要点

　　*  新颖独特的功能是CD 光盘厂家未来成功的最佳机会。

　　*  DVD+ 光盘和 DVD- 光盘各自的支持者继续争论下去，但多亏格式灵活的驱动器越来越使这场争论成为过眼云烟。

　　*  一些下一代高清晰度视频建议部分地保留当今的红色激光 DVD 基础结构。

　　*  要大幅提升光盘的存储容量，就要改用基于蓝色激光的系统。

　　本文的发表表示对许多事件周年的纪念：20年（零几个月）前，索尼公司继前一年秋天在欧洲和日本发布了 CD 光盘后，也在美国揭开了CD光盘的面纱。飞利浦公司和索尼公司在 1979 年开始了 CD光盘的开发工作，他们的技术可以追溯到荷兰物理学家 Klass Compaan 在1969年就提出的构想。Reed-Solomon EDAC 方案早在 1960 年就首次发表了，它是所有现代光存储技术的先驱。

　　作者好像模糊地记得 CD 光盘的早期岁月，第一代播放机和刻录机的价格均在数千美元以上，以及至今仍然争论不休的音频 CD光盘与 LP 光盘孰优孰劣的辩论。我们更清晰记得DVD（数字通用光盘）的早期情况和最后导致 DVD 视频格式诞生的漫长而曲折的标准化过程。由于这一段曲折的、早期产品价格昂贵的发展历程记忆犹新，前不久作者走进一家商店时，却吃惊地发现，一个全功能的 DVD 视频播放机加上调频/调幅调谐器和六声道功放（总功率达 150 W），再加上六只配套的音箱，其售价总共才99 美元。就在最近，DVD 光盘的出租数量首次超过了 VHS 录像带。一般周日的报纸上都会有促销广告，宣传不到 20 美元的 52×24×52 CD 刻录机，还有不到 200 美元的支持多格式的 DVD 刻录机等。

　　看到 CD光盘 和其后继者 DVD 光盘近年来的巨大成功，你也许很难相信在光存储技术发展的初期，竟然有大量的反对者并曾预言其前途黯淡。过去20年的事实与这些怀疑论者的预言正好相反，很多公司在光存储领域大发其财。得益于光存储技术的公司有驱动器和媒介制造商、其产品集成有这些驱动器并使用这种媒介的系统供应商以及其专利构成光存储基础的技术开发商等(图 1)。然而，光存储技术的成功并没有减少争论；作者本人不相信技术行业中有某个技术领域受到过更多格式与标准大战的如此烦扰。各家都渴望自己的格式能大量使用，进而获得可观的专利使用费收入，这无疑也为那些纷争火上浇油。

　　重温过去

　　把 CD 技术和"过去"一词联系在一起似乎有点奇怪，因为CD 在现代社会中无所不在，但是，行业创新的重点显然已转移到了后续的 DVD 上。唱片公司急切地要把消费者从容易复制和翻录的音频 CD 吸引到有防复制功能的 DVD 音频光盘、SACD（超级音频 CD）以及音乐下载服务上来。如今已经进入 100 GB 以上硬盘和数小时带各种特色的高清晰度环绕声电影的时代，700 MB 的存储容量对许多应用来说是远远不够的。即使假设只有很少的购买者会记得填写折扣单获取折扣，也很难想象能靠 20 美元的 CD 刻录机和 5 美元 100 片的 CD-R 来实现很高的利润率。

　　那些仍然积极从事 CD 录音和重播领域的厂家们正在尝试让其产品在性能、密度和超集功能等基本方面标新立异。还记得第一代单速 CD-ROM 和 CD-R 驱动器的人们看到最新的产品时，都不免会有一丝感叹。但是，由于技术和业务两方面的原因，52倍速读写速度的 CD 技术可能已经走到其性能发展的尽头，也就是说，它在经济上的回报已经不足对它进一步投资了。除了这一速度阈值外，业界也严密地关注高速旋转的碟片可能在驱动器中自毁的问题。一旦出现这种情况，不但存储的数据毁于一旦，还将对驱动器甚至用户造成严重伤害。为了能可靠地达到这些速度，各个厂家在光驱上使用了一些奇特的方法，如 Plextor 公司用表面粗糙的黑色托盘，该公司声称这样的托盘可以更好地吸收散射的激光。但实际上，倍速的持续增加给读写性能带来的提高越来越少。为了理解其中原因，需要更多地了解计算机 CD 驱动器的工作原理。

图 1 

      工业分析家们预测：随着 DVD 录像机价格的下降，消费者将用它来代替 DVD 播放机和传统录像机，DVD 录像机和光盘的销售量将急剧上升（由 In-Stat/MDR 公司提供）。

　　早期的 CD-ROM 驱动器与音频 CD 播放器类似，采用 CLV（恒线速度）读取方式，即从光盘上读出数据的速率是恒定不变的。为了达到这个目的，当光头移动向光盘外缘运动时，光盘的转速就要减慢。这种方式对于顺序存储和访问的音频、视频信息很适用，但对于大多数计算机应用程序而言，更多的数据文件是随机访问的，这使驱动器难以保持稳定的性能。CD-ROM驱动器从 10倍速光驱这一代开始，都使用部分 CAV（恒角速度）技术，即当读取靠近光盘中心的数据时用恒定的转速，而当读取接近光盘外缘的数据时用 CLV 方式。

　　现代 CD 驱动器的数据文件读写都使用纯 CAV 方式，倍速"×"术语表示的是驱动器的峰值数据传输率。然而，只有读取光盘外缘数据时，数据吞吐量才能达到最大值。所以，假设从 48× 光驱升级到 52× 光驱，整张光盘上只有很小一部分内容能获得完全的性能增强（前提是光盘写满了数据，否则就没有任何性能增强，因为数据螺旋是从光盘中心开始，向外逐渐扩散）。请注意：不管使用何种驱动器访问技术，存储在光盘上的数据模式仍然是 CLV，即凹坑和平面尺寸始终不变。当光驱以 CAV 方式读写光盘外缘的数据时，由于数据读写吞吐量高得多，光驱的 DSP 要进行补偿。Kenwood公司和 Zen Research公司 的 TrueX 光驱尝试使用7个激光头并行读取多个光盘轨道的方式，可以在光盘更能容忍的较低转速下达到很高的数据传输率。Kenwood公司的后几代光驱号称可以达到 72× 的速度，但是也受到许多可靠性问题的困扰。Zen 公司的技术在其它光驱制造商那里没有获得广泛的应用，该公司后来关门了。

　　如果单纯的速度提升越来越没有作用，也许增加存储容量会使 CD 这部战车继续运行下去。制造商使用各种各样的方法，来达到这一目的。第一代 12 厘米 CD光盘可以存储 550 MB 数据或 63 分钟的音频信息，很快 被650 MB、74 分钟的 CD 光盘取而代之，接下来占主导地位的是 700 MB、80 分钟的CD光盘。每一次容量的跃升，都是制造商压缩数据轨道间距的结果。事实上，已有供应商提供 790 MB、90 分钟和 870 MB、99 分钟的CD光盘。但是考虑到互操作性问题，OSTA（光存储技术协会）等标准化组织不推荐使用这些光盘。出于同样的原因，OSTA 也不鼓励刻录时使用"超刻"或"超量"方式，因为那样就会把数据写入为导出信息保留的光盘空间。

　　你可能会想，除了减少光盘上数据轨道之间的角度尺寸外，制造商还可以缩小数据轨道本身的线性尺寸，即减小连续的凹坑和平面之间的距离，这样也可以达到相同的目的。Plextor 公司的 GigaRec 技术和三洋公司的 HD-Burn 技术提供了检验这一理论的方法。这两种技术的原理可以追溯到索尼公司的双密度 CD光盘，以及上世纪 90 年代初期由 Nimbus CD International、Optical Disc 公司和东芝公司提出的 DVD 原型中的类似理念。Plextor 公司声称：顾名思义， GigaRec 可将 1GB 的数据压缩到一张CD-R 光盘中，但是不能实现缓冲区欠载运行保护；你要容忍耐受只有 4× 的写入速度。三洋公司的 HD-Burn 技术使 CD-R 的容量增加一倍，它支持缓冲区欠载运行保护，并以24×的速度写入数据。Plextor 公司和三洋公司都坦率地承认他们的技术违反了橘皮书的规范，但声称现代 CD 播放器中的精密光学系统可保证高度的兼容性。而独立的评论则表明，互操作性的情况要悲观得多。

　　如果性能和容量的提升都不能给投资带来明确的回报，那么还有其它的什么功能可以使供应商更有效地做到产品标新立异呢？Plextor 公司的官员就是这么认为的。该公司最新一代 CD 刻录机超越了 GigaRec，能支持多种增强功能。以前称为 PoweRec 的 VariRec 技术可以让用户控制激光功率，从而精密调节烧录过程，增强光盘兼容性，代价是写入速度较慢。静音模式可以降低读写速度以减少驱动器发出的噪音。SecuRec 利用密码对 CD-R 光盘进行保护，Plextor 公司的网站提供SecuViewer 驱动程序，用于没有安装该厂商的 PlexTools 套件的系统。

　　PlexTools 还包括读写传输速度基准测试实用程序以及允许用户分析光盘C1 误差和 C2误差（C1是一级可纠正错误；C2是二级可纠正错误）和 CU（不可纠正）错误数量的 Q-Check 软件。这些功能很可能比雅马哈公司的 DiscT@2 更成功。DiscT@2可以把图像刻录在 CD-R 和 CD-RW 光盘上，但只有在用户牺牲大量数据存储容量时才适用。雅马哈公司已经在今年二月退出 CD 刻录机市场。

　　并不只有驱动器制造商在努力增强功能，光盘供应商也在从产品标新立异中获得好处。TDK 公司推出一种Armor Plated CD光盘，它有一层牢固的保护层。多篇独立评论文章认为，保护层可以大大提高对毛手毛脚操作的承受能力。TDK 公司的 DVD 光盘也有Armed Plating 保护层。Imation 公司的 Business Select 光媒体产品系列同样也有强大的抗划伤功能。Optical Disc 公司的 CDR-ROM 混合格式把一个在光盘内部区的只读 CD-ROM 分区与两个可写入分区组合在一起，其中一个很小的可写入分区在光盘的中心（用于存储可更新的目录），一个大得多的可写入分区在光盘外缘附近。

图２

      DVD+RW 联盟希望：即将投产的、适用于计算机驱动器(a)和录像机(b)的 83 写速度设计方案将导致该格式获得广泛的成功（由飞利浦提供）。

　　展示现在

　　警告：试图挑出所有可用的 DVD 格式可能会让你面对各种缩写而头痛！作者希望下面几段内容能帮助你摆脱这种困境，另外还有许多资料可供深入钻研的读者阅读。你可以把 DVD-R 和 DVD-RW 分别看成是密度增加了的 CD-R 和 CD-RW 光盘，它们还继承了可写 CD 格式的长处（便宜）和短处（格式化速度慢，不支持随机的扇区读写）。它们使用的激光波长比 CD 光盘使用的要短（在 DVD-R 中，635 纳米的激光用于 DVD-R For Authoring 格式，而 650 纳米激光则用于其它格式）。因此，DVD光盘数据轨道内的凹坑和平面的间距更近，数据道的连续螺旋线相互之间的距离也更近，这样使光盘每面的容量增加到 4.7 GB。在 CD 光盘时代，最先面世的是 CD-R 光盘，然后才有 CD-RW光盘，但是，可写 DVD 光盘的出现却早于一次性写入的 DVD 光盘。只读式加压 DVD 光盘还支持双层模式，激光束在访问第二层时要"穿过"第一层，在有些实现方法中还要穿过两层之间的透明粘胶层进行聚焦。借助双层媒体，每面容量增加了一倍。虽然多个厂家展示了可写的版本，但都还没有进入生产阶段（表 1）。

　　DVD-RAM 是 DVD 论坛看好的第三种格式，用于动态部分重写的存储器中，如计算机海量存储和 PVR（个人录像机）。该格式试图在计算机海量存储所需快速随机访问和 PVR 所需稳定的数据吞吐量之间取得平衡，因此数据在光盘上以一种分区的 CLV  布局来安排，120 毫米光盘上有 35 个同心区，而 80 毫米光盘上有 14 个同心区，在每个同心区内转速是恒定不变的。DVD-RAM 光盘每片重写 10 万次以上，这部分归功于它基于硬件的缺陷管理功能。但是，DVD-RAM 光盘在写入数据时，既可以写到数据道凹槽中，也可以写到凹槽之间的空隙里，这种情况再加上其它格式上的不一致，使得 DVD-RAM 光盘与大多数 DVD 驱动器和 DVD 视频播放机不兼容。Windows XP 和 Mac OS X 两种操作系统都支持 DVD-RAM 格式。微软公司计划扩大它在本国的支持，以便在其下一个操作系统（目前的开发代号是 Longhorn）中包含所有其他可写 DVD 格式。制造商出售预先格式化的 DVD-RAM 光盘，而这些光盘都支持多种重新格式化模式，其中几种重新格式化只需几秒钟就可以完成。

　　创建 DVD+RW 联盟的索尼公司、飞利浦公司和惠普公司，在 DVD 论坛外共同发展 DVD+RW 和 DVD+R 格式既有技术方面也有商业方面的动机。从技术的角度看，他们期望把 DVD-RAM 的最佳要素（随机存取和快速格式化）和DVD-RW 最佳要素（廉价和其对 DVD-ROM 和 DVD 视频的兼容性）组合在一起，形成一套一次写入和可重写媒介（图 2）。从商业的角度看，DVD 论坛认可的格式没有包含多少 DVD+RW 联盟的技术专利，使联盟无法获取更多的专利使用费，因而感到非常不满。DVD+RW 使用无损链接技术，并且支持 CAV 和 CLV 两种数据布局。要注意的是 CAV 格式的媒体与标准 DVD 驱动器和播放机不兼容。第一代 DVD+RW 驱动器不能支持 DVD+R 媒体，尽管各制造厂家最初都承诺将来可以升级。所以，如果你在自己最喜欢的一家计算机设备甩卖店里看到一件"好得简直不敢相信"的便宜货时，建议你要认真地阅读包装上的说明。

　　许多有关 DVD+ 和 DVD- 媒体相互兼容性的研究结果非常不确定，甚至相互矛盾。不兼容性可以出现在物理层、文件系统层、应用层以及实现层上，换句话说，可以出现在物理层、逻辑层和实现层上。除了明显的不兼容性（比如 DVD 视频播放机无法识别一张盘上的 DVD 音频文件格式或更普通的 DVD-ROM 文件格式）以外，很多不兼容问题的起因是播放机需要的激光波长和反射率与光盘提供的不相匹配。例如，虽然音频 CD 播放机与 CD-R 光盘的兼容性要好于 其与CD-RW光盘的兼容性，但 DVD 视频播放机播放 CD-RW 光盘通常要比播放CD-R光盘更好。一般来说，DVD-ROM 驱动器和 DVD 视频播放机读 DVD-R光盘 和 DVD+R 光盘的成功率高于读 DVD-RW 光盘和 DVD+RW 光盘的成功率。

　　DVD+ 拥护者和 DVD- 拥护者之间的标准论战几乎没有减弱的迹象，但是，随着支持这两种格式的多格式驱动器的出现，这场争论将很快成为过眼云烟。索尼公司的 DRU-500A 多格式的驱动器首先投入生产，最近又被 DRU-510A 取而代之。510A 可以以 4× 的速度写 DVD+RW 光盘。与计算机上使用的 DRU-5x0A DVD刻录机相对应，索尼推出的 RDR-GX7 则是一部支持全格式的 DVD 录像机。要说明的是 DVD 这一代光盘的 1× 速度大约相当于 CD 光盘的 9×。先锋公司的 DVR-A06 也同样可以支持 DVD±R/RW 格式，并且还支持可写 CD光盘，而前一代驱动器则仅支持 DVD- 格式。Iomega 公司最新款超级 DVD 驱动器可以支持 DVD 论坛和 DVD+RW 联盟认可的所有格式，其中包括 DVD-RAM。制造商之所以要采取这些实际的行动，是因为不希望看到客户买了不兼容的驱动器和媒体后，纷纷退货。不过，还不清楚这种混合策略是否会从计算机领域扩展到家用 DVD 录像机，这是因为在消费电子产品中，材料成本的压力要大得多。产品支持多种格式会导致一系列问题，如增加系统复杂性和潜在的故障，而消费电子产品细分市场对这些问题的宽容度较小，何况修理消费电子产品故障要比修理 PC 故障更难。到时候，高退货率问题还可能再次迫使制造厂家采取这种混合式产品策略。

　　DVD 音频光盘和 SACD 光盘都是在共同的 DVD 基础上制造的，但它们潜在不兼容性的原因并不相同。普通 SACD 光盘只能以 DSD 格式（直接流数字格式）保存信息，而 CD 播放机和 DVD 播放机都不能识别这种格式。有些 SACD 光盘使用类似双层加压 DVD 光盘的混合格式，既包含 DSD 格式又包含符合红皮书格式的 CD音乐格式。音频 CD 播放机可以读红皮书层，但有些可以正确读普通音频 CD 光盘的 DVD 播放机却会在 DSD 层上锁死，因为它会把该层识别为格式不正确的 DVD 层，而无法继续读下去。DVD 音频光盘的高解析度和 MLP 编码的音频是与 CD 播放机和 DVD 视频播放机不直接兼容的。但是，大多数 DVD 音频光盘上也有一个 DVD 视频分区，里面存储 PCM（脉冲编码调制）、杜比数字、DTS 编码等格式的音乐数据。另一种扩展光盘兼容性的方法是 Sonopress公司提出的。该公司使用一种向 DVD Plus International 公司购买的专利技术，声称可以经济实惠地制造一种双面光盘，其一面存储 DVD 节目资料，而另一面则存储普通 CD 内容。

　　随着 DVD 格式的成熟，供应商像以前在 CD 时代一样，也在寻找具有自身优势的、可以赢利的与众不同的缺口产品市场。例如，东芝公司的 SD-R6012 就是世界上第一台可以用于笔记本电脑的薄型 DVD 刻录机。由于多媒体在 DVD 市场中占据着主导地位，因此，格式标新立异也多着眼于这一方面。微软公司和松下公司共同开发了 HighMAT 格式，期望能顺畅地在 PC 和消费电子设备之间进行媒体交换。Sonic Solutions 公司的 OpenDVD 光盘确立了一个标准，用于生成用户可编辑和随时修改的 DVD 节目。WebDVD 光盘包括一些附加的内容，用户在计算机或网络连接的 DVD 播放机上播放这些内容时，可以访问它们。

　　FlexPlay 公司的 EZ-D 光盘在用户打开其包装，使之暴露空气中 8~60 小时（由厂家调整）后变成黑色（准确地说是深紫色），从而不能使用了。电影制片厂喜欢 EZ-D 光盘有几个理由：这种光盘用后不需归还或付过期归还费用，用户感到比较方便，所以电影制片厂相信他们可以收取比普通租金更高的费用；因为用户可以在任何卖电影光盘的地方买到 EZ-D光盘，赚到更多钱的将是电影制片厂，而不是像百事达和好莱坞影视这样的影片出租连锁店。环境保护人士认为这些盘片将会充斥垃圾填埋场，对此极力表示反对。以前 Circuit City 曾大力推行过 Divx 计划，但在引起很大争议后现在已经销声匿迹，记得这段历史的人们可能会在 EZ-D 上看出很多相似之处。

　　放眼未来

　　视频仍然是下一代的光存储格式应用的重点领域，大量的竞争产品与今天光盘生产线和播放软硬件具有不同程度的向后兼容性。Pixonics 公司的 pHD DVD 系统以高清晰视频为目标，能给一个常规的 6 Mbps DVD 数据流补充一个独立的 1.5 Mbps 数据流，用以传送从 480 线转换到 1080 线视频图像所增加的数据。Pixonics 公司称 pHD DVD 系统与现在的DVD 视频是完全向后兼容的，并可在一张 DVD-9 格式光盘上存储 2.5 小时的电影。普通的 DVD 播放机忽略这种增强光盘上的超集数据，而可识别 pHD 的设备则可以进行处理。从概念上来说，Pixonics 公司的方法类似于用数字影院系统 DTS-ES 算法提供 6 个以上声道和高解析度音频的方法。

　　一种由华纳兄弟公司提出的下一代 HD-DVD 格式也使用普通的 DVD光盘，但它将从 MPEG-2 转移到更先进的视频编解码方式，如 MPEG-4 AVC（亦称 H.264、MPEG-4 第 10 部分或其它名称）、微软公司的 Windows Media Video 9，或者 On2 技术公司的 VP6。这一编解码方式可以使节目制作者把高清晰视频图像压缩到与标准清晰度图像在DVD 视频光盘上所占用空间大致相等的空间中，而且不需要对DVD 制造设备作任何修改，只需对消费者的 DVD 重放设备进行升级。HD-DVD--在名称和实现方法两个方面--让人联想起几年前 Sonic Solutions 公司推广hDVD格式，因其超前于市场需求而又撤消的情景。Pixonics 公司的建议和华纳兄弟公司的建议只是改变 DVD 可用存储空间的使用方法，但并没有增加存储量。格式开发商们可以使用两种技术之一来达到增加存储量的目的，并保留使用 650 纳米波长的激光。这两种技术都照搬设计师们最早在 CD 光盘上实现的思想。光存储系统可以像 700 MB 的 CD 光盘那样压缩数据道之间的间距，也可以像 GigaRec 光盘和 HD-Burn 光盘那样减小连续的凹坑和平面之间的距离。（HD-Burn 光盘使用的技术至少用在一家制造商的 DVD 刻录机上。）正像 CD 这一代光盘那样，对向后兼容性的担忧制约了上面两种技术的广泛应用。

　　另外两个占支配地位的下一代光存储器竞争产品是 NEC 与东芝两家公司推出的 AOD（先进光盘）和多个厂家共同提出的蓝光光盘（以索尼公司和飞利浦公司为首）。两种光盘都改用 405 纳米波长的蓝色激光，使凹槽位长度及数据道间距均比 DVD 更小。AOD 采用双层结构，每面存储 36 GB数据，支持类似DVD的数据孔径和保护层厚度。因此，两家公司声称DVD 制造厂家只需少量投资，就能方便地把现有生产设施转移到 生产AOD 。相比之下，蓝光光盘使用更宽的数据孔径和薄得多的保护层。由于保护层较薄，所以必须要使用保护外套。从历史上看，凡使用了外套的光盘格式都遭到消费者抵制，例如 DVD-RAM。蓝光光盘的倡导者们遵循"强权即公理"的方式建立事实上的行业标准，因此在展示他们的刻录机和播放机原型方面比 AOD 对手更积极。索尼公司的蓝光高清晰度录像机已经在日本上市，此外，索尼公司还在今年的全国广播协会(NAB)会议上推出了使用蓝光的"光盘"摄像机和机座（图 3）。

图 3    一种由索尼公司开发的高清晰度录像机（上）和蓝光媒体（下）已在日本上市。

　　不论激光波长如何，Calimetrics 公司的设计师们认为可以把相当于3 位的信息压缩到一个凹坑或平面上，所用方法是精密控制写入和读出的激光强度、持续时间，从而控制激光强度和持续时间对可写相变光盘材料的影响和解读。该公司已在各种行业技术会议上证明，他们能通过可变的凹坑深度和直径、更高效的编码方案等各种技术提取出多达 8 级的调制数据。更为奇特的要数从朗讯科技公司抽资剥离的 InPhase 技术公司采用的全息存储技术。对某些海量存储器来说，全息存储技术并不适用。全息存储器可以并行地读写海量的数据，现在只是一种一次性写入的存储器。但是，InPhase 公司称其存储密度为每张光盘 200 GB 的量级，而且采用其第一代体系结构的产品将在不久后生产。所以，我们很快就有机会看到全息存储技术能否在实验室以外生存下去。