光碟儲存技術由CD發展至DVD，容量由650MB提升至4.7GB約為6～7倍，且DVD播放機已進入家庭成為家庭影院的重要成員，光儲存技術的日新月異已大量散播影音娛樂到各個家庭。隨後出現可寫入型DVD碟片，規格區分為由DVD Forum支持的DVD－R/RW與DVD＋RW Alliance推動的DVD＋R/RW兩種，直到目前兩規格還尚未統一，但也因為DVD-Dual以及DVD-Multi等複合式碟機的推出，逐漸擺脫了彼此無法相容的問題，此外DVD錄放影機也應運而生，可記錄約133分鐘經MPEG2編碼的影視信息或可寫入型DVD光碟機儲存之高密度資料。

當務之急－－提升儲存容量

隨著寬頻網路新技術及更高解析度的家庭影音產品的出現，DVD容量就顯得不足，儲存兩小時MPEG2壓縮的高畫質電影或是電視節目記錄容量必須超過單面20G以上，因此更需要高容量來儲存高解析度數位電視或是大容量資料。按照現行的DVD規格，用來錄製HD-TV標準的高解析度數位電視節目，一張光碟可以容納的節目時間還不到1個小時，尚無法具有完整紀錄一部電影的容量。因此下一代DVD格式所面臨的首要問題就是如何提高儲存容量。許多主流廠商目前已提出下一代的光碟規格，選擇使用藍紫色雷射光源的新一代DVD光碟稱為High Definition DVD（HD-DVD），此外因為使用藍光雷射所以也稱為藍光光碟，它提供更快速、更高容量的儲存媒體，讓家庭娛樂有更多精緻及不同的選擇。

藍光規格兩大勢力相繼崛起

繼DVD之後世界主流廠商均以藍光HD-DVD為光儲存的研發重點，在2002年2月19日由9家國際主流電子巨頭（9C；Matsushita、Hitachi、Pioneer、Sharp、Philips、Tohomson、Samsung、LGE）共同發表的Blu-Ray Disc規格，可讀寫23GB、25GB及27GB為主，起初目的是以Rewirtable Disc為切入點以配合即將普及的HD-TV，所以沒有考慮相容性的問題，因此並未提交DVD Forum進行討論。另外2002年8月由日本Toshiba及NEC兩家公司共同發表了AOD（Advanced Optical Disc）讀寫容量為20GB，所提出的規格是較易與現有的DVD產品達到相容效果，也於DVD Forum提出並與各會員公司進行規格之細步討論與制定，最後順利推出HD-DVD規格。

HD-DVD

HD-DVD碟片初步定為唯讀型及可複寫型兩種，唯讀型單面單層為15GB、單面雙層為30GB；單面雙層可複寫型20GB、單面雙層則為40GB。採用雷射波長為405nm的藍光及透鏡數值孔鏡值（NA）為0.65的物鏡來記錄和播放由2張厚度為0.6mm的盤片底板粘貼而成的光碟規格，如(圖一)所示，軌距也由DVD的0.74μm縮小至0.34μm或0.4μm，更進一步將pit長度縮短。物理上，藉由縮小軌距及pit長度與縮短雷射波長達到提高記錄密度的目的。HD-DVD碟片其唯讀型及可複寫型的規格比較可參考(表一)。

相容性高

因為NA值與現行DVD碟片接近且碟片結構與DVD相同，因此更容易與現行DVD光碟保持相容性，且可繼續使用現有DVD光碟的生產設備，便於擴大光碟和物鏡的距離，不需要光碟卡匣等，大大的降低從現有DVD過渡至HD-DVD所需的成本。而另一方面，為了控制由光碟彎曲和扭曲造成的傾斜角，就必需要有傾斜補償伺服裝置；而Blu-Ray Disc規格的0.1mm覆蓋層由於對傾斜角的容許量較大，因此不需要傾斜補償伺服。但因為0.1mm規格的覆蓋層容易出現由厚度誤差引起的球面相差，因此就必須對物鏡加入補償裝置。

HD-DVD記錄方式採用與DVD-RAM相同的land及溝槽記錄的方式提高記錄容量，Blu-Ray Disc則是使用溝槽紀錄的方式。HD-DVD在碟片的land及溝槽間隔的設計上比較寬，因此可以得到明顯的跟軌誤差訊號（Tracking Error Signal），相較於一般溝槽記錄的規格比較，推挽（push-pull）方式跟軌誤差的S/N值大於10dB，之後即使要進一步縮小軌距也可方便地重新設計。

HD-DVD可覆寫型空白的碟片其位置資訊是儲存在經過調變的wobble上，稱為週期性位置的擺動位址（Wobble Address in Periodic position；WAP）。利用標準相位擺動（Normal Phase Wobble；NPW）及相反相位擺動（Invert Phase Wobble；IPW）經由調變來儲存資訊，由於HD-DVD的紀錄方式是land及groove紀錄，因此在會有一邊是指示groove的資訊，另一邊則是指示land的資訊。

HD-DVD更採用硬碟中常用的部分反應最大相似（Partial Response Maximum Likelihood；PRML）技術，其架構較複雜但抑制ISI（Inter-Symbol Interference）效果好。此外，在可覆寫型碟片的主軸轉速控制則是採用與DVD-RAM規格相同的ZCLV方式，而在唯讀型碟片仍是採用CLV的控制方式。在資料結構上ECC Block長度則由現行DVD的32KB，加大成為64KB，在重複讀取小區塊、大量檔案資料時，雷射頭不必來回檢查檔案正確性的通用的碟片格式（Universal Disk Format；UDF）起始結構，格式效率為81.6％。

效率更高的編碼技術

目前唯讀型碟片單層容量為15GB，容量方面雖然與Blu-ray Disc的25GB左右的容量比起來要小一些，但HD規格宣稱對於擁有高效率的新編碼技術如VC-9編碼15GB的容量已相當足夠。15GB的碟片若以15Mbps的編碼速度可容納132分鐘的影片。但是如果是單面雙層的光碟的話，將會容納27GB～30GB的資料，即使是編碼速度高達20多Mbps的SB數位電視錄影也能記錄3個小時左右。

《圖一　DVD與HD-DVD雷射光源的比較 》

＜資料來源：工研院光電所2004/4＞

Blu-Ray Disc

更大的儲存容量

Blu-Ray Disc（以下簡稱BD）在單面單層有23.3GB、25GB及27GB三種碟片，另外單面雙層有46GB、50GB及54GB三種碟片，上述為可複寫型；之後也發展播放用的唯讀型碟片BD-ROM（Blu-ray Disc ROM）。為了提高記錄容量，BD規格採用405nm的藍紫光雷射波長以及物鏡NA為0.85來縮小光點的尺寸，如(圖二)所示，讓光點能在高密度光碟中準確讀寫資料，但缺點是容易造成光差增加。

BD碟片是由厚度為1.1mm的基盤與0.1mm厚度乾淨、無缺陷的覆蓋層為保護層組合形成的，所以當碟片有指紋、刮痕或是灰塵時對光碟的讀寫品質是有相當的影響，且縮短雷射波長及提高NA值，若以紅光DVD雷射光點面積為100％，BD光點的面積比為DVD的19％，以致缺陷（defect）可能比光點大很多導致抵抗能力有限，因此需有較強的ECC修正功能、hard coating或是卡匣等等的保護，請參考(圖三)。

比較現有DVD與HD-DVD及BD碟片，不同碟片對於平坦度的影響，而碟片的容許傾角範圍與平坦度有相當的關係。平坦度正比於/（t × NA3），比較時以現有DVD當成比較的依據，HD-DVD的NA值與DVD接近，但波長（λ）縮短至405nm，所以碟片容忍度約為DVD的一半。而BD因為NA值比DVD大1.42倍，導致光軸與光碟記錄面的容許傾角範圍縮小2.9倍，且波長縮短又使得容許傾角範圍縮小1.6倍，又容許傾角範圍與碟片覆蓋層厚度及NA的3次方成反比，因此基於傾角考量選取0.1mm的覆蓋層以減其厚度，以改善光碟片與光軸入射角度偏離90度的相差問題，其容忍度也與DVD較接近，請參考(表二)。

碟片記錄容量受到NA值及雷射波長的影響，將BD記錄容量(0.85/405)2除以DVD記錄容量(0.60/650)2可計算出BD記錄密度為DVD的5倍左右，以相同的方式計算HD-DVD約只有DVD的3倍。在RF訊號處理上BD採用limit equalizer，其架構較簡單，抑制ISI的效果有限，因為BD採用高NA且縮小最小pit的長度，所以本身ISI的現象相較於HD-DVD就不是很嚴重，但在實際應用上也可加入PRML技術，以提昇資料判斷的正確性。

BD碟片預刻的位置資訊不同於HD-DVD格式是採用最小移動訊息（minimum-shift-keying；MSK）的記號與鋸齒狀擺動（saw-tooth wobbles；STW）及單頻的擺動（monotone wobbles）結合而成的格式，對於下列幾種的影響具有強健性：

《圖二　DVD與BD雷射光源的比較》

＜資料來源：工研院光電所2004/4＞

《圖三　碟片表面缺陷的影響》

＜資料來源：工研院光電所2004/4＞

而在資料壓縮上，影像紀錄格式採用MPEG2的壓縮技術，聲音紀錄格式採用AC3、MPEG1、Layer2技術，影像及聲音混合格式則是採用MPEG2 transport stream的技術，所以一片27GB碟片可以記錄超過2個小時的數位高畫質的影像或是13小時標準TV（SDTV；資料速率3.8Mbps）。不同現有DVD技術，BD-ROM使用更強大的加密規格系統基於128-bit 先進加密標準。它的特色是可藉由密碼廢止（key revocation）將系統更新加上物理技術來避免bit-by-bit的複製到記錄媒體上。這樣的架構下，在mastering的過程中，內容提供者（content providers）會在欲記錄碟片上插入叫做“ROM mark”之記號，目的不僅在預防隨機的拷貝，更要防堵專業的拷貝。

就編碼方式來看，現有紅光DVD的碟片密度比（Density Ratio；DR）較HD-DVD及BD都來的高，請參考(表三)。在BD資料格式每45bit會加入1個bit來做DC控制（DSV control），所以BD真正的coding rate還要在乘上(45/46)，比起HD-DVD要低一些。但也因為加入DC控制的位元，因此對DSV控制而言，BD會比現有DVD好，HD-DVD又比DVD差。

綜合上述，光碟片的發展由CD、DVD、一直到近期發展的藍光光碟片各個波長、NA值、記錄層的位置及顯微鏡觀察的歸納結果可參考(圖四)。碟片發展的趨勢是軌距及光點越來越小，記錄的資料長度也越來越小以獲得較大的紀錄密度。

《圖四　CD碟片發展至藍光碟片的比較》

結論

HD-DVD規格相較於BD規格最大的優勢就在於能夠相容現行的DVD，使得碟片生產廠商由DVD轉換至HD-DVD時所需的成本能夠降到最低，就生產技術上而言HD-DVD也較BD的困難度低。BD碟片的覆蓋層只有0.1mm，防刮防污能力差，需要卡匣且生產製程較困難；而HD-DVD碟片雖然記錄容量較小，但防刮防污能力好，不需卡匣，因此生產製程較容易且成本較低。

DVD Forum為國際制訂DVD規格主導者，目前DVD Forum成員亦針對藍光新規格彼此展開競爭。目前DVD Forum的20家Steering Committee的成員分別支持兩種藍光光碟規格，形成HD-DVD（12家）與Blu-ray Disc（11家）分庭抗爭的局面，那一方會勝出還有待今年的持續觀察。（作者為工研院光電所資訊存取技術組電控技術部經理）

延 伸 閱 讀	氮化鎵藍光二極體的發明，是過去10 年裡光電科技一項最重要技術突破。藍光到底帶給我們的什麼啟示？相關介紹請見「藍光的啟示」一文。 2005年是DVD進入全新階段的一年，根據各家DVD光碟機及消費性電子的計畫，今年年中以後，藍光光碟產品大量商品化。你可在「「藍光」點亮DVD新紀元」一文中得到進一步的介紹。 於美國拉斯維加斯所舉辦的「2005 國際消費性電子展（2005 International CES）」中，由 SONY、松下等廠商所主導的新一代藍光光碟標準「Blu-ray Disc」陣營，與由東芝、NEC 等廠商主導的下一代藍光 DVD 標準「HD DVD」陣營，為了爭奪下一代影音光碟霸權，除了積極展出研發成果之外，並陸續發表支持廠商的加入。在「BD與HD DVD兩大陣營於CES 展中交鋒」一文為你做了相關的評析。

最新消息	藍光碟片以及其對手HD-DVD是基於藍光的下一代DVD技術。現在的DVD技術是基於紅光的。藍光技術將允許更大的儲存容量。與現行的4.7GB的DVD相比，一個可讀寫的藍光雙層碟片將達到50GB的容量。相關介紹請見「藍光DVD規格過關」一文。 提出藍光(Blu-ray)光碟格式的13家公司宣佈組成藍光光碟協會。該標準制訂機構將執行與DVD論壇相同的任務，後者正打造競爭的HD-DVD光碟燒錄格式。你可在「藍光光碟陣營成立自己的標準組織率」一文中得到進一步的介紹。 NEC的工程師們日前稱，他們已開發出一種既可支持最新的HD-DVD格式又可相容CD和DVD的光碟機原型機。在「NEC開發出CD、DVD、HD-DVD三代全相容光碟機」一文為你做了相關的評析。