档案部门光盘使用和长期保存指南

1. 档案部门光盘使用和长期保存指南 清华大学 光盘国家工程研究中心 陈垦 许斌 2006年7月

2. 数字信息光盘长期存档的可靠性 • 光盘存档寿命 • 光盘数据刻录、读出设备软硬件的时效 • 光盘数据迁移策略 • 光盘数据恢复

3. 光盘存档寿命 • 光盘存档寿命是指：光盘在存档后，随着时间推移，信息层退化，光盘中存储的信息不能再读取，这段时间间隔称为光盘的存档寿命。 • 存档寿命主要和光盘中数据的错误率有关。当错误率上升到某一水平，光盘驱动器中的纠错系统不能校正光盘中的数据错误，该光盘就失效了。 • CD/CD-R光盘的块错误率BLER=220数据块／秒，DVD/DVDR光盘的奇偶校检内码错误 PIE=280时，光盘存档寿命中止。

4. 光盘的信息层 • 只读光盘的信息层是由聚碳酸酯塑料注塑模压形成有无数凹坑组成螺旋状信息轨道的信息面，经在其上溅镀金属反射层，便能用激光束读出模压的信息。 • 可记录光盘的信息层是在模压有沟槽的聚碳酸酯盘基上旋涂的染料层，刻录机的激光束在槽内的染料上记录信息（类似于凹坑）。染料层后面溅镀金属反射层，以反射读出记录的信息。 • 可重写光盘在模压有沟槽的聚碳酸酯盘基上溅（蒸）镀的相变层，刻录机的激光束使相变层从晶态转变到非晶态记录信息，相变层后面溅镀金属反射层，根据晶态或非晶态记录标记的不同反射率读出信息。

5. 数据光盘的退化模式 • 外界环境条件（温度、湿度）的改变会引起光盘结构的机械应力，导致各层材料不同的膨胀、收缩，及聚碳酸酯盘基的双折射率变化； • 可录光盘的染料、保护胶（CD）、粘合胶（DVD）等都是有机材料，会因其化学结构的变化或缺陷发生降解； • 层与层之间的电蚀效应以及粘合剂或其他材料中的杂质引起的化学腐蚀反应； • 水汽或大气中的酸性成分如二氧化碳，二氧化硫，臭氧等侵蚀金属反射层，使反射率降低； • 暴露在光照下的可录光盘会引起染料层褪色。

6. 光盘的加速老化寿命试验 • 由于光盘问世的时间太短，尚无真实的光盘存档寿命数据。制造商采用加速老化试验来外推通常环境下的光盘存储寿命。 • 加速老化寿命试验是将光盘置于比行业标准规定的正常使用条件还苛刻的环境条件下（高温、高湿、强光、酸雾等）, 强制老化, 获得其加速的失效时间数据，采用适当的失效模型来推算光盘在正常使用条件下的寿命特征。ISO-18927标准为CD-R光盘寿命的估算建立了一种方法。 DVDR光盘加速老化寿命试验也参照此标准。

7. 光盘的加速老化寿命试验 • 加速老化寿命试验采用适当的失效模型来推算光盘在正常使用条件下的寿命特征。它的算法遵从统计学规律。 • 加速老化寿命试验中使用的寿命分布有单参数指数分布、双参数weibull分布和对数正态分布。CD-R光盘的寿命分布近似对数正态分布。对数正态分布的概率密度函数为: 其中 ， T为失效时间，为失效时间自然对数的平均值，为失效时间自然对数的标准偏差。

8. 光盘的加速老化寿命试验 • ISO-18927标准制定的目的是为存储在CD-R盘内信息寿命的估算建立一种方法。这种方法只涉及温度和相对湿度对信息存储的影响。 • 标准规定选用80个用相同刻录装置、相同软件、在相同环境下(15-35℃、45%-75%)采用一次刻完的CD-R盘片, 将它们分成5组，每组作为一个测试单元，分别经过5个不同温度和相对湿度组合的试验环境，每隔500小时取出，测定每盘片在各时间间隔内的块错误率(BLER)，用于决定该盘片寿命。盘片寿命结束的标志是BLERMAX >220。

9. 光盘的加速老化寿命试验

10. 光盘的加速老化寿命试验

11. 光盘的加速老化寿命试验 • 加速老化试验后光盘出现斑点。（美国国会图书馆实验）

12. 光盘的加速老化寿命试验 • 加速老化试验500小时后，光盘的金属反射层变透明。

13. 光盘的加速老化寿命试验 • 加速老化试验后光盘金属反射层从PC盘基成片剥离。

14. 光盘的耐光实验 • 按ISO-105-B02标准将裸盘放置在黑板温度< 40℃、相对湿度为70%-80%的环境下，用气冷氙灯正入射盘片的染料面。氙灯符合European Woll Reference #5标准，经过实验的盘片技术指标应符合橙皮书标准。

15. 光盘存档寿命 根据美国国家标准与技术研究院（NIST）信息技术实验室（ITL）的研究文章指出： 制造商使用加速老化试验估计光盘寿命，一致认为： • 在建议的贮存环境下，CD-R，DVDR光盘的寿命为100年至200年以上； • CD-RW和DVD±RW，DVD-RAM光盘的寿命应大于25年； • 只读光盘CD，DVD的寿命资料较少，导致其寿命的不确定性，一般认为20年至100年。

16. 光盘存档寿命 • TDK光盘通过加速老化寿命试验、光老化试验、和各种环境条件下的耐候性试验，结论是：寿命能超过70年。 • Verbatim对其生产的CD-R光盘进行老化寿命试验，得出至少有100年的数据存档寿命。 • Kodak公司对其CD-R光盘加速老化寿命试验研究，推出在25℃、40％RH条件和暗室环境下，95％适当刻录的盘片存档寿命为217年。 • Memorex公司Pro Gold Archival Media 使用24k金的反射层，高性能的染料和抗划伤技术，CD-R光盘存档寿命达到300年。

17. 光盘存档寿命 • 个别实验室发布光盘加速老化试验研究报告。 • NIST对一类贮存在温度25℃、相对湿度50%的DVD-R光盘寿命估计是30年。 • 2003年12月，日本《日经科学》提醒注意光盘的保存 期问题，研究表明，威胁光盘寿命的问题主要来自于 构成CD的主要原材料聚碳酸酯。 • 日本在1970年举行大坂万国博览会时，曾经在大坂城公园的角落埋藏了两个“时空胶囊” ，1982年放入的一张音乐CD。20年后取出检查的时发现，已经不行了。

18. 光盘存档寿命 • 2006年1月10日，计算机世界（ComputerWorld）网站上发表IBM德国分公司的物理学家和存储专家库尔特吉瑞克警告刻录的CD光盘寿命期只有2-5年。但没有数据支持这种论断。 • 网站上很快就上传了不少质疑的帖子。基本上绝大多数网友不同意吉瑞克先生的观点，认为吉瑞克在没有任何数据或测试结果来支持他的论述的情况下炮制这种断言是极其不负责任的。 • 有用户表示1991年刻录的CD-R光盘今天仍能读。有用户表示1997年刻录的Kodak Photo CD现在能很完好地读出。超过5年的空白CD-R光盘，它们仍然能刻录。

19. 光盘存档寿命 • 根据目前已有的实际寿命数据； • 考虑用加速老化推测的寿命的不确定性（主要是加速因子确定误差）； • 考虑大部分档案的存档时间要求和存档成本； • 考虑光盘数据读写设备的软、硬件的时效性； • 信息时代技术更新速度加快（10-20年信息将迁移到新平台）； 档案级光盘存档寿命目标值：正确保存的档案级空白光盘保存期大于5年，确保存和数据刻录的档案级光盘的存档寿命大于20年是可以达到的、可以接受的、也是现实的。

20. 与光盘数据存档寿命相关的主要因素 • 光盘类型； • 光盘生产所选用的制作材料； • 用于存档的光盘的生产工艺和产品质量； • 刻录前光盘的状况； • 存档时光盘的数据刻录质量； • 存档光盘的使用情况； • 存档光盘的标签方法； • 光盘的运输、贮存和工作的环境条件等。

21. 光盘生产的原材料选择 • 光盘原料市场竞争激烈，同种材料不同品牌的质量差异相当大，要谨慎选用满足环境条件强化试验的材料。 • 光盘质量的衰退和材料的降解、金属反射层的氧化、层与层之间的电蚀效应以及粘合剂或其他材料中的杂质引起的化学腐蚀反应有关。长期存档用光盘的生产原材料必须受到控制。

22. 光盘生产的原材料选择 • 聚碳酸酯（PC）塑料 • 记录层染料（花菁、酞菁、AZO［偶氮］等） • 反射层金属材料（金、银合金等） • 标签层油墨、保护胶 • DVD光盘粘合层粘合胶 • 注塑用压模（Stamper）

23. 聚碳酸酯（PC） • 光学级透明、无杂质，含水量小。 • 主要生产企业：BAYER、GE、日本帝人化成、三菱化工、台湾。 • 回收料：化学降解，变脆，色泽发黄。含杂质，或粉碎时颗粒过小，注塑时盘基中生成黑点。

24. 记录层染料：花菁（Cyanine） • 花菁是日本Taiyo Yuden公司发明的 ，颜色为青蓝色，当反射层是24K金时，光盘的记录面呈绿色，当反射层是银合金时，光盘的记录面呈蓝色。 • 花菁染料记录灵敏度很高，对强光十分敏感 。长期光照会使花菁退色，从而使光盘失效。光盘用花菁染料加入了抗感光材料，以降低其光敏性，同时也使花菁的颜色变淡。 • 花菁染料的写入激光功率为5.5（±1.0）mW。较低的写入功率和较宽的功率范围可降低对CD-R或CD-RW刻录机写入激光功率的要求，大大提高了光盘与CD-R或CD-RW刻录机的兼容性。 • 与其他染料记录层相比，花菁最不稳定，不宜选作存档光盘的记录层。

25. 记录层染料：酞菁(Phthalocyanine) • 酞菁染料是日本三井公司开发的。酞菁染料本身呈浅绿色，当反射层是24K金时，光盘记录面呈金黄色，这种CD-R光盘被称为金盘。当反射层是银合金时，记录面呈金绿色，这种CD-R盘被称为白金盘。 • 酞菁染料具有较高的稳定性，对室内和室外强光均不敏感。三井公司在80°C的高温、85%的相对湿度实验室条件下，用强光对CD-R金盘照射了1000小时，刻录后检查数据块误码率BLER小于标准所规定值。 • 酞菁染料通常推荐的写入激光功率为6.5（±0.5）mW。 • 酞菁染料光盘最稳定，适于用作长期保存数据的档案级光盘。

26. 记录层染料：偶氮（ AZO ） • 偶氮（ AZO ）染料是日本三菱化学公司开发的。AZO本身为深蓝色，当使用金作反射层时，光盘呈墨绿色。当使用银合金作反射层时，光盘呈蓝色。通常使用银合金的居多，故AZO染料的CD-R光盘就被称为蓝盘。 • 实验证明，AZO的稳定性介于花菁和酞菁之间，也具有可长期保存数据的优点。Verbatim公司的实验结果表明，蓝盘也具有100年以上的使用寿命。

27. 光盘生产的原材料选择 • 用于存档光盘生产的聚碳酸酯（PC）塑料不得使用回用料； • 记录层染料选用酞菁和AZO（偶氮），花菁染料不宜用于长期存档光盘 ； • 反射层金属材料可以选择金或银合金； • 油墨、保护胶和粘合胶的使用必须通过光盘的耐候试验。 • 注塑用压模的沟槽设计必须与所使用的染料匹配，压模的导入区必须有刻录机能识别的最佳写入功率和写策略。

28. 光盘生产的加工工艺 • 光盘生产的加工工艺包括：注塑成形、冷却、染料层旋涂、染料层洗边、干燥、染料层缺陷在线检测、反射层溅镀、保护层旋涂（CD-R）、粘合层旋涂（DVDR）、紫外固化、成品光盘在线检测、标签层印刷、紫外干燥等。 • 生产工艺的工艺参数选择及工艺稳定性对光盘的质量技术指标、批量光盘的质量稳定性及存档寿命有相当大的影响。

29. 档案级光盘生产的加工工艺 • 保护层涂覆工艺必须把染料层和金属反射层有效覆盖，以保护它们与空气完全隔绝 。 • 终端检测必须有分级筛选功能，在线检测分级指标设置对CD-R/DVDR档案级光盘的缺陷（针孔、划痕、黑点和气泡等）尺寸设置比一般等级严格。 • 档案级光盘标签面印刷图案必须有档案级光盘的标志图案。 • 存档光盘的生产工艺必须稳定，生产方一旦确认不要随意更改工艺参数。

30. 存档光盘产品的质量要求 • 用于长期存档的CD-R光盘和DVD-R/DVD+R光盘其质量技术指标首先应该分别符合中华人民共和国新闻出版行业标准CY/T 38-2001“可记录光盘CD-R常规检测参数”以及中华人民共和国新闻出版行业标准（草案）“可记录光盘DVD-R/DVD+R常规检测参数”中所规定的质量检测参数指标。 • 用于长期存档的光盘其质量技术指标应该是光盘生产合格产品中经优选的光盘。

31. 存档光盘产品的质量要求 • CD-R存档光盘：⑴，反射率 RTOP  65%； ⑵，记录后，块错误率 BLER  50，E32=0；⑶，记录后，帧突发错误长度 BERL  3；⑷，Jitter<35nm。⑸，光盘温湿度耐候试验，在温度55℃、相对湿度50%的环境条件下，放置96小时，块错误率 BLER  150，E32=0。 • DVD±R存档光盘：⑴，反射率 R14H  45%；（单面单层DVD±R光盘）；⑵，记录后，奇偶校验内码错误（连续8个ECC）PIE 80；奇偶校验外码失败 POF = 0；⑶，记录后，数据对时钟抖晃 DC Jitter 8。 ⑷，光盘温湿度耐候试验，在温度55℃、相对湿度50%的环境条件下，放置96小时，奇偶校验内码错误（连续8个ECC）PIE 180，奇偶校验外码失败 POF = 0。

32. 存档光盘产品的质量检测 存档光盘在产品出厂前必须经过严格的质量检测； • 检测环境 ：待测光盘在检测前应放置在23℃2℃、45～50%环境下至少2个小时。如果从贮存环境中取出到检测环境时，应注意温湿度梯度变化符合要求。 • 光盘检测前，检测设备必须用基准光盘校验定标，以保证检测数据的可靠性和一致性。 • 为保证存档数据的长期可靠性，存档光盘要定期按归档时间批次抽样检测错误率。本标准规定每批次归档光盘抽样检测率不低 。

33. 不正确的使用影响光盘使用寿命 • 由于光盘使用不当，造成光盘表面上产生指纹、灰尘、污斑、擦伤（划痕）等缺陷，这些缺陷的存在使激光束读取光盘中的数据时产生错误。 • 由于光盘使用不当，造成光盘盘基弯曲变形，导致激光束在读出过程中不能正确聚焦在光盘的信息层上，产生读出错误。 • 由于光盘使用不当，使环境因素（温度、湿度、光照）影响光盘，使光盘信息层退化，数据错误率增加。 • 养成正确使用光盘的好习惯，延长光盘使用寿命。

34. 正确使用光盘，要求做到： • 手拿光盘时用两个手指捏住光盘的中心孔和外缘，不要在光盘表面留下指纹； • 使用不含溶剂墨水的软性标签笔在光盘标签面上书写光盘标签（溶剂会破坏标签面和保护层）； • 把光盘放在远离污垢或异物处； • 把光盘放在盒内垂直置于光盘架内存放； • 使用后立即把光盘放回光盘盒； • 不使用的光盘保存在串轴盒或光盘盒内，尽量减少环境变化的影响；

35. 正确使用光盘，要求做到： • 在准备刻录光盘前才拆除串轴盒或光盘盒外的塑封包装； • 长期存档光盘放置在空气洁净的冷、干、暗的环境中，相对湿度变化范围为20-50%，温度变化范围为4℃-20℃； • 擦拭光盘去除光盘上灰尘、异物、污斑、指纹和液体，要用干净的棉布从光盘的中心沿半径方向朝光盘的外缘擦拭； • 使用去离子水（最好）、蒸馏水或软性的自来水来清洁光盘，对实在难以清洁的，使用稀释的清洁剂或擦拭酒精。用无绒布或擦镜纸做湿的擦洗和拭干； • 刻录光盘前要检查光盘表面。

36. 正确使用光盘，不要做： • 用手和其他东西接触光盘表面； • 弯曲光盘； • 长期在水平状态存放光盘； • 在没有准备刻录光盘时打开光盘包装； • 把光盘曝露在高温、高湿环境中； • 把光盘曝露在温、湿度迅变的环境中； • 把光盘长时间曝露在日光或紫外光下；

37. 正确使用光盘，不要做： • 在光盘的激光读出面数据区书写标签； • 用硬笔在光盘标签面书写标签； • 写好标签后又擦掉重写； • 用标签纸粘贴在光盘标签面； • 沿光盘的圆周方向擦拭光盘。 对CD-R光盘尤其要注意，不要做： • 划伤光盘的标签面； • 用钢笔、铅笔和有尖端的标记笔在光盘上书写； • 用含有溶剂的标签笔在光盘上书写； • 试图剥掉标签或把标签移位。

38. 光盘刻录机的选择、使用和寿命 • 为了保证电子文件被正确无误地刻录在存档光盘上，刻录用的光盘刻录机必须严格选择。选择的条件是：销量较大的优秀品牌及型号（刻录性能较好，能维持较长期的供应）。选择时可征求光盘行业专家意见。 • 光盘刻录机的工作寿命即激光器的工作寿命，通常在3000小时左右。

39. 2006年中国光存储市场分析 • 各类光存储产品的市场占有率： （数据和图表均来自中关村在线调研中心 ）

40. 2006年中国光存储市场分析 • 各种光存储产品品牌的市场占有率： （数据和图表均来自中关村在线调研中心 ）

41. 2006年中国光存储市场分析 • 不同光存储产品的品牌拥有率分布状况 ： （数据和图表均来自中关村在线调研中心 ）

42. 2006年中国光存储市场分析 • DVD±R刻录机发展很快，DVD存储格式将逐步成为主流存储格式。 • 三星、华硕、明基、索尼、先锋、LG是主要品牌。 • 对CD-R刻录机，三星、华硕、明基、索尼占优势。 • 对DVD±R刻录机，先锋、华硕、三星、索尼占优势。

43. 光盘刻录机的选择原则 • 刻录机选择的一般原则：⑴，品牌（质量技术）；⑵，品牌的长期稳定性； ⑶市场占有量；⑷，与选用光盘的刻录匹配性。 • DVD±R刻录机选择应注意DVD-R标准由先锋倡导，DVD+R标准由飞利浦倡导，相应刻录机优先选用先锋和飞利浦及其代工厂商品牌； • 光盘刻录机的接口方式最好使用 SCSI接口，它在CPU资源占用和数据传输的稳定性方面较好； • 有独立电源的外置刻录机的散热性和密封性较好 ； • 缓存的大小是衡量光盘刻录机性能的重要技术指标之一 ； • 选择更新的Firmware版本，有利于提高刻录机的整体性能和使用效率。

44. 光盘刻录机的正确使用和维护 为保证光盘刻录机的优秀刻录性能，并延长其使用寿命，必须正确使用和维护光盘刻录机： • 刻录机在规定的使用环境工作（洁净、温度、湿度）； • 保证稳定的供电条件； • 选择适当刻录速度（中速）； • 选择适当刻录软件，关注软件是否有升级或补丁； • 选择优质光盘刻录，减轻对刻录机的负担； • 最好使用CD-R刻录机刻录CD-R光盘，DVD±R刻录机刻录DVD±R光盘，而不使用Combo机；

45. 光盘刻录机的正确使用和维护 • 刻录光盘时关闭所有其他的应用程序（包括：杀毒、fax modem、电子邮件、电源管理和屏幕保护以及其他应用程序 ）； • 注意光盘容量，不要满刻甚至超刻； • 尽量使用一次刻录完（DAO），不要使用多次分段刻录（Multi Session）； • 刻录大量小文件时，最好要先对存放文件的硬盘进行碎片整理，然后再将欲刻录的文件拷入，否则发生读取错误的几率会大大增加； • 在进行多份拷贝之前，一般最好先制作待刻光盘的映象文件到硬盘中，然后再进行拷贝，以减少出错的概率；

46. 光盘刻录机的正确使用和维护 • 刻录机长期工作会导致激光器升温，波长漂移，刻录光斑功率密度降低，光盘刻录质量下降。另外机内温度过高会引起光盘形变，影响聚焦伺服。因此，刻录机应有较好的通风，长期连续刻录要安排适当时间“休息”； • 刻录机在连续工作2个月左右，如发现功率下降，应送专业维修单位调整激光器电流，校准功率后继续使用； • 一般刻录机的MTBF是25,000到50,000小时，一般都有一年的质保期； • 经常保持刻录机的清洁，定时清洁刻录机光学头，不要频繁的将刻录机的托盘暴露在外，以免灰尘进入刻录机内部； • 尽量不让刻录机做读盘工作 ，让刻录机专注于刻录 ，以提高刻录机使用寿命。

47. 刻录光盘归档前质量检查 • 归档前光盘的数据刻录质量与光盘的数据存档寿命相关，刻录质量好的保存时间长。 • 归档光盘目视检查：表面无划痕、无指纹。 • 主要检查电信号参数：CD类光盘的块错误率BLER 和DVD类光盘的内码奇偶校验错误PIE。 • 建议归档光盘参数指标： BLER<50，PIE<80。

48. 存档光盘的标签 存档光盘的正确标签方法可以避免损伤光盘信息层，保证光盘数据安全可靠。 • 推荐的光盘标签方法是在光盘盘面上喷墨打印 ，使用支持光盘盘面打印的喷墨打印机 ，在电脑上排版和操作打印机 。 • 也可用专门的“光盘标签笔”在光盘标签面直接书写 ，这种笔笔尖柔软，不会划伤光盘表面，墨水无溶剂，不会影响光盘保护层。 • 不能用硬笔在光盘标签面书写，会划伤光盘信息层； • 不要用粘贴不干胶的标签方式，会影响光盘的不平衡度。使光盘在高速旋转时产生力矩而引起振动，严重的会损坏光学头。

49. 存档光盘的备份 存档光盘按查阅使用频度，分成普通级和频繁级。 • 普通级存档光盘一式3份，一份供查阅使用，一份封存保管，一份异地保存。 • 频繁级存档光盘一式4（或更多）份，二份供查阅使用，一份封存保管，一份异地保存。

50. 存档光盘的运输、贮存、工作和检测的环境条件存档光盘的运输、贮存、工作和检测的环境条件 • 存档光盘的运输、贮存、工作和检测的环境条件如下： （各种环境的温湿度范围控制得越严，梯度变化控制得越小，对存档光盘的寿命越有利。）