DVD的历史带给EVD什么(二)

       第二章　身怀绝技的DVD

　　DVD从诞生开始，就是为娱乐业服务的，八大影业在其中起到了举足轻重的作用。除了影业公司外，EMI等唱片公司也难耐寂寞，要求DVD支持他们的节目，所以就出现了DVD－AUDIO光盘，它与DVD－VIDEO是DVD的两个主要用途，所以DVD也被称为Digital Versatile Disk，数字多用途光盘。虽然DVD有两个名字，而且以第二个名字传播最为广泛，但千万不要忘记DVD的诞生初衷：Digital Video Disk。
        以东芝为首的厂家联盟――DVD论坛，自然屈就于八大影业，与他们合伙制定了与广大消费者为敌的各种防盗技术标准，从DVD介质、内容以及播放器上都做了手脚。为了能继续下去我们的话题，先介绍点围绕DVD光盘介质的基本知识。
　　
第一节　DVD的光盘结构
　　       光存贮的原理就是用激光在介质上烧出有规律的小坑，形成光盘轨道，类似“蚊香圈”结构。如果将光盘比作农田的话，阡陌交错，行列纵横，那么一个萝卜一个坑，萝卜代表1，在同一列中，萝卜与萝卜之间的地方代表0，一列萝卜叫沟（Groove），列与列之间的田埂叫岸（Land）。DVD所使用的激光波长比CD要短，前者是635/650nm，后者是780nm。波长缩短，在光盘上形成的光斑也就随之缩小，密度增加，每张DVD的容量从CD盘的680M提高到了4.7G。
        DVD成品光盘的外型与CD一样，直径都是12cm（5.25英寸），厚度都是1.2mm，这是为了使人们更习惯于它的大小，并使得模具生产厂家不至于更换全部的生产线，当然更重要的目的是使DVD机同时能兼容原来的CD盘片。而实际上，DVD的工艺已经比CD要精细很多了，每片DVD的数据盘只有0.6mm的厚度。为了达到标准的1.2mm厚度，DVD盘都是“两片东西粘在一起”形成的。如果你细心地看一看 DVD的侧面，就会清楚地看到这一点，再拿张CD来对比，就明白了它们的不同。廉价厂家的DVD盘，在侧面还会看到有胶痕。
　　
第二节　DVD的种类
　　
　　顺着上面的话题，很容易就聊到那个常被新手问到的问题，什么是DVD5和DVD9？它们有什么区别？
　　前文提到，每片DVD盘基只有0.6mm厚，基本存贮容量为4.7G，通过不同的组合，便产生出了不同的DVD规格。
　　DVD5：如果在0.6mm的DVD盘背上再加一层0.6mm的透明保护层，那么这种单面单层的DVD便是DVD5，简称D5，它具有标准DVD容量4.7G，一般为银白色盘面。D5的盘片容易保存，如果将数据内容层比作躺在床上的人，那么他不但盖着一床“被子”，同时还铺了一床“褥子”。
        DVD10：如果将两张DVD盘基“背靠背”地粘在一起，便成了双面单层的DVD10，它的容量是4.7G的两倍，有9.4G之多。但是想用另外一面，必须退出盘仓来翻面。而且因为两面都有内容，所以无法印刷详细和印美的图案，只能在内圈小缝上写一点小小的字迹。这些缺陷导致了它无法被广泛应用。虽然“被窝”里出现了两个人，但因为“背靠背”的关系，保存度还算适中。
        DVD9：如果将两张DVD盘基“面靠背”地粘在一起，便形成了单面双层的DVD9，简称D9。第一层很容易读到，资料写在透明的盘基上，和D5一样，但第二层就需要激光头重新聚焦，透过第一层的片基，利用特殊的反射层，去“看到”下面一层的内容。这样的好处是读第二层不必翻面，坏处是因为由反射层来间接读取，有些地方只得损失掉，不可能完全读取第二层，所以利用率下降，使得DVD9的容量无法达到4.7G的两倍9.4G，而最多只能有8.5G。因为需要重新聚焦，所以“并不是所有的DVD机都能读取D9光盘”，一些老式机器没有这个功能。其实D9与D5的标准几乎在同时（1996年左右）被制定，但八大影业一直用D5发布电影，直到1999年后才开始广泛采用D9。因为它的特殊反射层结构，所以大部分工艺做出的的D9光盘，盘面看上去泛出金黄色。要注意，D9的“被窝”中，最下面的那位直接背对着“床板”而没有铺“褥子”，所以需要像保护正面一样，细心保护背面（即印有图案的那面）。
        DVD18：这是一个奇怪的标准，虽然被称为双面双层，而且容量恰好是DVD9的两倍即17G，需要翻面，似乎它与D9的关系就好象D10与D5一样，是两张D9背靠背粘贴而成。白衣猜想，实际情况并非如此，否则D18的厚度应该有2.4mm了。D18应该只是利用了D9的原理，但两片粘贴的盘绝不是简单的D9，它由特殊的工艺制成，可以说是只有0.6mm的超薄D9。所以许多DVD加工厂商声称能能做D5、
D10、D9、但鲜有提及D18者。而且因为与D10一样的原因，它也没有被八大影业广泛采用为电影载体，只能说是DVD技术的一种延伸。  小结一下，我们至少需要知道三点推论——
　　第一点：DVD是由两片东东粘在一起形成的，不同的组合出现不同的标准。D9的容量比D5的两倍要少将近1G，所以理论上来说，双张D5会比单张D9放更多的东西。但D9的价格比D5高出一倍不止。
　　第二点：D9的特殊反射层结构以及激光头重新聚焦的原理，使得它不用翻面就可以读到另一层，为未来大容量光贮产品提供了思路。D9只有两层，现在实验室技术已经推出了数十层反射，容量上百G的光盘实验品。
　　第三点：由于D9的特殊结构，它需要小心的保护，因为它的背面很脆弱。如果有D商给你的D9盘面是银色而不是金黄色的话，你要小心了，有可能是用D5冒充的。第三节　容量是个啥东东
　　
　　D5盘标称为4.7G，但是电脑界与家电界对1K的定义不同。家电界的1K＝1000，电脑界1K＝2的10次方＝1024，1M＝1024K，1G＝1024M，所以DVD在电脑上的标称容量是4.38G。把它还原一下，4.38×1024×1024×1024＝4702989189.12，也就是4.7G。D9的8.5G也是如此，相当于电脑上的7.9G，7.9×1024×1024×1024＝8482560409.6，约等于家电界的8.5G。
　　还有一个比较容易混淆的概念在这里也顺便提一下，后面会遇到，就是每秒的数据流量BPS，电脑界数据一般都以bytes（字节）为单位，1byte＝8bits（二进制位），但在说到bps时（bits per second）却用了bits为单位，除以8才是平时说惯的了字节单位。比如56k的MODEM，是指56kbps，每秒的峰值流量只有56/8＝7，也就是说它在下载时最大速度不会超过7kbytes/s。
　　
第四节　说到最重要的了——DVD VIDEO的内容
　　
　　DVD VIDEO的光盘标准，包含了许多功能，除了版权保护措施外，它支持最多达32个字幕通道（channel），8个声音通道和15个角度通道。当然这些只是通道而已，并不是说一张DVD就需要有32种字幕，它们就好象高速路的车道，一辆都没有或者只有一辆，甚或32条车道同时都跑着夏利也是可以的，并不是非要跑上不同的车。所以有些DVD盘，你在切换语言时，会发现它里面有同种语言字幕，比如两个中文字幕和一个英文字幕，算起来也是三种字幕了，占用了三条车道，但只是两辆夏利和一辆宝马而已。角度画面也是如此，大部分电影都不提供角度变化，因为不同的角度实际上被看作是不同的视频而已，只是恰巧它们与某组画面内容有关联。声道大同小异，下面会谈到两种不同的标准AC3和DTS。我们现在需要关心的是，这么多东西都要放在D5或者D9这样有限的空间当中，如何放得下？
　　是啊，肯定放不下。如果这些花哨的功能太多，必然会使制作者减少真正的画面内容空间。电影画面的空间又是怎样安排的呢？
看下一节—— 第五节　DVD的目录结构
　　
　　一张DVD VIDEO的光盘包含着Audio_TS和Video_TS两个目录，Audio_TS是留给DVD Audio的，在电影盘上它一般都是空的，不在我们讨论之列。
　　在Vudio_TS目录中，会有一堆文件，它们的扩展名有三种，BUP、IFO和VOB，IFO是一些段落（chapter）标记等，BUP有部分IFO的备份，它们占用极小空间，可忽略不计，真正的影音内容放在VOB文件中。
　　VOB文件分为以下三种：
　　第一部分：VIDEO_TS.VOB
　　第二部分：VTS_01_0.VOB, VTS_01_1.VOB，一直到VTS_01_N.VOB
　　第三部分：VTS_02_1.VOB一直到VTS_N_1.VOB
　　第一部分一般是版权声明。
　　第二部分的第一个以0结束的文件是DVD的菜单片头（menu）动画，从VTS_01_1.VOB这个文件开始才是真正的电影内容，这个文件被称为文件1。因为技术上的历史原因，DVD制作时的最大文件只支持到1G，所以一部电影内容会被分成若干个0.99G的文件，依次从文件1开始命名，一直到VTS_01_N.VOB的文件N结束。
　　第三部分放的是拍摄花絮或者 special features，有的还会放些电影预告（previews）。这些长度都有限，不会超过1G而需要用到第二个文件。
　　由此可见，第二部分从文件1开始的内容越多，则电影正文相关的内容就越多。受光盘空间的限制，即便任何乱七八糟的东东都不放，只放电影正片，一张D5最多也只会有五个这样的VOB文件，而D9最多会有八个。在后面介绍DVD盘收藏时还会详细讲解这一部分，以便深入了解DVD的画质与压缩的关系，以及D5与D9的比较。目前先做些准备工作，了解一下DVD的画面压缩标准MPEG2罢。 第六节　DVD的拿手好戏——数据压缩
　　
　　DVD Video因为源于八大影业的推动，所以其表现出来的性能都在为电影服务。它采用了MPEG2标准（ISO/IEC13818）来压缩画面，这个标准有如下两个显著的参数： 画面分辨率为720×480，码率达到1M至10Mbps。
　　MPEG2比VCD的MPEG1的320×240分辨率提高了四倍多，数据量当然也增大了很多，加之音效质量也有所提高，达到了24bit/96kHz的标准，并支持外挂的字幕和声道，以及多角度欣赏等数码控制功能，因此在单位时间内播出的数据流量大增。原来的VCD数据流量只有150Kbytes/s，大约是1.15Mbps，现在的DVD则最高峰值达到了10Mbps。
　　之所以说峰值，并给出1至10mbps的范围，是因为MPEG2是动态压缩的，它可以依据不同的画面变化采用不同的压缩率。它的压缩总原则是，尽量用小压缩率来保证平稳的或者安静的画面质量，在动态画面或者画面变化剧烈时采用大的压缩率。这样会使运动画面的质量下降，但在每秒30帧的动态画面下，人眼是有一定的错觉的，顾不及太多的细节损失。
　　一部电影下来，画面变化是很频繁的，刚才还花前月下，这会儿可能已拳脚相加，所以压缩率也一直在变化。为了跟踪这种变化，引入了码率（Bit Rate）的概念（更准确的译法应该叫“码速”，但中国学理工的人一般来说中文都很蠢，现在我们只能叫“码率”了），即每秒播放出来的二进制数，是以bps（bits per second）为单位的。电影的播放时间是固定的，所以每秒通过的数据流越大，也就是这一时间段码率越大，间接说明其对原始影片的压缩率越小，从而达到更接近原始清晰度的效果。
　　早期的MPEG曾用过固定码率算法（CBR），后来在MPEG2中采用了动态码率（VBR），所以MPEG2实际压缩率比MPEG1还要高，因为画面大了数倍所以显得更加清晰些。SONY还曾推出过超大码率（Super Bit），被称为超比特压缩，因介质容量问题，没能广泛采用。
　　现在在数码影像界流行的M-JPEG，可以看作是将无数的JPEG画面每秒30帧地播放而形成的连贯视频，用这个思路也有助于我们了解MPEG2的动态压缩过程。
　　我们知道JPEG是静态图像压缩标准，如果用PHTOSHOP存贮一张JPEG图片，当压缩率设得很大时，失真率随之增大，画面会模糊不清，但文件占用空间会很小，选到最小压缩率也就是最好画质时，画面几乎没有失真，但二者存出的文件体积有可能相差10倍以上。 我们可以想象一部90分钟长的电影（每秒30幅图像），是由90×60×30＝24300幅图像组成的。如果有剧烈的运动，那么相邻画面便会产生明显的变化，这时我们可以采用较大的压缩率，使这一段视频所占空间变小，对于相对静止些的画面，我们采用最小压缩、最好画质，这样便成功骗过了我们的眼睛，到静止画面时捕捉到的细节，会告诉大脑画面刚才也是这么清晰。这就是为什么MPEG2的码率可以从1M到10M之间变化。这实在是一种既不损失播放质量，又能适当减小体积的好方法，但它只适用于动态画面。如果静态画面的码率不够大，失真就会严重，因此从侧面了解一部电影的清晰度，平均码率是一个很好的参考。
        除了动态画面影响压缩率外，画面构图的复杂程度比如色彩数目与物体大小等同样影响压缩结果，蓝天草地的画面会比舞会场面要节省空间得多，这与JPEG是一致的。如果物体众多，颜色复杂，为了保持效果，MPEG2会自动减小压缩率，所以色彩简单的动画片的体积一定比普通电影要小，或者说同样在体积不足时动画片会更清楚。因此画面的复杂程度也是一个参考因素，这在后面DVD盘收藏时我们会详细讨论。
　　小结一下，决定一部DVD电影是否清晰的关键，一是被压缩前片源的清晰程度，二是MPEG2在压缩时采用了多大的平均码率，虽然MPEG2在压缩时都是自动进行，但压缩前可以人为进行一些压缩码率的宏观设定。当然，我们希望最大的码率10Mbps能贯穿始终，那样画质会是最清晰无比的。一张D5可以放五十分钟左右这样纯净的画面，但它是不包括声音数据的，更不用说片头和花絮了，所以D5
的码率一般在5M左右就算不错了。 
第七节　速度里面有玄机——播放速度
　　
　　因为MPEG2的数据流量大，所以播放速度比MPEG1要求高。因此在制定标准流量速度时，VCD的标准1×（1速）只有150k/s，而DVD的1×达到了1380 K/s，是VCD的9.2倍。所以，这里顺便就澄清了一个概念，52×的CD-ROM并不比16×的DVD-ROM速度快。16×的DVD-ROM相当于147.2×的CD-ROM，比52×的CD-ROM要快出1.4倍，但因为DVD-ROM的容量是CD-ROM的近七倍，所以理论上读完一张4.38G的DVD所需时间只有650M的CD-ROM的2.4倍。但受限于操作系统的时滞等原因，这个数字在读盘时并不准确，真正能体现精确速度的是刻录光盘。一张700M的CD-ROM刻录时间最高速40×约为五分钟，用4×的DVD刻录机只需14分钟。
第八节　声音不是小事情——AC3与DTS
　　
　　说起DVD电影的声音标准，一般都会提到这两个名词：AC3和DTS。老式DVD不提供AC3与DTS的解码，这个任务由特殊的功放来完成，因此老DVD机放现在的片子可能会没有声音。现在电器商店销售的DVD机上，都会写着“双解码”字样，指的就是AC3和DTS两种声音
编码的解码。
　　AC3是DOLBY实验室推出的传统音响标准，它是专为电影院而设计的。过去的电影伴音都录在胶片的齿孔之间，AC3也不例外。但那一点地方实在不够用，所以AC3采取了压缩的算法。后来先锋与DOLBY合作，改进了AC3的标准，使其能支持到5.1声道。AC3的数据流量（也就是音频码率）标准的是384kbps，它还兼容两声道的立体声和单声道等，AC3两声道码率只有128kbps，这其实就是MP3的声
音数据码率。最高细节的AC3标准，码率在448kbps，因其压缩合理，体积不大，所以被DVD广泛采用作为电影音频的存贮标准。
　　  DTS（Digital Theater Systems）是环球电影公司与DTS公司联合推出的，它巧妙地回避了用胶片存声音的问题，改用CD光盘来单独存放，在播放电影画面时同步播放声音，也支持5.1声道。当然声音数据也要有一定的压缩，但毕竟慷慨得多，其码率分为全码率1509kbps 和半码率754kbps两种，就算是754K的半码率，也比AC3的最高标准高出近一倍。这样使得声音的失真率更小，更清晰。
          如果是全码率的DTS数据，我们简单算一下，以90分钟标准电影为例，它需要1018575也就是1G的数据空间，为避免过多占用图像的空间，所以DTS在D5中采用率不高，就算是D9也只有部分电影使用。
　　人们对声音的敏感度相对图像来说比较差，从医学上来说，听觉系统没有视觉系统那么复杂，人的大脑有三分之二的功能是用来识别图像的。如果没有合适的设备和直接的对比，那么制作精良的AC3与DTS听起来差别不大。
　　  录制在DVD影片中的Dolby Digital音效，存在许多可能。它可以是最简化的单声道，也可以是众所周知的5.1声道，当然也有介于两者之间的Dolby Digital Stereo、Dolby Digital 4.0、Dolby Digital 5.0……等方式。 
          在此必须补充一提的，是DVD中的声音储存方式，除了Dolby Digital外，也可以是DTS数码环绕音效、欧洲的MPEG 2、SONY发展的SDDS，或以高音质立体声为诉求的PCM数码格式等，但目前DVD主要还是利用Dolby Digital来记录声音，营造丰富的环绕效果。下面就是几种可能在DVD上出现的Dolby Digital格式，让我们一一解说： 
　　一、Dolby Digital Mono
　　杜比数码单声道音效。
　　只有单声道的效果，并不足以构成立体声，多半出现在较为古老的影片中。在影片制作时，会将单声道的声音储存为AC-3格式，因此当以杜比数码系统解码播放时，只有中间声道发声。这样的音质表现，无疑是比较单调乏味的，因为连基本的立体感都十分欠缺，更遑论环绕效果。
　　二、Dolby Digital Stereo
　　杜比数码双声道音效。
　　将双声道的立体讯号储存为AC-3格式，因此当以杜比数码系统解码播放时，可以从主声道的左右声道喇叭发声。这其实与我们常见的两声道系统（一般音响都是如此）有相当程度的趋近，可以建构立体的音场感，只不过Dolby Digital的声音是经过压缩处理的，多少对音质有些影响，而CD唱片则未经过压缩，拥有高音质的潜力。
　　三、Dobly Digital Surround
　　杜比数码环绕音效
　　利用矩阵编码的技术，将主声道、中央声道与后方的环绕声道挤压到两个声道中，并以AC-3格式储存。当以杜比数码系统解码播放时，可以聆听到完整的五声道，不过环绕声道为单声音效，而非立体声。 
　　不是只有四个喇叭，怎么会是五个声道发声呢？那是因为一般家庭剧院系统后方的环绕声道都是双声道，这里就是以双声道来呈现单声到，也就是让两个喇叭发出一模一样的声音。
　　四、Dolby Digital 4.0
　　杜比数码环绕音效4.0。
　　把独立的四个声道，包括主声道、中央声道与环绕声道编码成AC-3格式储存至DVD影片中，因此透过杜比数码系统解码播放时，可以听到完整的五声道。此时环绕声道为独立的单声道录音。 
　　乍看之下，Dolby Digital Surround与Dolby Digital 4.0似乎是一样的，其实不然。严格说来，Dolby Digital Surround是利用两个声道来储存资料，中间声道与环绕声道都是从这两个声道推演、计算出来的；不过Dolby Digital 4.0却是扎扎实实的使用四个声道来储存主声道、中央声道与环绕声道，还是有些不同。
　　五、Dolby Digital 5.0
　　杜比数码环绕音效5.0。
　　把独立的五个声道，包括主声道、中央声道与后声道编码成AC-3格式储存到DVD影片中，当透过杜比数码系统解码播放时，可以还原完整的五声道。此时后方的环绕声道开始走独立双声道路线，提供更精确的定位感与音场包围感。
　　六、Dolby Digital 5.1
　　杜比数码环绕音效5.1。
　　除了主声道、中央声道与后声道外，另外加上一个超低音声道，然后将这个六个声道编码成AC-3格式储存。因此以杜比数码系统解码播放时，可以聆听到五个声道再加上一个超低音声道。 
　　由于这个低音声道只涵盖低频范围，并不是完整的频率范围，所以以0.1视之。提醒读者一点，并不是所有的DVD影片都提供低音声道音效，因此，如果您的主声道喇叭的低频够沈，其实也可以发挥延伸低频的效果，不见得非要加上这个超低音不可。 
　　虽然Dolby Digital有多种可能性，也包含多寡不同的输出声道，但一般而言，我们都简单的以Dolby Digital来表示Dolby Digital 5.1，也就是5.1声道的Dolby Digital或AC-3。至于两声道的Dolby Digital 2.0，多半会以2 Channel Dolby Digital来称呼。        七、PCM
　　高音质数码音效。
　　相较于前述几种利用AC-3编码技术来压缩资料量的作法，DVD也可以利用PCM格式储存未经压缩的双声道讯号，由于没有经过任何压缩损失的处理程序，因此可以获得最佳的音质表现。 
　　其实这种PCM录音格式跟CD唱片是一样的，但由于DVD具有庞大的空间与速度优势，可以大胆使用更高的取样率与解析度，因此可以提供远高于传统CD的表现。
　　八、DTS
　　数码环绕音效。
　　同样属于5.1声道的环绕效果，DTS采用与AC-3不同的压缩技术将环绕音效储存至DVD。播放时必须采用具有dts解码能力的系统，才能将隐藏在DVD中的5.1声道释放出来。 
　　同样是5.1声道，DTS跟Dolby Digital 5.1有何差异？最大的差别，在于两者使用不同的‘演算法’，也就是使用不同的方式来压缩5.1个声道的声音。Dolby Digital 5.1可以将相同的资料压得更少，占用最小的空间。反过来讲，由于DTS不刻意追求最强悍的压缩能力，因此也有机会保存更多的资讯，如果处理得当，确实可以提供很优越的表现。