光盘标准与盘片测试

　2007-10-01 11:55:40　来源：WEB开发网　　　

核心提示：1 光盘标准表1：各种光盘标准清单种类盘片尺寸（mm）标准及建议单位年代激光视频LD（LV）300IEC857(1986), Philips1978CD类光盘CD-DA120/80红皮书，IEC908 Philips/SONY1982CD-G120同上1987CD-ROM120/80黄皮书，光盘标准与盘片测试，ISO/

1 光盘标准

表1：各种光盘标准清单

种类	盘片	尺寸（mm）	标准及建议单位	年代
激光视频	LD（LV）	300	IEC857(1986), Philips	1978
CD类光盘	CD-DA	120/80	红皮书，IEC908 Philips/SONY	1982
	CD-G	120	同上	1987
	CD-ROM	120/80	黄皮书，ISO/IEC10149(1989) Philips/SONY	1985/1991
	CD-I	120/80	绿皮书(1990), Philips/SONY	1989
	Photo-CD	120/80	Philips/Kodak(1992) (CD-ROM/XA Bridge Disc)	1991
	VCD	120	白皮书(1994) Philips/Victor/Sony/Panasonic	1993
	CD-R	120/80	橙皮书(1994)(Part II) Philips/SONY	1992
	CD-RW	120/80	橙皮书(1994)(Part III) Philips/SONY	1996
DVD类光盘	DVD-ROM	120/80	DVD Specification Book A DVD forum	1996
	DVD-Video	120/80	DVD Specification Book B DVD forum	1996
	DVD-Audio	120/80	DVD Specification Book C DVD forum	1999
	DVD-R	120/80	DVD Specification Book D DVD forum	1998
	DVD-RAM	120/80	DVD Specification Book E DVD forum	1999
标准格式光盘	WORM	130	ISO/IEC 9171,1、2(1990)	1985
	MD(MO)	130	ISO/IEC 10089(650M), MO	1989
	PD(PC)	120	ISO/DIS 15485(1.3GB), PC	1995
文件格式	CD-ROM 文件格式		ISO 9660(1988) Philips/SONY/Microsoft	1988
文件格式	UDF格式		Universal Disk Format OSTA	1995

光盘在存储领域内的成功很大程度上得益于光盘的可移植性，而这种可移植性的实行正是基于相应的光盘盘片标准的制定。由于光盘存储系统是一种盘片与驱动器分离的组成方式，使得光盘盘片可以被单独取出并进行储存、发行和复制。这样，为了保证同一类的光盘盘片可以在这一类的驱动器中读出，就要光盘盘片的制造依据统一标准，而光盘播放机及驱动器的设计需保证达到标准的光盘均可以播放，这样便实现了光盘的可移植性和互换性。

光盘产业的发展与成功正是得益于在产品开发初期就制定了统一的国际标准，世界各地的光盘生产厂商都按国际标准来保证产品的技术指标的一致性，无论哪里生产的光盘都能在不同厂商生产的读出系统中操作。数字光盘的标准有二个层次，物理层次和逻辑层次。物理层次定义光盘的物理参数和数据块的物理结构，逻辑层次定义光盘数据的文件结构。光盘工业的迅速发展正是以这一系列标准的推出为标志的。光盘的标准对各类光盘系统的技术规格、盘片的物理尺寸、信息记录的物理格式及逻辑格式、信源/信道编码方法等技术做出了详细的规定。

对于CD家族类的盘片，标准是依据盘片的发展而不断作出的。由于不同的标准往往用不同颜色的彩页作为封面，因此，人们习惯用彩书的方法特指某一类光盘的技术标准。其中最早出现的CD-DA的标准红皮书是由Philips和SONY公司联合提出的。

ISO 9660是描述计算机文件放入CD中的文件结构的标准。这一通用文件结构能被不同计算机中的不同操作系统读出。既然CD-ROM标准没指定所使用的文件结构，开发商最初不得不创建其自身的文件结构，对开发商这需要额外的时间并使用户感觉混乱。通常，当改变应用程序以便装入适合新文件结构的软件时，用户不得不重新启动计算机。为解决这一问题，一些厂家代表在Nevada 的Del Webb's High Sierra Hotel & Casino 起草了一份CD-ROM文件结构的计划。这一计划通常称为“High Sierra”文件结构。计划提交国际标准化组织，经过一些修改成为“ISO 9660”标准。

DVD盘片标准是由DVD联盟(DVD Forum)来统一制定，所以它的标准一般用Book X( X= A, B, C…)来表示。DVD联盟是由Philips和SONY的MMCD联盟和由日立和松下等7家公司组成的SD联盟在Hollywood的介入下，由这9家公司和时代华纳共10家公司组成。由这一联盟统一制定标准，验证质量，发放许可证。这一DVD标准中的专利分布如下：松下拥有25％约4000个专利，先锋和SONY个拥有20％，Philips，日立和东芝各拥有10％，汤姆森拥有5％，剩下的成员：三菱、JVC和时代华纳只占有微不足道的份额（如图1所示）。到1998年底为至，DVD联盟共有成员194个，其中日本最多为76个，美国40个，我国台湾省36个。我国大陆共有8个成员，其中有1个A级会员——厦门共和电子有限公司, 此外有爱多、新科、TCL等7个B级会员。这个组织的技术协调组及其下设的工作组负责DVD盘片的标准的制定和实施工作。目前与DVD盘片标准与测试技术直接相关的工作组有6个，即WG-1~WG-6.

图1： DVD技术专利分配图

其中的一些行业标准已被ISO和IEC接受并成为国际标准，我国也依据这些标准和我国的实际情况制定了我国国家标准。其中影响较大的是由清华大学和北京航空航天大学依据黄皮书(ISO/IEC10149)制定关于CD-ROM的我国国家标准GB/T 16969-1997。由于其盘片结构和物理格式规定是与整个CD族盘片相一致，使得其成为我国对CD类盘片质量评价的标准。此外我国DVD标准也在制定之中。

表2：DVD各工作组任务分配图

工作组	讨论内容
WG1	讨论制定DVD-Video标准及下一代HD-DVD Video标准
WG2	讨论制定DVD-ROM标准及下一代HD-DVD ROM标准
WG3	讨论制定DVD盘片的文件系统
WG4	讨论制定DVD-Audio标准
WG5	讨论制定DVD-RAM标准
WG6	讨论制定DVD-R/RW标准

2光盘盘片质量验证体系

CD类光盘发展是一个逐步发展的过程，数字音频盘CD-DA是这一系列的中最早出现的盘片。因此，CD--DA的标准规范红皮书对与盘片的物理格式进行了详尽的规定。其后的CD族盘片，无论是CD-ROM、CD-I还是VCD，其盘片结构和物理格式都是与CD-DA完全相同的。正因为此，红皮书成为CD类盘片验证的基础标准。在红皮书中就盘片的机械参数、光学参数、记录参数、播放盘片的环境以及光盘读出信号的质量予以了规定。同时对于盘片的测量条件和测量用光学头都给予了相应的规定，其后的CD族盘片标准都以此为基础。

但由于红皮书是制定于1982年且其目标是对应于预模压的音频盘片，因此在其后向各种盘片推广时，依据不同的要求进行了部分的修改和补充。第一次修改来自于用于计算机的CD-ROM的要求，由于计算机对数据的严格要求，CD-ROM需要更低的误码率(CD-DA为10-9，而CD-ROM为10-12)。为达到此目的除了在数据结构上加入了更多的检错码和纠错码以外，在盘片的物理参数上也适当加严。例如：在原始CD-DA的红皮书中对于偏心的规定为70mm而在黄皮书中则将其加严到50mm。

红皮书的另一次的较大改动则来自于高倍速CD-ROM驱动器的产生和可写入盘片的出现。由于CD-DA的工作转速为1倍速且其盘片为预模压的，因此对于读出信号的偏差并未引起重视。在原始的红皮书中并没有规定对于HF信号中时基的随机变化和平均偏差。因此，许多CD盘片的读出HF信号在时域有错误。另一方面，一次写和可擦写系统的出现后，抖晃(jitter)的概念引起了人们的关注。从磁光、相变到超衍射分辨率盘，各种介质的可擦写光盘产品中都将抖晃作为衡量读写信号质量的一个重要指标。这样，PHILIPS和SONY提出了测量“抖晃和作用长度偏差”的建议书。此建议在1993年底由在Eindhoven的PHILIPS的实验室完成，它首先成为了橙皮书（CD-R系统的规范）的一部分。其后，为了保证CD播放机保持良好的播放性能，红皮书也引入此规范，作为红皮书的一个附件。

CD光盘产生时，标准只规定了光盘盘片的参数，但并未对光盘的播放机设备进行规定。然而对与光盘盘片的形貌只能通过对可以从光学头中获取的信号如HF信号和伺服信号进行规定。而这些盘片读出信号受光学头和驱动器其它部分影响很大。红皮书中虽然规定了有关光学头的基本参数（如波长、数值孔径、偏振和强度分布等），但对于其它部分并未给予规定。这种方式原意是留给播放机制造商更大的设计空间，但这也就意味着不同的播放机设计在跟踪能力、播放能力及解码性能上有着巨大的差异。CD盘片制造商在检验盘片质量时经常会遇到这样的问题，一张盘片在一个驱动器中给出了合格的标准，而在另一个驱动器中则可能严重超出了许可范围。为了改善这一状况，Philips推出了CD标准盘片。在红皮书的附件第9章盘信号的标定中，就规定了Philips的信号测试盘5259。其后，在1986年测试样盘5取代了5259盘而成为对于所有的CD类光盘发放许可证的标准盘片。因为冲模和模压条件将影响推挽和信号幅值，1991年标准盘5B推出。之后又分别在1993年6月和1996年12月推出5B.2和5B.3标准盘。现在Philips的5B.3标准盘以成为标定CD类测试仪器的世界性标准。它主要提供盘片的高频信号、推挽信号、抖晃及其它用户特别需要的信号值。Philips公司也提供了测试参考驱动器(CD-RMS)，但不作为强制使用。

作为新一代光盘，DVD具有更高的存储密度和更小的存储余度，光盘的盘片质量要求更为严格。在DVD盘片质量监控方面，DVD联盟（DVD Forum）组成中将验证实验室作为它重要的组成部分（如图1-8所示）。DVD质量验证实验室成为控制DVD产品的重要部门。也就是厂商向DVD 要求进行DVD Format/Logo License时应注意其产品必须经A级DVD验证实验室测试合格，才有可能取得DVD Logo的使用权。DVD联盟WG1讨论后的DVD-ROM/Video Disc物理测试的A级验证实验室有：

日本——松下(MEI)、东芝、索尼

美国——时代华纳(WAMO)

欧洲——Philips

中国台湾(亚洲)——工研院光电所(ITRI)

图2： DVD联盟组成

3 光盘盘片质量检测仪的种类

目前，光盘盘片质量测试仪主要包括在线、形貌、参数测试仪三类。它们检测的目的、项目和方法各不相同，并在光盘的生产和研究中得到广泛的应用。

l.在线检测仪主要是指在生产线上用CCD等手段完成对盘片的气泡(bubble)、黑点(black spots)、表面划痕(metal scratches)、油迹(oil stain) 、针孔(pinhole)、保护漆溅滴(lacquer splashes)和凸起（bump)等缺陷的快速检测。在一个稳定的生产线上此检测仪用以剔除个别不合格盘片。

2.盘片形貌测试仪是指运用原子力显微镜、扫描电镜或高级光学显微镜等技术对于盘片的凹坑(pit)、凸起(bump)的宽度(width)、深度(depth)、高度(height)、长度(length)、间距(pitch)和侧壁角度(wallangle)的表面形貌参数进行测量。这种检测仪主要应用于研究方面。

3.光盘参数测试仪是指依据相应的标准对于盘片的机械、光学、信号及解码等参数进行测量。这种测试需要较长的时间，通常是在盘片完成之后进行，用以评价盘片质量和指导生产。由于其依据标准进行测量，所以其成为生产商和验收监督部门的必备测试仪器

在这三类测试仪中以光盘参数测试仪最为重要。因为测试此类测试仪正是光盘系统的互换性和可移植性的保证。目前国际上所有光盘研究和生产大国都很重视光盘测试仪器。目前主要的测试仪厂家有瑞典的Audio Development公司、奥地利的Koch Digitaldisc公司、美国的CDA公司、英国的Aerasonic公司、日本的Pulstec和Expert Magnetics公司等。我国的清华大学光盘国家工程研究中心也长期致力于光盘参数测试仪的研究，先后开发出用于只读CD类盘片测试的CDT-120测试仪和用于只读DVD类盘片的JMY-2000测试仪。

由于多种品牌的测试仪器在我国存在，光盘中心正在起草和制定相应的技术规范，用以协调和统一我国光盘盘片测试规范，以推进我国光盘产业的标准化。目前已经基本起草完成的有《CD光盘技术指标和验收规范》和《CD-R/RW光盘技术指标和验收规范》。规范中将测试参数分为7类：机械参数、伺服参数、高频信号参数、误码参数、高速参数、抖晃参数、光学参数。其中主要的测试项依据有关的国家标准和国际行业规范而制定。由于Audio Development 公司和Koch Digitaldisc公司CD测试仪目前在我国使用最为广泛，因此下面是规范中规定的主要测试项以及于它们相对应的Audio Development 公司的CD CATS系列和Koch Digitaldisc公司CD测试仪为CS-4.2系列主要测试项目的对照和比较。以下比较按规范的参数分类进行。

1) 机械参数

机械参数通过径向伺服系统附加的径向位置传感器测量。

规范中参数名称	CD CATS相应参数	KOCH相应参数
起始导入直径SLD ：(Starting diameteroflead in)	SLD/SDL (Start diameter lead-in)	BLI (Begin of lead in)
程序起始直径：SPD(Startingdiameterof program)	SPD/SDP (Start diameterprogram)	BPL(Begin of program location)
最大程序直径：MPD(Maximum diameterof program)	MID/EDP (End diameter program)	BLO (Begin of lead out)
道开始和索引：STX(Start of track and Index)		BTX (Begin of track and index)
扫描速度：SVY(Scanning velocity)	SVY (Scanning velocity)	SVY和ASV (Scanning velocity/Average SVY)
道间距TRP(Track pitch)	TRP和ATP (Track pitch/Average TRP)	TRP (Track pitch)

表3：机械参数对照表

说明：

(1)．对于最大程序直径MPD，CD CATS用MID/EDP表示。MID(Maximum information diameter)意思为最大信息直径，用来表示最大程序直径不够准确，因为信息区包括导入区、程序区和导出区，最大信息直径就是信息区外径，在直径118mm处，而MPD在直径116mm处。

(2)．KOCH用两个参数SVY和ASV表示扫描速度。其中SVY的测试方法同本规范类似，需要较长的时间才能获得最终的测试结果。而ASV的测试方法是为了在较短的时间获得测试结果，采样的周期和测试点的数量不同于SVY。

(3)．TRP和ATP的关系同SVY和ASV的关系。

2) 伺服参数

伺服参数通过分析伺服系统(径向伺服或垂向伺服)探测器的接收信号获得。

规范中参数名称	CD CATS相应参数	KOCH相应参数
推挽(线偏振光)：PP (Push pull)	PP (Push pull)	PP (Push pull)
圆偏振光测量的推挽：PPC (Push pull for circular polarized light)	PPC (Push pull for circular polarized light)	PPC (Push pull for circular polarized light)
串扰：XT (Cross talk)	XT (Cross talk)	XT (Cross talk)
偏心(径向偏差)：ECC (Eccentricity)	ECC (Eccentricity)	ECC (Eccentricity)
径向噪声:RN(Radial noise)	RN (Radial noise)	RN1 (Radial noise)
径向噪声分析：RNA(Radial noise analysis)		RN2 (Radial noise analysis)
偏差(垂向)：DEV (Deviation)	DEV (Deviation)
垂向噪声：VN (Vertical noise)		≈ FC1 Focus noise

表4：伺服参数

说明：

VN是在红皮书和IEC908的扩充中规定的，从前的一些测试仪并未将其列入测试项中。规范中的垂向噪声VN同KOCH中的FC1参数类似，都是描述垂向残余噪声的参量。VN是道垂向位移信号在500~2.5KHz频带内的峰峰值。而FC1是垂向跟踪误差信号在500~2.5KHz频带内的均方根值。

3) 高频信号参数

高频信号参数通过分析非均衡化的EFM信号(HF信号)获得。

规范中参数名称	CD CATS相应参数	KOCH相应参数
非标准化高频信号：I3 (Un-normalized HF)	I3	I3U (Un-normalized HF)
非标准化高频信号：I11 (Un-normalized HF)	I11	I1U (Un-normalized HF)
I3规范值：I3R (I3/Itop)	I3R (I3/Itop)	I3T (I3/Itop)
I11规范值：I11R (I11/Itop)	I11R (I11/Itop)	I1T和HF(I11/Itop)
高频信号最高电平：Itop (Itop)	Itop	ITP (Itop)
对称性：SYM (Symmetry)	SYM (Symmetry)	ASY (Asymmetry)

表5：高频参数

说明：

(1)．KOCH中用I1T和HF这两个参数来表示I11的规范值I11R。其中I1T在测量前对高频信号操作以消除噪声(不属于模拟EFM信号的成分)。HF在测量前没有对高频信号进行消除噪声的操作。

(2)．KOCH测试报告中Itop项表示反射率REF。

4) 误码参数

误码参数共包括14个参数，前12个参数是在EFM信号主数据流的两级解码过程中定义的。后两个参数是用来检测EFM信号子代码数据流的出错率。

规范中参数名称	CD CATS相应参数	KOCH相应参数
E11 -E32	E11-E32	E11-E32
块错误率BLER：	BLER (Block error rate)	BLE (Block error rate)
C1帧突发错误长度BERL1(Burst error length of C1 frame)	BERL (Burst error length )	FBL和FR1 (Frame burst error length)和(Frame burst rate 1)
高于极限的BERL1数目: TOT1 (Total of BERL1 greater than limits)	BEGL (Burst errors greater than limits)	TF1 (Total of FR1)
C2帧突发错误长度： BERL2 (Burst errorlength of C2 frame)		≈FR2 (Frame burst rate 2)
TOT2 (Total of BERL2 greater than limits)		TF2 (Total of FR2)
E32出现的总数：E32tot	E32tot	T32 Total of E32
内容表CRC字段错误率: TBR (Table of contents block error rate)		TBR (Table of contents block error rate)
循环冗余校验：CRC (Cyclic redundancy check)	CRC (Cyclic redundancy check)	PBR (Program subcode block error rate)

表6：误码参数

说明：

(1)．KOCH参数FBL的含义同规范中的参数BERL1。FR1表示1秒内FBL超规范的次数。

(2)．KOCH参数TF1表示FR1在整张盘中的累积值，等同于规范中的TOT1。

(3)．FR2同FR1类似，但KOCH中没有定义相应的参数(C2帧突发错误长度)。

(4)．KOCH参数TF2表示FR2在整个盘中的累积值，等同于规范中的TOT2。

(5)．TBR是对导入区的内容表(子代码信道Q)出错的测试。CRC是对程序区的子代码信道Q出错的测试，等同于KOCH参数的PBR

5) 高速参数

随着高速驱动器的出现，VA和RA变得非常重要。对于高倍速读出，参数的规范也作了调整。

规范中参数名称	CD CATS相应参数	KOCH相应参数
径向加速度RA (Radial acceleration)：	RA (Radial acceleration)
垂向加速度VA (Vertical acceleration)：

表7：高速参数

说明：

早期的测试仪未将RA和VA列入测试项。

6) 抖晃参数

抖晃参数同高频信号参数一样，通过分析非均衡化的EFM信号(HF信号)获得。

规范中参数名称	CD CATS相应参数	KOCH相应参数
特征坑抖晃： JnP (Jitter for nT pit)	JIT Jitter	Jit Jitter
特征岸抖晃：JnL (Jitter for nT land)	JIT Jitter	Jit Jitter
特征坑长度偏差：DnP(Length deviation for nT pit)	DEV Length deviation	Dev Length deviation
特征岸长度偏差：DnL (Length deviation for nT land)	DEV Length deviation	Dev Length deviation

表8：抖晃参数

7) 光学参数

这些参数在专门的光学测试仪器上测试。

规范中参数名称	CD CATS相应参数	KOCH相应参数
反射率：REF (Reflectivity)	REF (Reflectivity)	REF (Reflectivity)
透射率：TRA (Transmitted light intensity)		TRA (Transmitted light intensity)
径向倾斜：SR (Skew radial)	DEFL Deflection
切向偏离：RD (Radial deviation )	SR (Skew radial)	SKR (Skew radial)
切向偏离：TD (Tangential deviation)	ST (Skew tangential)	SKT(Skew tangential)
双折射：BIR (Birefringence)	BIR Birefringence amplitude	BIR (Birefringence)