一 概述
　　新一代光盘存储媒体——DVD是CD技术发展的产物。先进的高密度光学记录技术结合更有效的数据编码、误差校正，以及信道调制等多种先进的视音频处理方法，使DVD光碟具有4.7GB以上的存储容量。DVD是Digital Versatile Disk的英文缩写，从字面理解是数字多用光碟，简单地说就是记录电影、音乐或数据等信息内容的软件系统。
根据DVD的不同用途，可分为五种专用格式：
　　(1)电脑用只读光碟或多媒体光碟DVD-ROM；
　　(2)家用型影音光碟DVD-Movie；
　　(3)专供音乐欣赏的DVD-Audio；
　　(4)只录一次的DVD Write-Once或称为DVD-Rewritable；
　　(5)可读、可录多次的DVD-RAM或称DVD-R。
DVD播放机的功能包括：
　　(1)除了播放DVD光碟外，几乎所有DVD播放机都能兼容播放直径12cm的CD和VCD光碟，有的还能兼容播放直径30cm的LD光碟。
　　(2)目前最常见直径12cm单面单层DVD光碟的播放时间达135min；单面双层光碟连续播放时间长达242min。放出的图像清晰度超过VHS VCR的240线及早已由LD播放机实现的轮廓鲜明的450线图像，达到500线以上(指定配用一台满足要求的显示监视器)。
　　(3)具有真正的杜比数字音频处理AC-3系统，音响质量超过CD。
　　(4)由于DVD光碟的巨大容量，在4:3画面宽高比播放时，也可变为16:9的宽高比来适配于16:9宽屏幕电视机。
　　(5)多种画面观赏角度切换功能。
　　(6)交互式自动“无漏洞衔接”选择播放，也有称之为“信箱式”播放等。可以说，DVD是20世纪末的一种多功能新媒体，具有广阔的发展前景。
　　DVD的标准格式为:采用Sony公司的调制技术进行影像编码、数字读取和解压回放；采用东芝公司的光碟结构和数字存储两面制方式。DVD采用MPEG-2压缩格式处理视频信号，水平清晰度理论上可达700线左右。在声音方面，DVD有多达8个声道的音频信息，可记录3种以上的同步语音，并可与杜比AC-3兼容。由于DVD的超大存储容量，使得一张DVD片能够容纳多种版本的电影故事片。由此可见，新一代大容量，高传输速率，可存储电影图像、音响和计算机数据的DVD，无疑是当今最高的影音技术标准。
二 DVD的物理结构及技术发展
　　DVD的外观和普通的CD片、VCD片一模一样，是直径12cm(5英寸)的光碟，是CD的衍生产品。CD和VCD的容量都是650MB左右，而单面DVD却高达4.7GB，是CD容量的7～8倍。特别之处是，其碟片厚达1.2mm，这是因为它是由两张厚度0.6mm的碟片粘合而成的。由于DVD采用了双层双面粘合工艺，所以粘合技术是制造DVD碟片的关键技术之一。松下公司在1995年春便开发出使用紫外线(UV)激光粘贴剂的压片技术；先锋公司则是沿用压制LD影碟片的Hot-melt粘贴方法；东芝公司则“脚踏两只船”，左顾右盼；Sony公司迄今还未宣布其DVD的压片技术和方法。
　　DVD有4种规格，即单面单层、单面双层、双面单层和双面双层，因此激光唱头的读取方式必须具备双面重放的功能，机械系统比较复杂，而双层结构又要求唱头具有特殊的系统。为了控制激光分别读取两层信号，必须增加一个聚焦伺服系统，使激光束聚焦在某层时只读出该层的信号。目前有3种不同类型的激光读取头：一类是机械式，利用传动装置来切换两个不同的透镜以读取信号，东芝、三菱和Sony公司采用此方式；松下和飞利浦公司采用电动控制式，装备一个双焦点编程透镜，自动根据碟片厚度的不同来改变其聚焦，从而正确读出碟片上的信息；三洋公司采用自己开发的光学转换的液晶Shutter方式来变换双焦点。
　　在CD和DVD等光碟上都密布着肉眼看不见的小凹坑点，用来记录数据。DVD碟片上的最小信息坑长度为0.4μm (CD为0.9μm)，信息坑的间距为0.74μm (CD为1.6μm)，两者较CD的均减小了一半以上，所以DVD播放机的激光唱头需要波长更短的激光来精确地跟踪这些细小的信迹，并聚焦于极小的坑点上，信号读取效率要比CD机高。三洋公司的红色激光二极管能够发出目前世界上最短波长0.625μm的激光。先锋公司正积极研究波长仅400～450nm的蓝色激光的实际应用。如果新的波长更短的蓝色激光装置进入实用阶段，DVD的存储容量、图像质量，以及特有的交互性能又会有突破性的进展，人们拭目以待。
三 DVD的电路结构及技术发展
　　在视听应用方面，DVD采用1～10Mb/s之可变速率进行图像与声音的传输处理，根据图像的复杂程度与声道数量来改变速率的大小，平均速率为4.69Mb/s。在图像部分，DVD采用MPEG-2压缩标准，对运动图像进行数字压缩；至于声音部分，对于美、日等国的NTSC制式，采用5.1声道的杜比AC-3或线性PCM声音处理技术；对于欧洲的PAL、SECAM制式，则采用MPEG-2或线性PCM声音处理技术。
　　1. DVD播放机的原理
　　DVD播放机的原理框图如图1所示。除了光迹放大头外，整机可分为前、后两大部分。前一部分为信号读出单元。由于DVD兼容CD，该部分还有CD信号解调和数据纠错电路。光迹放大头检出的模拟信号，经RF信号处理电路整形，成为标准的高低电平数字信号，接着对已编码的信号解码，再进行误差校正送出数字信号。对DVD-ROM设备来说，即向计算机接口输送数据。 　　后一部分是图像和声音信号处理单元。DVD播放机前一部分输出的数据首先进入解密电路，若该光碟和DVD播放区域码一致，就对防止非法拷贝的密码进行解码，否则拒绝执行。解密输出的数据流即是MPEG-2系统规定的格式，其中有图像、声音信号和字幕、菜单等子画面信息数据。接下来进行多路分离，将图像、声音和子画面等数据分离，作为后面各种解码电路的输入。视频图像解码后的数据、子画面数据和OSD(On-Screen Display)，即把与内容有关的文字或图像重叠在正在播放的画面上。用画面菜单或子屏幕等方式来设定DVD的工作模式，在屏显示控制电路生成的数据组成新的数据流，进行NTSC/PAL制视频编码，最后经D/A变换成模拟信号，送给电视接收机显示图像。声音信号数据经杜比AC-3或MPEG-2解码后，再经D/A变换成多路模拟信号，送电视接收机或音响设备。
　　2. 第一代DVD播放机及芯片系列
　　第一代DVD播放机于1996年11月上市，当时距DVD格式标准正式确定才两个月。东芝、松下、三菱和先锋等大公司为了商业目的，来不及按标准格式重新设计DVD芯片就抢先推出了DVD播放机。1996年11月松下公司捷足先登，向视听市场推出了DVD A-100型和A-300型两款新机，其中DVD A-300型配备了AC-3解码器。随后东芝公司的SD-1006、SD-3000以及SD-3006三款DVD整机也面市，水平清晰度可达720线，并设有适应不同需要的输出端子，如同轴、S端子视频、模拟音频、数字音频等；可选择4:3或16:9的画面；具有AC-3环绕声、杜比定向逻辑和Hi-Fi立体声三种音频模式；唱头部分采用了650nm的红色激光。先锋公司是继松下、东芝后第三家有DVD播放机上市的公司，推出了DVL-7普及型和DVD/VCD/LD全兼容高级型DVL-9机种，以及机身小巧的DV-F21型。日立公司也推出了一种DVD播放机，采用杜比AC-3音频格式，可重放CD和VCD，此外，还采用了该公司的专利存储器，这种存储器的特点是按一下就可记忆调谐器的设定。
　　第一代DVD播放机中的大规模集成电路(LSI)是从原CD机的信号处理和控制LSI及早期研究MMCD(Multi Media CD)和SD(Super Density Digital Video Disc)时设计的芯片中，择其有用部分并追加一些新功能再加上某些通用型数字信号处理(DSP)芯片构成的。机内芯片繁杂、数量多，除了通用微处理芯片和内存芯片之外，还有十多片LSI。图2是先锋公司第一代DVD样机的主板布局简图。主板最右下方的芯片是NEC公司的MPEG-2解码芯片μPD61021，它左边是先锋公司的DVD信号处理芯片PD4695A。PD4695A的上方是日立公司的RISC型32b微处理器SH-1，主要完成播放机的全部控制和数据流分离工作。SH-1的右边是PD4696A芯片，它也是先锋公司开发的，完成子画面解码、画面数据生成和重组图像等数据处理。主板左上方是Zoran公司的杜比AC-3等声音数据解码芯片ZR38521。另外还有其它一些辅助芯片。
　　3. 第二代DVD播放机及芯片系列
　　第二代DVD播放机的前一部分是由RF信号处理、DVD及CD信号处理和伺服控制等三片LSI组成，生产这些芯片的厂商很多，表1列出了部分厂家的产品。播放机的后一部分是由图像和声音解码及内藏D/A变换的视频编码等两片LSI构成。表2给出了图像和声音解码LSI的部分厂家的产品。可见，第二代DVD播放机使用了专门的芯片系列，包括东芝、飞利浦、三菱和Sony与美国ASIC机构联合开发的芯片系列，其中许多需要四个芯片。例如三菱公司的两片方案，用0.35μm技术封装，包括基于该公司所有权的视频解码器、32b RISC控制器，以及24b DSP音频解码器。视频解码芯片对MPEG-2和子画面解码就像NTSC/PAL编码一样好；音频解码DSP能解码AC-3、MPEG-1音频和线性PCM格式的数字音频。精工公司正在开发两种DVD-ROM设备用的LSI，一种集成了EFM PLUS解码和纠错电路的SPC745×FOA，另一种集成了接口电路(SCSI)及CD-ROM用解码电路(与12倍速度对应)等的SPC742×FOA，它们可与现有CD信号处理LSI组合使用。美国芯片制造商LSI Logic、摩托罗拉、VLSI Technology和SGS-Thomson都与系统承制商密切合作，成为下一代DVD系统的芯片供应商。
　　LSI Logic公司开发的L64020 LSI DVD播放机芯片，以支持机顶盒及其它功能而区别于其它DVD产品，它把DVD播放机的图像和声音解码电路集成在一块芯片上。其内包括：MPEG-2图像数据处理电路；杜比AC-3声音数据处理电路；MPEG-2声音处理电路；子画面(字幕及子画面)数据处理电路。使用这种LSI必须外带NTSC/PAL编码器及图像和声音信号用D/A变换器。输入数据有三种形式，即节目码流(PS)、打包的基本码流(PES)及基本码流(ES)。外部时钟输入频率为27MHz，电源电压为＋3.3V。使用时需外带一或两个解码用缓冲器和1MB同步DRAM。该芯片使用0.35μm COMS技术生产，采用160脚塑料QFP封装。
　　摩托罗拉公司的香港数字消费开发组正在研制几种DVD专用芯片，其中一种“Coyote”包括MPEG-2解码、子画面解码及OSD等许多功能。该公司在DSP56000音频解码器的基础上，还生产了专为标准音/视频接收机和DVD播放机而设计的DSP56009，它是杜比实验室鉴定的两个AC-3解码芯片之一，具有一组多声道数字音频性能的特色。另一个是Zoran公司的ZR38000系列音频处理器，它采用20b解码，以33Mb/s速率操作而达到“FFT”之定点DSP处理功能。Zoran公司是至今唯一获得杜比公司授权制造AC-3集成IC的公司。
　　为与其它公司竞争，现代数字媒体(HDM；Milpitas)公司开发的HDM8111P MPEG-2 DVD解码芯片能同时处理MPEG-2压缩视频、AC-3立体环绕声及用于画中画的子画面数据。该芯片又称为PrAVO。它具有用户设计功能，将MPEG-2视/音频相结合，并有与AC-3音频解码器相同的性能。通过增强Micro-SPARC核心的功能及用DRAM存储器作固体存储，PrAVO为设计者们提供了灵活性。HDM 8111P 芯片的核心是使用图3所示的Micro-SPARC结构的微码RISC处理器，它能用高级语言C编程，不必用专门的代码来编写软件，允许系统设计者控制很多计算机的扩展功能。对DVD驱动器设计者而言，由于使用了一个标准的开发和检错平台，插入一个现代开发的称为MDI (MPEG Device Interface)的专门函数库，将加快产品的开发速度。Micro-SPARC控制复杂的信息流，能接收串行或8b并行MPEG-2压缩数据形式的已解调和纠错的输入。经过FIFO输入缓冲后，输入流在节目解码器中分成三路，在同步及馈给音频、视频或复合输出之前，放置在一种适于把输入进行音频D/A变换或PAL/NTSC/SECAM或VGA编码显示的格式下。该芯片能处理ISO11172 MPEG-1和ISO13818 MPEG-2比特流，解压缩视频和MPEG-2或AC-3压缩音频。另外，它能引出子画面信息，例如子标题或卡拉OK字幕等。
　　视频特征包括在NTSC 24或30帧/秒、720×480象素，或PAL 25帧/秒、720×576象素的分解力下工作的能力。它允许宽屏幕16:9幅形比画面在标准的4:3格式电视或VGA计算机显示屏上显示，方形象素支持VGA计算机显示。视频以8b数字YUV信号输出，具有同步可选的主从模式。
　　音频特征包括解码和完全兼容5.1声道AC-3信号的能力。AC-3音频由三个前声道、两个环绕声道共五个全音域(3Hz～20kHz)声道和一个低频效果(3～120Hz)增强声道组成，合称“5.1声道”。
　　现代已计划为市场设计双用途的芯片，它适用于消费电子的大量应用，即DVD播放机，以及有潜力的大型PC机周边市场，如DVD-ROM驱动器。计划芯片包括一个主CPU接口，它的配置可以用英特尔和摩托罗拉结构，包括ISA和PCI总线。
　　Mediamatics公司是推出用于MPEG-1压缩动态画面的个人机解码软件的最大软件商，最近它又开发出一种仅使用个人机微处理器就可以播放DVD光盘的软件DVD Express，可重放采用AC-3的音频信号和采用MPEG-2的动态画面(30帧/秒)。不过，在现有微处理器上，不能执行DVD Express，需采用英特尔公司新近开发的MMX (多媒体扩展)芯片，即备有多媒体数据处理指令的微处理器。200MHz MMX Pentium处理器可重放24帧/秒画面；233MHz MMX Pentium处理器可每秒重放30帧画面。重放DVD数据，占用了处理器90%的处理能力。
四 结束语
　　第三代DVD播放机是将后一部分的两片LSI集成为一片；第四代则将前一部分RF信号处理的大部分，与以CMOS电路为主的DVD信号处理芯片集成在一起。上述芯片数目都不包括微处理器控制芯片和必要的外接内存。随着精密半导体制作技术的提高，预计到1997年末至1998年初，只用三个处理芯片的第三代DVD芯片组就能上市；到1999年初，RF信号处理的大部分与DVD信号处理LSI将集成为一片，组成两片组的第四代DVD LSI。
　　由此可见，DVD所用的芯片主要在高度集成化、增加功能、提高数据处理速度、通用接口及增强OSD的颜色显示能力这几个方面进一步发展。