第三章-光信息存储技术与光盘
光学信息储存技术及其应用
光学信息储存技术及其应用随着信息技术和电子商务的发展，人们对信息存储的需求也不断增加。
现有的信息存储技术主要包括磁盘、固态硬盘等，它们都有着各自的优点和不足。
而另一种信息存储技术，光学存储技术，在过去的几十年里也不断发展壮大，成为了相当重要的一种信息存储技术。
本文将介绍光学信息储存技术的发展、原理和应用。
一、光学信息储存技术的发展光学存储技术在二十世纪六七十年代逐渐被应用到光盘和激光唱片等领域。
然而，这些产品比较脆弱，只能承受较低的光密度和存储容量。
在1983年，Philips公司和Sony公司联合研发出了一种新的光学存储技术——CD，它的存储容量达到了650MB。
此后，CD成为了音频和视频储存的主要媒介。
同时，CD的成功也促使出现了DVD和蓝光光盘等容量更大的储存媒介。
除了光盘之外，光学存储技术还涉及到Kerr效应、材料的量子隧穿现象、非线性光学现象等物理现象。
这些领域的研究不仅深化了人们对光学现象的认识，而且也推动了光学存储技术的进一步发展。
二、光学信息储存技术的原理光学信息储存技术的主要原理是利用激光来进行信息的写入、读取和擦除。
在CD等光盘中，信息是以螺旋形的条纹(被称之为"凹坑")的形式存于盘面上的。
当盘片旋转时，激光扫描到盘面的凹坑处被反射，非凹坑处不反射，通过此判断信息的1和0。
同时，CD等光盘还利用了复合材料的光学性质。
这些材料可在受激光照射时发生物理或化学变化，使得光的透过程度或折射率发生明显变化，进而记录信息。
此外，激光的波长和功率也是光学信息储存技术中的关键参数。
不同的激光波长和功率会影响到光盘内信息的存储密度和储存容量。
三、光学信息储存技术的应用光学信息储存技术在音频、影音等领域广泛应用，但在数据中心和数据备份等领域，其应用也越来越广泛。
首先，光盘的可携带性和数据稳定性使它成为数据备份的重要手段。
光盘能够存储大量数据，且不易受到物理和环境影响，能够长期保存数据。
光信息存储技术及性能指标概述
文字出现
光盘应用
磁盘产生
光信息存储技术：利用特定波长的光作为信息的读写工具，从 信息存储介质中读出或向信息存储介质中写入信息。
光信存储光源：激光（相干性、单色性、方向性）
全息存储
光 信
利用全息照相原理，将信息存储在记录介质中，读出时，
息 通过光电探测器将光信号再转变成电信号输出。
存 储
逐点存储
分 通过受信号调制的激光束与记录介质相互作用时产生的状
类 态变化逐点记录信号，读出时再用激光束投射到记录介质
表面，从反射光的强度变化中读出信息。
光信息存储技术优点：
1、信息存储密度高 2、易于快速随机存取 3、能存储图像和数字两种信息 4、价格低廉，使用方便 5、保存方便，且不易丢失
光信息存储技术性能指标: 1、存储容量：存储单元的数量 2、存储密度：存储器单位面积上所能记存的数的多少 3、存储周期：存或取一个数据所需要的时间
光盘的保存原理
光盘的保存原理光盘保存原理主要包括信息存储原理和信息读取原理两个方面。
一、信息存储原理：光盘的信息存储原理主要基于光学技术。
光盘上的数据是以数字化的方式存储的，通过将数字信号转换为光信号，再通过光学读取器将光信号转换回数字信号进行读取。
1. 数字数据转换为光信号：光盘上的数据是以蓝色或绿色激光光束在有机染料层或金属反射层上刻录而成。
光盘的表面有一层保护膜，可以防止划痕和污损。
当数字数据要存储在光盘上时，首先将数字数据转换为二进制码，接着通过激光束的强弱来控制染料层或反射层的改变来记录数据。
激光光束经过透镜系统聚焦后，能够改变反射层或染料层的反射率或透过率，从而记录下特定的信息。
2. 光信号转化为数字数据：当需要读取光盘上的数据时，激光发射器发出的激光束照射到光盘上，经由光学系统的聚焦后，反射或透过的光束经过一个光敏器件进行检测。
通过检测到的光的强度和改变，就能够还原出数字数据。
二、信息读取原理：光盘的信息读取原理主要基于激光和光敏元件的作用。
1. 激光的作用：在读取光盘上的数据时，激光器会发射一束激光束照射到光盘表面。
由于光盘上的数据是以亮暗的方式存储的，即有一系列凸起和凹陷的微小的螺旋槽，光束当中的激光会因为光盘表面的凸起和凹陷而发生反射或衍射，形成干涉和散射。
通过改变激光的强弱，可以通过光学系统达到控制光散射和反射的效果。
2. 光敏元件的作用：光盘读取时，反射或透过的光经过光学系统后，会进入光电二极管或光电移位寄存器等光敏元件中。
光敏元件能够将光信号转化为电信号，通过光敏元件的电压或电流变化，就能够实现将光信号转化为数字信号。
综上所述，光盘的保存原理主要包括信息存储和信息读取原理。
信息存储是通过将数字数据转换为光信号，通过光束的强弱来控制光盘表面的反射率或透过率实现数据记录；信息读取是通过激光的照射和光敏元件的检测，将记录在光盘上的光信号转化为电信号，再将电信号转化为数字信号进行读取。
这种基于光学技术的信息存储和读取原理，使光盘成为了一种便捷、可靠的数据储存介质。
光盘存储的原理光存储是由光盘表面的介质影响的，光盘上有凹凸不
光盘存储的原理光存储是由光盘表面的介质影响的，光盘上有凹凸不平的小坑，光照射到上面有不同的反射，再转化为0、1的数字信号就成了光存储。
光存储简介当然光盘外面还有保护膜，一般看不出来，不过你能看出来有信息和没有信息的地方。
刻录光盘也是这样的原理，就是当刻录的时候光比较强，烧出了不同的凹凸点。
光盘只是一个统称，它分成两类，一类是只读型光盘，其中包括CD-Audio、CD-Video、CD-ROM、DVD-Audio、DVD-Video、DVD-ROM等；另一类是可记录型光盘，它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD+R、DVD+RW、DVD-RAM、DoublelayerDVD+R等各种类型。
随着光学技术、激光技术、微电子技术、材料科学、细微加工技术、计算机与自动控制技术的发展，光存储技术在记录密度、容量、数据传输率、寻址时间等关键技术上将有巨大的发展潜力。
在下一个世纪初，光盘存储将在功能多样化，操作智能化方面都会有显著的进展。
随着光量子数据存储技术、三维体存储技术、近场光学技术、光学集成技术的发展，光存储技术必将在下一世纪成为信息产业中的支柱技术之一。
光存储的原理无论是CD光盘、DVD光盘等光存储介质，采用的存储方式都与软盘、硬盘相同，是以二进制数据的形式来存储信息。
而要在这些光盘上面储存数据，需要借助激光把电脑转换后的二进制数据用数据模式刻在扁平、具有反射能力的盘片上。
而为了识别数据，光盘上定义激光刻出的小坑就代表二进制的“1”，而空白处则代表二进制的“0”。
DVD盘的记录凹坑比CD-ROM更小，且螺旋储存凹坑之间的距离也更小。
DVD存放数据信息的坑点非常小，而且非常紧密，最小凹坑长度仅为μm，每个坑点间的距离只是CD-ROM的50%，并且轨距只有μm。
CD光驱、DVD光驱等一系列光存储设备，主要部分就是激光发生器和光监测器。
光驱上的激光发生器实际上就是一个激光二极管，可以产生对应波长的激光光束，然后经过一系列的处理后射到光盘上，然后经由光监测器捕捉反射回来的信号从而识别实际的数据。
光存储技术
第七讲光存储技术本章内容一、概述二、光盘存储三、全息存储技术一、概述什么是信息的光存储？利用光子与物质的作用，将各种信息如图像、语言、文字以及相关数据记录下来，需要时再将其读出。
绘画和文字是人类文明中最生动的光存储方式。
照相和电影是光学存储技术的重大成就。
1、光存储2、光存储原理及分类（1）原理：只要材料的某种性质对光敏感，在被信息调制过的光束照射下，能产生物理、化学性质的改变，并且这种改变能在随后的读出过程中使读出光的性质发生变化，都可以作为光学存储的介质。
（2）分类按介质的厚度：面存储、体存储；按数据存取：逐位存储、页面并行式存储； 按鉴别存储数据：位置选择存储、频率选择存储等。
3、光存储的特点（1）存储密度高信息的存储密度表征单位面积或单位体积可存储的二进制位数（bit/cm2，bit/cm3），用以表示各种存储方法的性能指标。
电子存储器的存储密度约104－106 bit/cm2，即使是超大规模集成电子存储器也不会超过106 bit/cm2。
光学存储器的理论极限值：面存储密度为1/λ2；体存储密度为1/λ3 。
按λ=500 nm 计算，存储密度为1 Tbit/cm3。
3、光存储的特点（2）并行程度高光子之间不会相互作用，因而光计算的并行处理能力远远高于电子计算。
提供并行输入输出和数据传输。
（3）抗电磁干扰光子不荷电，抗电磁干扰。
（4）存储寿命长磁存储2—3年；光存储10年以上。
（5）非接触式读／写信息（6）信息价格位低价格可比磁记录低几十倍。
本章内容一、概述二、光盘存储三、全息存储技术二、光盘存储自60年代末美国ECD及IBM公司共同研制出第一片光盘以来，光盘存储技术发展之迅速出人意料。
激光唱片(CompactDisk，CD)激光视盘(LaserVideo—Disk，LVD)：LD，VCD，DVD……。
计算机外存设备：光盘1 、光盘存储的原理激光经聚焦后可在记录介质中形成极微小的光照微区(直径为光波长的线度，即1μm 以下)，使光照部分发生物理和化学变化，从而使光照微区的某种光学性质(反射率、折射率、偏振特性等)与周围介质有较大反衬度，可以实现信息的存储。
光信息存储技术
光信息存储技术在当今信息爆炸的时代，数据的存储和处理需求呈指数级增长。
光信息存储技术作为一种新兴的、具有巨大潜力的存储手段，正逐渐引起人们的广泛关注。
光信息存储技术，简单来说，就是利用光来记录和读取信息的技术。
它与传统的磁存储和电存储技术相比，具有许多独特的优势。
首先，光存储具有极高的存储密度。
这意味着在相同的物理空间内，光存储能够容纳更多的数据。
想象一下，一张小小的光盘就可以存储数部高清电影或者成千上万的文档，这在很大程度上节省了存储空间。
而且，随着技术的不断进步，光存储的密度还在不断提高，未来有望实现更大容量的存储。
其次，光存储的稳定性非常出色。
光存储介质不像磁盘那样容易受到磁场干扰，也不像闪存那样存在写入次数的限制。
这使得光存储的数据能够长期保存，并且在恶劣的环境条件下也能保持其完整性。
对于那些需要长期保存的重要数据，如历史档案、科研资料等，光存储无疑是一种可靠的选择。
再者，光存储的读取速度也相当快。
通过激光束的快速扫描，可以迅速获取存储在光盘上的信息。
这使得在处理大量数据时，能够大大提高工作效率。
那么，光信息存储技术是如何实现的呢？目前常见的光存储技术主要包括光盘存储和全息存储。
光盘存储是我们比较熟悉的一种形式，例如 CD、DVD 和蓝光光盘等。
在光盘的表面，有许多微小的凹坑和平面，这些凹坑和平面的排列方式代表了二进制的数据“0”和“1”。
当激光照射到光盘表面时，根据反射光的强弱变化，就可以读取到存储的信息。
而全息存储则是一种更为先进的技术。
它利用光的干涉原理，将数据以三维的方式存储在介质中。
与传统的平面存储方式不同，全息存储可以在同一空间内存储多个数据页，从而极大地提高了存储容量。
在光信息存储技术的发展过程中，材料的研究也至关重要。
优质的存储材料需要具备良好的光学性能、物理化学稳定性以及可加工性。
目前，研究人员正在不断探索新的材料，如有机聚合物、纳米材料等，以进一步提高光存储的性能。
然而，光信息存储技术也面临着一些挑战。
光学信息存储技术的研究与应用
光学信息存储技术的研究与应用光学信息存储技术是一种利用光学原理来实现信息的存储和读取的技术。
在光学信息存储技术中，物理定律和实验是不可或缺的重要组成部分。
本文将对光学信息存储技术的研究与应用进行详细阐述，包括物理定律的应用、实验准备和过程、实验的应用以及其他专业性角度。
首先从物理定律的角度来看，光学信息存储技术主要基于光学现象和光的性质进行研究和应用。
光学定律中的斯涅尔定律、费马原理和折射定律等对光的传播、折射和反射等过程提供了基本的理论依据。
在光学信息存储技术中，可以利用这些定律来实现信息的编码和解码，从而实现信息的存储和读取。
例如，通过斯涅尔定律可以实现激光束的聚焦，从而提高信息存储的密度和容量。
在进行光学信息存储实验之前，首先需要进行实验准备。
这包括选择合适的实验设备和材料，并进行相应的调整和校准。
常见的实验设备包括激光器、光学镜片、光学透镜、光学光纤等。
实验材料可以是光学纳米材料、光敏材料、光学介质等。
同时，还需要搭建合适的实验平台和系统，以确保实验的稳定性和可重复性。
在实验进行过程中，关键的一步是光学信息的编码和写入。
这需要利用所选材料的特殊性质或响应特性来实现。
例如，可以利用光敏材料的光致变色性质来实现信息的编码和写入。
具体来说，可以利用激光的光强和波长的控制，通过光致变色效应改变材料的吸收光谱或产生光学波导结构，从而实现信息的编码和写入。
此外，还可以利用激光的干涉效应、散射效应等来实现信息的编码和写入，进一步提高信息存储的容量和速度。
光学信息存储技术具有广泛的应用前景。
其主要应用领域包括数字存储、光存储器、光盘、光磁记录和光存储器件等。
其中，数字存储是光学信息存储技术的一个重要应用领域。
通过光学信息存储技术，可以实现大容量、高速度、长寿命的数字存储器件。
与传统的磁性存储器件相比，光学存储器件具有更高的存储密度和更快的读写速度。
此外，光学信息存储技术还可以应用于光纤通信、光学计算、光学传感等领域，为新型光学设备和系统的发展提供基础。
光信息存储
访问时间可以做到在200毫秒以下。
一、光全息存储关键技术及原理
双色记录
全息数据记录的设备在双色全息记录的过程中， 参考光和信号光固定使用一个特殊的波长（绿光、 红光、甚至红外光），而敏化光束为一个单独的短 波长激光（蓝光或者紫外光）。敏化光束用来使材 料在记录过程之前和之后变得敏感，而信息将通过 参考光和信号光在晶体中记录下来。在读取的过程 中，仍然通过单独照射参考光来实现，由于参考光 波长较长，它无法在使被束缚的电子在读取阶段激 发，因此需要短波长的敏化光来擦除记录的信息。
关于光全息存储的探讨
光信息1001 唐丽红
目录
一、光全息存储关键技术及原 理 二、光全息存储的性能表征 三、光全息存储材料 四、光全息存储应用前景
光全息存储的提出
1984年， DennisGabor在 为提高电子显微镜 的分辨率时提出 1991年， 光驱问世； 1993年，第二代 MPC规格问世 1995年夏， Multimdeia PCWork ing Group公布第三代 规格标准，光驱速度提 高到四倍速。
全息光存储 的巨大竞争 力体现在它 所具有的超 大存储容量、 超高存储密 度和越快的 存取速度等 方面。 Inphase公 司和 Optware公 司已经在这 一领域中迈 出了坚实的 步伐，取得 了令人瞩目 的成就
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2 2
3
参考文献
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一、光全息存储关键技术及原理
多媒体技术与应用第3章多媒体存储技术
光盘的尺寸多种多样，主要尺寸为5.25in和3.5in。3.5in盘尺寸较小，携带方便。 2．光驱读盘方式
光驱有三种不同读取方式: (1) 恒定角速度方式CAV（Constant Angular Velocity）
优点是读取光驱的转速不变，可使其可靠性和寿命大为加强。缺点在于读取 光盘内外圈的数据时，传输速率不一样，这就无法体现高速光驱性能的优越 性。
5．数据传输速率
数据传输速率一般是指单位时间内光盘驱动器送出的数据比特数，通常我们是以 多少倍速来描述数据传输率。在制定CD－ROM标准时，把150KB/s的传输率定为 标准，后来驱动器的传输速率越来越快，目前CD-ROM读取速度能达到56倍速或 者 更 高 。 以 50 倍 速 的 CD － ROM 为 例 ， 理 论 上 的 数 据 传 输 率 应 为 ： 150×50=7500KB/s。一般来说，高倍速光驱的标称值只是在理想情况下读取光盘 外圈数据时的最高速度，实际应用中多数时间达不到这个理想状态。
2021/2/21
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3.2.1 CD的种类及特点
3.2 CD
1．CD-DA
CD-DA(Compact Disc-Digital Audio)称为数字音乐光盘，又称作激光唱盘，用 来存储数字音频信息，如音乐，歌曲等，可以在所有的CD音响上来播放音乐。 由于其可以记录高品质声音，所以数年内即风行全世界，其它规格的光盘均以 此为基础而发展起来的。CD-DA把模拟的声音信号通过采样、量化转换成数 字信号，采用数字方式记录声音信息。音频数据存放在一个或多个光道 （Tracks）上。每一条光道通常是一首歌曲。一张CD唱盘理论上可容纳约74 分钟的立体声音乐信号。如图3-3所示，是一张CD-DA唱盘的光道结构，其中 有14条光道，对应14首乐曲。
光学信息存储技术研究
光学信息存储技术研究随着信息技术的高速发展，数据存储已经成为了我们生活中一个必不可少的环节。
尤其在大数据时代，海量的数据需要更快、更安全、更稳定、更可靠地存储和传输，传统的数据存储技术已经大有不可为继。
而光学信息存储技术则成为了一种新的选择，它具有高密度、高速度、高可靠性等特点，在信息存储方面具有广泛的应用前景。
首先，了解一下光学信息存储技术是什么。
光学信息存储技术是一种通过激光在介质中刻录和读取信息的技术，在光学存储介质中通过变化的光散射或折射，来储存和读取数据。
其中，最常用的光学存储技术是激光光盘技术，包括CD、DVD、Blu-ray和选修光盘等。
最早的激光光盘（Compact Disc）是20世纪80年代初引入市场的，之后又出现了DVD和Blu-ray等高清光盘。
由于介质和设备技术的限制，这些光盘容量都相对有限，比如最开始的CD只有650MB，而DVD最大也就达到了8.5GB。
这远远不能满足现在多种场合下海量数据存储的需求。
因此，人们开始研究更高密度、更高容量、更高速度的光学存储技术。
近年来，各国的科技研究机构和大型企业都在积极探索光学存储技术的新方向。
其中，利用纳米技术制造高密度光学存储器件被认为是一个很有应用前景的技术方向之一。
来看看这一技术的实现方式。
首先需要准备一个纳米孔眼阵列，这个阵列由旋涂聚苯乙烯界面活性剂（PS-b-PDMS）薄膜制成。
这个薄膜包含了一大堆排列有序的纳米孔眼，每个孔眼都有600nm的直径和300nm的深度。
这些孔眼是通过拉伸PS-b-PDMS薄膜来制造的。
然后，将这个薄膜置于一块玻璃基底上，并用金属电极和纳米线分别构成两个金属电极，将其与一台电容器连接。
这些电极和电容器一起，形成了一个分子电容器。
接下来，将ILP液体分子放置在纳米孔眼内。
在下面的玻璃基底上施加一定的电压，使得这些分子倾向于朝向纳米孔眼靠拢，而不是扩散到界面活性剂中。
这样，这些分子就会集聚在纳米孔眼里形成晶格结构，这种晶格结构就代表存储的数字。
光盘储存技术的原理与方法
光盘储存技术的原理与方法光盘是一种可以用于储存数据的介质，其原理是使用激光将信息记录在光盘上。
在过去的几十年中，光盘储存技术一直是计算机领域中最重要的技术之一。
随着技术不断发展，光盘的容量和读写速度不断提高，同时其应用范围也不断扩大。
本文将详细介绍光盘储存技术的原理和方法。
一、光盘的结构与类型光盘通常包括两层塑料薄膜和一层铝薄膜。
最外面是一层塑料薄膜，用来保护内部的铝薄膜。
铝薄膜上被记录的信息是通过激光来读取的。
铝薄膜之下是另一层塑料薄膜，用来支撑光盘。
光盘有许多种类型，包括CD、DVD、BD等。
CD（Compact Disc）最初是由苹果公司和菲利浦公司协同开发并推广的。
这种光盘的直径是12厘米，可以储存最多700MB的数据。
CD的读写速度通常在1倍到52倍之间。
DVD（Digital Video Disk）是一种比CD更先进的光盘。
DVD 的直径仍为12厘米，但可以储存更多的数据。
标准的单层DVD可以储存4.7GB的数据，而双层DVD可以储存8.5GB的数据。
DVD的读写速度通常在1倍到16倍之间。
BD（Blu-ray Disc）是一种更高级的光盘。
它采用蓝紫色激光来记录信息，而不是CD和DVD所使用的红色激光。
这使得BD 可以储存更多的数据。
标准的单层BD可以储存25GB的数据，而双层BD可以储存50GB的数据。
BD的读写速度通常在1倍到16倍之间。
二、光盘储存技术的原理光盘储存技术的原理是利用激光将信息记录在铝薄膜上。
当激光照射在铝薄膜上时，光束会被散射。
然而，在特定的情况下，光束可以被聚焦到一定的大小，这就可以形成一个点，被称为焦点。
在记录信息时，激光的焦点会被移动并留下一条浅沟槽。
光盘上的数据是以二进制数字的形式被记录下来的，每一个槽代表一个0或一个1。
当激光读取这些浅沟槽时，光束会被反射回来。
这些反射的光束被收集并转换成数字信号，最终成为我们所看到的数字数据。
三、光盘储存技术的方法光盘储存技术的方法主要包括两个过程：记录和读取。
光学存储技术的发展与应用
光学存储技术的发展与应用第一章：引言光学存储技术是指利用激光或其他电磁波与材料之间的相互作用，将信息存储在介质中的技术。
随着现代信息技术的发展，光学存储技术已经成为了信息存储领域的一种重要技术，被广泛应用于数据备份、媒体制作、电子出版和科学研究等领域。
本文将从光学存储技术的发展历程、工作原理、应用范围等方面进行探讨，以期为读者更好地了解光学存储技术和其在信息化社会中的应用提供参考。
第二章：光学存储技术的发展历程在信息存储领域，人们一直在寻找更加高效、可靠、容量更大的存储介质。
最初的计算机存储介质是磁性介质，例如磁带、磁盘。
然而，这些介质存在着自然衰减、容易受外部磁场影响的问题。
为了克服这些问题，科学家研发了光学存储技术。
最初的光学存储技术出现在20世纪60年代，磁光记录技术的出现使光学存储技术有了更加广阔的应用前景。
磁光记录技术结合了磁性材料和光学材料的优势，将光学存储的可靠性得以进一步提高。
20世纪90年代初，CD、DVD、蓝光光盘等存储介质基本上已经取代了磁性介质成为了主流存储介质，为数字媒体存储和数字出版等领域提供了重要的技术基础。
第三章：光学存储技术的工作原理光学存储技术的工作原理基于光和介质的相互作用。
在光学存储介质上，激光束将信息写入存储介质中，通过读取激光反射或透过的信号来读取信息。
CD、DVD和蓝光盘的工作原理都是类似的。
在读入或写入信息到盘片的时候，盘片会旋转。
通过旋转，读写头可以在盘片上移动，以找到特定的信息。
在CD和DVD中，信息以螺旋形编码在盘片上，而在蓝光盘中，则以更加密集的方式进行编码。
在写入信息时，激光发射器会将激光束定位在特定位置，并通过改变激光的强度来改变介质上的永久性反射或透射，从而写入信息到介质中。
在读取信息时，读取头会逐渐读取信息，这些信息以数字码的方式被发送到处理器中进行处理。
第四章：应用范围光学存储技术被广泛应用于数据备份、媒体制作、电子出版和科学研究等领域。
ppt3第三章 多媒体计算机系统常用硬件设备
3.2 CD-ROM盘片与数据结构
Mode 1和Mode 2两种方式的区别主要体现在下列几个方面： （1）存储的数据类型不同 Mode 1用于存储对误码率要求很高的数据，如计算机程序 或文本等数据；Mode 2用于存储对误码率要求不高的数据， 如图形、图像、动画、动态影像视频和声音等数据。 （2）存储的用户数据容量不同 Mode 1的用户数据容量为2048个字节，Mode 2的用户数据 容量为2336个字节。 （3）Mode 1和Mode 2数据读出的误码率不同 Mode 1读出的数据由CIRC校正后，若仍有错误，还要再进 行一次ECC纠错，其数据读出误码率小于10－12。Mode 2读 出的数据只经过CIRC校正，其数据读出误码率小于10－9。
概述
• 多媒体技术主要包括超文本处理、声音处理、图 像处理、大容量存储及多媒体通信等方面，将这些 技术集成到计算机系统中就称为多媒体计算机系统。 多媒体计算机系统的任务就是要完成多媒体信息 的获取、存储、组织和合成，最后以用户所要求的 形式表现出来。
完成这些任务需要使用大量的多媒体硬件设备，
•
•
主要内容
3.2 CD-ROM盘片与数据结构
CD-ROM盘片的光道与磁盘的磁道在形状上完全不同，磁盘上的磁道都 是同心圆，不同磁道上的扇区长度不同，数据按磁道和扇区存放。CDROM盘采用螺旋形光道，内外光道的位密度是相同的，光道上的扇区具 有相同的长度，数据以最大位密度紧凑存放，从而有效地利用了光盘上 的存储空间。
中职教育-《多媒体技术及应用教程》第三版课件：第3章 多媒体关键技术(电子工业出版社).ppt
DVD盘光道之间的间距由原来的1.6m m缩小到0.74m m， 而记录信息的最小凹凸坑长度由原来的0.83m m缩小到 0.4m m
3.1.5 DVD简介
• DVD概述
加大盘的数据记录区域也是提高记录容量的有效途径。 DVD盘的记录区域从CD盘的86 cm2提高到86.6 cm
提高DVD存储容量的另一个重要措施是使用盘片的两个 面来记录数据，以及在一个面上制作好几个记录层。当 然，这无疑会大大增加DVD盘的容量。
3.2.4 动态图像MPEG压缩编码技术
• 运动补偿预测 • 运动补偿插值
3.3 多媒体网络技术
3.3.1系统组成及特点 3.3.2音频和视频信息处理的网络需求 3.3.3多媒体通信网 3.3.4Internet 与TCP/IP
3.3.1 系统组成及特点
• 多媒体通信的体系结构 (5个方面) • 多媒体通信具有以下3个特点。
3.3.3 多媒体通信网
• 基于局域网的多媒体通信网
➢ 双绞线 ➢ 同轴电缆 ➢ 光缆 ➢ 无线通信 ➢ 卫星通信 ➢ 传输介质的选择
3.3.3 多媒体通信网
• 基于宽带网的多媒体通信网
➢ ISDN ➢ ADSL ➢ Cable Modem ➢ STB机顶盒
3.3.4 Internet 与TCP/IP
3.2.2 数据压缩压缩算法
• 无损压缩编码
➢霍夫曼编码 ➢算术编码 ➢行程编码 ➢Lempel zev编码
3.2.2 数据压缩压缩算法
• 霍夫曼编码的实际编码过程按照如下步骤进行： • ①将信源符号概率按递减顺序排列。 • ②将两个最小出现概率进行合并相加，得到的结果作
为新符号的出现概率。 • ③重复这二个步骤，直到概率达到1.0为止。 • ④在每对组合中的上部指定为1（或0），下部指定为0
光存储
• 这个存储信息的介质就是我们通常所说的 光盘。
第二节 光存储的类型
1.只读型光存储系统
–只读型光盘包括CD-ROM等。 –CD-ROM（Compact Disc-Read Only Memory）只读式压缩光盘，其技术来 源于激光唱盘，形状也类似于激光唱 盘，能够存储650MB左右的数据。 –用户只能从CD-ROM读取信息，而不能 往盘上写信息。
• 保护层上印有 标识。 • 铝反射层提高 盘片反射率。 • 预刻槽用于光 道径向定位。 • 代表信息的凹 坑就压在透明 衬底上。
CD-ROM 盘的底视图
CD盘的外径为120 mm，重量为14 克～18克。激光唱盘分3个区：导入 区、导出区和声音数据记录区。
二.光盘的读取原理
光盘上压制了许多凹坑，激光束在凹 坑部分反射的光的强度，要比从非凹 坑部分反射的光的强度来得弱，光盘 就是利用这个极其简单的原理来区分 “1”和“0”的。 凹坑的边缘代表“1”，凹坑和非凹坑 的平坦部分代表“0”，凹坑的长度和 非凹坑的长度都代表有多少个“0”。
需要强调的是，凹坑和非凹坑本身不 代表１和０，而是凹坑端部的前沿和 后沿代表１，凹坑和非凹的长度代表 ０的个数。
三. 光盘的写入原理
• 写入： • 利用激光单色性高、方向性好、高亮度的 特点，先将其聚焦为直径1微米左右的微小光点， 照射在储存介质上形成光照微区，由于微小光点 能量高度集中，通过发生化学、物理反应，使光 照微区的某种光学特性与周围介质反衬较大，从 而在该微区记录了相应的信息或数据。
读出光束的功率一定要比写入光束的功率 低，以保证读出光点的功率密度小于存储 介质的记录阈值，否则将破坏盘面上原已 写入的信息。（记录能量可达数兆瓦/平方 厘米）
• 用激光器作为写读能源： 90％ 10％
光电技术在信息存储与传输中的应用
光电技术在信息存储与传输中的应用1. 引言信息存储与传输是现代社会中不可或缺的重要领域。
近年来，随着科学技术的飞速发展，光电技术作为一种高效、快速和可靠的解决方案，广泛应用于信息存储与传输领域。
本文将重点探讨光电技术在信息存储与传输中的应用。
2. 光电存储技术2.1 光盘技术光盘技术是光电存储技术的典型代表，它以光学的方式记录和读取信息。
光盘存储容量大、读写速度快、数据稳定性好，因此在大容量数据存储方面具有重要应用。
光盘技术逐渐被用于电影、音乐等多媒体信息的存储和传播。
2.2 光存储器技术光存储器技术是一种利用光发射、吸收等物理过程存储和读取信息的技术。
与传统电子存储器相比，光存储器具有更高的存储密度和更快的读写速度。
光存储器技术在大容量数据存储和高性能计算机中发挥着重要作用。
3. 光电传输技术3.1 光纤通信光纤通信是一种利用光波在光纤中传输信息的技术。
相比传统的铜线传输方式，光纤通信具有更高的传输速度、更远的传输距离和更强的抗干扰能力。
光纤通信广泛应用于电话、互联网和电视等各个领域，成为现代信息传输的重要基础设施。
3.2 光无线通信光无线通信是一种利用可见光或红外光实现无线通信的技术。
相比传统的无线通信技术，光无线通信具有更高的传输速度和更低的信号传播延迟。
光无线通信被广泛应用于高速宽带无线接入、无线传感网络和室内定位等领域。
4. 光电技术在信息存储与传输中的挑战与展望4.1 挑战尽管光电技术在信息存储与传输领域取得了重大的进展，但仍面临着一些挑战。
例如，光存储器技术需要更高的存储密度和更低的能耗；光纤通信需要更高的带宽和更低的传输延迟；光无线通信需要更好的抗干扰能力和更低的成本。
4.2 展望随着科学技术的不断发展，光电技术在信息存储与传输中的应用将会进一步扩大和深化。
例如，光存储器技术可能实现超高密度的存储；光纤通信可能实现更高的传输速度和更远的传输距离；光无线通信可能实现更广泛的应用和更快的实时传输。
计算机组成原理第3章
*控制存储器(CM)：CPU内部存放微程序的MEM 构成—MOS型半导体、ROM
*
二、存储器的主要性能指标
容量(S)：能存储的二进制信息总量，常以字节(B)为单位
01
速度(B)：常用带宽、存取时间或存取周期表示 存取时间(TA)—指MEM从收到命令到结果输出所需时间； 存取周期(TM)—指连续访存的最小间隔时间，TM=TA+T恢复
&
&
11
*
练习1—某SRAM芯片容量为4K位，数据引脚(双向)为8根，地址引脚为多少根？若数据引脚改为32根，地址引脚为多少根？
*芯片相关参数： 存储阵列容量—
(2)SAM芯片参数与结构
数据引脚数量— 地址引脚数量—
*
*SRAM芯片结构组织： --以Intel 2114 SRAM芯片为例 参数—容量=1K×4位，数据引脚=4根(双向)，地址引脚=10根
…
…
…
存储元
存储元
…
…
…
存储元
存储元
64行×64列
……
存储元
存储元
存储元
存储元
……
13
*
3、SRAM芯片的读写时序
*读周期时序： (存储器对外部信号的时序要求)
tA
tRC
地址
CS
I/O1~4
WE
tOTD
tCO
tCX
数据出
SRAM—CS有效时开始读操作、CS无效时结束读操作
13
*
*写周期时序：
*片选与控制电路： 片选—MEM常由多个芯片组成，读/写操作常针对某个芯片
光盘技术
第3章 光盘技术 写过程是把存储介质的存储区域从晶态变到非晶 态，而擦过程则把存储介质的存储区从非晶态恢复到 晶态。利用相变擦写原理的光盘是一种全光型光盘。 2) 磁光擦写原理 磁光擦写原理是利用光照磁化方法来实现数据写 入和擦除的。写入数据时，激光束聚焦在光盘的磁光 膜上，因温度升高，光照区域迅速退磁，盘的另一面 上的电磁线圈会对光照区域施加一个外磁场，使被光 照区域反向磁化，没有光照的相邻存储单元的磁化方 向不变，从而实现磁化的反差记录。擦除过程与写入 过程正好相反，即恢复原来的磁化方向。
第3章 光盘技术 MD也是一种音频激光唱盘，与CD不同的是它的尺寸 更小，携带更加方便。 MD的直径只有 6.4 cm，但存放的
信息足以播放74分钟的音乐节目。
3. CD-G(Compact Disc Graphic) 这种激光盘又称卡拉 OK盘。它利用音频 CD盘片上的 剩余通道来记录画面、文字等信息，在播放音乐的同时， 可以产生静止的图像画面和歌词文字。因此，这种播放机 在播放 CD-G 光盘时可以和电视机相连接，这对喜爱卡拉 OK的人来说是很方便的。
第3章 光盘技术 4. CD-V(Compact Disc Video) 与前面所提到的 LD 类似， CD-V 能播放活动图像和音 乐，但它是 LD 系列的扩充和改进。它与 LD 的最大区别在 于CD-V盘上的体声不再是模拟信号而是数字信号。因此， 在盘上视频信号采用模拟信号而音频信号采用数字信号。 CD-V盘可向下兼容LV，通常有12 cm、8 cm和30 cm三种 规格。 5. CD-DA(Compact Disc Digital Audio)激光唱盘
声音的光盘记录，达到图像、声音、文字的同步播放。
第3章 光盘技术 9. Photo CD Photo CD是以数字方式将彩色照片存放在光盘上的一 种手段。通过它使用者可以在计算机的显示器或电视机上 欣赏高清晰的彩色照片。它采用的记录标准与 CD-ROM XA相同。 可以想象，存放在Photo CD光盘上的照片绝无变色和 霉变的可能，因而它可以用来长期保存照片。 10. CD-R(Compact Disc Recordable)可记录光盘
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▪只读存储光盘（ROM, Read only memory） ▪一次写入光盘（WORM, Write once read memory ） ▪可擦重写光盘（Rewrite） ▪直接重写光盘（Overwrite）
▪ 5.1.2 光盘存储的特点
▪ ER要最小，必须使记录层上下两个界面反射回来的光实现相消干涉。 由于上界面有半波损失而下界面没有，由此要求记录层最小厚度 λ/2n1. 由于上下界面能量差很大，很难实现明显的消反，为此在纪录层和衬 底之间加一层金属铝反射层，这样纪录层下限为λ/4n1。
E 0 E R E A R T E
▪ 稳定的抗显微腐蚀能力。存储介质应做到大面积成膜均匀、致密性 好、显微缺陷密度小、抗缺陷性能强，从而得到低于10-4数量级的原 始误码率及至少10年的存储寿命。
▪ 与预格式化衬盘相容。一次写入光盘可用来存储和检索文档资料， 因此光盘上应有地址码，包括信道号、扇区号及同步信号等。这些 码都以标准格式预先刻录并复制在光盘的衬盘上。存储介质应与预 格式化衬盘实现力、热及光学的匹配，以保证轨道跟踪的顺利进行 并能实现在任一轨道的任意扇区进行信息的读和写。
▪ 记录灵敏。要求存储介质对所用的激光波长吸收系数大、光响应特 性好，能在较高的数据传输速率、保证波形不失真的情况下，用很 小的激光功率形成可靠的记录标志。如用波长830nm、达到盘面功 率10mW左右、脉宽可调的激光对高速转动的多元半导体记录时， 可获得每秒几兆字节的数据速率。
▪ 较高的反衬度。反衬度是指信道上记录微区与未记录区的反射率对 比度。存储介质以及经过优化设计的光盘应有尽可能高的反衬度， 以便读出信噪比达到最佳值。
▪ 起泡型 存储介质由聚合物－高熔点金属两层薄膜组成。激光照射使 聚合物分解排出气体，两层间形成的气泡使上层薄膜隆起，与周围形 成反射率的差异而实现信息的记录[图5－5（b）]。
▪ 熔绒型 存储介质用离子刻蚀的硅，表面呈现绒状结构，激光光斑使 照射部分的绒面熔成镜面，实现反差记录[图5－5（c）]。
▪ “2P”是photopolymerization(光致聚合作用)一词的缩写，其物理过 程如图5－4所示。
▪ 总的来讲，只读存储光盘的记录介质是光刻胶，记录方式是用声光调 制的氩离子激光器将信息刻录在介质上，然后制成主盘及副盘，再用 副盘作为原模，大量复制视频录像盘或数字音像唱片。一个原模一般 可复制至少5000片盘片。
▪ 加铝条之后ER得到明显减小，但由于铝是热得良导体，反而会使ET 加大，为此，还应在记录层和反射层之间加一层热障层（一般选透明 介质SiO2），其折射率为n2，厚度为d2。它可以充分阻挡介质层吸收 的能量向衬盘传导。此时，消反条件得相应得最小厚度为
n1d1n2d2 4
▪ 这样就形成了记录层、热障层和反射层这种三层结构得存储介质，如 图5－8（a）所示
▪ 调制曝光。将膜片置入高精度激光刻录机中，按预定调制信号进行 信息写入。
▪ 显影刻蚀。将刻有信息的盘片放入显影液中进行监控显影，若所用 光刻胶为正性光刻胶，则曝光部分脱落（若为负性光刻胶，不曝光 部分脱落），于是个信息道出现符合调制信号的信息凹坑，凹坑的 形状、深度、及坑间距与携带信息有关。这种携带有调制信息的凹 凸信息结构的盘片就是主盘。由于此过程中所用的光刻胶一般为正 性，因而所得主盘为正像主盘。
▪ 上述主盘每一个都可用通过（5）、（6）步骤的重复，制得若干个 副像子盘－副盘；而每一副盘又都可以通过（5）、（6）步骤的重 复，制得若干个正像子盘。
▪ 5.2.3 ROM光盘“2P”复制
▪ 将上述所得正像或副像子盘作为“印膜（stamper）”加工中心孔和 外圆后装入“2P”喷塑器中，经进一步的“2P”复制过程来制作批量 ROM光盘。
ROM光盘“2P”复制
▪ 图5－4 “2P”过程示意图
§5.3 一次写入光盘
▪ 5.3.1 一次写入方式（P235） ▪ 一次写入光盘是利用激光光斑在存储介质的微区产生不可逆的物理化
学变化进行信息记录的盘片，其记录方式主要有以下几种：
烧蚀型
起泡型
熔绒型
合金化型
相变型
▪ 烧蚀型 存储介质可以是金属、半导体合金、金属氧化物或有机染料。 利用介质的热效应，是介质的微区熔化、蒸发，以形成信息坑孔[图5 －5（a）]。
记录介质膜，利用激光与介质膜相互作用时，激光的热和光效应导致 介质在晶态与玻璃态之间的可逆相变来实现反复写、擦要求，可分为 热致相变光盘和光致相变光盘。 ▪ 磁光盘：这类光盘采用稀土－过渡金属合金制成的磁性相变介质作为 记录薄膜，这种薄膜介质具有垂直于薄膜表面的易磁化轴，利用光致 退磁效应以及偏置磁场作用下磁化强度取向的正或负来区别二进制中 的“0”或“1”。
▪ 光致晶化过程包括光致突发晶化和声子参与的弛豫过程，前者需时在10－ 9－10－12秒量级，后者约几十钠秒。它与激光热致晶化过程的对比间表5 －1。
热致晶化
光致晶化
本质
扩散型成核－长大式晶化过程
非扩散型跃迁－复合式晶 化过程
条件 符合或不符合化学计量比的组分； 符合化学计量比组分；直
所用的亚稳相
▪ 较好的记录阈值：记录阈值是指在存储介质中形成规整信息标志所需 要的最小激光功率密度。只有适当的记录阈值可以使信息被读出次数大 于108次仍不会使信息凹坑发生退化，记录阈值过高或过低都会影响凹 坑质量和读出效果。
若存储密度为108B/cm2,每 信息位仅占有1μm2的面积。 存储介质应能保持这些显 微坑孔的规整几何形状并 已更高精度分辨它们的位 置，这就要求边缘偏差δ 落在±100Å以内，以保证 原始误码率小于10－8。
光盘及存储类型
▪只读存储光盘 ROM, Read only memory
▪一次写入光盘 WORM, Write once read memory
▪可擦重写光盘（Rewrite）
▪直接重写光盘（Overwrite）
§5.4 可擦重写光盘
▪ 可擦重写光盘从记录介质写、读、擦的机理来讲，主要分为两大类： ▪ 相变光盘：这类光盘采用多元半导体元素配制成的结构相变材料作为
▪ 信息的读出 用低功率密度、短脉冲的激光扫描信息道，从反射率的 大小辨别写入的信息。 一般介质处在玻璃态（即写入态）时反射率 小，处在晶态（擦除态）时反射率大，在读出的过程中，介质的相结 构保持不变。
▪ 信息的擦除 对应介质从玻璃态G向晶态C的转变。选用中等功率密度、 较宽脉冲的激光，使光斑微区因介质温度升至接近Tm处，再经过成 核－生长完成晶化。在此过程中，光诱导缺陷中心可以成为新的成核 中心，因此，由于激光作用使成核速率、生长速度大大增加，从而导 致 激光热晶化比单热晶化速率高。
▪ 5.4.1 可擦重写相变光盘的原理
▪ RW相变光盘是利用记录介质在两个稳定态之间的可逆相结构变化来 实现反复的写和擦。常见的相结构变化有下列几种：
▪ 晶态Ⅰ晶态Ⅱ之间的可逆相变，这种相变反衬度太小，没有使用价 值。
▪ 非晶态Ⅰ非晶态Ⅱ之间的可逆相变，这种相变的反衬度亦太小，没 有实用价值。
▪ 发生玻璃态晶态之间的可逆相变，这种相变有实用价值。
▪ 喷镀银层。在主盘表面喷镀一层银膜。这层银膜一方面用来提高信 息结构的反射率，以便检验主盘的质量，另一方面，还作为下一步 电镀镍的电极之一。
▪ 电镀镍层。在喷镀银的盘片表面用电解的方法镀镍，使得主盘上长 出一层厚度符合要求的金属镍膜。
▪ 将上述盘片经过化学处理，使得镍膜从主盘剥脱，形成一个副盘。
▪
图5－1 ROM刻录示意图
激光束被聚焦成～1um光点，光盘的凹坑一般 宽度为0.4um，深度为读出光波长/4，约为
0.11um，螺旋线型的纹迹间距为1.67um。
▪ 5.2.2 ROM光盘主盘与副盘制备 ▪ 图5－2时光盘制备过程示意图。经过调制的激光束以不同的功率密度聚
焦在甩有光刻胶的玻璃衬盘上，使光刻胶曝光，之后经过显影、刻蚀、 制成主盘（又称母盘，master），再经喷镀、电镀等工序制成副盘（又 称印膜，stamper），然后再经过“2P”注塑形成ROM光盘。
▪ 分辨率及信息凹坑的规整几何形状：这是为例保证光盘能在高存储密 度的情况下获得较小的原始误码率。
▪ 没有中间处理过程：存储介质要能实时记录数据并及时读出信息，不 需要任何中间处理过程，只有这样才可能使光盘能实现写后直读（即 direct read after write, DRAW功能）以保证记录数据的实时校验。
▪ 图5－2 ROM光盘制备过程示意图
▪ 图5－3 ROM主盘、副盘制备工序（P233）
▪ 衬盘甩胶。对玻璃等衬盘进行精密研磨、抛光后进行超声清洗，得 到规格统一、表面清洁的衬盘；在此光盘上滴以光刻胶，放入高速 离心机中甩胶，以在衬盘表面形成一层均匀的光刻胶膜；取出放入 烘箱中进行前烘，以得到与衬底附着良好且致密的光刻胶膜。
▪ 合金化型 用Pt－Si、Rh－Si或Au－Si制成双层结构，激光加热的微 区熔成合金，形成反差记录[图5－5（d）]。
▪ 相变型 存储介质多用硫属化合物或金属合金制成薄膜，利用金属的 热效应和光效应使被照微区发生非晶到晶相的相变[图5－5（e）]。
▪ 5.3.2 烧蚀型写/读光盘对存储介质的基本要求
接固态相变，无需成核
起因
热致起伏
激光束激发或电子束激发
耦合性质 相分离，原子扩散；原子振动；分 无相分离，无扩散；原子
子振动
位置调整；键角畸变消
失
自持效应
不重要
自持晶化，重要
穿透深度
整体效应
激光束：100～5000Å；电 子束：1～2μm
晶化时间 较长的退火过程（0.5μm～1.0ms） 突发作用（1ns～1ps）+弛 豫过程（10～200ns）
写、读、擦激光脉冲与其效应的相变过程
▪ 存储原理与过程。近红外波段的激光作用在介质上，能加剧介质结构 中原子、分子的振动，从而加速相变的进行。因此近红外激光对介质 的作用以热效应为主。