侵权投诉
当前位置:

OFweek光学网

光学仪器设备

正文

游戏机市场蓝光技术见真章

导读: 透过游戏机带动光存储技术的发展,在过去DVD时代就曾将上演过。Sony利用PS2游戏机带起整体DVD市场的占有率。PS2刚上市的价格是299美元,而同时期美国市场上最便宜的DVD光驱价格则高达599美元,因此使得很多人宁愿买台PS2来看DVD盘片。未来可以预期的是,游戏机将成为扩大蓝光技术市场接受度

作者:黄伟铭
 
 
游戏机采用新一代DVD格式之战打得火热。尽管已经上市的微软Xbox 360采用的是既有的DVD格式,而非原先外传的HD DVD规格,然而只闻雷声不见雨点的Sony PS3虽然还未上市,却已经信誓旦旦表示新款游戏机将采用Blu-ray Disc(BD)蓝光格式。此举也让微软认为Sony有藉由游戏机捆绑BD规格,强迫消费者接受之嫌。

目前市面上许多BD或HD DVD光驱产品相继问世,然而许多人认为游戏机市场才是可能影响两大阵营角力的真正战场。其中以Sony为代表的PS3游戏机及以微软为代表的Xbox 360游戏机将是市场注目的焦点。当然Xbox在市场一阵臆测之后,宣布将不支持任何蓝光格式,而是以支持旧有DVD规格问世,却也已经炒热由微软所支持的HD DVD格式。另外SP3游戏机在所有游戏迷引颈期盼之下,却还迟迟停留在只闻楼梯响,不见人下来的状况,但目前发布的规格中,以确定支持Blu-ray规格。本文接着将介绍Blu-ray以及HD DVD这两种新一代的DVD规格。

1999年日、韩、欧等大厂着手进行新一代蓝光技术的研发与规格之制定。到了2002年2月,Sony等9家日韩大厂率先提出Blu-ray Disc规格,同年8月Toshiba与NEC阵营也对外发布了新一代的蓝光规格HD DVD,至此一场全新的蓝光DVD规格竞赛展开序幕。目前东芝(Toshiba)的高分辨率HD DVD播放机与Sony的Blu-ray规格播放机相继上市,这代表两种主要蓝光新规格已经走出技术讨论的层次,并开始真正走入市场竞争,这也让蓝光规格的市场之争渐趋激烈。本文接着将分别介绍Blu-ray与HD DVD这两种不同的DVD规格。
 
新一代DVD规格问世
光盘存储技术由CD发展至DVD,容量由650MB提升至4.7GB约为6~7倍,且DVD播放机已进入家庭成为家庭影院的重要成员,光存储技术的日新月异已大量散播影音娱乐到各个家庭。随后出现可写入型DVD盘片,规格区分为由DVD Forum支持的DVD-R/RW与DVD+RW Alliance推动的DVD+R/RW两种,直到目前两规格还尚未统一,但也因为DVD-Dual以及DVD-Multi等复合式碟机的推出,逐渐摆脱了彼此无法兼容的问题,此外DVD录放机也应运而生,可记录约133分钟经MPEG2编码的影视讯息或可写入型DVD光驱存储的高密度数据。

随着宽带网络新技术及更高分辨率的家庭影音产品的出现,DVD容量就显得不足,存储两小时MPEG2压缩的高清晰电影或是电视节目记录容量必须超过单面20G以上,因此更需要高容量来存储高分辨率数字电视或是大容量数据。按照现行的DVD规格,用来录制HDTV标准的高分辨率数字电视节目,一张光盘可以容纳的节目时间还不到1个小时,尚无法具有完整纪录一部电影的容量。因此下一代DVD格式所面临的首要问题就是如何提高存储容量。下一代的光盘规格选择使用蓝紫色激光器光源的新一代DVD光盘称为High Definition DVD(HD DVD),此外因为使用蓝光激光器所以也称为蓝光光盘,它提供更快速、更高容量的存储媒体,让家庭娱乐有更多精致及不同的选择。

此后世界主流厂商均以蓝光HD DVD为光存储的研发重点,在2002年2月19日由9家国际主流电子巨头(Matsushita、Hitachi、Pioneer、Sharp、Philips、Tohomson、Samsung、LGE;9C)共同发表的Blu-Ray Disc规格,可擦写23GB、25GB及27GB为主,起初目的是以Rewirtable Disc为切入点以配合即将普及的HD-TV,所以没有考虑兼容性的问题,因此并未提交DVD Forum进行讨论。另外2002年8月由日本Toshiba及NEC两家公司共同发表了AOD(Advanced Optical Disc)读写容量为20GB,所提出的规格是较易与现有的DVD产品达到兼容效果,也于DVD Forum提出并与各会员公司进行规格之细步讨论与制定,最后顺利推出HD DVD规格。
 
Blu-ray与HD DVD
Blu-ray与HD DVD两规格以DVD接班产品之姿登场,HD DVD与Blu-ray两阵营各拥山头,反复宣示蓝光光盘的势在必行。运作积极的Sony,甚至计划停止DVD录放机研发人员的配置,将资源转移至蓝光光盘。只是,难道目前的DVD还不够吗?

DVD规格于1995年设定,主要是以存储133分钟影片为容量依据,当时影片分辨率为720×480。而今天影片分辨率普遍已进展至1280×720,甚至1920×1080的高解析画面,所伴随而增加的数据量,在两小时的内容约需21~28GB的存储空间,以目前DVD单面单层仅4.7GB的容量,显然并不足够。

根据雷利(Rayleigh)方程式,光点大小与波长呈正比、NA值呈反比。在日亚化学成功开发蓝光激光器半导体后,遂有以蓝光做为光源的DVD技术问世,这包括了2002年先后提出的「Blu-ray Disc(BD)」规格,以及「HD DVD(原名AOD)」规格。

Blu-ray Disc于2002年1月发表,是最早问世的蓝光激光光盘规格。当时由九家厂商共同署名,分别为SONY、Philips、Pioneer、Sharp、Hitachi、Matsushita、LG、Samsung与Thomson,简称9C(9 Companies)。2003年5月Mitsubishi加入,2004年1月获信息大厂Dell与HP支持,3月又增加TDK,此联盟统称BDA(Blu-ray Disc Association)。BDA旨在推动Blu-ray蓝光光盘的发展,并为其寻求更多的商业机会。目前BDA已有超过140多个成员,其董事会包括苹果、戴尔、惠普、日立、LG电子、三菱、松下(Matsushita电子)、Pioneer、飞利浦、三星电子、夏普、新力、TDK、Thomson、二十一世纪福克斯和迪斯尼动画与电影。

Toshiba则与NEC,在2002年8月发表「HD DVD」规格。2004年底结合Toshiba、Sanyo、NEC与Memory-Tech,联合成立HD DVD-PG(HD DVD Promotion Group),致力于HD DVD规格的推广。虽然Toshiba推出首台HD DVD产品的时间较晚,技术发展时程也较落后,但在DVD Forum的表决过程中,「HD DVD」以些微差距胜出,成为唯一由DVD Forum认可的蓝光激光光盘规格。

HD DVD发表时间虽然晚于BD,但却能获得DVD Forum支持,和其所设定的产品发展策略有很大的关系。BD发展之初的应用目标,主要为录制电视节目,因此一开始即以记录型规格为发展方向,该联盟厂商也多为硬件业者。HD DVD则拉拢好莱坞影业,同时也是DVD最高指导委员会的成员Time Warner,由预录片开始着手。内容业者的影响力不容小觑,着实影响了DVD Forum内的厂商态度,使得BDA也积极补强只读型规格的制定,因此目前反倒有许多厂商陆续投向BD的怀抱。

除发展策略的不同,产品规格上的最大差异,在于NA值的不同。BD的NA值,采用较DVD之0.65技术难度更高的0.85,存储密度得以提升至单面单层23.3~27GB。但因NA值的改变,使得盘片组成为基板1.1mm与保护层0.1mm的贴合,和DVD两片0.6mm的贴合不同,制造设备需全部更新。

HD DVD的NA值,则采用与DVD相同的0.65,盘片组成和DVD同为两片0.6mm贴合,制造设备可就现有DVD设备改装,对厂商而言,制造成本较低。但较小的NA值,也使得存储密度较低,单面单层容量最大仅为20GB。

 

表一 BD与HD DVD规格比较
 

■HD DVD
HD DVD盘片初步定为只读型及可复写型两种,只读型单面单层为15GB、单面双层为30GB;单面双层可复写型20GB、单面双层则为40GB。采用激光波长为405nm的蓝光及透镜数值孔镜值(NA)为0.65的物镜来记录和播放由2张厚度为0.6mm的盘片底板粘贴而成的光盘规格,轨距也由DVD的0.74μm缩小至0.34μm或0.4μm,更进一步将pit长度缩短。物理上,藉由缩小轨距及pit长度与缩短激光器波长达到提高记录密度的目的。HD DVD盘片也分只读型及可复写型两种规格。

․兼容性高
因为NA值与现行DVD盘片接近且盘片结构与DVD相同,因此更容易与现行DVD光盘保持兼容性,且可继续使用现有DVD光盘的生产设备,便于扩大光盘和物镜的距离,不需要光盘卡匣等,大大的降低从现有DVD过渡至HD DVD所需的成本。而另一方面,为了控制由光盘弯曲和扭曲造成的倾斜角,就必需要有倾斜补偿伺服装置;而Blu-Ray Disc规格的0.1mm覆盖层由于对倾斜角的容许量较大,因此不需要倾斜补偿伺服。但因为0.1mm规格的覆盖层容易出现由厚度误差引起的球面相差,因此就必须对物镜加入补偿装置。

HD DVD记录方式采用与DVD-RAM相同的land及沟槽记录的方式提高记录容量,Blu-Ray Disc则是使用沟槽纪录的方式。HD DVD在盘片的land及沟槽间隔的设计上比较宽,因此可以得到明显的跟轨误差讯号(Tracking Error Signal),相较于一般沟槽记录的规格比较,推挽(push-pull)方式跟轨误差的S/N值大于10dB,之后即使要进一步缩小轨距也可方便地重新设计。

HD DVD可覆写型空白的盘片其位置信息是存储在经过调变的wobble上,称为周期性位置的摆动地址(Wobble Address in Periodic position;WAP)。利用标准相位摆动(Normal Phase Wobble;NPW)及相反相位摆动(Invert Phase Wobble;IPW)经由调变来存储信息,由于HD DVD的纪录方式是land及groove纪录,因此在会有一边是指示groove的信息,另一边则是指示land的信息。

HD DVD更采用硬盘中常用的部分反应最大相似(Partial Response Maximum Likelihood;PRML)技术,其架构较复杂但抑制ISI(Inter-Symbol Interference)效果好。此外,在可覆写型盘片的主轴转速控制则是采用与DVD-RAM规格相同的ZCLV方式,而在只读型盘片仍是采用CLV的控制方式。在数据结构上ECC Block长度则由现行DVD的32KB,加大成为64KB,在重复读取小区块、大量档案数据时,激光头不必来回检查档案正确性的通用的盘片格式(Universal Disk Format;UDF)起始结构,格式效率为81.6%。

․效率更高的编码技术
目前只读型盘片单层容量为15GB,容量方面虽然与Blu-ray Disc的25GB左右的容量比起来要小一些,但HD规格宣称对于拥有高效率的新编码技术如VC-9编码15GB的容量已相当足够。15GB的盘片若以15Mbps的编码速度可容纳132分钟的影片。但是如果是单面双层的光盘的话,将会容纳27GB~30GB的数据,即使是编码速度高达20多Mbps的SB数字电视录像也能记录3个小时左右。
 

 

图一 DVD与HD DVD光源的比较
 


表二 只读型与可覆写型HD DVD盘片的规格比较
 

■Blu-Ray Disc

■更大的存储容量
Blu-Ray Disc(BD)在单面单层有23.3GB、25GB及27GB三种盘片,另外单面双层有46GB、50GB及54GB三种盘片,上述为可复写型;之后也发展播放用的只读型盘片BD-ROM(Blu-ray Disc ROM)。为了提高记录容量,BD规格采用405nm的蓝紫光激光波长以及物镜NA为0.85来缩小光点的尺寸,如(图二)所示,让光点能在高密度光盘中准确读写数据,但缺点是容易造成光差增加。

BD盘片是由厚度为1.1mm的基盘与0.1mm厚度干净、无缺陷的覆盖层为保护层组合形成的,所以当盘片有指纹、刮痕或是灰尘时对光盘的读写质量是有相当的影响,且缩短激光波长及提高NA值,若以红光DVD激光光点面积为100%,BD光点的面积比为DVD的19%,以致缺陷(defect)可能比光点大很多导致抵抗能力有限,因此发展初期需有较强的ECC修正功能、hard coating或是卡匣等等的保护,现已可见厂商推出无保护卡匣的BD盘片,让使用上更为便利。

比较现有DVD与HD DVD及BD盘片,不同盘片对于平坦度的影响,而盘片的容许倾角范围与平坦度有相当的关系。平坦度正比于l/(t × NA3),比较时以现有DVD当成比较的依据,HD DVD的NA值与DVD接近,但波长(λ)缩短至405nm,所以盘片容忍度约为DVD的一半。而BD因为NA值比DVD大1.42倍,导致光轴与光盘记录面的容许倾角范围缩小2.9倍,且波长缩短又使得容许倾角范围缩小1.6倍,又容许倾角范围与盘片覆盖层厚度及NA的3次方成反比,因此基于倾角考虑选取0.1mm的覆盖层以减其厚度,以改善光盘片与光轴入射角度偏离90度的相差问题,其容忍度也与DVD较接近。

盘片记录容量受到NA值及激光波长的影响,将BD记录容量(0.85/405)2除以DVD记录容量(0.60/650)2可计算出BD记录密度为DVD的5倍左右,以相同的方式计算HD DVD约只有DVD的3倍。在RF讯号处理上BD采用limit equalizer,其架构较简单,抑制ISI的效果有限,因为BD采用高NA且缩小最小pit的长度,所以本身ISI的现象相较于HD DVD就不是很严重,但在实际应用上也可加入PRML技术,以提升数据判断的正确性。

BD盘片预刻的位置信息不同于HD DVD格式是采用最小移动讯息(minimum-shift-keying;MSK)的记号与锯齿状摆动(saw-tooth wobbles;STW)及单频的摆动(monotone wobbles)结合而成的格式,对于下列几种的影响具有强健性:

●媒体、沟槽噪声、及写入数据的干扰(cross-talk);
●Wobble PLL锁上后wobble位置相对于ADIP单元的起始存在不确定;
●邻轨wobble讯号所造成的影响(cross-talk);
●由于盘片表面的灰尘及刮痕导致的局部缺陷(local defects)。
 

 

图二 DVD与BD激光光源的比较
 

 

图三 盘片表面缺陷的影响
 

表三 盘片与容许倾角范围之关系
 

而在数据压缩上,影像纪录格式采用MPEG2的压缩技术,声音纪录格式采用AC3、MPEG1、Layer2技术,影像及声音混合格式则是采用MPEG2 transport stream的技术,所以一片27GB盘片可以记录超过2个小时的数字高画质的影像或是13小时标准TV(SDTV;数据速率3.8Mbps)。不同现有DVD技术,BD-ROM使用更强大的加密规格系统基于128-bit 先进加密标准。它的特色是可藉由密码废止(key revocation)将系统更新加上物理技术来避免bit-by-bit的复制到记录媒体上。这样的架构下,在mastering的过程中,内容提供者(content providers)会在欲记录盘片上插入叫做“ROM mark”之记号,目的不仅在预防随机的拷贝,更要防堵专业的拷贝。

就编码方式来看,现有红光DVD的盘片密度比(Density Ratio;DR)较HD DVD及BD都来的高。在BD数据格式每45bit会加入1个bit来做DC控制(DSV control),所以BD真正的coding rate还要在乘上(45/46),比起HD DVD要低一些。但也因为加入DC控制的位,因此对DSV控制而言,BD会比现有DVD好,HD DVD又比DVD差。
 

表四 Density Ratio比较
 

综合上述,光盘片的发展由CD、DVD、一直到近期发展的蓝光光盘片各个波长、NA值、记录层的位置及显微镜观察的归纳结果可参考(图四)。盘片发展的趋势是轨距及光点越来越小,记录的数据长度也越来越小以获得较大的纪录密度。(表五)为DVD-RW、HD DVD及Blu-Ray Disc的规格比较表。
 

 

图四 CD盘片发展至蓝光盘片的比较
 

 

表五 DVD-RW/HD DVD/Blu-Ray Disc规格比较
 
 
 
游戏机将成蓝光技术主战场
由于游戏机一天的销售量相当于光驱一个月的销售量。因此在蓝光游戏机初问世的第一年内,将维持这样的销售比例一段时间。因为游戏机厂商并非以硬设备赚取主要收入,反而是从游戏软件部分赚取主要利润,因此经常都会赔本将游戏机售出。而光驱厂商的做法则正好相反,在产品推广初期,厂商会赚取更高的利润,随着市场的成熟和竞争的激烈,产品再逐渐降低售价。

以价格来看,BD阵营目前蓝光光驱产品的售价约1000美元左右,但同样使用BD技术的PS3游戏机暂定售价则为499美元(其成本约为900美元),仅相当于碟机的一半。499美元对于游戏玩家已不是价格瓶颈,更何况带有蓝光光驱的游戏机本身就是一个名符其实的光驱。Sony为PS3初始销售量定为200万台,这意味着这两百万玩家将成为BD技术的第一批支持者。

透过游戏机带动光存储技术的发展,在过去DVD时代就曾将上演过。Sony利用PS2游戏机带起整体DVD市场的占有率。PS2刚上市的价格是299美元,而同时期美国市场上最便宜的DVD光驱价格则高达599美元,因此使得很多人宁愿买台PS2来看DVD盘片。未来可以预期的是,游戏机将成为扩大蓝光技术市场接受度的前锋,但长远来看,蓝光市场的普及主要还是得由光驱的销售量来提升,毕竟蓝光光驱更适合观赏影片,且未来蓝光光驱的售价也将逐渐降低至消费者普遍都能接受的水平。尽管如此,目前打得火热的游戏机大战,未来仍将决定谁才是蓝光技术的最后胜利者。 

声明: 本文由入驻OFweek公众平台的作者撰写,除OFweek官方账号外,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

  • 激光工程
  • 研发工程
  • 光学工程
  • 猎头职位
更多
文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码: