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整理人: dyldm(2003-02-12 01:37:37), 站内信件
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后DVD时代到来了吗
沈瑞勇
电脑软件业巨子比尔·盖茨曾推测：DVD可在1998年得到普及。然而，由于CD家族具有顽强的生命力和开拓精神，DVD的普及不得不延迟了。西方的市场分析家把1998年定为“DVD元年”，换言之，自此开始DVD日臻成熟。再聚焦我国的市场，从今年起，DVD的消费将渐入佳境。以DVD的技术和性能而言，可以套用一句广告语——“苹果熟了”。另一方面，我们也必须看到随着一大批科技新成果的加入，即将进入持续发展期的“下一季苹果”必定更可口。
本文根据DVD基础研究和产品开发中获得的最新成果，针对“后DVD”(即日后将要面世的几代DVD)描绘一下它们可能形成的面貌。需要说明的是，国内外很多厂商已在叫卖“第5代、第6代DVD”，为了避免扫他们的兴，我们将不采用把播放高清晰度电视的双面双层DVD作为第2代标志的断代理论，而一言以涵盖，称之为后DVD。
1. 激光头的收尾
关于激光头构造的竞赛，现已进入“打扫战场”的阶段。1997年，当DVD播放设备刚从图纸变成样机之际，各厂家试产的DVD机都采用了构造相当复杂的实验性装置，激光头的构造亦如此。以后，DVD播放机和DVD光驱的激光头分化为双光头和单光头两类。双光头方式的开发以日立为主；单光头可分为3种，即松下的单光头双焦点方式、东芝的单光头双物镜方式和先锋的单光头双激光方式。双光头方案等于是两套独立的信号拾取系统，受到成本高、读片过程长、机械故障率偏高等缺点的牵制，它的使用盛极而衰。而经过市场的检验，具有读片便捷、寿命较长、成本低廉等优点的单光头方式逐渐成为DVD机激光头技术的主流。可以说，单光头是在双光头基础上的技术飞跃。
然而，DVD播放机的另一分支DVD光驱却引发了一个兼容性的问题。事情的起因是有关国际委员会制订的标准已经规定，今后DVD光驱必须能读取CDR和CDRW。其中兼容CDRW碟片的要求已得到妥善解决，但CDR的解读问题却比较棘手。这是因为CDR片内的染料层只对780nm的激光具有反射作用，而对于用以读取DVD碟片的650nm的激光则基本吸收。单光头机芯只采用一个650nm的激光发生器，所以无法解读 CDR。这个问题的解决方案是为单一的激光头设置两束不同波长的激光，一束650nm的激光专用于DVD，另一束780nm的激光用于CD、VCD和CDR。这就是单光头双激光(又称单光头双波长)方式，它的优势是没有机械损耗，能把故障率及出错率降到最低。
话题回到DVD机，我们是否需要让DVD播放机也带上CDR和CDRW的解读功能呢？这个问题可以从用户的角度加以分析。自从能花几元人民币买到一片质量可靠的CDR碟片以后，我们都热衷于用CDR机编辑、刻录原版音乐节目，然后在音质优异的音源设备(中高档CD机或DVD机)中播放。因此，如果说在几年前对第1代产品还没有提到CDR播放功能的话，那么如今对已经多次升级换代的新型DVD机提出这一要求该不能算是苛求。
显而易见的是今后DVD机兼容 CDR，应是必备的基本功能。与此相关联，单光头双激光方式也将成为国际上激光头的主流构造。
近期，不少著名品牌DVD机的激光头都选择了相对先进的单光头双激光方式。以飞利浦为例，其较早在我国上市的产品均是采用双激光头方式，为此还在广告上反复宣传这一点，但是随后推出的新系列的激光头则全部改为单光头双波长结构。
2. 激光的细化
现行DVD制式具有500线左右的清晰度，这个指标远低于电脑图象所达到的水平1600或1280象素的水平。信息反馈表明，用户希望DVD画面的清晰度提高到1000线以上，与即将上市的高清晰度电视机相匹配。问题的关键在于如画面的水平清晰度提升一倍，则垂直清晰度需要相应提升一倍，由此产生的结果是总信息量增加为原先的4倍，因此要求光盘的记录容量也陡增至4倍以上。
索尼公司研究的一种新记录技术能使记录密度达到DVD的1.57倍。由此看来，单依靠方法的改进，记录容量的增加势必是有限的。切实可行的途径还在于使用波长更短的激光，实现业内所说的“笔尖记录法”。CD、VCD采用波长为780nm的红外激光，DVD采用波长为635nm～65Onm的红色激光，光盘单面记录容量分别为640MB和4.7GB。如果改用波长为450nm的蓝激光或者波长更短的蓝紫色激光，那么激光束聚焦后的焦点直径可成比例地缩小，使得光盘中信息坑的长度缩短、间距缩小，并且使单位半径内可容纳的音轨数目增加，从而提高了记录密度。到目前为止，各家公司的实验样品都已超过了单面记录容量15GB的目标，普遍达到20GB至30GB的水平。
由此可见，“蓝光DVD”被称为“下一代的DVD”丝毫不为夸张。
在这次DVD记录机理变革中贡献最大的当推各家日本公司。几乎所有的著名电器公司都有自己可圈可点的成果，然而首功则应归于日亚化学公司。1999年初，当其他同类项目还处于研究阶段时，该公司率先开始生产波长405nm的蓝紫色半导体激光器，从而加速了蓝光DVD的研究进程。一些有实力的电器公司很快投入实验，仅几个月就拿出了成果。
日本先锋公司曾研发容量54.8GB 的双面双层光盘技术，利用这种光盘进行的高清晰度电视放象表演令人印象深刻。在去年的一次国际会议上，他们又一次做出技惊四座之举，在事先没有预告的情况下宣布该公司已成功地制作了记录容量高达201GB的DVD母盘。据推测，该公司已拥有70GB、150GB等光盘技术。
至于蓝光DVD的产品化日期尚无明确的日程表，这是因为需等若干个课题解决后才能达到批量生产的标准。首先，商品化的激光器应当具有一万小时以上的寿命，但目前尚未接近这一指标，需要再花些时间加以解决。其次，为了将产品投放市场，还涉及专利归属和集团利益的均衡。另一个更大的障碍是国际标准问题，去年美国增你智公司展示了采用蓝紫色半导体激光、光盘单面容量达到18GB的新一代DVD，但预计样机的投产将在3年以后。公司解释说：“目前记录容量在这个水平上的DVD还没有标准规格，所以无法马上商品化。”
3. 视频格式的优化
近年来，国外的一些国家正在推行高清晰度电视(HDTV)，我国也正在几大城市中开展试播。HDTV有多种扫描方式可供选择，逐行扫描是其中的主要方式。这种扫描方式克服了普通隔行扫描电视图象闪烁的顽症，明显改善了观看效果。与此相呼应，目前国际流行的中高档彩电已把增加逐行扫描信号的输入端口作为主要的改进方向。
过去，DVD机为了与采用隔行方式的普通模拟电视机相匹配，不得不把碟片中的数码信息组合为隔行扫描信号输出。而今既然逐行扫描接口逐渐得到推广，那么作为图象源头的DVD完全有理由相应地采纳逐行扫描方式。正是由于这些因素的催化，逐行扫描DVD(在国内简称PDVD，在日本简称DVPC)便应运而生了。
PDVD应用数码图象处理技术，在高性能动态图象存储器和外围电路配合下对MPEG2解码得到的数字图象信号进行场频增倍(从每秒50场提高到100场)，并且进行奇数行和偶数行合并，使DVD机也能生成同屏480行(对于美国电视制式而言)逐行扫描的图象信号。这路信号由VGA端子或分量端子输出，馈送至电视机的VGA输入口或数字高清晰电视机接入口。经过如此处理，能够有效消除场闪烁与行抖动。这就避免了普通DVD机隔行扫描所带来的失真或缺损，从而可以获得电影般优异的视觉效果。
欲知逐行扫描比隔行扫描优秀在何处，只需试一下逼近观看大屏幕电视画面便可明白。留心看画面就会发现普通电视图象在一行与一行之间有着明显的黑色间隙。通过对比试验可以看到，当使用逐行扫描方式时这种现象得到了极大改善，整个画面显得更加平滑、清晰和稳定。
PDVD发明后，在短短的几个月中就成为欧、美、日DVD市场的新宠儿，接着又在第一时间引起我国 DVD厂家的广泛关注。我国DVD行业的各大厂家都与这项技术的发明者——美国nDSP公司合作，采用其研发的专用芯片，很快地完成了高画质PDVD机的开发和投产。
对于中国用户，PDVD视觉效果的改善将会更加显著。因为国产逐行扫描DVD机能够将扫描行数增加一倍，实现同屏625行，从而把图象的垂直分辨率和清晰度提高30%。
在国外，PDVD的价格由1999年试销时的1000多美元降到350～550美元。国产PDVD则以极其合理的价位进入市场，新机型的售价低于1800元，还不到美国市场同类产品价格的一半。分析家相信，PDVD的市场占有率将持续增长，有望在明后年达到100%而成为所有DVD机的一个基本特性，并且有可能占据市场10年之久。
4. 音频格式的升级
在DVD格式形成的初期，开发者已经敏感地觉察到它在高保真音频领域里所具有的巨大潜能。为此，Digital Video Disk的名称很快就被重新定义为Digital Versatile Disk(数码多用碟片)。各主要的电子集团一直致力于DVD音频水准的提高，只是由于格式纷争悬而未决才被迫耽搁了下来。现在，这一问题即将有个水落石出的结果。各种迹象表明，下一代DVD支持DVDAudio和HDCD的前景看好。
(1)支持DVDAudio
DVDAudio的音频标准虽不能说登峰造极，但也相差不远了。它提供6个声道的高取样频率(最高192kHz)、高量化精度(24bit)、高动态范围(144dB)、宽频响范围(0～96kHz)的HiFi声音，采用非压缩的线性PCM记录方式，能真实再现音乐的原汁原味。由此可见，DVDAudio机已从一台音频或视频播放器材演化为一种高级音源设备。
日本公司说：“音频DVD碟片只能在DVDAudio机上播放。”这句话可以这样理解：DVDAudio机虽然也能兼容DVD影碟片，但它的定位主要在于声音，视频已降为一种附带功能。然而，虽有几家日本公司推出豪华版的DVDAudio机，但看看它们相当于五六台DVD影碟机的身价，想来国人是难以接受的。若从DVD音频格式升级的角度来看问题则应清醒地认识到：唯高保真音响是求的、以HiEnd发烧友为对象的DVDAudio机其市场接纳量毕竟有限，更大的文章应当做在怎样让DVD影碟机支持DVDAudio格式这一点上，只有这样才能面向最广阔的消费层面。
支持DVDAudio的DVD影碟机在国外尚未见报道，倒是国内已有万利达等几家独具慧眼的厂家先行一步，在一些新机型中加入了DVDAudio播放功能。以笔者之见，支持DVDAudio对于国内的DVD行业是一个难得的机遇——趁对手无暇顾及之时先发制人，占据用户的心，前途岂有不光明之理?
(2)兼容HDCD
HDCD即高分辨力CD光盘。HDCD作为充分挖掘现有CD格式的最高境界，其效果已被专业人士和爱乐人乐所肯定，开始在国内外流行。然而，具备HDCD解码功能的独立D/A转换器开价奇高，只供播放CD和HDCD的“纯”HDCD播放机也价格不菲(国产机标价1680元)，所以一些DVD机就增加了对HDCD的兼容。在国外，增添HDCD功能的DVD机能有50美元的价格差。
我国首批应市的HDCD型DVD机有金正等3个厂家的7款机型。鉴于这一机种较高的性价比，再加上国内已经有多个厂家具备HDCD解码板的生产能力，可以相信HDCD格式理应成为新一代DVD机的标准配备。它一定会在中高档DVD机中全面推广，从而形成一大卖点。
5. 多声道制式的扩展
建立一个“家庭影院”是当今音象消费的时尚所趋。绝大多数消费者已经添置了档次不低的AV控制中心，配备了足够的音箱阵列，单等DVD机送出令人感同身受的数码环绕声。
DVD选定的多声道制式是杜比数码环绕(AC3)，已有越来越多的DVD机内部设置了这种制式的解码电路，可直接输出5.1声道声音。有些机器未设解码功能，而是通过专用端子输出数码信号，与具有杜比数码环绕解码功能的解码器或功放相配合，同样能获得5.1声道的音响效果。
现在又有不少DVD机在内置杜比数码环绕解码功能的同时兼容异峰突起的DTS制式。DTS是“数码影院制式”的缩写。它是一家公司的名字，也是由这家公司倡导的环绕制式的名称。要了解这种制式需从多声道音轨在电影胶片的记录地位说起。最初胶片上只能容纳一条光学音轨，后来又设法在这一位置挤进了立体声的两条音轨。为了扩展成5.1声道，杜比数码环绕制式不得不将声音信号记录在胶片的齿孔与齿孔之间那断续的空间里。这个空间是如此有限，以至于杜比数码环绕不得不做大幅度压缩才能把6个声道记录在那么狭小的范围内。由于必须大幅度限制数据传输率，因此采用了1∶12的大压缩比，重建的声音大致达到普通CD的质量。
相比之下，DTS的开发者决定把数码声音信号录制在CDROM上，以摆脱在电影胶片上所受到的严重限制，在胶片上只记录供CDROM播放机同步的时间码，如此设计便解决了音质与记录空间的矛盾。DTS的压缩比是1∶3，所以他们敢说自己的音质达到20bit解析度的水平。经一些训练有素的“金耳朵”鉴别，认为DTS的音质确实比杜比数码环绕制式要好一点。更为重要的是，只需更换不同的CDROM碟片就可以得到适应各个语种的声音版本。这就是DTS制式受电影业欢迎的原因。从目前世界范围内影院放映设备的数量来看， DTS制式的采用要远胜于杜比数码环绕制式。目前DTS也已经进军家用市场，有一些厂家已经推出家用DTS的环绕处理器，而LD、DVD软件也开始大量推出了。
DTS由于问世稍晚而未被DVD选中，但是在消费类电子市场，AV玩家是靠现成的数码器材来重现多声道音效的，所以只要有丰富的片源，两者的可选性是相同的。作为一种局部的制式选择，“马丁效应”(即“拥有者获得”理论)在这里不一定起到主宰作用，先入为主的制式未必能排斥后来者，关键还是要看市场的选择。DTS进驻下一代DVD机已是水到渠成的事，DTS大可挟需求群体的优势而取得与杜比数码环绕制式并驾齐驱的地位。
6. 整机功能的延伸
众所周知，今后DVD的一个重要发展方向是继续研发可录型DVD系统。各公司在全力开发蓝紫色半导体激光时也在同步开发用于可擦写型光盘的高能激光器件，他们共同的信念是：“首先考虑记录功能，这是新一代DVD产品化的前提。”目前主要有3种可录制的DVD片在竞争，其中DVDR是只能写入一次的可录型DVD，后两种是可擦写型DVD。
(1)DVDR
它是一种国际标准，有很好的兼容性，几乎可在所有的DVD机中播放。DVDR光盘容量为4.7GB，能在的CDR和DVD光盘生产线上生产，售价约40美元。它致命的缺点是刻录机价格昂贵，达到5000美元的天文数字。它的任务很明确，即刻录机等待其他可擦写格式来兼并，碟片售价降到足够便宜(例如几元人民币一片)。只有如此，其才有一席生存之地。
(2)DVDRAM
它也是一种国际标准，其设计目标是使读写光盘如同使用硬盘一样便利。它采用相变和磁光混合技术，双面碟片售价低于30美元。新品种碟片的容量为27GB，可进行50万次以上的擦写。基于DVDRAM的可录型DVD机即将推出。在DVDRAM驱动器上可以读取DVDRAM、DVDROM、DVDVideo、DVDR、CDROM、VCD、CDR／RW、CDDA、CDI、PhotoCD等碟片。
(3)＋RW
这是索尼、飞利浦和惠普单方停止执行国际标准后拟定的一个新格式。以＋RW格式刻录的DVD光盘能被市场上绝大多数的DVD机所读取。＋RW驱动器可以读取几乎所有的CD和DVD碟片，今后还可能扩展为支持DVDRAM。第2代的＋RW将能读写CDR和CDRW的盘片。飞利浦公司采用＋RW的DVD录象机在世界各地的巡展中颇受好评，定于今年第3季度上市。
综合以上分析可知，可录型DVD系统正处于格式纷争的初级阶段，拥戴统一标准的一方岂会退让，然而靠实力说话的三巨头则不肯止步。究竟哪家有能力来完成标准的统一，恐怕还得有数年的等待。在此形势下，聪明的开发者把眼光定格于CDRW。不像可擦写DVD格式还在难产之中，CDRW已经稳步成为PC制造商和消费者选用的标准存储平台，而且现在完全可能利用已有技术让DVD光驱兼具CDRW的功能。有鉴于此，东芝、理光等日本公司日前开发了一种全新的DVDROM和CDRW复合驱动器，把眼下最成熟的两项存储技术集合于一身，使一台刻录机能进行6倍速刻录、4倍速擦写、24倍速CD光盘读取和4倍速DVD光盘读取。
既然光驱已经开创了这个新点子，那么家用DVD机自然也不甘落后，也许在本文刊出时我们已经可以看到这种既能播放DVD光盘又能以最高性价比录放音乐的新机种问世。
7. 新光碟的嫁接
上文介绍过，记录容量达到几十GB的DVD光盘将成为现实。设想一下，倘若在一张碟片上能够容纳上千GB的信息，那将会发生怎么样的情况呢?
C3D公司是专攻数据存储技术的美国科技风险企业，它展示了一项专利技术——FMD(Fluorescent Multilayer Disc，即多层荧光碟)。这种光盘的外形与普通DVD盘片一样，但内部重叠了10个荧光信息层，总容量达到140GB，约为现行双面DVD碟片的15倍。
FMD的整张碟片做成透明的，当用激光读取盘片的同时激活了每一层的荧光材料，各信息层产生的荧光同时透出，到达阅读镜头，转化为数码信息。这种多层技术使FMD碟片的存储量成十倍地上升，多层技术的另一个优点是使数据流通速度也成十倍地提高，这是因为镜头能同时阅读光盘里各个荧光层的信息。根据规划，FMD将包含100层荧光层，届时一张FMD光盘会有几百GB的存储量和每秒100MB的数据传输率。
FMD有许多与普通CD或DVD系统通用的性能，如使用一样的驱动机芯、650nm激光和跟踪调焦系统等。只要对目前的CD、DVD或驱动器进行一些很小的改进，它们就能够读取FMDROM盘片上的数据。反之，FMD驱动器可以提供对DVD和CD的向下兼容，而且FMD驱动器的价格也平易近人，只相当于一台DVDROM光驱。
另一方面，只需相应地稍加改动，FMD光盘就可以利用现有的CD、DVD生产设备和生产工艺进行生产。由于省去了信息层上的金属沉积层，碟片的生产过程将更为简化。C3D公司预测FMD光盘大批量生产后的价格将是每张2美元。此外，可录型FMDR光盘和可擦写型FMDRAM光盘也在开发之中。
迄今为止，FMD尚未把蓝紫色激光的应用提上议事日程。试想100层、几百GB、上百小时的高清晰度电视节目意味着什么，这已经冲破了DVD范畴，给传统的存储方式带来一次深远的革命；如果进一步运用蓝色激光技术，那么容量更是大得无边无际。那样就不是量变，而是质变了。我们也会换一种思维——把重点放在声画质量的提高上，使电视的视听效果等同于或超过电影。在图象方面我们将毫不犹豫地选用高清晰度电视的最高指标，在音频方面也会采用更加真实的9.1声道环绕系统来代替现行的5.1或7.1格式。到那时，我们对编码技术的主要评判标准将不再是压缩率的高低，而是比较谁的影音质量更优异。甚至我们可以完全放弃压缩、解压缩等繁琐手续，把整个节目原原本本地收录进去。这就像今天的数码音频，只要拥有足够的存储空间，我们仍然希望采用非压缩的线性PCM记录方式。放弃压缩的最大得益是录放电路将变得异常简单，单芯片就足够了。播放机只需做到像今天的MD一般大小，而且插入一张碟片就能播放好多部高清晰度影片。
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