高清入门——从零开始认识蓝光技术与蓝光设备

高清入门:从零开始认识蓝光技术与蓝光设备什么是蓝光？蓝光，英文为Blu-rayDisc，通常也可以简称为Blu-ray或者BD，是一种光存储介质。它主要用于存储高清格式的视音频文件，其物理记录结构类似于普通标准的DVD和CD。蓝光Blu-rayDisc标志蓝光的名字起源于其用于刻录/读取光盘是通过蓝-紫色激光完成的，这种蓝紫色激光波长为405纳米，从而可以使光盘可以记录的信息量比传统的DVD更大，传统DVD使用的是波长为650纳米的红色激光。一张双层蓝光光盘可以存储50GB容量的文件，是一张双层普通DVD的6倍，也就是一张单层DVD的10倍。在2008年2月之前，一场旷日持久的次世代高清DVD格式大战在蓝光联盟与HDDVD阵营之间进行，直到2008年2月19日，HDDVD阵营主要支持者东芝正式宣布撤除全部HDDVD业务，这场高清格式大战才最终尘埃落定，以蓝光的胜利而告终。蓝光技术最初是由蓝光联盟（Blu-rayDiscAssociation）提出并逐步发展起来的，蓝光联盟是由多个消费电子厂商、电脑硬件厂商、电影厂商等共同组成的联盟。截止到2008年10月21日，美国总共有超过970个蓝光软件/电影发售，日本则有540个，到2008年底，美国市场发售的蓝光软件/电影将超过1300个。蓝光联盟的成立和发展历史1998年，商业化的高清电视（HDTV）开始出现在消费市场，但这类新鲜事物并不为大众消费者所接受，因为要录制或者播放高清内容需要花费相当高昂的投资。事实上，当时也没有匹配存储媒体可以支持高清编码格式内容，除了JVC的数码VHS和索尼的HDCAM。然而，这并非意味着人们当时不知道通过更短波长的激光可以在同样的光盘上能够刻录更高密度更大容量信息，其实，日本科学家中村修二教授早已通过实践发明了蓝色激光发射极，但是出于专利保护的原因，人们不得不推迟蓝光商品化的进程表，为此还引发过一场持久而轰动的专利诉讼。飞利浦和索尼最初合作研发两个激光发射极应用的项目，主要是针对UDO（UltraDensityOptical，超密度光存储）和DVR蓝光（先锋也参与该项目的合作研发），这些项目其实就涉及到可擦写式蓝光刻录技术，也就是现在的BD-RE技术，两者的核心内容是极为类似的。第一个DVRBlue模型在2000年10月举行的CEATEC展上首度公开。由于蓝光记录数据层与光盘表层相当贴近，早期的光盘对细微的污物或划伤相当敏感，必须保存在专用的盒子内。2002年2月19日，这个开发项目正式命名为Blu-ray，即蓝光，同时初期的蓝光联盟正式成立，当时名为Blu-rayDiscFoundergroup，此时联盟只有索尼、松下、飞利浦、先锋、汤姆逊、日立、LG电子、夏普和三星等九位成员。2004年5月18日，最初的蓝光联盟再次更名为Blu-rayDiscAssociation，简称BDA，同时开始允许更多公司参与到这个联盟中，像苹果、戴尔、沃特迪士尼、华纳兄弟、环球唱片等全球知名厂商就是后期加入到蓝光联盟的。截止到2007年12月，全球总共有超过250个厂商加入到蓝光阵营中来。第一款应用于消费电子产品的蓝光设备，是索尼BD-RE蓝光录像机BDZ-S77，于2003年4月10日在日本正式发售，其价格高达3800美元。然而，这个年代并没有可以对应录制的蓝光视频源节目，也没有发行任何蓝光影碟可以播放。在好莱坞电影公司接受之前，蓝光光盘只是一个新的、更安全的DRM（DigitalRightsManagement，数字版权管理）系统，是在DVD上使用的带有内容复制加扰系统的光盘。早期蓝光光盘的物理规格是在2004年诞生的。2005年1月，TDK公司宣布研制出一种拥有坚硬聚合物涂层的蓝光光盘，这样早期用来保护光盘防止划伤的塑料盒可以被抛弃了。BD-ROM规格在2006年初被最后确定。洛杉矶AACS财团（2004年成立）开发出了DRM平台，可用于安全地将电影分发给消费者，从而形成AACS标准。然而由于蓝光光盘集团的一个重要成员对此表示质疑，AACS标准一再被搁置，最终在早期硬件制造商（包括东芝、先锋、三星）的强烈要求下公布了一个不包括复制管理功能的临时标准。2006年6月中旬第一代BD-ROM播放机上市，却被HDDVD播放机在短短几个月里击败。2006年6月20日第一代蓝光光盘投放市场，采用与DVD光盘相同的MPEG-2视频压缩技术。2006年9月首次开始使用新的VC-1和的AVC编解码器。2006年10月该技术首次用在电影的双层光盘（50GB）中，2008年3月首次用在音频上。第一款大规模上市的电脑用可擦写蓝光刻录光驱是索尼在2006年7月18日发布的BWU-100A，可以记录单/双层的BD-R和BD-RE光盘，当时零售价格为699美元。蓝光与HDDVD的高清格式之争由东芝主导的DVD论坛中对于是否开发价格更昂贵的蓝光技术展开激烈的讨论。2002年3月该论坛通过一项提议，认可华纳兄弟和其他电影制片厂涉及将高清内容压缩到双层DVD-9光盘上。尽管提议被通过，但DVD论坛指导委员会在4月份宣布要寻求自己的蓝光高清解决方案。同年8月东芝和NEC宣布参与高清光盘的竞争。其后，经过蓝光联盟的两次讨论，DVD论坛的这项决议最终得以通过，并于次年更名为HDDVD，同时促使美国司法部对其作出初步调查研究。在高清视频市场，早期的蓝光播放机很昂贵，很少游戏使用，而且HDDVD影响蓝光光盘的销售。这种情况从PlayStation3时开始有所改变，因为PS3就是蓝光播放机。在2007年1月蓝光销量开始超过HDDVD光盘，前三季度的销量是HDDVD光盘的两倍。2008年1月美国CES展开展的前一天，唯一同时发布HDDVD和蓝光两种格式电影制片厂华纳兄弟宣布今后将只生产蓝光电影。这使以东芝为首的HDDVD阵营受到严重的甚至可以说是致命的打击。2008年2月19日，东芝宣布撤除HDDVD业务，蓝光成为高清格式大战的最终胜利者。部分分析家认为，索尼的PlayStation3游戏机在高清格式大战中发挥了重要作用，充当了蓝光催化剂。因为PS3的采用蓝光光驱，当然还有索尼完善的有影响力的营销策略。随后，自成立后唯一支持HDDVD的环球影城公司也宣布把工作重点转向蓝光；自2007年年底起只支持HDDVD格式的派拉蒙公司也开始采用蓝光。至此，所有主要好莱坞电影公司都开始支持蓝光。前HDDVD支持者微软表示，他们不是将目光放在采用蓝光光驱的Xbox360游戏机上，而是更侧重于XboxLive数字下载服务。格式之争结束不久后，一份NPD集团的研究报告发现，60%的美国家庭知道蓝光。蓝光技术规格标准介绍蓝光光盘的硬件结构规格标准蓝光光盘采用了波长为405纳米的蓝紫色激光读取和写入数据。而常规DVD和CD使用红色和近红外激光分别是650纳米和780纳米。蓝紫色激光波长更短，可以在12cm大小的CD或者DVD光盘上存储更多的信息。蓝光光盘的尺寸和容量标准类型物理尺寸单层容量双层容量标准光盘直径12cm，单面25GB50GB迷你光盘直径8cm，单面7.8GB15GB通过降低波长，缩小刻写孔径，同时覆盖层更薄，以避免不必要的光学效应，让激光束集中在一个较小区域，这使得同一块区域可以存储更多数据。对于蓝光光盘，刻写孔径大小是580纳米。随着蓝光编码技术的改进，蓝光光盘的性能将得到进一步提高。蓝光25GB和200GB两种光盘由于蓝光光盘数据层接近光盘的表面，相对于DVD来说更容易刮伤，因此需要放置在塑料盒里进行保护。TDK公司是第一家开发有蓝光光盘保护涂层的，这种保护层名为Durabis。另外，索尼和松下的蓝光烧录方法已经包括专门的保护涂层，其中索尼的可擦写媒体是通过旋转式涂布方法来加上防刮伤及抗静电涂层。Verbatim则有独家的防刮伤涂布技术，可以进行蓝光光盘的刻录和擦写。蓝光光盘刻录速度光驱速度码率刻录时间(分钟)Mbit/sMB/s单层双层1×364.5901802×72945904×1441823456×2162715308×28836122312×43254815蓝光光盘软件编码规格标准编码是一种使音频和视频数据存储更有效率的压缩方案，可以有效地优化低空间的使用或每兆字节的质量，编码包括有损和无损两种压缩技术。如果把蓝光光盘比喻成一个大抽屉，音频视频数据比喻成很多文件，那么编码技术就相当于把文件有序高效地排列存放的方式。BD-ROM规范化的任务就是提供一个对硬件解码器（即播放器）和电影制作软件（即内容）都兼容的编解码技术。对于视频来说，所有的播放器都必须支持MPEG-2、H.264/MPEG-4AVC以及SMPTEVC-1等。MPEG-2是普通DVD常用的编解码技术，允许向后兼容。MPEG-4AVC由MPEG和VCEG开发。VC-1是一种由微软开发的编解码技术。BD-ROM所存储的视频格式必须是着这三种编解码技术之一，多种编解码技术在一张光盘中使用是不允许的。蓝光光盘数据存储编码格式画面分辨率帧率画面比例编码格式1920×108059.94-i,50-i16:91920×108024-p,23.976-p16:91920×108024-p,23.976-p2.4:11440×108059.94-i,50-i16:9仅MPEG-4AVC/SMPTEVC-11440×108024-p,23.976-p16:9仅MPEG-4AVC/SMPTEVC-11280×72059.94-p,50-p16:91280×72024-p,23.976-p16:9720×57650-i4:3/16:9720×48059.94-i4:3/16:9由于压缩效率的不同，编解码技术的选择很大程度上影响了生产商的授权和专利使用费，甚至最长允许的作品时间。MPEG-2高清视频内容的编码通常被限制在约两小时以内用以录制在单层BD-ROM（25GB）光盘上，而解码的是更先进的视频编解码技术VC-1和MPEG-4AVC，通常可以达到MPEG-2质量的两倍。MPEG-2被很多电影公司采用，包括派拉蒙，而该公司最早用在HDDVD光盘编码中则是使用VC-1编解码技术。现在该格式往往利用MPEG-4AVC或VC-1来解码，允许把所有内容放在一张光盘里，从而降低成本和提高易用性。利用这些编解码技术也可以获得更大的空间，用来存储1080i/p高清内容，而不是其他许多作品所采用的简化内容480i/p格式。有些电影公司，如华纳兄弟公司，已经发行基于不同编解码技术的高清内容光盘，例如《超人归来》使用VC-1的蓝光光盘格式和MPEG-2的高清内容。对于音频，蓝光播放机都必须支持杜比数字、DTS和线性PCM，可以有选择地支持杜比数字音频、DTS-HD高分辨率音频及无损杜比TrueHD和DTS-HDMaster音频格式。BD-ROM产品的主要音轨必须使用强制性的三种音频格式之一，目前次级音轨可使用任何强制性或选择性编解码器。对于用户录制数字电视节目，蓝光光盘录制时标准的最低数据传输速率为36Mbit/s以上，足够记录从任何来源（如网络电视，有线/卫星或地面）获取的高清晰电视节目。蓝光视频的最高数据传输速率为54Mbit/s，最大AV比特率为48Mbit/s（即包括音频和视频数据），最大的视频比特率为40Mbit/s。相比之下，HDDVD视频电影最大数据传输速率为36Mbit/s，最大AV比特率为30.24Mbit/s，最大的视频比特率为29.4Mbit/s。蓝光的Java软件支持2005年，JavaOne贸易展宣布SunMicrosystems的Java跨平台软件环境将包括在所有的蓝光播放机中作为强制性标准之一。Java被用在蓝光光盘上实现交互式菜单操作，而不是用在采取预先提供MPEG片段和可选字幕图像的原始交互方式的DVD视频光盘上Java开发员JamesGosling建议在一些蓝光设备中加入允许更新的Java虚拟机以及网络连接，这样蓝光设备就可以通过因特网增加内容，如增加字幕语言和升级功能（但不可以在光盘压缩时增加）。此Java版本就是所谓的BD-J，是一个