篇名: CD-RW 光碟片工作原理作者: 黃尉晉。私立治平高中。資訊三信

CD-RW 光碟片工作原理
篇名:
CD-RW 光碟片工作原理
作者:
黃尉晉。私立治平高中。資訊三信
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CD-RW 光碟片工作原理
壹●前言
CD-RW 是 CD-ReWritable 的簡稱,可以重複燒錄 1000 次左右,這種光碟片的
結構有六層,資料記錄在相變合金屬 (Phase-change metal alloy layer),是具備高度
反射性的晶體結構,在燒錄資料時 CD-RW 使用最高功率的雷射於寫入資料 1
的位置加熱,將小區域的合金物資融化,然後能凝結成非結晶的組織,使它無法
像原先那樣擁有良好的反射姓,至於晶體結構的恢復,只要用中等功率的雷射,
就可以產生足夠溫度,將非結晶的組織還原成晶體結構。
使用 CD-R 光碟片燒錄,可以讓一般 CD-ROM 讀取,但是 CD-RW 光碟片,
並不能讓所有的 CD-ROM 讀取,因為 CD-RW 的反射率較低,有些光碟機的讀
取頭無法辨識,不過較新的 CD-ROM 多以支援 Multi Read 規格,可以正常讀取
CD-RW 光碟片。
『由於 CDCD-RW 具備重複寫入的功能,
具備重複寫入的功能,它可以作為超級軟碟機,
它可以作為超級軟碟機,以成本方面來
看, CDCD-RW 的單位儲存成本比軟碟機低
的單位儲存成本比軟碟機低,
碟機低,但是在使用的便利上稍微遜色一點
CD--RW 的方法是將整筆資料寫入
的方法是將整筆資料寫入,
因為燒錄 CD
,無法對個別資料作任意的刪除和
修改』
修改
』,不過有些軟體可以讓 CD-RW 像磁碟一樣,將整筆資料以滑鼠拖曳的
方式寫入,或是直接刪除某個特定資料,例如 Adaptec DirectCD,不過要讀取這
種格式的光碟資料,讀取的電腦上也必須安裝這套軟體,雖然可以透過光碟自動
安裝的方式解決,不過比不上磁碟可以直接使用的方便,但仍不失為一個可以接
受的替代方案。
貳●正文
一、
【圖一】CD-RW 結構
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CD-RW 光碟片工作原理
保護層
染料層
材料:硬化壓克力樹脂
功用:保護反射層免於氧化刮傷,作為印刷之底面
材料:相變化型合金
功用:吸收雷射光,形成坑洞記錄
反射層
材料:鋁、黃金或銅合金
功用:反射雷射光訊號
基 板
材料:光學級聚碳酸脂塑膠
功用:透射雷射光
當燒錄器之高功率雷射光照射至記錄層時,該層的材料會因能量吸收而造成材料
相變化,而完成寫入的工作。市面上有 2、4、6、8 倍速的燒錄器。燒錄軟體則
是將原始檔案作 ISO 9660 格式轉換及 image file 製作。(
二、DVD-RW 的工作原理:
『DVD 即「Digital
Digital Versatile Disc」
Disc」是多用途的數位碟片。
是多用途的數位碟片。如同它的名字一樣,
如同它的名字一樣,是
針對各種各式各樣的用途所制定的通用媒體。
另外,
針對各種各式各樣的用途所制定的通用媒體
。另外
,雖然音樂 CD 與 Data CD 具
有不同的格式,
有不同的格式,但是在 DVD 則設計了通用的檔案格式來存放各種不同的資料。
則設計了通用的檔案格式來存放各種不同的資料。
的格式是由三層材質不同的薄面所構成。
DVD 的格式是由三層材質不同的薄面所構成
。』為了能夠確保各種規格之間的
互換性,這三個不同的材質層在製作上都必須經過嚴密的管理及設計。
1.物理層
在這一層,舉凡有關 Disc 的機械特性、光學的特性、撥放時的信號特性以至於
硬體的設計都必須經過縝密的設計與除錯。這個構造是為了能夠將由 DVD Player
或者是 DVD Drive 所產生的訊號正確的讀取出來所製定的標準。為了能夠實現
4.7GB 的大容量,整個規格的設計比之 CD 要更為嚴謹的多。
燒錄過的 DVD-R/RW Disc 的再生領域(Information Area)跟 DVD-ROM Disc 具有
相同的構造。燒錄所使用的 Data Format 也相同。但是在再生領域內側則有
DVD-R、DVD-RW 特有的領域 R-Information Area。這個領域存放有雷射強度的調
整、以及其它必要的燒錄管理資料,如(圖二)。如此,當一般的 DVD player 或者
是 DVD drive 在撥放的時候只要查詢這個領域就能夠正確的撥放當初錄製的料。
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CD-RW 光碟片工作原理
【圖二】 DVD 光碟片物理層資料存放類型分布
2.理論層
這一層包含資料的管理方法以及檔案格式的規定。DVD 的檔案格式全部都統一
規定使用 UDF(Universal Disk Format),使得不論是民生用機器或者是個人電腦
系統都能夠共通存取這些資料。為了系統的整合性以便與現行的 CD-R 檔案格式
ISO9660 相容,而製定了 UDF Bridge,如(圖三)。透過 UDF 與 ISO9660 就能夠將
碟片的檔案完完整整的讀取出來。
【圖三】 UDF Bridge 功能示意圖
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CD-RW 光碟片工作原理
3.塗抹層
這是最上面的一層,規定了 Application 要如何使用這個媒體。包含了燒錄過影像
的再生,動畫資料與聲音資料的管理方法。這個層會根據 DVD-ROM、DVD-R、
DVD-RW 而有所不同。塗抹層的規定是為了要能夠實現 DVD-Video 影像的再生
並且重現 CD 以上的高音質 DVD-Audio。
DVD-R 的兩種規格
2000 年,DVD-R 的規格被區分成 DVD-R for Authoring ver2.0 與 DVD-R for General
ver2.0 兩種。前者是專門用於商業用途的剪輯製作上,而後者則是開放給一般民
生用途使用。
兩者最大的差異是與著作權的保護相關的複製管理權。在民生用途的 DVD for
General 規格內,設有禁止複製的再生專用領域來確保無端的複製。DVD for
Authoring 則沒有此相關規定。此外,兩者並不具有交換性質,寫入與讀取的雷
射波長也全然不相同。
三、DVD 相關資訊介紹
1.DVD 光碟片
DVD 概念:『近年軟體程式複雜化及消費者對影
近年軟體程式複雜化及消費者對影、
音品質需求不斷提高,
近年軟體程式複雜化及消費者對影
、音品質需求不斷提高
,儲存
光碟片已逐漸無法滿足需求,
新一代高儲存容量、
容量 650MB 的 CD 光碟片已逐漸無法滿足需求
,新一代高儲存容量
、資料儲
存密度提高的 DVD (Digital Versatile Disk)
Disk) 系列產品運應而生。
系列產品運應而生。』DVD 產品發展
初期即由電影業者與電腦業者共同參與,以消費性電子與電腦資訊產品
(DVD-Video、DVD-Audio、DVD-ROM、DVD-R 與 DVD+RW 等) 同時並進。DVD
光碟片製作成本與 CD-R/RW 差不多,但是技術關鍵在於要精密的讀寫頭,因為
DVD 磁軌寬度為 0.74 微米相較於 CD 的 0.16 微米小了兩倍多,因此需要精
密的讀寫頭以較短的波長以讀取資料。
很多人以為 DVD 光碟片就是 DVD Video (俗稱的 DVD 影音光碟片),實際上
DVD Video 只是 DVD 光碟片的一種包含了以下數種:
A. 唯讀型數位多功能光碟
B. 數位影音光碟
C. 數位音響光碟
D. 寫一次型數位多功能光碟
E 重複讀寫數位多功能光碟
DVD-ROM
DVD-Video
DVD-Audio
DVD-R
DVD+RW / DVD-RW
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2.DVD 之區分:
依用途分
DVD-Video
應用 MPEG-2 壓縮技術儲存高品質的影像和聲音
DVD-Audio
可提供更高品質及長度更長的音樂
DVD-ROM
用做儲存電腦資料的媒介可提供比 CD 更大的儲存空間及更快
的讀取速度
依記錄形式分
DVD-ROM (Read-only):可重覆讀取,但不可寫入的 DVD
DVD-R (Write-once):僅可寫入一次,重覆讀取但不可重覆寫入
DVD+RW/DVD-RW (Rewritable):可重覆寫入及讀取
〈註二〉
所以根據以上分類,DVD 的名稱比較正確的說法為數位多功能光碟 (Digital
Versatile Disc)。而俗稱的 DVD 影音光碟片只能算是 DVD 多功能光碟的其中一
部份而已。
3.DVD 讀取速度:『目前市面上的第三代
目前市面上的第三代 DVD 光碟機其讀取速度平均一倍速
1350KB/Sec,
為 1350KB/Sec
,也就是 1.35MB/Sec,
1.35MB/Sec,以第三代 DVDDVD-ROM 讀取速度都在四倍以
上來算,
上來算,四倍速就有 5.4MB/Sec,
5.4MB/Sec,換算成一般光碟機也有 36 倍速。
倍速。如此高速的
CD--ROM 平均一倍速的 150KB/Sec 相較,
速度與一般光碟機 CD
相較,DVD 讀取速度的
確快了許多。
確快了許多
。』千萬別以 CD-ROM 讀取的速度來換算成 DVD-ROM 的讀取速
度喔!
【表二】:DVD 光碟片種類〈註四〉
DVD 論壇 (DVD Forum) 定義的規格書
規格書
規格名稱
內容
DVD-Book A
DVD-ROM
唯讀型數位多功能光碟
DVD-Book B
DVD-Video
數位影音光碟
DVD-Book C
DVD-Audio
數位音響光碟
DVD-Book D
DVD-R
寫一次型數位多功能光碟
DVD-Book E
DVD-RAM
重複讀寫數位多功能光碟
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5.DVD 結構、格式說明
【表三】:〈註五〉
光碟片名稱
DVD-5
DVD-9
DVD-10
DVD-18
層數面數
單層單面
雙層單面
單層雙面
雙層雙面
儲存容量
4.7GB
8.5GB
9.4GB
17GB
影片長度
135min
240min
270min
480min
除了上述直徑 12cm 的規格,其實有一種迷你的 DVD 碟片,稱為 SingleDVD,
直徑 8cm,也有單雙層面的設計。
【表四】:〈註五〉
光碟片名稱
DVD-1
DVD-2
DVD-3
DVD-4
層數面數
單層單面
雙層單面
單層雙面
雙層雙面
儲存容量
1.4GB
2.7GB
2.9GB
5.3GB
DVD 的容量近幾以 GB 來算,其實 1GB=1000MB 為單位計算與我們平常電腦
常用的 1GB=1024MB 算法有所出入,所以 DVD 容量的 1GB=1,000,000,000bytes
(1000*1000*1000),實際上和電腦裡我們講的 1GB=1,073,741,824bytes
(1024*1024*1024) 少了一點。
四、光碟燒錄的迷思
CD-R 機器是利用 Laser 功率在 CD-R 片子上的染料上燒出記號,而 CD-R 上
的染料與組成卻有好幾種方式,一般常見的大分類為 Cyanine 與 Phthalocyanine
而各種片子的組成與配方會形成片子不同的感度,機器廠商就必須蒐集所有的片
子針對其特性制定一套 writing strategy 何謂 writing strategy 扼要的用下圖來解
釋。
【圖一】
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CD-RW 光碟片工作原理
例如你想燒出黑色部分大小的點在 CD-R 片子上,而你利用最上圖的時間來驅
動 Laser 時,那可能會燒出紅色部分過大的點而讓資料錯誤成最下圖的信號,所
以我們必須在最上圖縮短 Laser 驅動時間 (如黑色部分) 來燒出正確的黑色部
分點,這就與片子的感度有相當關係,所以機器廠商在機器內建立一套 writing
strategy 來對應各種不同的片子,當然其中也有某些不明廠牌的片子機器是使用
default 值來燒錄。
但非常不幸的,台灣目前有近三十五家 CD-R 片子的廠商。這些廠商為了競爭,
經常在更動組成與材料而且品質的控制也極不穩定。在這種狀況下就容易造成某
些片子突然不能寫入,而別的牌子的燒錄器可能剛好在某一範圍內所以可以燒
入。理銘非常努力在收集各廠商的片子分析而建立到 writing table 中,但不管我
們如何努力都比不上台灣片子的善變,這也是為何有些人會發現有某一舊版的韌
體對某種片子突然有較好的狀況對某一些又不好的原因,『我真誠的建議各位多
我真誠的建議各位多
花一點點錢買真正有能力製造片子的大廠牌產品,
花一點點錢買真正有能力製造片子的大廠牌產品
,但請注意有能力製造片子這句
話的用意,
話的用意,因為有些大品牌雖品牌大但是對於片子的知識卻少的可憐,
因為有些大品牌雖品牌大但是對於片子的知識卻少的可憐,只是請台
灣廠商代為製造卻無法有效管制品質,那此種商品也實與一般無牌的沒有差異。』
有一個有趣的現象各位可以思考一下,台灣片子的工廠最近都非常的賺錢而日本
的公司卻滿辛苦的,為何會造成此狀況?大家用的設備都是一樣的全自動化設
備,某些材料也類似縱使有差價也不應該如此大,這其中有兩個極大的因素影響
成本,那就是品檢的標準與次級品的處理,因為 CD-R 片子是寫一次的片子所
以在做訊號檢驗時只能採取在某一批量下抽樣檢驗,不通過檢驗就整批變成次級
品,以理光為例,次級品是完全作廢不再販賣出去,但是台灣廠商還是會賣出去,
那整體成本就可以降低。另外一個因素就是品檢標準因為訊號檢驗是採抽檢,所
以必須加高抽驗標準來確保整批可以在一定的可靠度上,但有些廠商就放低此標
準來降低批退數量與成本,因此就可能發生突然某一批量超出標準的狀況,此部
份使用者不可不注意。
參●結論
光碟的寫入方式因不同格式的資料的需求而發展出多種的模式,能妥善的利用各
種不同的方式將可有效的利用碟片空間。應用介面程式的建立有助於了解再不同
方式寫入時對諜片紀錄的使用情形。
肆●引註資料
註一、CD-RW 的燒錄過程
http://www.met.com.tw/big5/service/support/article/cdrw_work.htm
〈檢索日期:10 月 16 日〉
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CD-RW 光碟片工作原理
註二、DVD-RW 的工作原理
http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1105063012458
〈檢索日期:10 月 17 日〉
註三、DVD 的相關資訊
http://www.met.com.tw/big5/service/support/article/dvd.htm
〈檢索日期:10 月 17 日〉
註四、光碟燒錄的迷思
http://www.met.com.tw/big5/service/support/article/writing_strategy.htm
〈檢索日期:10 月 18 日〉
註五、光碟規格與結構
王東圳、王威翔,
『光碟規格與結構』
,工業材料,150 期〈民 87.11〉
,PP.137-149.
註六、光碟規格與結構
林煥章、陳銘毅,
『CD-RW 光碟片之設計開發』
,工業材料,138 期〈1998.6〉
,
PP.148-156
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