檔案部門光盤使用與保存指南精選課件

1、檔案部門光盤使用和長期保存指南清華大學光盤國家工程研究中心陳墾 許斌2019年7月數字信息光盤長期存檔的可靠性光盤存檔壽命光盤數據刻錄、讀出設備軟硬件的時效光盤數據遷移策略光盤數據恢復光盤存檔壽命光盤存檔壽命是指：光盤在存檔后，隨著時間推移，信息層退化，光盤中存儲的信息不能再讀取，這段時間間隔稱為光盤的存檔壽命。存檔壽命主要和光盤中數據的錯誤率有關。當錯誤率上升到某一水平，光盤驅動器中的糾錯系統(tǒng)不能校正光盤中的數據錯誤，該光盤就失效了。CD/CD-R光盤的塊錯誤率BLER=220數據塊秒，DVD/DVDR光盤的奇偶校檢內碼錯誤 PIE=280時，光盤存檔壽命中止。 光盤的信息層只讀光盤的信息層

2、是由聚碳酸酯塑料注塑模壓形成有無數凹坑組成螺旋狀信息軌道的信息面，經在其上濺鍍金屬反射層，便能用激光束讀出模壓的信息。可記錄光盤的信息層是在模壓有溝槽的聚碳酸酯盤基上旋涂的染料層，刻錄機的激光束在槽內的染料上記錄信息（類似于凹坑）。染料層后面濺鍍金屬反射層，以反射讀出記錄的信息?？芍貙懝獗P在模壓有溝槽的聚碳酸酯盤基上濺（蒸）鍍的相變層，刻錄機的激光束使相變層從晶態(tài)轉變到非晶態(tài)記錄信息，相變層后面濺鍍金屬反射層，根據晶態(tài)或非晶態(tài)記錄標記的不同反射率讀出信息。數據光盤的退化模式外界環(huán)境條件（溫度、濕度）的改變會引起光盤結構的機械應力，導致各層材料不同的膨脹、收縮，及聚碳酸酯盤基的雙折射率變化；可錄

3、光盤的染料、保護膠（CD）、粘合膠（DVD）等都是有機材料，會因其化學結構的變化或缺陷發(fā)生降解；層與層之間的電蝕效應以及粘合劑或其他材料中的雜質引起的化學腐蝕反應；水汽或大氣中的酸性成分如二氧化碳，二氧化硫，臭氧等侵蝕金屬反射層，使反射率降低； 暴露在光照下的可錄光盤會引起染料層褪色。光盤的加速老化壽命試驗 由于光盤問世的時間太短，尚無真實的光盤存檔壽命數據。制造商采用加速老化試驗來外推通常環(huán)境下的光盤存儲壽命。加速老化壽命試驗是將光盤置于比行業(yè)標準規(guī)定的正常使用條件還苛刻的環(huán)境條件下（高溫、高濕、強光、酸霧等）, 強制老化, 獲得其加速的失效時間數據，采用適當的失效模型來推算光盤在正常使用條

4、件下的壽命特征。ISO-18927標準為CD-R光盤壽命的估算建立了一種方法。 DVDR光盤加速老化壽命試驗也參照此標準。光盤的加速老化壽命試驗加速老化壽命試驗采用適當的失效模型來推算光盤在正常使用條件下的壽命特征。它的算法遵從統(tǒng)計學規(guī)律。加速老化壽命試驗中使用的壽命分布有單參數指數分布、雙參數weibull分布和對數正態(tài)分布。CD-R光盤的壽命分布近似對數正態(tài)分布。對數正態(tài)分布的概率密度函數為: 其中 ， T為失效時間，為失效時間自然對數的平均值，為失效時間自然對數的標準偏差。 光盤的加速老化壽命試驗ISO-18927標準制定的目的是為存儲在CD-R盤內信息壽命的估算建立一種方法。這種方法只

5、涉及溫度和相對濕度對信息存儲的影響。標準規(guī)定選用80個用相同刻錄裝置、相同軟件、在相同環(huán)境下(15-35、45%-75%)采用一次刻完的CD-R盤片, 將它們分成5組，每組作為一個測試單元，分別經過5個不同溫度和相對濕度組合的試驗環(huán)境，每隔500小時取出，測定每盤片在各時間間隔內的塊錯誤率(BLER)，用于決定該盤片壽命。盤片壽命結束的標志是BLERMAX 220。 光盤的加速老化壽命試驗光盤的加速老化壽命試驗光盤的加速老化壽命試驗加速老化試驗后光盤出現斑點。（美國國會圖書館實驗）光盤的加速老化壽命試驗加速老化試驗500小時后，光盤的金屬反射層變透明。光盤的加速老化壽命試驗加速老化試驗后光盤金

6、屬反射層從PC盤基成片剝離。光盤的耐光實驗 按ISO-105-B02標準將裸盤放置在黑板溫度 40、相對濕度為70%-80%的環(huán)境下，用氣冷氙燈正入射盤片的染料面。氙燈符合European Woll Reference #5標準，經過實驗的盤片技術指標應符合橙皮書標準。 光盤存檔壽命 根據美國國家標準與技術研究院（NIST）信息技術實驗室（ITL）的研究文章指出： 制造商使用加速老化試驗估計光盤壽命，一致認為：在建議的貯存環(huán)境下，CD-R，DVDR光盤的壽命為100年至200年以上；CD-RW和DVDRW，DVD-RAM光盤的壽命應大于25年；只讀光盤CD，DVD的壽命資料較少，導致其壽命的不

7、確定性，一般認為20年至100年。光盤存檔壽命TDK光盤通過加速老化壽命試驗、光老化試驗、和各種環(huán)境條件下的耐候性試驗，結論是：壽命能超過70年。Verbatim對其生產的CD-R光盤進行老化壽命試驗，得出至少有100年的數據存檔壽命。 Kodak公司對其CD-R光盤加速老化壽命試驗研究，推出在25、40RH條件和暗室環(huán)境下，95適當刻錄的盤片存檔壽命為217年。 Memorex公司Pro Gold Archival Media 使用24k金的反射層，高性能的染料和抗劃傷技術，CD-R光盤存檔壽命達到300年。光盤存檔壽命個別實驗室發(fā)布光盤加速老化試驗研究報告。NIST對一類貯存在溫度25、相

8、對濕度50%的DVD-R光盤壽命估計是30年。2019年12月，日本日經科學提醒注意光盤的保存 期問題，研究表明，威脅光盤壽命的問題主要來自于 構成CD的主要原材料聚碳酸酯。日本在1970年舉行大坂萬國博覽會時，曾經在大坂城公園的角落埋藏了兩個“時空膠囊” ，1982年放入的一張音樂CD。20年后取出檢查的時發(fā)現，已經不行了。光盤存檔壽命2019年1月10日，計算機世界（ComputerWorld）網站上發(fā)表IBM德國分公司的物理學家和存儲專家?guī)鞝柼丶鹂司婵啼浀腃D光盤壽命期只有2-5年。但沒有數據支持這種論斷。網站上很快就上傳了不少質疑的帖子?；旧辖^大多數網友不同意吉瑞克先生的觀點，認

9、為吉瑞克在沒有任何數據或測試結果來支持他的論述的情況下炮制這種斷言是極其不負責任的。 有用戶表示1991年刻錄的CD-R光盤今天仍能讀。有用戶表示2019年刻錄的Kodak Photo CD現在能很完好地讀出。超過5年的空白CD-R光盤，它們仍然能刻錄。光盤存檔壽命根據目前已有的實際壽命數據；考慮用加速老化推測的壽命的不確定性（主要是加速因子確定誤差）；考慮大部分檔案的存檔時間要求和存檔成本；考慮光盤數據讀寫設備的軟、硬件的時效性；信息時代技術更新速度加快（10-20年信息將遷移到新平臺）； 檔案級光盤存檔壽命目標值：正確保存的檔案級空白光盤保存期大于5年，確保存和數據刻錄的檔案級光盤的存檔壽

10、命大于20年是可以達到的、可以接受的、也是現實的。與光盤數據存檔壽命相關的主要因素光盤類型；光盤生產所選用的制作材料；用于存檔的光盤的生產工藝和產品質量；刻錄前光盤的狀況；存檔時光盤的數據刻錄質量；存檔光盤的使用情況；存檔光盤的標簽方法；光盤的運輸、貯存和工作的環(huán)境條件等。光盤生產的原材料選擇光盤原料市場競爭激烈，同種材料不同品牌的質量差異相當大，要謹慎選用滿足環(huán)境條件強化試驗的材料。光盤質量的衰退和材料的降解、金屬反射層的氧化、層與層之間的電蝕效應以及粘合劑或其他材料中的雜質引起的化學腐蝕反應有關。長期存檔用光盤的生產原材料必須受到控制。光盤生產的原材料選擇 聚碳酸酯（PC）塑料記錄層染料（

11、花菁、酞菁、AZO偶氮等）反射層金屬材料（金、銀合金等）標簽層油墨、保護膠DVD光盤粘合層粘合膠 注塑用壓模（Stamper）聚碳酸酯（PC）光學級透明、無雜質，含水量小。主要生產企業(yè)：BAYER、GE、日本帝人化成、三菱化工、臺灣。回收料：化學降解，變脆，色澤發(fā)黃。含雜質，或粉碎時顆粒過小，注塑時盤基中生成黑點。記錄層染料：花菁（Cyanine）花菁是日本Taiyo Yuden公司發(fā)明的 ，顏色為青藍色，當反射層是24K金時，光盤的記錄面呈綠色，當反射層是銀合金時，光盤的記錄面呈藍色。花菁染料記錄靈敏度很高，對強光十分敏感 。長期光照會使花菁退色，從而使光盤失效。光盤用花菁染料加入了抗感光材

12、料，以降低其光敏性，同時也使花菁的顏色變淡。花菁染料的寫入激光功率為5.5（1.0）mW。較低的寫入功率和較寬的功率范圍可降低對CD-R或CD-RW刻錄機寫入激光功率的要求，大大提高了光盤與CD-R或CD-RW刻錄機的兼容性。與其他染料記錄層相比，花菁最不穩(wěn)定，不宜選作存檔光盤的記錄層。 記錄層染料：酞菁(Phthalocyanine) 酞菁染料是日本三井公司開發(fā)的。酞菁染料本身呈淺綠色，當反射層是24K金時，光盤記錄面呈金黃色，這種CD-R光盤被稱為金盤。當反射層是銀合金時，記錄面呈金綠色，這種CD-R盤被稱為白金盤。酞菁染料具有較高的穩(wěn)定性，對室內和室外強光均不敏感。三井公司在80C的高溫

13、、85%的相對濕度實驗室條件下，用強光對CD-R金盤照射了1000小時，刻錄后檢查數據塊誤碼率BLER小于標準所規(guī)定值。酞菁染料通常推薦的寫入激光功率為6.5（0.5）mW。酞菁染料光盤最穩(wěn)定，適于用作長期保存數據的檔案級光盤。記錄層染料：偶氮（ AZO ）偶氮（ AZO ）染料是日本三菱化學公司開發(fā)的。AZO本身為深藍色，當使用金作反射層時，光盤呈墨綠色。當使用銀合金作反射層時，光盤呈藍色。通常使用銀合金的居多，故AZO染料的CD-R光盤就被稱為藍盤。實驗證明，AZO的穩(wěn)定性介于花菁和酞菁之間，也具有可長期保存數據的優(yōu)點。Verbatim公司的實驗結果表明，藍盤也具有100年以上的使用壽命。

14、 光盤生產的原材料選擇用于存檔光盤生產的聚碳酸酯（PC）塑料不得使用回用料； 記錄層染料選用酞菁和AZO（偶氮），花菁染料不宜用于長期存檔光盤 ；反射層金屬材料可以選擇金或銀合金； 油墨、保護膠和粘合膠的使用必須通過光盤的耐候試驗。 注塑用壓模的溝槽設計必須與所使用的染料匹配，壓模的導入區(qū)必須有刻錄機能識別的最佳寫入功率和寫策略。 光盤生產的加工工藝 光盤生產的加工工藝包括：注塑成形、冷卻、染料層旋涂、染料層洗邊、干燥、染料層缺陷在線檢測、反射層濺鍍、保護層旋涂（CD-R）、粘合層旋涂（DVDR）、紫外固化、成品光盤在線檢測、標簽層印刷、紫外干燥等。生產工藝的工藝參數選擇及工藝穩(wěn)定性對光盤的質

15、量技術指標、批量光盤的質量穩(wěn)定性及存檔壽命有相當大的影響。檔案級光盤生產的加工工藝保護層涂覆工藝必須把染料層和金屬反射層有效覆蓋，以保護它們與空氣完全隔絕 。終端檢測必須有分級篩選功能，在線檢測分級指標設置對CD-R/DVDR檔案級光盤的缺陷（針孔、劃痕、黑點和氣泡等）尺寸設置比一般等級嚴格。檔案級光盤標簽面印刷圖案必須有檔案級光盤的標志圖案。存檔光盤的生產工藝必須穩(wěn)定，生產方一旦確認不要隨意更改工藝參數。 存檔光盤產品的質量要求用于長期存檔的CD-R光盤和DVD-R/DVD+R光盤其質量技術指標首先應該分別符合中華人民共和國新聞出版行業(yè)標準CY/T 38-2019“可記錄光盤CD-R常規(guī)檢測

16、參數”以及中華人民共和國新聞出版行業(yè)標準（草案）“可記錄光盤DVD-R/DVD+R 常規(guī)檢測參數”中所規(guī)定的質量檢測參數指標。用于長期存檔的光盤其質量技術指標應該是光盤生產合格產品中經優(yōu)選的光盤。 存檔光盤產品的質量要求CD-R存檔光盤：，反射率 RTOP 65%； ，記錄后，塊錯誤率 BLER 50，E32=0；，記錄后，幀突發(fā)錯誤長度 BERL 3；，Jitter35nm。，光盤溫濕度耐候試驗，在溫度55、相對濕度50%的環(huán)境條件下，放置96小時，塊錯誤率 BLER 150，E32=0。 DVDR存檔光盤：，反射率 R14H 45%；（單面單層DVDR光盤）；，記錄后，奇偶校驗內碼錯誤（連

17、續(xù)8個ECC）PIE 80；奇偶校驗外碼失敗 POF = 0；，記錄后，數據對時鐘抖晃 DC Jitter 8。 ，光盤溫濕度耐候試驗，在溫度55、相對濕度50%的環(huán)境條件下，放置96小時，奇偶校驗內碼錯誤（連續(xù)8個ECC）PIE 180，奇偶校驗外碼失敗 POF = 0。 存檔光盤產品的質量檢測 存檔光盤在產品出廠前必須經過嚴格的質量檢測；檢測環(huán)境 ：待測光盤在檢測前應放置在232、4550%環(huán)境下至少2個小時。如果從貯存環(huán)境中取出到檢測環(huán)境時，應注意溫濕度梯度變化符合要求。光盤檢測前，檢測設備必須用基準光盤校驗定標，以保證檢測數據的可靠性和一致性。為保證存檔數據的長期可靠性，存檔光盤要定期

18、按歸檔時間批次抽樣檢測錯誤率。本標準規(guī)定每批次歸檔光盤抽樣檢測率不低 。不正確的使用影響光盤使用壽命由于光盤使用不當，造成光盤表面上產生指紋、灰塵、污斑、擦傷（劃痕）等缺陷，這些缺陷的存在使激光束讀取光盤中的數據時產生錯誤。由于光盤使用不當，造成光盤盤基彎曲變形，導致激光束在讀出過程中不能正確聚焦在光盤的信息層上，產生讀出錯誤。由于光盤使用不當，使環(huán)境因素（溫度、濕度、光照）影響光盤，使光盤信息層退化，數據錯誤率增加。養(yǎng)成正確使用光盤的好習慣，延長光盤使用壽命。正確使用光盤，要求做到：手拿光盤時用兩個手指捏住光盤的中心孔和外緣，不要在光盤表面留下指紋；使用不含溶劑墨水的軟性標簽筆在光盤標簽面上

19、書寫光盤標簽（溶劑會破壞標簽面和保護層）；把光盤放在遠離污垢或異物處；把光盤放在盒內垂直置于光盤架內存放；使用后立即把光盤放回光盤盒；不使用的光盤保存在串軸盒或光盤盒內，盡量減少環(huán)境變化的影響；正確使用光盤，要求做到：在準備刻錄光盤前才拆除串軸盒或光盤盒外的塑封包裝；長期存檔光盤放置在空氣潔凈的冷、干、暗的環(huán)境中，相對濕度變化范圍為20-50%，溫度變化范圍為4-20；擦拭光盤去除光盤上灰塵、異物、污斑、指紋和液體，要用干凈的棉布從光盤的中心沿半徑方向朝光盤的外緣擦拭；使用去離子水（最好）、蒸餾水或軟性的自來水來清潔光盤，對實在難以清潔的，使用稀釋的清潔劑或擦拭酒精。用無絨布或擦鏡紙做濕的擦洗

20、和拭干；刻錄光盤前要檢查光盤表面。正確使用光盤，不要做：用手和其他東西接觸光盤表面；彎曲光盤；長期在水平狀態(tài)存放光盤；在沒有準備刻錄光盤時打開光盤包裝；把光盤曝露在高溫、高濕環(huán)境中；把光盤曝露在溫、濕度迅變的環(huán)境中；把光盤長時間曝露在日光或紫外光下；正確使用光盤，不要做：在光盤的激光讀出面數據區(qū)書寫標簽；用硬筆在光盤標簽面書寫標簽；寫好標簽后又擦掉重寫；用標簽紙粘貼在光盤標簽面；沿光盤的圓周方向擦拭光盤。 對CD-R光盤尤其要注意，不要做：劃傷光盤的標簽面； 用鋼筆、鉛筆和有尖端的標記筆在光盤上書寫；用含有溶劑的標簽筆在光盤上書寫；試圖剝掉標簽或把標簽移位。光盤刻錄機的選擇、使用和壽命 為了保

21、證電子文件被正確無誤地刻錄在存檔光盤上，刻錄用的光盤刻錄機必須嚴格選擇。選擇的條件是：銷量較大的優(yōu)秀品牌及型號（刻錄性能較好，能維持較長期的供應）。選擇時可征求光盤行業(yè)專家意見。 光盤刻錄機的工作壽命即激光器的工作壽命，通常在3000小時左右。 2019年中國光存儲市場分析各類光存儲產品的市場占有率：（數據和圖表均來自中關村在線調研中心 ）2019年中國光存儲市場分析各種光存儲產品品牌的市場占有率：（數據和圖表均來自中關村在線調研中心 ）2019年中國光存儲市場分析不同光存儲產品的品牌擁有率分布狀況 ： （數據和圖表均來自中關村在線調研中心 ）2019年中國光存儲市場分析DVDR刻錄機發(fā)展很快

22、，DVD存儲格式將逐步成為主流存儲格式。三星、華碩、明基、索尼、先鋒、LG是主要品牌。對CD-R刻錄機，三星、華碩、明基、索尼占優(yōu)勢。對DVDR刻錄機，先鋒、華碩、三星、索尼占優(yōu)勢。光盤刻錄機的選擇原則刻錄機選擇的一般原則：，品牌（質量技術）；，品牌的長期穩(wěn)定性； 市場占有量；，與選用光盤的刻錄匹配性。DVDR刻錄機選擇應注意DVD-R標準由先鋒倡導，DVD+R標準由飛利浦倡導，相應刻錄機優(yōu)先選用先鋒和飛利浦及其代工廠商品牌；光盤刻錄機的接口方式最好使用 SCSI接口，它在CPU資源占用和數據傳輸的穩(wěn)定性方面較好；有獨立電源的外置刻錄機的散熱性和密封性較好 ；緩存的大小是衡量光盤刻錄機性能的重

23、要技術指標之一 ；選擇更新的Firmware版本，有利于提高刻錄機的整體性能和使用效率。 光盤刻錄機的正確使用和維護 為保證光盤刻錄機的優(yōu)秀刻錄性能，并延長其使用壽命，必須正確使用和維護光盤刻錄機：刻錄機在規(guī)定的使用環(huán)境工作（潔凈、溫度、濕度）；保證穩(wěn)定的供電條件；選擇適當刻錄速度（中速）；選擇適當刻錄軟件，關注軟件是否有升級或補丁；選擇優(yōu)質光盤刻錄，減輕對刻錄機的負擔；最好使用CD-R刻錄機刻錄CD-R光盤，DVDR刻錄機刻錄DVDR光盤，而不使用Combo機；光盤刻錄機的正確使用和維護刻錄光盤時關閉所有其他的應用程序（包括：殺毒、faxmodem、電子郵件、電源管理和屏幕保護以及其他應用程

24、序 ）；注意光盤容量，不要滿刻甚至超刻；盡量使用一次刻錄完（DAO），不要使用多次分段刻錄（Multi Session）；刻錄大量小文件時，最好要先對存放文件的硬盤進行碎片整理，然后再將欲刻錄的文件拷入，否則發(fā)生讀取錯誤的幾率會大大增加；在進行多份拷貝之前，一般最好先制作待刻光盤的映象文件到硬盤中，然后再進行拷貝，以減少出錯的概率； 光盤刻錄機的正確使用和維護刻錄機長期工作會導致激光器升溫，波長漂移，刻錄光斑功率密度降低，光盤刻錄質量下降。另外機內溫度過高會引起光盤形變，影響聚焦伺服。因此，刻錄機應有較好的通風，長期連續(xù)刻錄要安排適當時間“休息”；刻錄機在連續(xù)工作2個月左右，如發(fā)現功率下降，應

25、送專業(yè)維修單位調整激光器電流，校準功率后繼續(xù)使用；一般刻錄機的MTBF是25,000到50,000小時，一般都有一年的質保期； 經常保持刻錄機的清潔，定時清潔刻錄機光學頭，不要頻繁的將刻錄機的托盤暴露在外，以免灰塵進入刻錄機內部；盡量不讓刻錄機做讀盤工作 ，讓刻錄機專注于刻錄 ，以提高刻錄機使用壽命。刻錄光盤歸檔前質量檢查歸檔前光盤的數據刻錄質量與光盤的數據存檔壽命相關，刻錄質量好的保存時間長。歸檔光盤目視檢查：表面無劃痕、無指紋。主要檢查電信號參數：CD類光盤的塊錯誤率BLER 和DVD類光盤的內碼奇偶校驗錯誤PIE。建議歸檔光盤參數指標： BLER50，PIE80。存檔光盤的標簽 存檔光盤

26、的正確標簽方法可以避免損傷光盤信息層，保證光盤數據安全可靠。推薦的光盤標簽方法是在光盤盤面上噴墨打印 ，使用支持光盤盤面打印的噴墨打印機 ，在電腦上排版和操作打印機 。也可用專門的“光盤標簽筆”在光盤標簽面直接書寫 ，這種筆筆尖柔軟，不會劃傷光盤表面，墨水無溶劑，不會影響光盤保護層。不能用硬筆在光盤標簽面書寫，會劃傷光盤信息層；不要用粘貼不干膠的標簽方式，會影響光盤的不平衡度。使光盤在高速旋轉時產生力矩而引起振動，嚴重的會損壞光學頭。 存檔光盤的備份 存檔光盤按查閱使用頻度，分成普通級和頻繁級。普通級存檔光盤一式3份，一份供查閱使用，一份封存保管，一份異地保存。頻繁級存檔光盤一式4（或更多）份，二份供查閱使用，一份封存保管，一份異地保存。存檔光盤的運輸、貯存、工作和檢測的環(huán)境條件存檔光盤的運輸、貯存、工作和檢測的環(huán)境條件如下： （各種環(huán)境的溫濕度范圍控制得越嚴，梯度變化控制得越小，對存檔光盤的壽命越有利。）存檔光盤的運輸 光盤的運輸除上述溫濕度環(huán)境要求外，要注意上下載貨時避免運載工具沖擊光盤外包裝箱。光盤在運輸過程中處于垂直狀態(tài)。光盤的內包裝盒要使用剛性材料，并填充有吸振材料，保證光盤在運輸振動時不會互相碰撞。內包裝盒的內部應保持清潔，光盤在內包裝盒內應密封包裝，避免灰塵和濕氣進入。光盤的外包裝必須抗重壓、沖擊