難的。而DVD-VR就比較靈活一些,它可以自動選擇碟片上的空白區域,使用虛擬目錄來記錄檔案的地址資訊等。

    幾乎所有的DVD燒錄機都能讀取DVD-ROM碟片,但每種DVD燒錄機能夠使用的DVD燒錄碟片卻大不相同。第一張DVD-R碟片誕生於1997年,它僅可以一次性寫入資料。此後人們將DVD-RAM,DVD-RW,DVD+RW那樣可以反覆擦寫的DVD碟片稱作複寫式DVD碟片。

    在1998年的夏天,DVD燒錄市場中首先出現了DVD-RAM。在計算機領域中,它是最適合反覆擦寫的一種DVD燒錄格式。它具有先進的錯誤管理機能與CLV的鐳射頭讀取模式。它在一些需要海量備份的領域中得到了廣泛的應用。由於錯誤管理、反射效率、抖動頻率等不同,所以它並不相容大多數DVD播放器和驅動器。

    DVD-RW和DVD+RW這兩種格式非常類似,他們都是在原有的CD-R/RW技術上發展演變而來的,因此他們會非常好地相容現有的CD/DVD家用產品。1999年第一款DVD-RW產品在日本出現,但直到2001年才在歐美上市。DVD+RW卻沒有這麼順利,在設計的過程中幾經波折,最終面世是在2001年底。

    儘管DVD-RAM有3年的時間搶佔市場,而且它的技術應用已經相當成熟。但是這並不意味著它就是這場DVD燒錄格式之爭的勝利者,它並沒有抓住這非常有利的先機。效能卓越的DVD+RW驅動器在DVD-R與CD-R/RW的寫入方面都要優於DVD-RW的驅動器,而DVD-RAM在寫入速度方面相對於以上2款驅動器要遜色不少。事實上DVD-RW與DVD+RW極為類似,這很難讓人理解為什麼市場上會有2個成功的DVD燒錄格式。確切地說,這是由於DVD格式制定過程中各大公司爭風吃醋的結果。DVD-RW是DVD論壇制定的標準,其中索尼、菲利普等幾大公司都是論壇的成員,但DVD論壇制定的DVD-RW標準對於索尼菲利普等幾家大公司來說並沒有討到多少便宜。為此索尼率領多家公司在DVD-RW的基礎上,推陳出新研發了DVD+RW標準。DVD論壇可以說是業界正統的老大,眾多廠家都要俯首稱臣;而索尼、菲利普聯盟在業界也有相當大的影響力,因此誰人都要給幾分面子,因此在目前的DVD市場中出現了多種DVD燒錄格式。

    DVD-R類似於CD-R的概念,DVD-R(DVD-Recordable)是一種能儲存圖形影象、音訊影片、多媒體程式等任意型別的二進位制資訊,也可根據記錄的資訊的型別劃分碟片。DVD-R碟片事實上可以相容任何DVD播放器和驅動器,如DVD-ROM驅動器和DVD錄影機。早期的DVD-R對於DVD-ROM內容開發商來說有著重大的意義,軟體開發人員需要一種簡單而且廉價的方式在正是版本大批次生產以前測試他們的產品。

    歷史上第一張DVD-R誕生於1997年秋,這種早期的DVD-R的容量為3.95GB。在這以後,單層單面的DVD-R的容量提升到了4.7GB。此後的DVD格式開始支援雙層單面,容量也提升到了9.4GB。資料能夠以“1×”的速率寫入DVD-R碟片內,這大約相當於11.08Mbit/s,大約是9×的CD-ROM的讀取速率。而DVD-R的讀取時的速率基本上和普通的DVD碟片沒有什麼分別,最終還是要看DVD-ROM驅動器自身的讀取能力。

    DVD-R像CD-R一樣也使用了CLV(ConstantLinearVelocity,恆定線速)模式,最大儲存密度是在光碟的最外圍。這樣使得光碟在進行讀寫操作時,馬達每分鐘的轉數都不盡相同。在燒錄時,鐳射頭是由裡向外進行刻錄的,當以“1×”的速度進行燒錄時,3.95GB的DVD-R內圈到外圈光碟的旋轉週數為1623周~632周,4.7GB的DVD-R為1475周~575周。DVD-R的軌道(track)是以螺旋行由中心向外盤繞而成的。容量為3.95GB的碟片,它的軌道間距或說臨近的兩條螺旋的間距為0.8微米。4.7GB容量的碟片軌道間距為0.74微米。(如圖1)

    要想達到普通CD-R的6~7倍的儲存容量,僅僅減小相鄰軌道的間距是遠遠不夠的。在燒錄機本身也要作一些相應的硬體改動,其中最關鍵的就是燒錄鐳射的波長和鏡頭聚焦所燒錄的孔洞的密度。在CD-R中使用的紅外鐳射的波長是780nm,而在DVD-R中使用的紅外鐳射只有635nm。普通的CD-R驅動器物鏡的焦距為0.5倍,DVD-R燒錄機所使用的物鏡焦距有0.6倍。DVD-R碟片中每個燒錄孔洞的間距為0.40微米,相比之下CD-R孔洞的間距為0.834微米。

    以下這張表格說明DVD-R與CD-R在燒錄的硬體規格上的不同。(表1)

    當對DVD-R進行燒錄時,紅色鐳射聚焦在碟片上的染料層,使上面的化學物質發生改變,留下永久的“燒錄”痕跡。底層的盤基是一種潔淨的聚碳酸脂,透過旋轉碟片的方式將染料均勻的塗抹在聚碳酸脂的表面。盤基也是鑄造而成的,並且上面有很多精細的螺旋形凹槽軌道。在刻錄過程中,這些凹槽會起到引導鐳射束定位的作用,在燒錄之後這些凹槽也用來儲存刻錄的資訊,這些突起和凹槽也可以用來輔助定址。一層薄薄的金屬層粘在資料記錄層上,這樣在使用鐳射進行讀取操作時,記錄層就能夠反射出鐳射訊號了。最後在金屬層的上面還粘連有一個保護層,用來保護碟片的資料。層的分佈(圖2)

    下一步是將所有的層粘合在一起,形成一個完整DVD-R碟片。如果記錄資料的一面有特殊的要求那麼另一面可以加上一些可見的標籤;如果兩邊都需要記錄資料,那麼就將兩張DVD-R碟片背靠背的粘合在一起,這樣就形成一張雙面單層的D9燒錄盤。(如圖3)這種情況下你只能一次讀取一邊的資料,若你要讀取或燒錄另一面只好把DVD燒錄盤番個面。目前幾乎沒有出現雙面的讀取裝置。

    在對碟片進行刻錄的位置上,裸露的記錄層表面會瞬間遭受一股強大的鐳射束的照射,鐳射功率大約有8~10毫瓦。此時染料層受熱,光滑平整的表面將留下永久性的灼熱後的燒錄凹槽(pre-groove)。鐳射頭的控制晶片控制著鐳射的功率,從而也就能夠按照刻錄的要求將資料表示為斷斷續續的凹槽。資料層所示用材料的光敏性要儘量的遲鈍,這樣光碟中的資料就不會在日光或者回放讀取鐳射的照射下發生改變。

    在回放讀取DVD-R時所採用的都是低功率的鐳射,一般照射在碟片表面的鐳射波長都在635~650奈米。照射在碟片上一條條的突起(land),它上面有許多燒錄過的凹坑。這些凹坑在鐳射照射時就會把光線反射到光頭中。這些微弱的反射光被轉化成電訊號,經過驅動器中邏輯晶片的處理就可以還原成最初的燒錄時的數字訊號了。

    無論是DVD燒錄機還是一般的DVD-ROM,他們都必須能夠識別燒錄碟片上的3個最重要的區域:匯入區、使用者資料區、匯出區。匯入區與匯出區都是用來劃分使用者資料區域的界限,這些資訊不會對使用者所儲存的資料造成影響,但這些資訊對於驅動器的讀取過程是至關重要的。這些基本的燒錄與讀取過程與CD-R技術非常類似。

    對於一張DVD-R碟片來說有兩種燒錄模式:一次性寫入(disc-at-once)和追加寫入(incrementalwriting)

    顧名思義,一次性寫入就是使用者將所要備份的資料一次性的寫入4.7GB的DVD-R碟片內。本機電腦在刻錄的過程中必須能夠提供至少11.08Mbit/s的資料吞吐量,這不僅指的是DVD驅動器的燒錄速度,還有硬碟等電腦其他子系統的資料吞吐量,否則就會發生緩衝區溢位的錯誤,使刻錄過程失敗,這很有可能使DVD-R碟片報廢。為此,一般的DVD燒錄機都配備了較大容量的快取。當一次性寫入完成後,匯入區、使用者資料區、匯出區的資料都一次性的燒錄完成。但是這同典型CD-R碟片的燒錄方式卻有所不同。DVD-R燒錄時是先寫入使用者資料區,隨後才燒錄匯入區與匯出區的內容。一般來說,一次性燒錄通常歸屬於那些影片創作人員,因為他們往往需要備份很多大型的影片檔案。它也可能用於多媒體或其他軟體出版商,這些專業人員可以在正式大規模複製成品光碟前預覽整個程式。

    DVD-R格式中也支援追加寫入技術。這是一種類似於CD-R中的封裝寫入(packetwriting)的技術。追加寫入允許使用者向已經燒錄好的DVD-R碟片中追加檔案,同時會更換上一次刻錄的目錄檔案。追加的最小檔案尺寸是32kB,如果不足32kB這個檔案也會佔用DVD-R上32kB的空間。這是因為DVD中最小的糾錯程式碼(ECC)的尺寸為32kB。追加寫入後的DVD-R碟片是無法顯示容量的,除非你將碟片向CD-R那樣封口。直到最終碟片封口不然匯入與匯出區域是沒有分解線的,並且一般的DVD-ROM也無法讀取此碟片的內容。一旦碟片封口,即使有足夠的剩餘空間也無法往盤內追加寫入資料了。

    在1999年後,DVD-R技術鋒芒畢露,但驅動器的價格昂貴,一臺DVD燒錄機的價格將近一臺DVD-ROM的價格的10倍。在1999年中期出現的DVD-ROM驅動器也已經可以讀取DVD-RAM的碟片了,這使得大容量和可長久儲存的資訊載體不再是一種夢想,這種媒體的平均壽命是100年。忽如一陣春風吹過,這是各種政府機關檔案備份和儲存數字化最好的解決方案。DVD碟片不僅在尺寸上與CD盤一樣,而且驅動器可以相容現有的CD碟片。硬體廠商也不必為新的DVD驅動器而重新設計機械結構,就可以輕鬆改造。DVD燒錄技術還被廣泛的應用於網路磁碟的輔助備份方案。

    DVD論壇最終在2000年5月推出了2.0版本的DVD-R,將儲存的容量提升到了4.7GB,在各種需要海量儲存的領域被廣泛使用,同時也迫使DVD-R分成了創作形(Authoring)和通用形(General)2種版本。

    創作形DVD-R主要是面向於專業的創作人員市場,這種光碟最顯著的特點是支援CMF檔案。在複製碟片的過程中,4.7GB的創作形DVD-R允許使用者直接轉換線性數字影片母帶(DLT)上的原版資訊。它使用碟片上的一部分匯入區的開頭部分儲存碟片的描述協議。這2種碟片物理上使用了不同波長的燒錄鐳射,創作形為635nm,通用形為650nm。這2種碟片都對應專門的燒錄機,但是最終燒錄好的碟片都可以在DVD-ROM驅動器上讀取。

    由於市場的作用,通用形的DVD-R碟片並不是按照DVD論壇最初的設計。它開始支援內容保護技術(CCS),這種技術可以從物理級別上杜絕從bit到bit的非法複製,並且市面上通用形的碟片還有類似雙面單層的D10燒錄碟片的產品

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