蓝光光盘编码技术详解（上）
信息技术（尤其是影音和多媒体技术）的发展，希望数据存储能够随之提供越来越大的存储容量和越来越高的数据传输率。光存储技术作为数据存储技术的一个分支，也从第一代的CD技术、第二代的DVD技术发展到第三代的蓝光光盘技术。CD技术和DVD技术已经得到了广泛的介绍，本文将介绍蓝光光盘中采用的编码技术，包括调制码和纠错码；同时由于光盘上的数据组织与编码直接相关，因此一并介绍。
实际上，蓝光光盘的标准还没有得到各大生产厂商和节目提供商的统一承认，目前已经提出的蓝光光盘标准就至少有4种： l）以 Sony和Philips领头9C联盟提出的Blu-ray Disc标准；2）Toshiba和NEC领头的DVD Forum提出的AOD（Advanced Optical Disc）标准；3）台湾工研院光电所提出的HD－DVD标准，包括两种规格，分别类似于Blu-ray Disc标准和AOD标准；4）Plasmon公司提出的UDO（Ultra Density Optical）标准，应用于磁光盘上。其中 Blu-ray Disc较早提出，本文的介绍均以Blu-ray Disc为准；下文中的“蓝光光盘”，除特殊标明外，均指 Blu-ray Disc标准。
1．Blu-ray Disc的基本技术指标
光存储技术的每一次革新都可以说是由更高要求的音频／视频需求所推动的：CD技术的诞生满足了人们对高品质音乐的要求，DVD技术满足了对高品质视频的要求；而Sony与Philips等提出蓝光光盘的目的就是为了满足实时的HDTV数字视频录像（DVR：Digital Video Recording）的要求。根据HDTV的规格，容纳一部完整的HDTV影片（按2小时计算），需要光盘的存储容量达到至少22GB，数据传输率达到 24~35Mbps；如果还需要在播放一部影片的同时记录另外一部影片，则需要存储容量至少达到40GB，数据传输率达到80Mbps。
为了在一张120mm的光盘上达到所需的存储容量和数据传输率，Blu-ray Disc采用了以下几项主要的关键技术（表 1中列出了CD、DVD和Blue-ray具体技术指标的对比）：
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表1 CD、DVD和Blue-ray技术 |
- 缩短激光波长至405nrn和增大物镜数值孔径至0．85，这两项指标的变化直接减小了聚焦后的光点直径（与成正比），提高了光学系统的分辨能力，从而可以缩小记录点的直径和道间距；在同样直径的盘片上可以记录更多的数据。但是，物镜数值孔径的增大也减小了光学系统的容差：焦深降低（与成正比），提高了对伺服系统的要求；对盘片的倾斜更敏感（与成正比），要求采用可消除倾斜误差的力矩器或者采用较薄的读出层结构；对盘片厚度均匀度要求更高（与成正比），需要采用更精密的盘片制造设备和更高的工艺。
- 在Blu-ray Disc系统中，为了避免采用更复杂的执行机构，问时保证对盘片翘曲误差的容差，只能将盘基厚度变为1.1mm，记录层与保护层厚度变为0.1 mm；激光不再是从盘基一侧入射，而是直接从透明保护层一侧入射；问时各材料层的排列方式也与传统的CD－R、DVD－R等正好相反。盘的结构如图1所示。
图1 Blu-ray Disc的盘片结构
- Blu-ray Disc系统采用了新的调制码：对可写格式盘采用I7PP码；对只读格式盘采用EFMCC码。这是由于蓝光光盘首先提出的是可写格式（RW）的规范，采用的材料为相变材料；后来提出的只读格式（ROM）须采用深紫外波长的激光器制作母盘。这两种不同情况下的信道特征相差较大，采用同一种调制码无法充分挖掘系统的潜力，因此设计了不同的调制码。这两种编码的效率都有所提高，而且提供了更好的低频分量控制特性。 Blu-ray Disc系统还采用了新的纠错码——Picket code，与DVD系统中采用的RS－PC码相比较，在数据冗余率基本相同的条件下，纠错能力更强。
下面将介绍 Blu-ray Disc系统中所采用的编码，包括纠错码Picket code和调制码17PP及EFMCC。需要说明的是，笔者在写作本文时，并未获得完整的Blu-ray Disc规范，而是主要参考了T. Narahara、W. Coene等文献及专利US6496541B1、WO00／07300、US6469645；因此本文介绍的内容可能会与实际的 Blu-ray Disc规范略有差别。
