光盤(英語:Optical disc,又譯作光碟)于1965年由美國發(fā)明家詹姆斯·拉塞爾(英語:James Russell (inventor))發(fā)明,當(dāng)時所存儲的格式仍以模擬信號(Analog)為主。它是用激光掃描的記錄和讀出方式保存信息的一種介質(zhì)。大約在1990年代中期時開始普及,具有存放大量資料的特性,1片12cm的CD-R約可存放1小時的MPEG1的視頻,或74分鐘的音樂,或680MB的資料。
光盤介紹如下:
從主要結(jié)構(gòu)來講,CD、DVD光盤的結(jié)構(gòu)是一致的,只不過,它們的厚度和用料有所不同。在上面的介紹中,我們提到CD光盤的厚度為1.2mm,這個厚度是否可以改變?回答是否定的。
光盤在實際應(yīng)用中,讀取和燒錄CD、DVD、藍(lán)光光盤的激光是不同的。大家都知道,CD的容量只有700MB左右,而DVD則可以達(dá)到4.7GB,而藍(lán)光光盤更是可以達(dá)到25GB。它們之間的容量差別,同其相關(guān)的激光光束的波長密切相關(guān)。
一般而言,光盤片的記錄密度受限于讀出的光點大小,即光學(xué)的繞射極限(Diffraction Limit) ,其中包括激光波長λ,物鏡的數(shù)值孔徑NA。所以傳統(tǒng)光盤技術(shù)要提高記錄密度,一般可使用短波長激光或提高物鏡的數(shù)值孔徑使光點縮小,例如CD(780nm,NA:0.45)提升至DVD(650nm,NA:0.6),再到Blu-ray Disc盤片(405nm,NA:0.85)。
對于CD光盤,其激光波長為780nm,物鏡的數(shù)值孔徑NA為0.45,激光束會集到一點的距離需要1.2mm,這就決定了CD光盤基板的厚度為1.2mm。不管是CD光盤的基板過厚,還是過薄,激光束都不能會集到一點,從而嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的燒錄和讀取。
從圖2中我們可以看到,DVD光盤的激光波長為650nm,物鏡的數(shù)值孔徑NA為0.6,而激光束會集到一點的距離只需要0.6mm,這決定DVD光盤基板的厚度為0.6mm。不過,0.6mm的厚度太薄,其制造出來的光盤也會因為太薄而容易折斷。因此,在DVD的實際制造過程中,會把兩片0.6mm厚的基板迭合在一起,共同組成1.2mm的厚度。當(dāng)然,在這種情況下,只有一片基板在記錄數(shù)據(jù),而另一片基板則完全起保護(hù)的作用。
光盤介紹如下:
光盤是以光信息做為存儲的載體并用來存儲數(shù)據(jù)的一種物品。分不可擦寫光盤,如CD-ROM、DVD-ROM等;和可擦寫光盤,如CD-RW、DVD-RAM等。
光盤是利用激光原理進(jìn)行讀、寫的設(shè)備,是迅速發(fā)展的一種輔助存儲器,可以存放各種文字、聲音、圖形、圖像和動畫等多媒體數(shù)字信息。
光盤定義:即高密度光盤(Compact Disc)是近代發(fā)展起來不同于完全磁性載體的光學(xué)存儲介質(zhì)(例如:磁光盤也是光盤),用聚焦的氫離子激光束處理記錄介質(zhì)的方法存儲和再生信息,又稱激光光盤。
光盤是如何造出來的?
要了解光盤的制造原理,首先就要了解光盤的結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)同制造過程密切相關(guān)。大家都知道,光盤只是一個統(tǒng)稱,它分成兩類,一類是只讀型光盤,其中包括CD-Audio、CD-Video、CD-ROM、DVD-Audio、DVD-Video、DVD-ROM等;另一類是可記錄型光盤,它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD+R、DVD+RW、DVD-RAM、Double layer DVD+R等各種類型。
根據(jù)光盤結(jié)構(gòu),光盤主要分為CD、DVD、藍(lán)光光盤等幾種類型,這幾種類型的光盤,在結(jié)構(gòu)上有所區(qū)別,但主要結(jié)構(gòu)原理是一致的。而只讀的CD光盤和可記錄的CD光盤在結(jié)構(gòu)上沒有區(qū)別,它們主要區(qū)別在材料的應(yīng)用和某些制造工序的不同,DVD方面也是同樣的道理。我們就以CD光盤為例進(jìn)行講解。
我們常見的CD光盤非常薄,它只有1.2mm厚,但卻包括了很多內(nèi)容。從圖1中可以看出,CD光盤主要分為五層,其中包括基板、記錄層、反射層、保護(hù)層、印刷層等。我們分別進(jìn)行說明。
光盤結(jié)構(gòu)有哪些?
基板
它是各功能性結(jié)構(gòu)(如溝槽等)的載體,其使用的材料是聚碳酸酯(PC),沖擊韌性極好、使用溫度范圍大、尺寸穩(wěn)定性好、耐候性、無毒性。一般來說,基板是無色透明的聚碳酸酯板,在整個光盤中,它不僅是溝槽等的載體,更是整體個光盤的物理外殼。CD光盤的基板厚度為1.2mm、直徑為120mm,中間有孔,呈圓形,它是光盤的外形體現(xiàn)。光盤之所以能夠隨意取放,主要取決于基板的硬度。
在讀者的眼里,基板可能就是放在最底部的部分。不過,對于光盤而言,卻并不相同。如果你把光盤比較光滑的一面(激光頭面向的一面)面向你自己,那最表面的一面就是基板。需要說明的是,在基板方面,CD、CD-R、CD-RW之間是沒有區(qū)別的。
記錄層
這是燒錄時刻錄信號的地方,其主要的工作原理是在基板上涂抹上專用的有機染料,以供激光記錄信息。由于燒錄前后的反射率不同,經(jīng)由激光讀取不同長度的信號時,通過反射率的變化形成0與1信號,借以讀取信息。到2013年市場上存在三大類有機染料:花菁(Cyanine)、酞菁(Phthalocyanine) 及偶氮(AZO)。
一次性記錄的CD-R光盤主要采用(酞菁)有機染料,當(dāng)此光盤在進(jìn)行燒錄時,激光就會對在基板上涂的有機染料,進(jìn)行燒錄,直接燒錄成一個接一個的"坑",這樣有"坑"和沒有"坑"的狀態(tài)就形成了‘0'和‘1'的信號,這一個接一個的"坑"是不能恢復(fù)的,也就是當(dāng)燒成"坑"之后,將永久性地保持現(xiàn)狀,這也就意味著此光盤不能重復(fù)擦寫。這一連串的"0"、"1"信息,就組成了二進(jìn)制代碼,從而表示特定的數(shù)據(jù)。
在這里,需要特別說明的是,對于可重復(fù)擦寫的CD-RW而言,所涂抹的就不是有機染料,而是某種碳性物質(zhì),當(dāng)激光在燒錄時,就不是燒成一個接一個的"坑",而是改變碳性物質(zhì)的極性,通過改變碳性物質(zhì)的極性,來形成特定的"0"、"1"代碼序列。這種碳性物質(zhì)的極性是可以重復(fù)改變的,這也就表示此光盤可以重復(fù)擦寫。
反射層
這是光盤的第三層,它是反射光驅(qū)激光光束的區(qū)域,借反射的激光光束讀取光盤片中的資料。其材料為純度為99.99%的純銀金屬。
這個比較容易理解,它就如同我們經(jīng)常用到的鏡子一樣,此層就代表鏡子的銀反射層,光線到達(dá)此層,就會反射回去。一般來說,我們的光盤可以當(dāng)作鏡子用,就是因為有這一層的緣故。
保護(hù)層
它是用來保護(hù)光盤中的反射層及染料層防止信號被破壞。材料為光固化丙烯酸類物質(zhì)。市場使用的DVD+/-R系列還需在以上的工藝上加入膠合部分。
印刷層
光盤印刷層印刷盤片的客戶標(biāo)識、容量等相關(guān)資訊的地方,這就是光盤的背面。其實,它不僅可以標(biāo)明信息,還可以起到一定的保護(hù)光盤的作用。
光盤的誕生結(jié)束了錄像帶音像時代。
保護(hù)方法有哪些?
隨著VCD、DVD機的廣泛使用,幾乎每家都有些光盤,光盤高清逼真的音質(zhì)及清晰的影像已被眾多的人士所喜愛,而正確地保養(yǎng)光盤會令你長久享受到純正的原聲原味。
光盤因受天氣、溫度的影響,表面有時會出現(xiàn)水氣凝結(jié),使用前應(yīng)取干凈柔軟的棉布將光盤表面輕輕擦拭。
光盤放置應(yīng)盡量避免落上灰塵并遠(yuǎn)離磁場。取用時以手捏光盤的邊緣和中心為宜。
光盤表面如發(fā)現(xiàn)污漬,可用干凈棉布蘸上專用清潔劑由光盤的中心向外邊緣輕揉,切勿使用汽油、酒精等含化成份的溶劑,以免腐蝕光盤內(nèi)部的精度。
光盤在閑置時嚴(yán)禁用利器接觸光盤,以免劃傷。若光盤被劃傷會造成激光束與光盤信息輸出不協(xié)調(diào)及信息失落現(xiàn)象,如果有輕微劃痕,可用專用工具打磨恢復(fù)原樣。
光盤在存放時因厚度較薄、強度較低,在疊放時以10張之內(nèi)為宜,超之則容易使光盤變形影響播放質(zhì)量。
光盤若出現(xiàn)變形,可將其放在紙袋內(nèi),上下各夾玻璃板,在玻璃板上方壓5公斤的重物,36小時后可恢復(fù)光盤的平整度。
對于需長期保存的重要光盤,選擇適宜的溫度尤為重要。溫度過高過低都會直接影響光盤的壽命,保存光盤的最佳溫度以攝氏20度左右為宜。
光盤存儲信息:
CD-ROM盤是單面盤,不做成雙面盤的原因,不是技術(shù)上做不到,而是做一片雙面盤的成本比做兩片單面盤的成本之和還要高。因此,CD-ROM盤有一面專門用來印制商標(biāo),而另一面用來存儲數(shù)據(jù)。激光束必須穿過透明襯底才能到達(dá)凹坑,讀出數(shù)據(jù),因此,盤片中存放數(shù)據(jù)的那一面,表面上的任何污損都會影響數(shù)據(jù)的讀出性能。編碼 為了在物理介質(zhì)上存儲數(shù)據(jù),必須把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適于在介質(zhì)上存儲的物理表達(dá)形式。習(xí)慣上,把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后得到的各種代碼稱為通道碼。之所以叫通道碼,是因為這些代碼要經(jīng)過通信通道。通道碼并不是什么新概念,磁帶、磁盤、網(wǎng)絡(luò)都使用通道碼??梢哉f,所有高密度數(shù)字存儲器都使用0和1表示的通道碼。如軟磁盤,它就使用了改進(jìn)的調(diào)頻制(MFM,Modified Frequency Modulation)編碼,通過MFM編碼把數(shù)據(jù)變成通道碼。CD-ROM和CD-DA一樣,把一個8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成14位的通道碼,稱為8-14調(diào)制編碼,記為EFM(Eight-to-Fourteen Modulation)。根據(jù)通道碼可以確定光盤凹坑和非凹坑的長度。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由于CD-ROM產(chǎn)生的技術(shù)背景是CD-DA,加上其螺旋形線型光道結(jié)構(gòu)、以恒定線速度(CLV)轉(zhuǎn)動、容量大等諸多因素,導(dǎo)致CD-ROM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比硬磁盤和軟磁盤的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多。CD-ROM盤區(qū)劃分為三個區(qū),即導(dǎo)入?yún)^(qū)(Lead-in Area)、用戶數(shù)據(jù)區(qū)(User Data Area和導(dǎo)出區(qū)(Lead-out Area)。這三個區(qū)都含有物理光道。所謂物理光道是指360°一圈的連續(xù)螺旋形光道。這三個區(qū)中的所有物理光道組成的區(qū)稱為信息區(qū)(Information Area)。在信息區(qū),有些光道含有信息,有些光道不含信息。含有信息的光道稱為信息光道(Information Track)。每條信息光道可以是物理光道的一部分,或是一條完整的物理光道,也可以是由許多物理光道組成。信息光道可以存放數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、音響信息、圖像信息等。含有用戶數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的信息光道稱為數(shù)字光道,記為DDT(Digital Date Track);含有音響信息的光道稱為音響光道,記為ADT(Audio Track)。一片CD-ROM盤,既可以只有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)光道,也可以既有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)光道,又有音響光道。在導(dǎo)入?yún)^(qū)、用戶數(shù)據(jù)區(qū)和導(dǎo)出區(qū)這三個區(qū)中,都有信息光道。不過導(dǎo)入?yún)^(qū)只有一條信息光道,稱為導(dǎo)入光道(Lead-in Track);導(dǎo)出區(qū)也只有一條信息光道,稱為導(dǎo)出光道(Lead-out Track)。用戶數(shù)據(jù)記錄在用戶數(shù)據(jù)區(qū)中的信息光道上。所有含有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的信息光道都要用扇區(qū)來構(gòu)造,而一些物理光道則可以用來把信息區(qū)中的信息光道連接起來。
錯誤檢測與糾正 激光盤同磁盤、磁帶一類的數(shù)據(jù)記錄媒體一樣,受到盤的制作材料的性能、生產(chǎn)技術(shù)水平、驅(qū)動器以及使用人員水平等的限制,從盤上讀出的數(shù)據(jù)很難完全正確。據(jù)有關(guān)研究機構(gòu)測試和統(tǒng)計,一片未使用過的只讀光盤,其原始誤碼率約為3×10-4;有傷痕的盤約為5×10-3。針對這種情況,激光盤存儲采用了功能強大的錯誤碼檢測和糾正措施,采用的具體對策歸納起來有三種:(1) 錯誤檢測碼EDC(Error Detection Code)。采用CRC碼(cyclic Redundancy Code)檢測讀出數(shù)據(jù)是否有錯。CRC碼有很強的檢錯功能,但沒有開發(fā)它的糾錯功能,因此只用它來檢錯。(2) 錯誤校正碼或稱為糾錯碼ECC(Error Correction Code)。采用里德-索洛蒙碼,簡稱為RS碼,進(jìn)行糾錯。RS碼被認(rèn)為是性能很好的糾錯碼。(3) 交差里德-索洛蒙碼CIRC(Cross Interleaved Reed-Solomon Code)。這個碼可以理解為在用RS編譯碼前后,對數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和交叉處理。