建碁光电工程师谈刻录技术

整机外设

　　在信息化的今天，文件、数据、图片、影像、音乐等，均以数字的形式传送，如何快速有效地储存并提高数据储存的品质，一直是许多光盘刻录厂商努力研发的目标。本期我们请建碁(AOpen)的光电工程师对CD-RW刻录机做深入浅出的讲解。

　　一、光盘刻录原理

　　就CD播放器而言，采用一特定波长的激光探测在光盘上的Pit和 Land的长度，再经由内部解码模块(Decoder Module)将光盘片上的数据读出。基于此原因，对于光盘刻录机而言，如何确保所刻录的Pit和Land的品质尤为重要。

　　Philips和Sony在1980年针对新一代的存储媒体(CD-ROM)制定音乐规格方面的红皮书后，虽然根据多媒体的市场需求衍生制定出多种规格的光盘格式，但储存在光盘片上的数据形式，自始至今均是以Pit和Land的长短方式呈现(见图1)。在此所说的Pit即为光盘刻录机利用读取头(PUH)输出比一般读取模式下更大功率的激光照射盘片，使可记录光盘片(CD-R/RW)上的有机染料因受热熔解变形或其结晶体产生相变形成的Pit，而未变化的部分即为Land，二者长度均介于0.83μm～3.56μm之间。

　　首先光驱需将欲刻录数据利用DSP内部的编码模块(Encode Module)将数据以EFM(Eight to Fourteen Module)形式转换，再以上述的方法将数据蚀刻在光盘上，而后依据光学原理，将刻录后的光盘片在PUH读取模式(低功率输出)下照射Pit和Land，它所产生的反射光会有强弱之分，即产生RF(Radio Frequency)信号，再通过解码模块将数据转换为一般的数字信号。

　　二、刻录品质的判断

　　在初步了解刻录机的工作流程后，接着要关心的就是刻录的数据是否正确，这也是衡量刻录机品质的标准之一。在此之前，我们先简述一下CD-ROM领域内的数据流形态(Data Streaming) ，它们以EFM框架(EFM Frame)所组成，依照红皮书的定义，一个EFM Frame(每一次刻录到CD光盘上的一帧数据)包含有24个字节的数据，8 bytes Parity bytes(8个字节的奇偶校验码)，1 byte Subcode(1个字节的子码) 和1个 Synchronization Pattern(同步信息)，上述的8 bytes 奇偶校验码即作为判断Decoder(解码)数据是否有错误的指针，针对刻录的光盘而言，刻录品质的判断指针有C1、C2。以下将对此作更深一层的讨论：

　　1.C1 Decoder 方面

　　此为Decoder module(解码模块)的第一层解码机制，其功能在利用Parity bytes订正随机的错误并且侦测是否有Burst error(爆发性错码，指几个甚至几十个连在一块的数据位出错)以通知C2 Decoder作纠错。在C1 decoder下有三个error counts(错码计数器E11，E21，E31)去计算C1的值，其功能如下；

　　E11：计算每秒内单一可修正错误字节的发生频率。

　　E21：计算每秒内两个可修正错误字节的发生频率。

　　E31：计算每秒内两个以上无法修正错误字节的发生频率并且通知和传送给C2 decoder层级做解码。

　　整体的C1值即为每秒内E11+E21+E31的总和。另外，以每十秒为单位时，则定义为BLER(block error rate)。

　　2.C2 Decoder 方面

　　C2属于第二层的解码机制，原理大致和C1是相同的，处理由E31送进来的数据。值得一提的是当C2都无法对错误的数据作补正时，该数据即为错误数据。尽管如此，若数据为音频，则内部还会有插补电路去做修正，使影响减至最低，但若因光盘的刮伤等影响所造成的大量错误数据，则会在播放时产生爆音。

　　以上所述的刻录品质判断标准只是最基本的参考，读者可通过一些软件测得是否有C2的发生，例如Nero软件中的CDSPEED，若发生突然降速的情形即代表有不可修复的C2产生，表示此光盘刻录不佳。

　　其他的判断标准还有Jitter，Pit &Land length等，此数据均需要特定的测量仪器，故在此不作介绍。编注：如果读者使用的刻录机为PLEXTOR、建兴、三洋的某些型号，可以利用CD Doctor软件进行C1、C2值的测试，本报今年第18期中《刻录之道品质先行》一文有介绍。

　　三、刻录品质的提升

　　相信读者已对刻录有概括性的了解，接下来的就是光驱厂致力追求的目标──提升刻录数据的品质与产品稳定度。以建碁的刻录机为例，采用日本理光的解决方案，主要使用的技术有JustSpeed、Just-Link和ROPC(Running Optimun Power Control)。

　　1.JustSpeed

　　“JustSpeed”这项技术能使刻录机在自动侦测光盘片状况并启动合适的刻录倍速。在最高倍速刻录时，刻录机会自动侦测盘片以获得最适当写入速度来降低写入功率不足及伺服信号的错误。

　　光驱系统主要根据以下信息来调整写入速度(见图3)

　　①盘片上的ATIP数据(即预刻在盘片上的盘片制造商、材料种类)。

　　②在盘片内圈执行功率测试以获得最佳写入功率及速度。

　　③读取盘片外圈循轨伺服讯号的状态。

　　综合①、②和③，针对放入的光盘片作最佳的刻录速度选择，以达到最佳的刻录品质要求。

　　2.JustLink

　　“JustLink”──RICOH防烧坏技术，以防止当刻录光盘时发生高速缓存里数据不足(Buffer underrun)而产生刻录失败。产生的原因是计算机没有足够的资源，将源源不断的数据流传送到刻录机的高速缓存里。由于刻录光盘时缓存与PUH间的数据流必须不间断，所以一旦发生这种问题，就可能造成刻录失败。以下举出几种会发生Buffer underrun的情况；

　　①采用高倍速烧写盘片时；

　　②当刻录机在做刻写动作时，计算机同时在做其他的工作；

　　③写入的数据来源于另一台光驱(即两台光驱之间直接进行拷贝)；

　　④直接通过网络读取数据并同时进行刻录；

　　⑤当CPU在低性能的情形下做高倍速的写入。

　　在将要发生Buffer underrun的情况前，建碁的光驱就会立即停止PUH的刻录动作，并启动JustLink 的功能，监控高速缓存内的数据量，等达到一定的数据量后再从中断的地方开始继续刻录。虽然其他厂牌的光驱也有类似的功能，但接续的地方，其间隙约达40μm的宽度，如果是以12倍速刻录，速度越快其间隙会越大，在相同的条件下，建碁的光驱其间隙却低于2μm，丝毫不会影响光盘片刻录后的读取品质，所以称为“JustLink”(无缝连接)。技术比较参见(图4)，刻录后的RF 信号比较请参见(图5)。

　　由图5观察，刻录后的RF信号几乎察觉不到发生JustLink的间隙。图6为JustLink的操作程序：

　　3.ROPC

　　ROPC(Running Optimal Power Control)是动态性的最佳刻录功率控制电路。因为在刻录时，盘片在高速旋转下，均会有一定程度的摆动(wobble)，若在CLV的模式下，固定的功率会因盘片晃动的因素使刻录的品质不佳。若采用了ROPC技术，在光盘刻录的同时侦测盘片上反射讯号，自动调整功率的大小，以达到较高的刻录品质。

　　4.减震机构

　　在高倍速刻录的同时，光盘的稳定性和刻录品质也是息息相关的，鉴于此，建碁的新一代光驱内建动态减震静音机构，能够在高转速下提供稳定的刻录系统，尤其针对不同的偏重心盘片，动态调整其读取平台，使其保持高品质的光盘刻录。图7为减震机构的示意图。

　　右图中，当光驱在读取或刻录不均衡(例如：偏心)的光盘片时，在转动的横轴上会产生一外力F(如图7)。M3表示转动横轴，M2为“动态阻尼器”，M1表示载入器和框架。而此“动态阻尼器”可让光驱在10000rpm(约50×倍速)的转速下将转动横轴和载入器的震动减少为1/3 或更少。以达到改善刻录机的运行品质及光盘存取稳定性的目的。

　　四、支持多种刻录模式

　　目前针对市面上的防拷贝机制最常采用的技术就是Macrovision的Safedisc 2(SD2)，采用这些技术后，光盘片上会采用内嵌式的认证用数字签章，以及保护光盘数据的多层加密。一般情况下是无法使用刻录机来复制的，但建碁的CRW52**系列刻录机能克服此困难，让使用者仍能正确地备份防拷光盘。另一方面，也同时支持Mount Rainer(CD-MRW)的功能，它为一种最新的封包写入(Packet-writing)标准，能够支持背景格式化(background format)，并且能够在短时间的格式化之后，像使用软盘一样立刻写入与存取数据。

　　编后：光驱产品的稳定度以及良好的刻录品质一直是刻录机厂商在技术上最大的挑战，虽然采用的技术各不相同，但目的都是让刻录机的刻录品质与稳定度均呈现最佳表现状态。建碁(Aopen)的光电工程师在这里讲解了他们的一些观点，希望大家阅读后对刻录机有更深入的了解，选择到令自己更满意的刻录机产品。