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光盘数据的保存与检测

浏览量29012015-07-16

        当人类进入数字化时代以后,随着计算机技术的高速发展,档案资料已经从传统的纸张,胶片等模拟记录方式向数字记录方式转变。现在,任何影视,相片,图纸,音乐,语言,文字等我们耳闻目睹的信息都在以数字方式被记录,保存和传播。纸张,胶片等模拟存储介质自然而然地被硬盘、U盘、光盘、闪存等数字存储介质取代。在众多的数字存储介质中,唯独光盘不受电子器件寿命的影响,无磨损读取数据,尤其是一次刻录光盘(CD-R、DVD±R、BD-R)的不可重写性是原始档案资料备份,保存的最佳选择。我国于2008年制定了《DAT/38-2008 电子文件归档光盘技术要求和应用规范》以及《DAT/38-2021》和《DAT/74-2019电子档案存储可录类蓝光光盘(BD-R)技术要求和应用规范》并实施执行。

(一)光盘的构造  

      光盘的基本构造如图(1)所示。

 图(1)

        任何影视,相片,图纸,音乐,语言,文字等资料都被事先转换成“0”或“1”的数字信号,然后,用光盘的平台和凹坑把这些资料记录在光盘的信息层中,如图(2)所示。

                                                                            

图(2)

        如果把光盘的信息层局部放大,我们会看到如图(3)所示的光盘平台和光盘凹坑。无论是什么文件,无论是哪种格式,它们都以平台和凹坑的形式记录在光盘信息层上。这些平台和凹坑的质量直接反映光盘的数据质量。因此,光盘上的平台和凹坑是光盘检测仪的主要检测对象。

 

图(3)

(二)光盘的检测

    1)偏心度

        光盘上的平台和凹坑以光盘中心为圆心呈螺旋形轨道由里向外延伸。偏心度描述的是螺旋形轨道的圆心与光盘中心偏离程度。偏心度过大会使激光束偏离轨道,不能正确读取平台和凹坑信息。

 

        2)翘曲度

        光盘凹坑的深度一般为1/4波长,从凹坑反射回来的光比平台反射回来的光多了1/2波长的光程,正好与入射光相差180度,光强被减弱,由此来读取平台和凹坑的信息。翘曲度描述的是反射光与入射光的平行程度。如果翘曲度过大,反射光会偏离入射光,无法准确读取平台和凹坑信息。

 

        3)反射率

        反射率反映光盘反射层的反射能力。

 

        4)寻轨错误

        寻轨错误反映激光束跟踪平台和凹坑轨道的偏离程度。

 

        5)聚焦错误

        聚焦错误反映激光束对光盘信息层聚焦的偏离程度。

 

        6)归一化高频信号

        归一化高频信号反映光盘上凹坑的深度。

 

        7)信号对称度

        信号对称度反映平台与凹坑深浅的差异程度。

 

        8)抖晃

        抖晃反映平台或凹坑的长度偏离规定值的程度,把数以万计的平台或凹坑长度测量后统计得出。

        CD中的J3P, J3L,J11P,J11L四种抖晃,是由分别测量所有最短凹坑(J3P),最短平台(J3L),最长凹坑(J11P),最长平台(J11L)的长度后统计得出。

        值得注意的是,不论是文字、图片,还是视频、音频等数据,光盘都是用不同长度的凹坑和平台组合来记载的。

CD     : 用9种长度的凹坑和平台,3T – 11T。

DVD  : 用10种长度的凹坑和平台,3T – 14T(无12T、13T)。

BD     : 用7种长度的凹坑和平台,2T – 8T。

其中T为规定的单位长度。

        这与英文书籍十分相似,都是用26个字母组合来记载内容的。只要26个字母个个都清晰无误,该书籍一定完整可读。同样,只要凹坑与平台都符合要求,该光盘数据也一定完整可读。因此,信号对称度  ASYM/SYM 和抖晃JITTER是光盘数据安全的二项基本保证。

        9)误码率(奇偶校验内码错误)

        与其它载体不同,光盘的信息面是裸露在外的。指纹、污垢、尘埃、划痕等都会造成数据的错误。因此,记载在光盘上的数据都配有强大的纠错机制。

        在光盘里,数据被分成一个个数据块。在每个数据块中,按一定规律,如图(4)所例为求和,附加奇偶校验码,一起刻入光盘。从光盘读取数据后,通过奇偶校验码,可以找到错误字节的位置、数量和正确值。误码率就是统计这些错误字节的数量,如图(5)所示。

 

                                                             图(4)                                                                图(5)

 

        10)不可纠正错误(奇偶校验外码失败)

        当错误字节数量过多,导致纠错机制无法纠正时,出现不可纠正错误。其数量即为不可纠正错误,或奇偶校验外码失败。

 

 (三)空白刻录光盘的构造

 

        空白刻录光盘的构造与上述光盘的构造除信息层外基本相同,空白刻录光盘的信息层没有平台和凹坑,但有预刻槽,如图(6)所示。在预刻槽的边上还有小幅摆动信号,用于携带预刻槽地址。刻录时,要先找到刻录的地址,然后,在该地址的预刻槽中刻录平台或凹坑。

 

图(6)

 

        另外,在空白刻录光盘的信息层还设有内,外两个测试区,如图(7)所示。

 

图(7)

 

        内,外测试区是专供测试该光盘的最佳刻录光功率用的。测试时会使用不同的光功率在测试区刻录少量数据,根据刻录的平台和凹坑质量,确定该光盘的最佳刻录光功率。

 

(四)空白刻录光盘的检测

 

        除了光盘的基本检测,如偏心度、翘曲度、反射率、寻轨错误、聚焦错误外,空白刻录光盘还需检测以下项目。

 

    1)光盘表面的指纹,划痕,气泡等缺陷

        光盘表面的这些缺陷都要比轨道间距(DVD:0.74um, CD:1.6um)宽得多,这些缺陷会直接影响刻录质量。

 

    2)归一化摆动信号

        归一化摆动信号反映摆动信号的幅度。

 

    3)预刻槽地址错误率

        在特定的区间内,预刻槽地址的错误数。

 

    4)预刻槽地址不可纠错误

        在特定的区间内,预刻槽地址的不可纠错误数。出现预刻槽地址不可纠错误会导致光驱因为找不到地址而使刻录中途停止等问题。

 

    5)最佳刻录光功率

        通过测试区测试得到的该光盘的最佳刻录光功率。

 

        6)10%抖晃光功率变化范围

        抖晃变化±10%时的光功率范围。

 

        7)最佳光功率抖晃

        在最佳刻录光功率下的抖晃值。

 

        8)抖晃剧变程度

        在最佳刻录光功率处抖晃变化的二阶导数。

 

        9)最近光功率对称度

        最佳刻录光功率下的对称度。

 

        10)对称度剧变程度

        在最佳刻录光功率处对称度变化的二阶导数。

 

(五)刻录光盘的写策略

 

 

        光盘刻录的写策略是,在特定的刻录速度下,根据光盘刻录层的特性,通过调节激光功率的强度宽度和时序等参数,使刻录在光盘上的凹坑的长度、深度和宽度符合规定要求。

 

        光盘刻录的写策略是预先设计,固定在刻录机内的。由于光盘特性的差异、环境变化和器件老化等原因,写策略与光盘的匹配也会发生变化。用户可以用不同的中等速度刻录,通过刻后检测,选择该光盘的最佳刻录速度。

 

)刻录光盘的数据迁移

 

        我们对20多种品牌的DVD+R和DVD-R刻录光盘进行了两年的保存期跟踪测试,发现不少光盘的刻录数据迁移劣化程度相当严重,有的数据已经丢失。图12例举其中15张光盘的误码率测试数据。为此,《DAT/38-2008 电子文件归档光盘技术要求和应用规范》 对光盘数据的保存提出了三级预警线管理,保证光盘的数据安全。

 

图(8)

 

(七)光盘的三级预警线管理

 

刻录前

        对空白光盘(含档案级光盘)都要进行跟踪错误(TE)和聚焦错误(FE)的检测。只有符合要求的空白光盘,才能用于光盘数据刻录。

 

        符合要求的空白光盘,在工作环境下放置2小时以上。然后,采用中等速度和全盘一次刻完方式(在刻录软件中勾选),进行光盘数据刻录。

 

刻录后

        刚刻录好的光盘,在检测环境下放置2小时以上。然后,必须对光盘刻录数据的最基本参数:信号对称度、抖晃、误码率和不可纠错误进行检测。

 

        只要有一项参数不符合要求,该光盘就不能归档,需重新刻录,直到符合要求为止。(这些参数与刻录机的性能、状态、写策略和光盘的品质等因素有关。)

 

        标准规定了符合归档光盘的初始复测期限,CD/DVD为2年;BD为4年,到期必须进行复测。然后,根据复测结果,依照三级预警线,确定下一次的复测期限。这样,周而复测,就能确保光盘数据长期安全保存。

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