蓝光碟BD-RE详解

2003年，新一代光碟-----蓝光碟家族中的一员，可录型蓝光碟BD-RE终于正式诞生了。BD-RE规格的1.0版本文本己于2002年6月发行，2003年2月17日格式注册成立，开始实施专利许可。

这是继CD和DVD之后，又一种直径为12cm的光碟。其主要用途定位于收录高清晰度格式电视节目，要求连续播录时间在二个小时以上，且价格适合民用。

虽说1996年制定DVD格式时，也给高清晰度视频格式的存放留下了空间，那就是双层双面的D17型碟片。四面总共18.8GB的容量勉强也够二小时MPEG-Ⅱ编码的HDTV节目存放。但后来DVD防盗版的各种措施早己名存实亡，高清晰度格式视频影碟当然没人敢出。能自动翻盘，两面连续播放的DVD播放机也见不着。看来这一任务已自动让位给新一代光碟了。

BD-RE:蓝光碟家族之老大

新一代光碟的注册名称为Blu-ray Disc，中译为蓝光碟，因使用蓝色激光光源而得名，商标见图1。名称中的“Blu”是将英文蓝色“blue”后的字母“e”去掉而成(因为注册商标不能使用普通文字)。图案左边的“b”表示蓝光，“b”字母上的圆圈和右边的黑色月亮型图案，围出了一片有立体感的碟片。

蓝光碟按用途的不同已定有四种标准需要制订：可录写光碟规格BR-RE，只读光碟规格BD-ROM，一次性写入光碟规格BD-R和用于电脑的BD-data。

蓝光碟的开发次序与DVD正好相反，最先是制订BD-RE的规格，BD-RE 1.0版本的主要格式见表一。这么做冠冕堂皇的理由是卫星和地面数字电视已经开播，HDTV光碟录像机已有需求。其实还有一个难言之隐就是著作权保护技术还没有过好莱坞电影业的关。推出只读型光碟没有人提供内容服务，不如先推可录型光碟。而当蓝光碟录像机成为事实后，再与电影业界谈判就有筹码了，除非你的电影永远不上电视，否则电影业也得让步。

BD-RE格式的基本点为：

1、单面单层碟片容量有23.3GB/25GB/27GB三种，单面双层碟片容量为46.6GB/50GB/54GB三种。因数字电视的数据流的比特率约固定在24Mbps，另外，数字电视传输流里还有其它多种信息。这样，2小时的记录需要有22GB以上的超大容量。考虑到碟片制造厂的技术水平，标准中单面单层/单面双层各设计有三种不同容量。

2、装有以视频编辑为前提的文件逻辑格式，方便视频信号的录入、读取、编辑和各种特殊操作。

3、采用片盒结构碟片和更强有力的纠错技术，提高整体数据可靠性。

4、加有多重著作权保护技术，适应不同保护等级节目的转录。

接着将要制订的BD-ROM和BD-R规格还会在以下几方面有扩展：只读碟片BD-ROM中，1、不用片盒的硬膜新碟片；2、与互联网连接，利用宽带网的互联服务与用户的连接，进而加入对正版碟片的认证功能；3、进一步发展美国电影等业界要求的DVD式对话型操作；4、更强的著作权保护技术。一次性写入碟片BD-R中，1、不用片盒；2、二倍速记录。

BD-RE的规格也要从1.0版本的基础上扩展。新版本首先会引入与BD-R相同的二倍速记录。当扩展到制订电脑运用的BD-data规格时，至少要对应四倍速(144Mbps)。这时，碟片的主轴控制要从现行BD-RE的等线速度CLV变成等角速度CAV方式。

这一、二年内，BD-RE、BD-ROM、BD-R和BD-data四种规格就会全部建立起来，第一代蓝光碟家族也就齐全了。接着8cm直径的小碟片将进入实用化，因为8cm的蓝光碟片，单片单层就有7.5GB的容量，是现在12cm单片单层DVD的1.5倍，用途也是很广阔的。

蓝光碟的物理特征

从技术角度看BD-RE与DVD有很多可比性。首先，蓝光碟采用的激光光源波长为405nm，比现行DVD用激光小了40%。蓝光碟物镜的数值光圈NA由DVD的0.65上升到0.85。前者会缩小光点，后者保证足够的光功率。最终使光点面积缩小到DVD的1/5，即能达到DVD的5倍记录密度。

但NA提高后，碟片与激光束光轴倾角误差的容差变狭。这意味着碟片制造和设备组装技术难度提高。而碟片记录膜上的覆盖层越厚，倾角误差会越大。所以，规格确定时，原有的另一种0.6mm覆盖层方式被否决了，只留下记录膜上的0.1mm覆盖层的方案。它能确保倾角误差与现行DVD一样，±0.75度。

当蓝光碟作为录像机产品出现时，确保能与现行DVD属各种碟片的兼容能力就十分重要。因0.1mm覆盖层碟片结构和物镜等光学系统变化较大，兼容性不如0.6mm覆盖层方案来得方便。目前采用的是最为保险的双物镜方案，代价是光学部件增加。现正在进行用单镜头方案的技术开发，利用不同的NA值来调整因覆盖层厚度不同造成的影响，技术展示会上也已有样品出现。所以，单镜头的BD-RE录像机上市只是时间问题。

在蓝光碟录像机中，为了确保与DVD的兼容播放，双激光束是必不可少的，否则，单面双层只读型DVD碟片会无法读取。单面双层DVD碟片从激光入射的方向看，第一记录层的反射膜可使用金Au或硅Si，但两者的波长选择性都极强，对蓝激光响应不同。Au吸收蓝激光，因而BD-RE的第二记录层会无法读；而Si几乎不反射蓝激光，BD-RE的第一记录层就没法读。故必须还有应合DVD碟片的650nm激光束。

BD-RE的碟片结构吸取了可录型DVD，DVD-RW、DVD-RAM和DVD+RW的特性，并加以改良。采用了DVD-RW中的光痕刻在碟片轨迹槽里的“槽记录”方式。槽记录又分为两种：从激光入射方向看，记录在凸起部份的叫“槽上”记录，记录在凹下部份的叫“槽内”记录。CD和DVD都采用槽内记录，而这次BD-RE则采用槽上记录。这是由模拟实验后确定的。槽上记录能使激光束在槽上的轨迹间距在槽宽0.16μm时，缩小为0.32μm，槽内记录相对要大些。采用槽记录还可以确保与计划中的BD-ROM和BD-R的兼容播放。

BD-RE碟片上的地址寻迹方式是采用松下天鹅齿摆动STW和索尼最小移位键控MSK方式的结合，提高耐误差性能，保证寻迹正确。

从DVD+RW开始，碟片地址信息是使预开槽的边缘有高频摆动来获得，即所谓“高频摆动”技术。这种摆动调制方式放入的“0”和“1”信号，原来以简单的最小移位键控方式进行。而MSK在部分地区埋入信息，若碟片的此地区有缺陷，就可能出错。

BD-RE对最小移位键控摆动的形式进行变化，将天鹅齿摆动的方式吸收了进来。摆动的形状不是简单的正弦波而是有点象牙齿，以牙齿的朝向来判定地址信息“0”、“1”。这样即失落部份信息，也还可以修复，容差性能好。

BD-RE是以光碟录像机为目标，对象是普通用户。CD、DVD那样的裸片容易付着指纹、灰尘和划伤。而VHS磁带、三寸半软盘那样用盒子包装就显得更有好处。由于BD-RE覆盖层薄，碟片更容易受伤，故现在的BD-RE碟片采用带片盒的形态。

BD-RE的片盒有两种类型：1、封闭型，碟片完全覆没，2、开放型，标签面露在外面。前者密闭得更好，但从成本考虑，片盒应该尽量简单，故开放型更有前途。

开放型碟片记录数据的一面也处于密封状态，进入机内才能露出记录面。当片盒从录像机中取出，记录面侧的滑片就关闭，碟片全部密闭。这种开放型片盒进行的模拟家庭使用粉尘试验结果表明十年的粉尘堆积仍不会影响蓝光碟的使用。

随着碟片本身的低价格化，片盒在整碟价格中的比例就会上升。有无片盒将成为记录型碟片价格差异的关键，早晚有改革的必要。BD-ROM和BD-R裸碟的标准使用形态正在研究之中。另外，开发电脑笔记本的蓝光驱记录设备时，片盒的厚度还会成为装置薄型化的障碍，改革片盒在所难免。

蓝光碟不用片盒的关键是硬膜技术，即在碟片表面制作一层极坚硬的光滑膜，使擦拭碟片表面的指纹和灰尘时，不会形成伤痕。

蓝光碟的文件系统和著作权保护特点

蓝光碟在文件系统层面和应用层面上也采用了很多新技术，以提高使用的方便性。

BD-RE图像数据以MPRG-2传输流形式保存。图像数据在碟片中以片段 AV数据流形式文件保存的，另外，还有其它三种辅助文件，分别放入“片段信息”、“播放列表”和“主细节”文件。

片段信息为片段 AV流文件中有能导出特定的原始图像数据位置的时间信息，利用这个文件就可以进行特殊的播放和搜索等功能。

播放列表文件中，收放有所有片段 AV流文件的播放顺序信息，其中又有一个或几个播放标题组成。播放标题里放有保存各种各样播放图像的名称的时间信息。用播放标题信息，可进入播放信息文件，求得希望播录图像的位置。

采用播放列表文件可以方便地对已录下的内容进行编辑。用户只要取出图像对应的播放标题，接好后放入播放列表文件内。这样，按播放列表中的标题次序播放就可以得到编辑后的节目，即重新构思出新编集。这时真正的图像数据在碟上的并没有被抹录、移动。这样不但不会带来数据的差错，而且能减少碟片的物理抹录次数，延长寿命进行。

与主细节相关的文件中，放有各播放列表文件记述的片段内容的代表图像和管理用的记号位置。利用这些信息可以快速检索碟片内容和记号，给出图像菜单等。

除此之外，在BD-ROM碟片里还会加入一些新的功能。如，利用网络加入对电影视听状态的自由度控制，这样对出售的碟片就可以分级定价。还可加入下载碟片收录的言语文字以外的字幕的功能，提高娱乐性。

文件系统与DVD多用途碟UDF格式相比有以下三个特征：①高速应答性，②高可靠性，③更多的录写次数。

为了实现高速应答，片段AV流的全部文件和文件系统的管理信息都记录在碟片规定的领域内，以减少查找次数和查找距离，缩短碟片从插入到可以录放的应答时间。

高可靠性表现在重要数据具有自动备份的规定。万一因碟片有擦伤或灰尘等原因而读不到原位置的数据，就可以用备份的数据来恢复这些数据，使内容不能重放的情况大大减少。具体做法是片段信息、播放列表和主细节等三个文件的数据，规定要重复拷贝到碟片上的不同部位。

BD-RE规定文件录写时，不是在同一物理位置上反复开始写入，即不是每次都从内圈往外圈，而是在上次没写过的地方写入。这样，同样共晶系相变材料1000次的物理重录寿命，在实际运用时就能超过1000次了。

为了防范黑客，保护技术的详情还没有公布。但内容保护的基本结构与现行的DVD-RW和DVD-RAM采用的可录媒体内容保护CPRM技术相似。

保护方式如下：先由录像机检测出电视信号里的拷贝控制信息。若该信息设定为可记录一次，录像机就把加密后的内容和拷贝控制信号记录到碟片上。播放时，解密的数据内容和拷贝控制密码，从加有著作权保护技术的接口输出。若为无制限可任意复制的内容，记录媒体除加密的记录形态外，还把不加密的原数据照样记录。

BD-RE的著作权保护技术系统采用密码字长比可录型DVD用的密码字长更长，盗码难度提升。另外，生产的碟片必须刻有固有的碟片地址，加密密码生成时要加有更新密码块信息。为防止不进行著作权保护技术注册的非法机器上市，录像机和播放机及机芯都有不同的设备密码。设备密码要和碟片上的更新密码块组合后，才能生成加密密码数据。如果设备密码使用不正当，在更新密码块信息时，机器就会被识别出来。

从硬件角度着手，BD-RE设备有义务装入具有著作权保护技术的接口，以防止通过接口进行不正当拷贝或通过网络向大众发送。