光盘存储到全息存储

新 一 代 光 存 储 标 准
DVD的出现
LD开创了光存储时代，CD-DA引入数字技术，在自身获得辉煌成功的同时为进入 计算机领域做好了准备，CD-ROM则向此目标迈出了实质性的一步，而CD-R和CD-
RW让光存储技术变得丰满起来，用户可获得完整的存储功能，光存储技术由此全然成
型。
DVD
DVD与CD技术是完全一样的。光盘采用符合阿基米 1994年12月，飞利浦与索尼率先发表了“单面双层12cm高密度多媒体CD的格式 德螺旋线结构的螺旋形渐进记录轨道，轨道上分布着记 与技术指标”文档，简称为“多媒体光盘系统（MMCD，Multi Media Compact 录二进制数据的凸起和凹槽（称为一个记录点）。但在 Disc）”，次年一月，东芝公司则发布了功能相似的“超密度光盘系统（SD，Super 细节上，DVD与CD存在明显的差异，DVD光盘的密度 Density）”。自此，DVD出现两套标准竞争的局面。娱乐界与IT界都不愿意看到两个 要大得多，数据轨道更密集，最小记录点长度也更短， 互不兼容的标准并存，在它们的压力下，飞利浦集团与东芝集团最终在1995年9月达成 这样在同样面积的光盘上，DVD允许容纳的数据记录点 一致，正式确立共同的DVD标准：单面单层光盘为4.7GB容量，双面双层光盘可达到 数量远高于CD技术，体现在容量上，就是DVD光盘拥 17GB；而DVD的名称含义包含两方面，“Digital Video Disc（数字视频光碟）”和 有4.7GB的存储空间，而CD光盘只有区区650MB，二者 “Digital Versatile Disc（数字通用光碟）”。 的差距极其明显。
3. 全息光存储技术是一种极具发展潜力的信息存储技术,
因其具有高信息冗余度、 高存储容量和高存取速率等 优点成为研究热点之一
光存储基本概念
利用光学技术承载视频或声音等信息，实现存 储功能的技术，称为光学存储技术。如今应用较
多的是磁存储（磁硬盘）、半导体存储（SD卡、
U盘等）、光存储（光盘）三种存储方式。三种存 储方式都具有明显的优缺点，所以将长期共存，
光盘存储到全息存储技术
制作人：吕超 学号：18121664
光存储相关的基本概念
01
光存储技术发展历史
02 03 04
目
Contents
录
传统光存储技术
全息光存储技术
01
光存储相关的基本概念
前言
1. 随着存储数据量的需求不断增长．数据中心的能耗与花 费也随之大幅度增加 2. 传统光盘存储不论汇聚光点透镜的数值孔径或者光学系 统的衍射受限都达到极限
早期的LD播放机产品
飞利浦与美国MCA公司进行合作，成功地制 造出LD影碟机。但飞利浦并没有为它建立一套统
一的标准，这就导致LD系统的开发、制作需要花
费高昂的成本。与此同时，日本的先锋（Pioneer） 意识到其中存在的巨大市场，便加紧脚步同MCA
共同规划成立Pioneer Universal公司，并于1981
4.反射层
反射层是反射光驱激光光
束的区域，借反射的激光光束
读取光盘片中的资料。其材料 为纯度为99.99%的纯银金属。
The Working Principle Of CD 打开光驱
CD播放机的工作原理
•CD-ROM驱动器构造
激光头的运动
The Working Principle Of CD
CD播放机的工作原理
光盘分类
只读存储光盘（read only memory， ROM 一次写入多次读出光 盘（write once read many， WORM） 可擦重写光盘 （rewrite，RW） 蓝光光盘 直接重写光盘 （overwrite，OW）
按结构类型分
DVD
按存储类型分
常见光盘结构
The Disc Structure 我们常见的CD光盘非常薄，它只有1.2mm厚，但却 包括了很多内容CD光盘主要包括以下五层：
光盘发展简史
• • 20世纪七十年代初，Philips 1972.9 展示播放电视节目的光盘系统
•
• •
1978 正式投放市场光盘播放机 LV
1982 CD-DA 红皮书标准 数字声音 1985 CD-ROM 推向市场，ISO9660标准
•
• •
1986 CD-I 数字化文图声像动画等，CD-G 静止图像和音乐节目
年10月推出了先锋品牌的第一部LD影碟机，竞争 由此开始。
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CD-DA激光唱盘
红皮书（Red Book）标准 1982年，飞利浦与索尼联手推出CD-DA激光唱盘的红皮书（Red Book）标准，一种不 • CD-DA激光唱盘系统首先把模拟的音响信号进行 同于LD的新型激光唱盘由此诞生。与LD系统不同，CD-DA激光唱盘引入了数字化处理技术。 PCM（脉冲编码调制）数字化处理，再经过EFM 原始的模拟音频信号，首先通过PCM（脉冲编码调制）技术进行数字化处理，再经过EFM （8~14位调制）编码之后记录到盘上。 （8-14位调制）编码之后记录到光盘上，CD-DA因此成为世界上第一种数字光盘。 • 数字记录代替模拟记录的好处是：对干扰和噪声 • 不敏感；由于盘本身的缺陷、划伤或沾污而引起的错 误可以校正。
常见光盘结构
The Disc Structure
1.基板
其使用的材料是聚碳酸酯(PC)，冲击韧性 极好、使用温度范围大、尺寸稳定性好、耐候 性、无毒性。一般来说，基板在整个光盘中，
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它不仅是沟槽等的载体，更是整体个光盘的物
理外壳。CD光盘的基板厚度为1.2mm、直径 为120mm，中间有孔，呈圆形，它是光盘的
激光头是CD系统的核心部件之一，它由光电检测器、 透镜、激光束分离器、激光器等元件组成，激光器发 出的激光经过几个透镜聚焦后到达光盘，从光盘上反 射回来的激光束沿原来的光路返回，到达激光束分离 器后反射到光电检测器，由光电检测器把光信号变成 电信号，再经过电子线路处理后还原成原来的二进制 数据。
02
光存储技术发展历史
1961年
1972年
90年代末
21世纪初
如今
美国的史丹佛 大学率先从事 光学技术承载 信号的可行性
飞利浦公司进 行激光束记录 和重放多媒体 信息的研究，
伴随着计算机 的普及化，光 盘光存储得到 了长足发展
传统光存储技 术遇到瓶颈
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新型全息光存 储技术变得热 门
研究
并获得了成功
外形体现。光盘之所以能够随意取放，主要取
决于基板的硬度。
常见光盘结构
The Disc Structure
2.印刷层和保护层
印刷层就是印刷盘片的客户标识、容量等 相关资讯的地方。 保护层是用来保护光盘中的反射层及染料
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层防止信号被破坏。材料为光固化丙烯酸类物
质。
常见光盘结构
The Disc Structure
全息光存储
利用全息技术，通过对光学条纹的记录与复现过程完成信息的记录与再现。将需要存储的 数据信息经编码后形成二进制数据流, 并以 页 为 单 位 映 射 到 空 间 光 调 制 器( Spatial Light Modulator, SLM) 上。从激光器发出的激光经分束器分离成两束相干光, 一束光经 SLM后携带了数据信息, 这样形成的物光进入存储介质中; 另一束没有调制的参考光直接照射 到介质上, 物光和参考光由于干涉而形成的图样记录在存储介质中。利用各种复用技术, 可在 介质的同一位置记录不同的数据信息。读出时, 采用与记录信息时相同的参考光照射存储介质, 将衍射光成像到探测器 (例如CCD)表面, 探测器阵列根据各像素所接收的光强大小将光信号转 变为电信号。
对信息存储互相补充。近年来，随着大数据时代
的到来与全息光存储研究热度，光存储再次进入 大众视野
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光存储光盘
光存储技术采用光学记录和读取方式，光存储光盘分为可擦出式光盘和不可擦除式光盘，
存储寿命可以达到10年以上，移动性存储好，可更换光盘，信噪比较高，能够达到50分贝 以上，价格低廉、可大量复制，相比较磁硬盘存储和半导体存储，光存储更加适合大量数
据的分配和永久备份，是一种不可缺少的存储方式。
传统光存储方式
光盘采用符合阿基米德螺旋线结构的螺旋形渐进记录轨道， 轨道上分布着记录二进制数据的凸起和凹槽（称为一个记录 点）。工作时激光头发射出的激光准确聚焦在数据轨道上， 由于盘片在工作过程中会高速旋转，激光束便会在凸起和凹 槽轨道上反复移动，反射光的光强也就随之发生变化，对 DVD/CD而言，这种反射光变化的状态被定义为信号“1”； 但当激光在数据轨道的凸起内部和凹槽内部移动时，反射激 光的光强是稳定不变的，这种稳定的状态就被定义为“0”。 数据便是根据这样的原则进行调制和解调，光存储系统由此 实现完整的存储功能。
依然是该领域的绝对主宰。
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CD-ROM
1985年，飞利浦与索尼联手推出针对计算机数据承载的CD-ROM标准黄皮书（Yellow • 黄皮书(Yellow Book)标准 Book），它的核心思想是将光盘上的数据采用数据块的形式统一组织，每一块都有自己的 • 盘上的数据以数据块的形式来组织，每块都要有 地址，逻辑块与记录块再组成扇区，这样组织之后，不管数据放在光盘上哪一个区域，都能 地址。盘上的数据就能从几百兆字节的存储空间上迅 够被迅速找到。为了降低误码率，CD-ROM则借助错误检测和错误校正技术。针对前者， 速找到。 CD-ROM采用了我们熟知的CRC循环冗余检测码；而在校正方面，CD-ROM则采用里德-索 • 为了降低误码率，采用增加一种错误检测和错误 洛蒙（Reed Solomon）码。 校正的方案。错误检测采用了循环冗余检测码 。
3.记录层(染料层)
烧录时刻录信号的地方,其主要的工
作原理是在基板上涂抹上专用的有机染 料，以供激光记录信息。由于烧录前后
的反射率不同,经由激光读取不同长度的
信号时,通过反射率的变化形成0与1信号， 借以读取信息。目前市场上存在三大类 有机染料：花菁、酞菁及偶氮。
常见光盘结构
The Disc Structure
LD-激光视盘
光存储的历史最早可追溯到 1961年，美国的史丹佛大学率先从事光学技术承载视频 LD 系统由驱动器和LD光盘两部分组成，这与今天的光存储产品是一样的。不同的是 • /声音信号的可行性研究，但这项研究并没有一直坚持下去。真正的先驱应该是荷兰飞利 又称LCD，直径较大，为12英寸 LD光盘直径较大、达到12英寸，两面都可以记录信息，它的主要应用场合是作为视频、 • 浦（ 两面都记录信息 ,记录模拟信号 Philips）公司，它在六十年代末开始进行激光束记录和重放多媒体信息的研究，并于 音频节目的载体。但是， LD所记录的并不是我们熟知的数字信号，而属于模拟信号体系， • 1972 模拟信号经过频率调制、线性叠加，然后进行限 年获得了成功，利用激光技术来记录多媒体节目被证明是完全可行的。在这之后， 其实现原理也同现在的光存储产品完全不同—数字信号借助“0”、“1”的不同组合来 幅放大 飞利浦开始着手实际产品的研发。 1978 年,（ 飞利浦公司成功推出激光视盘（ Laser Vision 表示不同的信息，而模拟信号则是通过 FM Frequency Modulation）频率调制、线性 • Disc 限幅后的信号以 0.5,微米宽的凹坑长短来表示 ，简称LD）系统 由此揭开光存储技术的序幕。 叠加以及行限幅放大来表示信息，在 LD光盘中，这些模拟信号以0.5微米宽的凹坑长短来 表示，凹坑的长短与反馈激光的稳定时间一一对应，控制电路可以据此对信号进行解调。
第一台CD-DA播放机
其实，CD-DA系统的工作原理与现在的光存 储设备完全一样，可以说是数字光盘时代的开创
者。CD-DA在技术和商业上都获得了巨大的成功，
1982年10月，索尼推出第一台CD播放机CDP101。同年底，市场上就出现了100多种CD唱片，
CD由此成为数字音频唱片的事实标准，直到今天
全息光存储
传统的光存储方式仅是光学头的按位记录点，而 全息存储记录记录的则是干涉图样，覆盖了物体发射 或散射出的光场的完整信息，包括光场的振幅和位相。 这种把光波的干Alt射特性应用于信号的编码解码是 息存储相对于传统光学存储所有优势根源所在。
03
传统光存储技术
The Disc Structure CD
1989 CD-V 模拟的电视图像和数字化的声音 1992 CD-I FMV 数字化电影电视等节目，OK-CD 卡拉OK节目
•
1993 VCD 数字化电影电视节目
光盘发展简史
CD-DA
CD-ROM
CD-I
CD-R
VCD
DVD
红 皮 书 标 准
黄 皮 书 标 准
绿 皮 书 标 准
橙 皮 书 标 准
白 皮 书 标 准