2002/05/08 新一代HD-DVD規格即將扺定〈光電科技提供〉

在日本、歐洲、韓國等地的九家廠商聯合推動新一代DVD規格「藍色光碟」,並達成協議後,目前盛行在市面上,儲存容量為4.7GB的DVD規格很可能會被推翻,因為「藍色光碟」的記錄容量將是現有DVD的六倍。 

預計「藍色光碟」規格成形後,對台灣與中國的DVD業者將造成極重大的影響。目前全球的DVD與MPEG2設備幾乎都出自這兩個地區,估計占90%以上的生產量。而新的規格意味著生產廠商必須重新與技術持有者洽談授權,付出更多費用,因此,藍色光碟是否會成為下一代高畫質DVD (HD-DVD)的新標準,是台灣與大陸廠商必須密切觀察的。

藍紫色雷射光的推動

在資訊對儲存容量需求日增之際,4.7GB的DVD顯然無法滿足需求,因此,基於可開發更高容量的各種儲存技術,如:藍紫色雷射光(Blue-Violet Laser)、超解析度儲存技術(Super RENS)、3D立體儲存技術(Multi Layers;Multi Level)等便相繼問世。

在這些技術中,又以短波長的藍紫色雷射光技術發展最為迅速,包括:東芝(Toshiba)、三星(Samsung)、先鋒(Pioneer)、LG電子、理光(Ricoh)、新力(Sony)、飛利浦(Philips)、勝利等公司,都自2000年起陸續發表藍紫色雷射光的技術成果。這些公司所研發的藍紫色雷射光技術都是基於直徑12公分的光碟片,雷射光波長介於400∼430nm之間,碟片種類有RAM、ROM、RAM/ROM等等,而在2001年初,這幾家公司就已經陸續發表了單面儲存容量從15GB到22GB的不等的新一代DVD技術。

新力公司是其中動作最快的一家,2000年,日本電子展中出現了一款採用藍紫光雷射作為光源的DVR產品,就是新力推出的。它採用405nm的藍紫色雷射光源,儲存容量提升到了22GB,比採用650nm雷射光源DVR的9.2GB容量提升了一倍多。

■ DVD與HD-DVD對儲存容量的需求(表一)

規格

DVD

HD-DVD

基本儲存容量

4.7GB

15GB

視頻傳輸率

5.1 (3.5Mbps)

4 (3.5Mbps)

音頻傳輸率

3 (384Kbps)

3 (384Kbps)

儲存容量計算方式
(以133分鐘為基礎)

60 x (3.5Mbps+384kbps x 3+10kbps x 4) / 8 = 4.68GB

60 x (3.5Mbps+384kbps x 3+10kbps x 4) / 8 = 15.154GB

資料來源:日本財團法人光產業技術振興協會 

這證明了藍紫色雷射光在大容量儲存媒體上具有非常大的發展潛力。在DVD的應用上,藍紫色雷射光也能滿足未來HD-DVD的大容量儲存需求。

根據日本財團法人光產業技術振興協會(OITDA)對DVD與HD-DVD所需儲存容量的計算,一部133分鐘的影片,在以DVD格式儲存時,需要4.68GB的容量;但是以HD-DVD格式儲存時,則需要15.154GB的容量。

也就是說,HD-DVD需要單面儲存容量至少為15GB,這一點,藍紫色雷射技術是目前最為可行的方法之一。為了掌握新一代DVD標準的主導權,包括歐日韓三地在內的九家廠商在今年2月份展開一項合作,宣佈共同制定一種名為「藍色光碟」的新一代DVD標準,採用藍紫色雷射為光源。這項由全球主要DVD大廠共同推動的標準,預計將對整個DVD產業造成重大影響。

歐日韓聯手推動藍色光碟標準

藍色光碟使用藍紫色雷射發光技術,能在直徑12公分的碟片上,儲存兩小時的高清晰度數位影像資訊,主要參與發起的廠商有:日立(Hitachi)、LG電子、松下電器、先鋒、飛利浦、三星、夏普(Sharp)、新力、Thomson Multimedia九家公司。

這九家公司發起一個名為「Blu-ray Disc」(藍色光碟)的新一代大容量光碟儲存格式研究計畫,在今年二月發佈的初期版本中,透過使用405nm的藍紫色電射半導體,NA值為0.85的讀取頭、以及0.1mm的光學透射保護層架構,藍色光碟可以將12公分的單面光碟片資料儲存容量提升到27GB。它可以記錄兩小時的高清晰度數位視訊,以及超過十三小時的標準電視視頻資訊。

在資料轉換率方面,藍色光碟可以將高清晰度的電視節目或影像資訊,以36Mbps的速度從攝錄影機轉換到播放媒體上,並能維持影像品質。另外,它還具有任意影像捕捉,以及重覆播放等功能。

在相容性方面,由於藍色光碟採用全球標準的「MPEG2資訊流」壓縮技術,因此它同時適用於數位廣播系統,可執行各種視頻記錄與播放。另外,在資料安全性部分,藍色光碟也採用了一種獨特的ID寫入模式,可確保資料安全,並為盜版問題提出一套保護版權的解決方案。

參與研發的九家公司在藍色光碟技術問世之際表示,這是一種可以儲存高品質音頻與視頻資訊的全新技術,它同時是推動新一代高清晰度數位地面廣播,以及各種高畫質數位媒體發展的重要媒介,未來它甚至可以被應用在PC儲存,以及各種高清晰度視頻軟體中,作為主要的設計參考。

■ 藍色光碟主要規格(表二)

記錄容量

23.3GB/25GB/27GB

雷射波長

405nm (blue-violet laser)

開口率(NA)

0.85

資料遷移速率

36Mbps

碟片直徑

12公分

碟片厚度

1.2mm (光學遞質保護層0.1mm)

記錄格式

Phase change recording

資料追蹤格式

凹槽記錄

Tracking pitch

0.32um

Shortest pit length

0.160/0.149/0.138um

記錄密度

16.8/18.0/19.5Gbit/inch2

視頻記錄格式

MPEG2 視頻

音頻記錄格式

AC3、MPEG1、Layer2

視頻與音頻格式

MPEG2 資訊流

Cartridge dimension

大約 129 x 131 x 7mm

資料來源:松下電器,光電科技雜誌整理 

藍紫色雷射光DVD上的應用

自2001年,4.7GB的DVD上市以來,關於DVD擴充容量的問題一直存在,業界也一直在努力尋找能在同樣面積上擴大儲存容量,並提升資料傳送速率的方法。多層記錄與藍紫色雷射就是基於這個目的,被使用在最新一代的DVD規格中。

藍紫色雷射是被用作下一代大容量DVD開發時的主要光源技術,特別是在開發多層光碟部分。理論上,使用藍紫色雷射光源,能夠在雙層架構上實現45GB,以及在四層架構上實現90GB的容量。不過目前已完成的技術中,能達到量產的是採用凹槽記錄方式的「藍色光碟」,它能在雙層架構上達到27GB,四層架構上達到54GB容量。

而多層架構則是被視為增加儲存容量的最佳方式。多層架構不僅向後相容於現有的單層光碟,同時目前多種光碟規格,包括:DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW等,都在研發多層記錄架構。

舉例來說,一小時的高清晰度數位電視節目需要的儲存容量大約是12GB,位元傳輸率則需達到25Mbps。這意味著要完整儲存兩∼四小時HDTV節目的光碟,至少需要24∼48GB的容量。而這些先進的儲存能力,將取決於多層記錄架構技術的發展。 

■ 雙層光碟片架構(圖一)

資料來源:松下電器 

以雙層光碟片為例,在它的架構中,接近光學讀取頭的Layer 0在非結晶與晶體狀態,以及高度光透射之間顯示出大量的光學變化;而距離光學讀取頭較遠的Layer 1則被要求具有高度感應的記錄特性。在資料的處理過程中,Layer 0不應該干涉Layer 1的複製或寫入,但Layer 1的訊號可能會被Layer 0在軌道上的記錄標記干擾。

新一代的多層記錄光碟使用凹槽記錄方式,它的資料記錄格式是SawTooth Wobble (STW)。當雷射光打入凹槽內時,每一個凹槽內都會產生一個Wobble信號,資料就是藉此被寫入。Wobble信號現在有正弦曲線形狀。

STW格式是由一個正弦波與一個鋸齒波所組成。這同時為STW提供了較陡的與較平滑的斜率。

斜率的方向是根據Pattern 0 或 Pattern 1而決定的。一個位址位元是由三十六個Wobble信號構成,這些信號是位址位元的解碼關鍵。例如,在一個16千位元組的資料區塊中,其中有五十二個位元被當作位址資訊與檢驗碼。而一個93位元組的緩衝區則會被分配給每一個16千位元組的資料單元。在這個緩衝區中,區塊標記是透過反射形成,在軌道中,它的間隔長度為2個位元組。而一個區塊標記則會被作為資料單元的邊界,它將從RF信號中被檢測到。

■ Groove structure with STW and Write Data (圖二)

資料來源:松下電器

 

新的DVD規格可望在今年統一

負責制訂規格的九家公司在今年二月份時表示,希望能在今年春天開始對DVD製造商進行授權。不過,雖然這九家公司中的大部分,都已經在幾年前就開始開發藍紫色雷射光儲存技術,而且陸續有成果發表。但在Blu-ray Disk組織被DVD Forum吸收,作為建立下一代DVD規格的參考標準後,DVD Forum已經宣佈,今年六月份才會決定下一代DVD規格的方向。

DVD Forum技術分會TCG(Technical Coordination Group)主席,同時也是東芝數位媒體網路公司技術長的山田尚志認為,採用藍紫色雷射的DVD規格,可能會在今年六月份底定,甚至成為統一規格。DVD Forum同時決定,其十七家核心企業組成的指導委員會將展開新一代DVD規格的正式討論,並希望能在2003年達到投產目標。

「藍色光碟」看法出現分歧

不過,儘管基於藍紫色雷射的「藍色光碟」技術極有可能成為新一代的DVD標準,而且也進入DVD Forum的討論議程中,但是主導這項技術的九家公司仍然持續發展各自的技術,而且就在「藍色光碟」被列入DVD-Forum的討論議程之際,東芝發表了一種比「藍色光碟」效率更高的儲存技術。

東芝公司稍早前公佈了一種使用藍紫色雷射光源,可在直徑12公分的光碟片上儲存30GB資料的技術。與「藍色光碟」最大的不同是,藍色光碟在記錄上採用凹槽(Groove)方式記錄,而東芝則採用了凹凸軌(Land-Groove)方式,可同時在凹槽與軌道上記錄資料,這使得東芝的軌道間距縮小到0.29微米,而總儲存容量也較「藍色光碟」的27GB提升到30GB。

就技術上來看,東芝的藍紫色雷射波長為266nm,而藍色光碟採用405nm的藍紫色雷射。根據雷利方程式(Rayleigh equation)的計算,要達到更高的解晰度,就必須要減少曝光光源的波長,或是提高光圈的開口率。另外,東芝採用的Land-Groove方法會在碟片上刻蝕出凸軌與凹軌相互接軌的蛇形軌道,平均格式效率可達到81.6%。

就東芝的觀點,光碟的容量愈大愈好。而且東芝的30GB技術已經能進入量產,這將使得東芝在DVD規格制訂時,堅持以其自有技術作為標準基礎的可能性大為提高。不過,參與「藍色光碟」規格制訂的其他廠商,可能不會願意自己的投資付諸流水,因此,在今年六月份的DVD規格制訂會議上,關於藍色光碟,或是東芝的30GB這些基於藍紫色雷射光源的創新DVD技術可能會展開激烈爭論,不過最有可能的是,新一代的DVD規格也將出現多種規格並存的情況。

「藍色光碟」對既有DVD產業的影響

無論新一代DVD規格何時底定,或是新標準將相容於現有的DVD標準,可以確定的是,DVD的碟片、播放機製造商,都必須為新一代規格重新與這些技術開發商簽訂授權合約,並支付更多的權利金。不過,新的DVD規格要普及可能需要比原有DVD更長的時間。許多業界人士認為,至少兩年的時間,現有DVD產品不會被擠壓。

     HDTV尚未普及

第一個原因,是新一代DVD規格瞄準的應用是高清晰度數位電視(HDTV),而HDTV的普及速度並沒有這麼快,中國的HDTV發展計劃是在2010年才能達到普及。

     應用程式支援

第二個原因是現有的DVD產品有大量的應用程式支援,而且已經普及到PC上。

     價格尚難進入家庭

第三個原因是價格問題。DVD花了好幾年的時間才正式走入家庭,而這是在台灣與中國的DVD製造商展開價格戰以後才發生的事。

對於可能在今年6月底定的新一代DVD規格,台灣與中國大陸的廠商已經展開對應策略。台灣的工研院光電所今年初發表一顆氮化鎵藍紫色雷射二極體(GaN LD),主要瞄準HD-DVD的應用,並宣佈已完成了整個藍紫光LD元件磊晶、製程技術的開發,運用量產型金屬有機氣相生長(MOCVD)磊晶系統完成這顆LD的產製。光電所表示,以一年數十億台DVD光碟機的需求量來看,未來國內自產藍紫色LD的市場潛力極大。

而中國大陸的廠商也展開整機技術的開發,包括:光學讀取頭在內。無論新一代DVD標準會給製造商帶來多大的衝擊,在關鍵零組件的開發上,兩岸已經逐步掌握核心技術實力。雖然仍然掣肘於「標準」所帶來的專利授權問題,但在技術層次上,已經較生產第一代DVD產品時擁有更多自主性。

未來也許「標準」問題仍將是製造商的主要問題,但在關鍵零組件技術掌握度逐漸提高的情況下,應該能增加新一代DVD產品的獲利空間。

(光電科技雜誌提供)
資料來源:http://www.2300.com.tw/author/ShowContent.asp?contentid=8914