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舊 2004-01-20, 12:50 AM   #1
psac
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預設 DVD碟片生產技術概述

DVD碟片製作可以分為三個主要階段:開發、製作母碟、碟片複製。 DVD-ROM和DVD-Video的開發程序各不相同,母碟製作略有區別,兩者的複製程序則基本相同.

DVD-ROM開發程序

DVD-ROM碟片可以用傳統的軟體開發工具,如Macromedia Director, Asymetrix Toolbook, HyperCard, Quark mTropolis, C++. DVD-ROM碟片,包括DVD-R校驗盤, 需要採用UDF(通用碟片格式)以及ISO9660標準來新增(這兩種標準另附有我的文件). DVD-ROM碟片也可以加入DVD-Video的MPEG-2視瀕音瀕資料,不過要進行視瀕和音瀕編碼, 這一個程序其實和DVD-Video是相同.

DVD-Video製作程序

一.開發

開發程序的實質就是形成母碟的資料來源。

DVD-Video開發分三個基本組成部分:
編碼, authoring(設計,編排,和測試), 和premastering(對碟片圖像格式化). 整個開發程序有時就稱為authoring. 整個開發程序的軟體使用實例請見附錄。

1. 視瀕源

對於電影,通常要轉錄到錄像帶上,或使用攝像機錄為數字視瀕,這個步驟也可由專業的視瀕公司完成。

MPEG編碼程序需要的視瀕源應該是符合CCIR-601標準的數位信號源。

通常可以將其錄製在D1, D5, Betacam SP, 或 數字Betacam帶上,這些都是較為理想的信號源。

2. 編碼

視瀕標準:MPEG-2(PAL制的顯示畫格速率應設為25,NTSC為29.97)
音瀕標準:PCM 48kHz立體聲(很少使用)
杜比數位或MPEG-2音瀕
通常碟片製造商對於音瀕選項使用5.1聲道的杜比數位,或5.1聲道的DTS,或是5.1聲道的MPEG-2(很少使用)
典型的DVD應該選項使用VBR(可變比特率),通常視瀕速率為3.5Mbps,音瀕為1.2Mbps。

編碼要注意最終使音瀕和視瀕同步。

3. Authoring(設計、編排和測試)

這個程序就是把經過編碼的視瀕、音瀕、文字組合在一起,放到與DVD-VIDEO或DVD-ROM相相容的碟片映像上。

其輸入源是經MPEG-2壓縮的視瀕文件,經AC-3壓縮的音瀕,以及位圖格式的字幕。

建立功能表:要設計螢幕上如何顯示功能表。或者使用按鈕。通常每個圖形功能表是以非壓縮的24位RGB真色彩的TIFF文件另外存儲的。


子圖像:是疊加顯示在視瀕上的圖形。為字幕顯示建立子圖像的標準格式是為每一種語言字幕提供一個文本文件。該檔案應該能包含4位數字字幕碼,以及顯示在螢幕上的文字信息。

4. Premastering

為DVD的Mastering作最後的資料格式準備。包括建立DVD控制和導航資料,復用資料流,產生糾錯碼,進行信道調製。


開發階段形成的最終資料放到DLT (數字線性帶)上。DLT帶是一種健全的SCSI 媒介,事實上它已經成為了一種標準。通常其容量約為20.0GB ,要比8mm 帶稍大,但比VHS小。

DVD-video如果加入了另外的特性,如多音軌,多視角,無縫切換,其製作成本將增加。

整個開發程序成本是製作DVD中花費最大的。因為其最終效能直接影響你的產品品質。

視瀕和音瀕必須編碼,功能表和控制信息必須製作並編碼,所有信息都必須復用到單一資料流上,並最終以低階格式編碼.
通常視瀕壓縮的成本為$60/分鐘,音瀕壓縮為$20/分鐘,字幕為$6/分鐘,另外格式化和測試的成本為大約$30/分鐘. 製作一部好萊塢級別的兩小時DVD影片,帶有動畫功能表,多音軌,字幕,片尾和一些信息螢幕,大約需要花費$20,000.
另外許多設備的使用費用是以時間來計算的,大約$400/小時. 一部簡單的兩小時DVD-Video影片,帶有功能表和許多視瀕片段,最低花費為$3,000. 如果你打算自己製作,那麼要買的製作系統和編碼系統售價為400美元到超過2百萬美元.使用桌面電腦系統開發,所用到的軟體和硬體在今後幾年裡會很快跌價,不會超過$20,000.

二.母碟製作

就是在碟片複製以前,完成母碟的製作,並把經過編碼後的視瀕、音瀕等資料放到玻璃母碟上的這個程序。

與DVD-ROM 製作母碟不同的是, DVD-Video 的母碟製作通常還包括另外的步驟,如CSS加密,Macrovision拷貝保護, 分配地區碼。

CSS

內容擾亂系統 (CSS)是一種防止直接從碟片上複製文件的資料加密和鑒定方案。CSS最初由Matsushita和東芝開發。每個CSS證書都有一把密鑰,它是存儲在每張CSS加密碟片上由400個密鑰組成的母集中取出來的。

這樣以後碟片上的密鑰被移除,證書就無效了。


CSS解密算法與驅動器單元交換密鑰,以產生加密用的密鑰。這一產生的密鑰用來擾亂碟片密鑰與影片密鑰的交換。
影片密鑰用來解密碟片上資料。


DVD播放機在解碼和播放前,由CSS電路對資料進行解密。

CSS由DVD論壇頒布,使用CSS必須認證。

Macrovision

主要用來防止錄像帶(模擬的)的拷貝。

通常稱為APS (模擬保護系統). 可以干擾自動增益控制,表現為圖像忽明忽暗。可以設定碟片上的 "觸發比特",來提示播放機是否使用Macrovision AGC, 可以選項2線或4線綵帶。每秒發生一次觸發,可以很好地控制視瀕節目的哪一部分要得到保護。

碟片製作商會考慮拷貝保護的數量,然後付給Macrovision相應的版稅(每張盤幾分錢)。

地區碼:

電影製片商想控制不同國家家庭影視的發行,因為電影在各個影院的發行並非同步進行。

因此他們要求DVD標準加入一些編碼,用來防止某些碟片在某些地區播放。

每台播放機被授予在其出售地區的一個給定編碼。對該地區不允許播放的碟片,播放機拒絕播放。

就是說在一個國家購買的碟片用在另一個國家購買的播放機可能無法播放。
區域碼並非加密技術。

對於碟片製作商而言,使用區域碼完全是可以選項的。沒有區域碼的碟片可以在任何國家的任何播放機上播放。

DLT帶製成之後,要進行PMFV(Premastered Media Format Verification:母碟製作前的媒體格式檢查),然後檢查DDP (碟片描述傳輸協定),特別是內容表格。

然後要驗證CSS,地區碼,視瀕字幕設定等等。這樣這塊DLT帶就可以真正用於製作母碟了。

1.製作玻璃母碟

既然要大量製造,當然先要製作出來一個母碟,才能夠大幅加快生產的效率、降低成本,但由於無法使用雷射直接將坑洞信號刻在堅硬的金屬母碟上面,所以必須透過一些手續來達成。

首先必須準備一塊圓形平板狀的厚玻璃基板,把它放在in-line mastering機器中。

該機器對玻璃基板進行清洗(通常使用硝酸或具有溶解力的物質),然後在其表面均勻地塗布稱為"photoresist"(光刻膠,PR,這是一種光敏感物質)的物質,厚度為130皮米(10-9)。

經過約20分鐘烘乾後,雷射就可以將信號坑洞記錄在這層PR物質上面了。

電腦把DLT上的資料讀出來,然後解釋成為"開和關的脈衝"(形成資料凹坑)。

雷射束燒錄器 (LBR) 用雷射來照射PR物質,在玻璃基板的PR物質上面燒出信息坑,這個步驟就像是拍照時底片在相機的片匣裡面曝光一般,LBR只是將坑洞信號注記在PR物質上(產生一些化學變化)。

就像底片拍攝完成要經過顯影的手續一般,經過注記的玻璃基板還要將反應過後應去除的PR物質除掉,上面的坑洞信號才真正與所要壓制的DVD Video碟片內容相同,這樣便完成了玻璃母碟製作的部分。

2.製作金屬母碟

要經過這些程序鍍銀=》電鑄=》拋光=》沖壓,直接如下所述:

雖然玻璃母版上的這層PR物質已經具有了所需要的信號坑洞,但是PR的質地不夠堅硬,不能當成母版直接拿去製作DVD Video光碟,還必須將其轉製成"金屬母碟"才行。為了達到此目的,必須先在PR物質上鍍上一層薄薄的銀,讓它能夠導電,然後使用sputtering machine進行電鑄,鍍上厚度約0.03mm的鎳。


這層鎳的資料坑形狀與玻璃母碟相反,被稱為父盤,或金屬母碟。這塊"金屬母碟"才是壓製程序中的真正母碟。接著要作的是把金屬母碟與玻璃母碟分離,玻璃母碟經過清洗可以再回收使用(大約20次左右)。

而母碟的底層(非信號面)由於電鍍的緣故不可能完全平整,因此還要經過"拋光"的手續,將其打磨到有如鏡面一般光滑,如此才能保證後續射出成型的精確度。


接下來要作的就是把這塊金屬母碟中心的圓孔沖壓出來,同樣的,外徑之外的部分也同時作沖壓,將外圍多餘的部分去除掉,如此一來,這塊金屬母碟就可以真正拿來給後續的印壓成形部分使用(當然還要先經過分析測試的手續)。

2000年初, DVD碟片製作母碟大約需要$1000,複製費用大約為$1.60. 由於DVD製作設備基本上就是從製作CD設備上發展而來,母碟製作和複製的成本會降到和CD相同.雙面或雙層碟片的複製成本大約貴$1,因為需要在第二層基層上壓印資料(並且雙層盤使用透明粘合劑).

三.碟片複製


複製通常是由同時複製CD碟片的大型工廠來完成的. DVD複製設備通常價值幾百萬美元。需要許多機器設備來完成諸多工作。

正規的複製工廠應該能夠提供"單一盤"或"校驗盤"服務,即製作1張到100張碟片,以便讓客戶在大量複製前可以先進行測試. 詳細見下面。

1. 在澆鑄模型裡壓印基層

經過上述步驟,壓模上形成了螺旋形的資料信息,然後將其放置到定制的DVD澆鑄模型裡。然後以一定的速度和幾噸的壓力把聚碳酸脂注入模型裡。

聚碳酸脂與壓模相擠壓,就在塑料基層上複製了資料坑。然後這一塑料碟片從模型中取出。


這樣一個澆鑄基層就是原始母碟的一個複製品了。

2. 濺鍍鋁反射層

當然,基層是透明的(從CD或DVD Video光碟的側面看過去就知道了),因此雖然上面有坑洞,但是一點也不能將雷射加以反射給讀取機構去讀取,所以必須在信號面這一側濺鍍一層薄薄的鋁反射層。

3. 增加保護層

因為在一般的環境中空氣裡充滿了灰塵,當然不能讓鋁反射層直接暴露在空氣中,否則灰塵粒子沾附在信號坑洞上面將會造成信號的讀取錯誤,而且也會有鋁反射層氧化的問題,因此必須在信號面的表層加上一層保護膠。

保護膠的塗布是在內圈注上一圈,隨後再將光碟以極高速的速率旋轉,由於離心力的作用,保護膠便很均勻地覆蓋在鋁反射層之上了,隨後立即以紫外線照射使其硬化,如此一來鋁反射面的細密坑洞就受到相當完善的保護了

4. 將基層粘合


其實CD的製作程序與前述的步驟相當類似,在信號面保護層塗布的手續完成之後,就可以將這片基層的另一面作印刷處理,完成CD片的壓制了。

過,DVD Video光碟為了增大容量,而有"單面雙層"、雙面單層"及"雙面雙層"等幾種"擴充型態",所以它就像LD影碟片一般由AB兩塊基層所粘合起來的。

因此DVD Video光碟的製作還多了一道"粘合"的手續。兩塊基層都是0.6mm的厚度,這樣就和CD的厚度1.2mm相同了。


Three early options -Hot-melt glue bonding (opaque)
o M-O and laserdisc proven technology
o Single-layer applications only
UV bonding (radical) - a clear bond. 90+% of all DVD discs
o Dual-layer application
o Newly-developed technology
UV bonding (cationic) - opaque
o Single-layer only, new technology

5. 印刷標籤

在粘合的手續完成之後,接下來的就是印刷的步驟。單面單層及單面雙層信號面都只佔一邊,印刷時可以完整地利用另外一面;而雙面單層或雙面雙層由於兩面都要讀取信號,因此只能使用靠近內圈的一環印刷必要的標示信息,這種做法在許多已發行的雙面單層DVD Video光碟上己經可以看到了。


由於在AB兩塊基層粘合合後,信號反射面已經受到完整的保護,因此從印刷的步驟開始,DVD Video光碟就可以安全地暴露在空氣之中了。
可以使用兩種不同的方法:Offset或是silk-screen.來印刷標籤。

6. 加入BCA碼

BCA, 即Burst Cutting Area code, 是寫在DVD-ROM或DVD-Video結束的匯入區中的資料。這一程式碼被錄製在靠近碟片內圈上,使用YAG雷射系統產生可讀的條形碼圖案。BCA 是DVD標準,由於是寫在碟片的匯入區,而不是資料區,因此對節目沒有絲毫影響。


BCA碼實現了低成本的序列號方案。因為想改變這一程式碼幾乎不可能,有助於防止盜版。

7. 碟片封裝.


用的最多的封裝方式為Amaray Box, AlphaPakTM 和 SuperJewel Box。
而DVD-ROM採用jewel-box方式封裝

DVD-9與DVD-5製作中的技術區別:

在製作上,兩種DVD Video光碟的信號都在AB兩面貼合處,DVD-5只要將做好的A面和另一塊"空白片"粘合起來就行了,而DVD-9則要把AB兩面分別壓制完成再粘合起來。
主要在於下方的半透明層製作上信號反射面的蒸鍍材料有差異。

DVD-9中的Layer1資料層既可採用PTP (平行軌道路徑),即兩層資料軌跡是平行的(存放獨立的資料或實現特殊的切換效果), 也可採用OTP (逆向軌道路徑),即Layer1資料軌跡是和Layer 0的資料軌跡逆向的螺旋形,也就是說在Layer0上,從盤中央開始讀取,接下來從盤外圍讀取Layer1。


OTP可以實現雙層盤連續播放視瀕。

OTP也被稱為RSDL (逆向螺旋雙層盤).
DVD-9的容量比DVD-5的兩倍稍小。


雷射得"透過"外面的資料層讀取裡面的資料層(距離為20到70微米). 為了減少兩個層之間的干擾,兩個層的最小凹點長度從0.4 um 增加到 0.44 um. 為了補償,參考掃瞄速度稍微快一點 -- 3.84 m/s, 單層盤為3.49 m/s. 較長的凹點,互相間隔更遠,容易正確讀取,不意受搖晃影響. 增加長度意味著每圈的凹點數減少,結果導致每層的資料容量減少.
DVD-9 要進行半透明層測試。


製造DVD-9的生產廠應具備:

1. 具有豐富經驗的工程技術人員

2. 對技術以及規範的整個程序相當熟悉

3. 生產DVD-9所需要的高品質系統

4. 投資DVD-9生產線

5. 投資雙層測量設備

6. 生產程序能連續一天24小時,一周7天工作,達到製作CD的水準

Layer 0模型


1. DVD-5的工作厚度為0.57 - 0.63 mm

2. DVD-9的工作厚度為0.56 - 0.57 mm

間隔層(spacer layer)必須在40-70微米,與Layer0相加不能超過0.64mm

3. 對於模型機器來說,這個要求在光碟產業中是最為嚴格的。


4. 還必須具備:


shot weight repeatability
shot weight 控制
Cpk控制
5. Layer 1必須與Layer0相匹配
6. 測量精度要高

Semi-reflective Layer 0

1. DVD-5中的CD sputtering技術對此要求並不高


2. DVD-9 規範要求:


uniformity 18-30% on both layers
33% total variation on disc including stress effects
3. 兩個資料層的反射率必須平衡,這樣兩層讀取的信號強度相當

4. 可選的材料:

gold: costly, easy to process
silicon: cheaper, developed, proven but NOT widely

透明層

1. DVD-5中關於厚度並沒有明確申明

2. DVD-9 規範對於間隔層有嚴格的規定:

40-70 微米
整個盤允許+/- 10 微米的差別
允許+/- 4 微米的差別in one revolution

3. 粘合物質應具有很好的光學特性

4.Dispense much more critical and sensitive to bubble formation

5.Apply vital for uniformity

6.Spread controls uniformity

7.Bonding resin inherently forms an uneven wedge shape during

spin which needs to be controlled and opposed


測試
1. 碟片厚度測試精度要達到2-3 微米

2. develop Cpk for Layer-0 molding process

3.Measurement of reflectivity and uniformity for Layer-0

4.Measurement of spacer layer thickness

5.Measurement of eccentricity to higher spec especially on DVD-9

6.QC testing of OTP layer jumps

7. QC testing: 135 minutes per disc


整個生產程序要進行許多品質測試。最基本的測試包括DVS(資料校驗系統)測試和信號校驗測試。

DVS 進行逐比特的資料比較,以保證複製的碟片與原始資料一致。信號校驗測試則保證碟片的回放參數符合DVD規範。

環境測試,包括存儲測試和熱週期測試,為了確保碟片壽命。

此外,還要進行in-line 測試,以確保碟片的平整。並要進行DPD軌跡測試.。另外有必要在不同DVD播放機上測試碟片的硬體相容效能。

以下為具規模廠家所進行的DVD測試程序:

Need new DVD player technology to test. Cannot use CD test equipment.
&127; In-line testing for flatness or tilt; a much tighter specification than for CD
&127; New tracking methodsDPD (Differential Phase Detection)
&127; New concept of baseline jitter to measure pit consistency
&127; Need for reference players (e.g., Pulstec DDU-1000) and
reference discs
&127; DVD testing methods have to cater for the DVD players
635nm player wavelength
&127; DVD-9 space-layer, semi-reflective layer testing
DVD Environmental Testing
&127; Storage Test / Heat Cycle Test
&127;70 o C / 50% RH / 96 hours
&127; Flatness of bonded disc more likely to alter in
environmental testing
&127; Determine tilt angle degradation at the user end by
this test and reduce the manufacturing tilt
specification accordingly
The environmental tests ensure DVDs remain playable and
exhibit the same longevity as CDs.

目前的大型複製生產線設備技術已經十分純熟,因此碟片的製作速度十分迅速,如基層印壓成型、鋁反射層濺鍍及保護層塗布硬化的步驟大約只要3秒鐘完成一片基層,而兩塊基層粘合再加上鐳射檢驗也只要六秒鐘左右。


另外要注意的是,DVD Video光碟上面的信號坑洞是如此精細,只要有一點點灰塵粘附其上都會嚴疊影響信息的讀取,因此DVD Video光碟的壓製程序除了最後的印刷及檢查包裝步驟之外,都必須在無塵室中進行。


DVD Video光碟壓制所要求的精度要比CD高出許多, 以中心沖孔的誤差來說,CD在70μm就可以了,而DVD Video光碟要求在30μm以內,可見生產的難度要提高不少。

除了設備更加精密之外,還要提高產品的合格率以降低成本,所以既使專業的光碟製造廠,在正式量產之前也必須經歷一番努力,並不是將設備買來組裝完成就可以上路了。


目前由碟片複製者支付的每張DVD碟片專利費大約是$0.20。

~--  光碟的印刷根據工藝分有兩種,一種是絲網印刷,一種是柯式印刷。

  實現這兩種工藝,必須是不同的設備。絲網印刷設備較為普遍。

  絲網印刷(也稱為漏印)的原理是將設計好的光碟面稿件,製版到絲網上,使絲網上有的地方可以漏墨,有的地方無法漏墨,這樣組合就是特定的圖形了。此原理有點像油印機的工作原理。

  而柯式印刷則是同紙張的彩色印刷一樣,是四色套印(印刷術語,在此不多講)。

就是說所有的圖案都是由四種顏色(藍C、洋紅M、黃Y、黑K)疊加而成。而且柯式印刷印的方式也不同於絲網印刷,絲網印刷是將油墨漏到光碟上,面柯式印刷則是通過一個圓形膠筒將油墨轉印到光碟上。

  兩種設備在價格上相比,柯式印刷的價格比絲網印刷要高。從印刷的種類和品質上來看,絲網印刷的種類相對來說要少一些。

對於一些大的色塊表現,絲網印刷要好一些,而對於一些顏色必須過渡的圖案來說,用柯式印刷較好。

例如,在光碟上印刷人物頭像,如果是單色的,則可以用絲網印刷,那麼就好像黑白照片一樣是用點的密度來表達。如果是彩色的,就只有柯式印刷才能完成。

  如何分辨自己手中的光碟是絲網印刷還是柯式印刷呢?

可以用手摸一摸光碟的上印字的地方,如果有明顯凸起(可以看作是用油墨堆出的字),則是絲網印刷,如果沒有明顯凸起,則是柯式印刷。

當然印刷費方面,柯式印刷價格要高一些,會達到0.70元/張,而絲網印刷則只要0.30-0.50元/張。
psac 目前離線  
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舊 2004-02-02, 02:47 AM   #2 (permalink)
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謝謝呢 最近剛買DVD燒錄器
所以不能不去了解
感激分享
office2000 目前離線  
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舊 2004-02-13, 12:29 AM   #3 (permalink)
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自己本身不瞭解科技產品的製造過程
這文章多少能增進我的電腦小常識
感謝提供教學文章
乾坤無量.........喔!不!是功德無量
辛塔 目前離線  
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