新一代DVD规格之战——BLU-RAY DISC VS HD DVD
硬件周刊
追求光磁产品的更大容量一直是业界不断努力的目标。目前DVD的品质是相当于SDTV的品质（720×480i），而高画质数字电视（HD-TV）的品质一般要求为1280×720i或1920×1080i。如果以DVD的影像压缩方式（MPEG2），则135分钟的HD-TV影片需要20GB左右的容量，目前DVD-5（4.7GB）及DVD-9（8.5GB）均无法满足此需求。因此国际DVD论坛的主要成员一直积极探讨如何让DVD适合HD-TV影片（1920×1080i）的需求，这时新一代DVD规格就应运而生了！
一、蓝色之光——Blu-ray Disc
Blu-ray Disc又称蓝光光盘，是由日本的索尼、松下、日立、先锋、夏普，韩国的LG电子、三星、法国的汤姆森，以及荷兰的飞利浦这九家电子巨头于2002年2月19日在东京所共同推出的新一代DVD光盘标准。
1.容量更大
Blu-ray Disc技术的最大优点是，我们可以在直径为120mm的单面单层规格的Blu-ray Disc上刻录容量高达27GB的数据资料。
CD、DVD和Blu-ray Disc光盘有相同的外观物理尺寸，都是直径为120mm和厚度为1.2mm的盘片，光驱都是通过激光来读取存储在光盘上的数据。那么是如何在CD到DVD再到Blu-ray Disc这些大小相同的光盘上，实现数据 存储容量从650MB到4.7GB再到27GB的数倍增加呢？
无论是CD、DVD或Blu-ray Disc，所存储的数据都被记录在光盘记录材料层上由里向外的螺旋轨道上，这时光点的大小决定储存容量的大小，也就是较小的光点才能读写较小的讯号点，也才能有较大储存容量。相比CD光盘，DVD光盘的数据存储轨道间的距离更近，这样在一张光盘上就可以容纳更多的轨道。在DVD光盘中，相近两条轨道上用于存储信息的记录点之间的距离被缩小到0.74μm，比CD的1.6μm小一半以上。在DVD盘上，存储信息的记录点也更小，这样同样一条轨道就可以有更多的记录点，从而储存更多的信息。在单层DVD光盘上最小的记录点长度为0.4μm，而在CD上为0.83μm。光盘上记录点的数量最终决定光盘存储的信息量，DVD光盘通过减小轨道间的距离让光盘含有更多的轨道，通过减少记录点的大小使得在相同的轨道可以有更多的记录点，从而大大提高了数据的存储容量。标准CD使用780nm红外线进行刻录，而DVD使用635nm或650nm的红光进行刻录从而达到了更小记录点的目的。与DVD相比，Blu-ray Disc在技术上主要通过下面以上两方面的提高容量。
第一，通过使用波长更短紫蓝色激光——波长为405nm蓝紫色激光和0.85光圈数值（NA）的激光聚焦物镜，Blu-ray Disc成功地缩小了用于读取和刻录数据的激光光线的聚焦点直径的大小，从而减小了Blu-ray Disc数据记录层上，用于记录数据的记录点的大小。而前流行的DVD技术采用波长为650nm的红色激光和数字光圈为0.6的聚焦镜头。
光圈数值的提高虽然可以有效的缩小激光点，但0.85的光圈数值可说是极限的数值。因为盘片在射出成型时，外侧迅速冷却、内侧仍保持热度，由于冷却时的不平衡，会产生弯曲的现象。但当数值孔径提高时，透镜焦点距离缩短，使得光学读取头更加贴近盘片，对于盘片的要求就更为严格。因此，数值孔径无法无限扩大。配合数值孔径的增加、透镜焦点的缩小，激光透过基板的厚度越薄，越能有效对应弯曲。因此，为了实现高密度化，就必须缩小保护膜厚度。为此厂商将光盘的信息层保护基板的厚度设计为 0.1mm ，借助这层经过特殊设计的超薄型可透光保护层架构，以大幅降低激光照射角度偏离 90 度正常状态下的相差问题，进而有效的解决之前 DVD 规格在使用 0.6mm 厚度保护基板时一直困扰的数据再生错误的问题。同时在蓝光DVD的盘片结构中采用0.1mm保护基板还有一个好处，这样可以减少盘片在转动过程中由于倾斜而造成的读写失常，这使得盘片数据的读取更加容易，并为极大地提高存储密度提供了可能。
第二，在Blu-ray Disc上，数据记录轨道间的距离被减少到0.32μm，几乎只有常规DVD的一半。不过，轨道间距减小带来了一个问题，那就是记录信号时的热能可能会传导至临接的轨道，进而造成信号品质恶化的问题。为此Blu-ray Disc仍采用凹槽记录方式，以此来隔断热能传导至临接的轨道之上。
2.抖动寻址技术
由于波长、数据记录轨道间距的减少，在信号处理上对系统提出了更高的要求。为此在信号处理方面，Blu-ray Disc规格中还引入了抖动寻址（Wobble Address）技术，该技术是Blu-ray Disc规格中的关键技术指标之一。（提示：抖动寻址由MSK（Minimμm Shift Keying，最小频移键控）方式和STW（Saw Tooth Wobble，锯齿状抖动）方式组合而成，其中MSK是飞利浦和索尼提出的，STW是松下电器提出的。MSK的特点是由于它的S/N（信噪比）较高，适用于获取位置信息，而STW方式的优点则在于更加适合于类似轨道跳跃（Track Jμmp）那样的抖动转换。
在存储方式上，Blu-ray Disc仍然使用凹槽进行记录，而与以往最大的不同就是在于地址信息是采用基于 STW+MSK 技术改良后的 ADIP （Address In Pre-groove，预凹槽地址，这是Blu-ray Disc地址信息的基本单位，一个单位存储1bit地址信息）方式存储在轨道中的。Blu-ray Disc设有可引导光束的凹槽，记录数据时它可控制轨道使光束能照射至引导凹槽内，同时Blu-ray Disc还利用CLV技术控制光盘的转速来使线记录密度恒时维一定。为使旋转控制更加简易，Blu-ray Disc采取与DVD-R相同结构，在引导凹槽内设置±10nm左右微细的抖动。
为了能够正确地将数据记录在预定的位置，所以该处必需要有特定的物理地址，因此Blu-ray Disc利用MSK变调技术与STW技术，在微细抖动内设置ADIP物理地址。每个ADIP由56个抖动构成。在这56个抖动中，利用MSK和STW两种方式来嵌入上述的1位地址信息。56个抖动可分为利用MSK方式调制的区域和利用STW方式调制的区域，前者通过MSK方式调制来确定抖动位置、后者则是利用STW方式的“锯齿”方向来判断“0”、“1”信息。由于Blu-ray Disc的光穿透保护层的厚度只有0.1mm，因此极易受到粉尘、异物的影响，不过即使如此MSK 抖动都能精确检测位置，而且STW本身又具备良好的抗粉尘、异物等特性，因此若将MSK 抖动与STW两者加以组合，利用彼此优点的相乘效果，理论上就可顺利读取ADIP。
此外，Blu-ray Disc还通过提高信号波形检测技术，提高了S/N。通过采取这些措施，据称与单独使用MSK方式或者STW方式相比，提高了地址信号读取时的倾斜余量和焦点误差容许度。
3.另类向下兼容
我们已经知道Blu-ray Disc装置使用的镜头光圈数值是0.85，这和CD或DVD的镜头光圈数值是完全不同的，那么如何让Blu-ray Disc装置面市时，必须能够兼容读取甚至刻录目前的DVD和CD呢？毕竟是否提供向下兼容性往往决定一种新技术的成功与否！因此，LG电子和NEC采用在物镜之前插入一补偿装置，用于控制Blu-ray Disc装置上的光圈数值，从而达到可以兼容使用CD和DVD的目的。这种补偿装置整和了干扰滤波器和相位滤波器的功能。干扰滤波器用于改变物镜的光圈数值，以次来配合波长不同的用于不同光盘（Blu-ray Disc、DVD或CD）的激光。而相位滤波器用于补偿由于不同类型盘片数据记录层上的保护层厚度的不同而产生的偏差。LG电子的补偿装置主件为一种全息光学元件，NEC则采用一种含有不同厚度的二氧化硅滤膜的多层干扰滤波器膜结构。
目前Blu-ray Disc规格共准备有单面单层记录容量为 23.3GB 、 25GB 、 27GB 的 3 种类型可擦写光盘，光盘生产厂家可以根据技术水平进行选择。除可擦写光盘之外，九大厂商还计划依次投产播放专用光盘、追记型光盘（一次刻录型）、单面双层容量为 50GB 的可擦写光盘等。这一点就比 DVD 当时要考虑周全得多，不会再像 DVD 那样，出现只读光盘一个标准、刻录光盘三分天下的局面。而且上述九家公司表示还将进一步发展提升相关光盘存储容量的技术，如在单面单层光盘上达到30GB的存储性能和在单面双层上达到50GB的存储性能。
不过，尽管Blu-ray Disc的推出得到了大多数厂商的支持，但仍有一些著名公司缺度，如DVD论坛技术委员会主席——东芝公司。而且东芝与NEC还联合推出了它们所倡导的新一代DVD规格——HD DVD！
二、另立炉灶的HD DVD
HD DVD就是此前东芝和NEC提出的Advanced Optical Disc（也简称AOD）。HD DVD可以说也属于Blu-ray Disc的范畴，因为它与Blu-ray Disc规范一样也是采用405nm蓝紫色激光。与Blu-ray Disc不同的是，HD DVD采用光圈数值不是 0.85 而是目前DVD 的 0.65，所采用的保护基板也是目前DVD中使用的0.6mm 保护基板，这样无需像Blu-ray Disc那样去保护外壳了。而记录方式上，HD DVD也是通过缩短数据记录轨道间距增加轨道数来提高纪录密度。但目前DVD采用的凹槽记录方式在超过某种程度后就无法再缩短，因此东芝在HD DVD中引入了岸台/凹槽（Land/Groove）记录方式。此外HD DVD的单面单层光盘的记录特性为L-H（low to high），与目前普通的光盘正好相反。为了实现L-H光盘，此前的做法是记录层采用了以高折射率的ZnS-SiO2夹持低折射率的SiO2膜的结构。但是，SiO2存在成膜速度慢的缺点。这一缺点有碍于成本的降低。因此，东芝最近已经改用折射率与SiO2不相上下的SiOC。成膜速度大约可以提高至原来的2倍。当此，HD DVD相对DVD来说，其它还有一些细部如调变、错误订正、寻址等细部差异。
由于东芝将盘片上凹槽部份的间隔设计的比较宽，因此可以获得明确的循轨错误信号，和一般只有使用凹槽记录的规格相比较，推挽方式循轨错误的 S/N 值高达 10dB ，因此即使以后要进一步的再缩小轨道间距，也可以很方便的重新设计。为了保证容量加大后的信号读取质量，还采用了在硬盘中常用的局部响应最大相似技术（ PRML ， Partial Response Maximum Likelihood ）。除此之外，在光盘片的旋转控制方面，也采用和目前 DVD-RAM 规格相同的 ZCLV 方式。在数据的起始结构上， 东芝采用和现行 DVD 相同的策略，因此在各个平台上使用具有高度互换性，ECCB 长度（注：ECCB是ADIP中地址信息的单位，在目前DVD中每一个ECCB（16个扇区，32KB）有四个地址与之对应）则由现行DVD的32KB ，加大成为64KB。同时在重复读取小区块、大量档案资料时，激光头不必来回检查档案正确性的 UDF 起始结构，格式效率为 81.6% 。此外，有鉴于光盘片上凹槽和平台的记录材料在记录性能的表现上并不完全相同，因此东芝为了要能够确保两者具有相同的性能表现，还特别投入了许多新技术的开发，例如直接控制激光头的激光振动强度、加强电子回路以及光驱本身的控制技术等。
虽然HD DVD采用405nm蓝紫激光，但由于仍采用0.65光圈数值和0.6mm保护基板，因此HD DVD的容量比Blu-ray Disc要小一些：单面单层 15GB ，单面双层 30GB。而且与和蓝光相比，目前DVD论坛仅仅通过了只有其中的播放专用光盘规格“HD DVD-ROM，支持HD DVD的厂商也较少。不过，HD DVD技术相比于Blu-ray Disc最大的优势就在于能够兼容当前的DVD，厂商可以将传统的红光DVD生产设备投入到HD DVD设备的生产，厂商所需更改的只是激光头和控制芯片罢了！另外HD DVD的生产难度要比Blu-ray Disc的生产难度低得多，这一点也很重要，在很多时候，生产难度低的技术更容易被生产厂商所接受。而且针对容量小的缺点，目前东芝与 NEC 打算选择 MPEG-2 之外新的 HDTV 信息有编码格式以弥补在容量上的不足。与此同时， DVD 论坛正在研究由华纳公司提出的将 HDTV 图像存储于现有 DVD-Video 光盘的单面双层媒体（容量 8.5GB ）的规格“HD-DVD9”，因此 HD DVD将基本上使用与该规格相同的压缩格式。
附注：提到HD DVD，在这里附带谈一下HD-DVD规格。HD-DVD是由中国（由中国台湾工研院光电所及大陆厂商）提出的下一代DVD规格。HD-DVD规格同样基于405纳米蓝紫激光存储技术，它采用与现有DVD、蓝光DVD一样的螺旋状记录方式，单面单层HD-DVD盘片的存储密度便可达到18GB～27GB，基本上与蓝光DVD处于同一水平。不过HD-DVD采用的影像压缩技术并不是MPEG－2或MPEG－4，而是新开发的H．264。（注：H．264是ITU-T的VCEG（视频编码专家组）和ISO/IEC的MPEG（活动图像编码专家组）的联合视频组（JVT：joint video team）开发的一个新的数字视频编码标准）其的最大优点在于低廉的专利费：如果采用MPEG-4解码程序，每部驱动器必须支付两美元，而使用H．264的话仅需要缴纳0．4美元，两者相差高达五倍之多！不过HD-DVD并未完全成型、有关盘片的各项指标均未透露，目前也没有得到DVD论坛的认可，所以在这里我们就不多作介绍。
结语
上面两种新DVD规格各有优势：Blu-ray Disc代表更先进技术、拥有更大容量，而HD DVD拥有良好向下兼容性、较低的生产成本，因DVD格式的争夺战仍将继续进行下去。什么时候DVD规格才能统一？对我们这些消费者来说也许还是一个梦！