光存储技术
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2
光存储技术及应用
本章内容
了解常用的多媒体设备的工作原理
了解图像、视频、音频的基本原理 了解处理基本多媒体信息的手段
2.1 光存储技术和光盘分类
什么是光存储技术？
利用激光在介质上写入和读出信息的技术。
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
CD-ROM光驱：数据传输率为150KB/秒，记为1×； DVD-ROM光驱：数据传输率为1350KB/秒，记为1×；
32 x 8 x 4 x
擦写速度 刻录速度 读盘速度
•驱动器的技术指标
2）寻道时间
是驱动器找到所读取数据在光盘上起始位置的 所需时间。
目前的CD-ROM寻道时间在范围内，比硬盘慢 得多，一般硬盘的寻道时间不到20ms。
•只读光盘的制造
主盘制作——①涂感光胶
感光胶 主盘制作——②激光记录
感光胶主盘制作——③化学处理
玻璃盘
主盘制作——④腐蚀玻璃盘 胶脱落 腐蚀 主盘制作——⑤剥除感光胶 主盘制作——⑥电镀金属 阳母盘 玻璃盘 金属层 主盘制作——⑦分离金属层 玻璃盘 玻璃盘 金属母盘
玻璃盘
玻璃盘
玻璃盘
复制光盘——①准备盘基
CD-R可刻录式盘片是将光吸收材料（染料）及光 反射材料（金或银）镀在有预刻槽的空白的盘基上， 在聚焦激光束的照射下有机染料被烧熔，形成光痕， 从而记录数据信息。 由于染料层在被写入后并不能复原， 所以CD-R盘片只能写一次。
•CD-R光盘的结构
保护层 反射层 感光层 盘基 透明基片：聚碳酸脂盘基，携带预刻槽 ； 感光层（染料层）：因材料不同而呈蓝、 绿等色泽； 印刷层
激光视盘LD→激光唱片CD-DA → 电脑光盘CD-COM
2.1 光存储技术和光盘分类
由于光盘采用了光存储技术来读取或写入数据，所以 在防磁、抗震、保真等方面大大优于磁盘。 按照记录原理对光盘的分类如下： 1）只读光盘（普通CD-ROM、CD-DA、VCD、DVD等） 2) 追记型光盘（CD-R、WORM等）；
2.4 可擦写（重写）式光盘
CD-RW重写式光盘的烧录原理是采用了金属材料的相
变技术。CD-RW的盘片上有一层感光金属，在刻录时，激 光束有选择性地加热相变材料某一区域，使其原子迅速成 为液态，然后“凝结”形成无定型的非结晶状态。由于非 结晶状态和结晶状态有不同的光学反射率，这样就可以通 过一般的光驱来读取数据了。当把相变材料加热，非结晶 状态的原子又回到有序的结晶状态。这样就恢复到可写状 态。 目前主要有磁光盘MOD（Magneto-Optical Disk）和 相变光盘PCD（Phase Change Disk）两种。MOD采用磁光 技术来记录数据，容量约200MB-600MB。
4.7 GB
DVD-9 双面单层
8.5 GB
DVD-18 双面双层
17 GB
DVD-R
4.7 GB
单面双层
2.7 光盘的工业标准
光盘主要特点之一是标准化，其工业标准的开发成
为该技术向大众化、实用化发展的一个重要举措。通常 涉及的几种标准有：红皮书、黄皮书、绿皮书、白皮书、 橙皮书等。
各标准之间的主要区别是用户数据在盘上的预定 （初始化）及管理方法不同。
•驱动器的技术指标
3）数据缓冲区
CD-ROM光驱含有一个缓冲区，也即内置数据存贮 器，它存贮要先读的数据。缓冲区越大，可直接从存 贮器存取的数据越多，从而节省了查询消耗的时间。
•驱动器的技术指标
4)cpu占用时间
CPU占用时间是指光驱在维持一定的转速和数 据传输率时所占用CPU的时间，它也是衡量光驱性能
3）可擦写光盘（CD-RW、MOD等);
2.2 只读式光盘
CD（Compact Disc）意为高密盘，称之为光 盘，是因为它是通过光学方式来记录和读取二进
制信息的。
CD盘片的材料是聚碳酸脂，其特点是寿命长 且不易损坏，摩托车头盔以及防弹玻璃就是采用 此种材料。 CD盘上记录信息最小的单元是比特（bit）。
盘媒体产品。 DVD的外观看起来与CD和VCD 相差无几，但容量达到4.7～30G，
是CD光盘的7-26倍。
2.6 可刻录式光盘
为什么CD光驱VCD机不可以读DVD盘？ DVD光驱的激光束波长比较短，为635~650nm，而 CD-ROM光驱的激光束波长为780~790nm。
DVD-5 单面单层
技术在记录密度、容量、数据 传输率、寻址时间等关键技术
上表现勒巨大的发展潜力。
2.1 光存储技术和光盘分类
激光通过聚焦后，可获得直径约为1微米（μm）的 光束。1972年，荷兰飞利浦公司研究用激光光束记录和 重放信息获得成功，1978年该技术进行市场化。最初的 产品就是大家所熟知的激光视盘LD（Laser Vision Disc） 系统，从此光盘工业迅速地发展起来。
2.7 光盘的工业标准
2.7 光盘的工业标准
红皮书标准
——激光唱盘标准。1982年由Philips和Sony公司为 CD-DA定义的整个CD工业的最基本的标准，所有其他
的CD标准都是在这个标准的基础上制定的。
“红皮书”定义了音频素材的录制, 克服了模拟 唱盘的弱点，采用数字的方式记录声音信息 。
好坏的一个重要指标。
•光盘和磁盘的对比
CD-ROM与磁介质比有很多优势，但它不能取代磁 介质。主要原因之一就是其只读性.
2.9 移动存储
闪存盘 体积小巧， 32M~256M
USB移动硬盘 体积稍大， 5G~40G
128M价格约200元
40G价格约700元
操作简单方便
蓝科、爱国者
1.2mm
导出区：表示储存 结束结束。
常见光盘的大小尺寸
•光盘数据记录和读取
光道凹凸边界跳变记为1，两边缘则记为0，0的个数
由边缘长度决定。
激光束照射数据面，并拾取反射回来的光信号，由此 判断记录的是1或0。
•光盘数据容量
缺图
普通CD-ROM凹痕宽约0.5μm，最小长度约0.83μm， 光道间距约1.6μm。每张光盘大约包含8亿个凹痕，可容 纳高达680MB的数据量，因此光盘的容量很大。
备 注
这两种光盘的格式 都可以利用刻录机来 处理。
CD-R 74格式 CD-R 80格式 CD-R 90格式 CD-R 99格式 小光盘 （77mm）
650MB 700MB 800 MB 900 MB 200 MB
这两种光盘是否可 以刻录完全取决于刻 录机本身的电子定位 的能力。 可以在许多驱动器 上使用，但不是全部。
——CD-I标准。由Philips和Sony公司为CD-I定义
的标准，“绿皮书”将CD-ROM的领域扩展到了播放 装置的交互性世界，不仅描述了CD-ROM的存储特性， 还为播放和操作系统指定要用的硬件。
2.7 光盘的工业标准
橙皮书标准
——“橙皮书”定义了可录制媒体的特性。目 标是促使可录制的光学媒体能兼容于不同的播 放器。本质上，“桔皮书”定义了每种其它标 准（“红皮书”、“黄皮书”、“绿皮书”、 “白皮书”）如何录制到CD-ROM上的方式。
金属母盘
复制光盘——②压模
塑料盘基
金属母盘
复制光盘——③信号表面金属化
反射层 塑料盘基 塑料盘基 复制光盘——④表面保护 保护层
盘基
•CD-ROM光盘的生产效率
玻璃基版 婆婆版
妈妈版
妈妈版
妈妈版
子 版
子 版
子 版
子 版
子 版
子 版
子 版
子 版
子 版
(1+9)×30000=300000片
2.3 可刻录式光盘
2.7 光盘的工业标准
黄皮书标准
——CD-ROM标准。1985年由Philips和Sony公司 为CD-ROM定义的标准，在红皮书的基础上增加了 两种类型的光道，使CD-ROM共有三种类型的光道,
分别存放除音频数据之外的其他数据资料.
黄皮书标准扩展
——保证音像同步性。
2.7 光盘的工业标准
绿皮书标准
•CD-ROM的结构
标签
标记面
铝反射层
胶膜保护层
聚碳酸脂底层
光盘截面示意图
激光束
数据面
•光盘分区
整个光盘分为三个区,共101个光道构成：
导入区1个光道、数据区99个光道、导出区1个 光道； 二进制的数据以微观凹痕形式记录在光道 上由内向外呈连续的螺旋形状。
数据区：存放数 据信息。
导入区：存放光 道目录。
•CD-RW光盘的结构
感光相变层材料多为银、硒、铟或碲的合金结晶，
其主要特点是具有结晶的可逆变性。
保护层 反射层
感光相变层
印刷层
百度文库
介质层
盘基
由于介质层增加，光反射率受到影响，令有些CDROM光驱无法读取此种盘片的数据。
2.5 DVD光盘
DVD是数字通用光盘，是一种能够存储高质量视频、
音频信号和超大容量数据，并且可靠性更高的新一代光
反射层：采用金或银为材料 ；
保护层：紫外固化保护胶，防止反射层氧化 ； 印刷层：印制标签
从烧录原理可以看到CD-R盘片的结构是多层的，它 与只读光盘最大的区别在于感光层，其材料决定了CD-R 盘片的颜色。
•CD-R光盘的容量
光 盘 容 量 记录时间
74分钟 80分钟 90分钟 99分钟 21分钟
2.7 光盘的工业标准
白皮书标准
——VCD的标准，该标准定义了数字电视视盘技 术规格，允许许多不同类型的数字化存储数据在
播放器间方便地交换。
2.8 光盘驱动器
以CD-ROM驱动器为例，主要由光学头、光盘转动
板、控制器以及信号处理器组成。
•驱动器的技术指标
1）数据传输率
当数据起始位置找到后，将数据读出到内存的 速度，定义为每秒钟向主机传送的数据量。
光存储技术及应用
本章内容
了解常用的多媒体设备的工作原理
了解图像、视频、音频的基本原理 了解处理基本多媒体信息的手段
2.1 光存储技术和光盘分类
什么是光存储技术？
利用激光在介质上写入和读出信息的技术。
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
CD-ROM光驱：数据传输率为150KB/秒，记为1×； DVD-ROM光驱：数据传输率为1350KB/秒，记为1×；
32 x 8 x 4 x
擦写速度 刻录速度 读盘速度
•驱动器的技术指标
2）寻道时间
是驱动器找到所读取数据在光盘上起始位置的 所需时间。
目前的CD-ROM寻道时间在范围内，比硬盘慢 得多，一般硬盘的寻道时间不到20ms。
•只读光盘的制造
主盘制作——①涂感光胶
感光胶 主盘制作——②激光记录
感光胶主盘制作——③化学处理
玻璃盘
主盘制作——④腐蚀玻璃盘 胶脱落 腐蚀 主盘制作——⑤剥除感光胶 主盘制作——⑥电镀金属 阳母盘 玻璃盘 金属层 主盘制作——⑦分离金属层 玻璃盘 玻璃盘 金属母盘
玻璃盘
玻璃盘
玻璃盘
复制光盘——①准备盘基
CD-R可刻录式盘片是将光吸收材料（染料）及光 反射材料（金或银）镀在有预刻槽的空白的盘基上， 在聚焦激光束的照射下有机染料被烧熔，形成光痕， 从而记录数据信息。 由于染料层在被写入后并不能复原， 所以CD-R盘片只能写一次。
•CD-R光盘的结构
保护层 反射层 感光层 盘基 透明基片：聚碳酸脂盘基，携带预刻槽 ； 感光层（染料层）：因材料不同而呈蓝、 绿等色泽； 印刷层
激光视盘LD→激光唱片CD-DA → 电脑光盘CD-COM
2.1 光存储技术和光盘分类
由于光盘采用了光存储技术来读取或写入数据，所以 在防磁、抗震、保真等方面大大优于磁盘。 按照记录原理对光盘的分类如下： 1）只读光盘（普通CD-ROM、CD-DA、VCD、DVD等） 2) 追记型光盘（CD-R、WORM等）；
2.4 可擦写（重写）式光盘
CD-RW重写式光盘的烧录原理是采用了金属材料的相
变技术。CD-RW的盘片上有一层感光金属，在刻录时，激 光束有选择性地加热相变材料某一区域，使其原子迅速成 为液态，然后“凝结”形成无定型的非结晶状态。由于非 结晶状态和结晶状态有不同的光学反射率，这样就可以通 过一般的光驱来读取数据了。当把相变材料加热，非结晶 状态的原子又回到有序的结晶状态。这样就恢复到可写状 态。 目前主要有磁光盘MOD（Magneto-Optical Disk）和 相变光盘PCD（Phase Change Disk）两种。MOD采用磁光 技术来记录数据，容量约200MB-600MB。
4.7 GB
DVD-9 双面单层
8.5 GB
DVD-18 双面双层
17 GB
DVD-R
4.7 GB
单面双层
2.7 光盘的工业标准
光盘主要特点之一是标准化，其工业标准的开发成
为该技术向大众化、实用化发展的一个重要举措。通常 涉及的几种标准有：红皮书、黄皮书、绿皮书、白皮书、 橙皮书等。
各标准之间的主要区别是用户数据在盘上的预定 （初始化）及管理方法不同。
•驱动器的技术指标
3）数据缓冲区
CD-ROM光驱含有一个缓冲区，也即内置数据存贮 器，它存贮要先读的数据。缓冲区越大，可直接从存 贮器存取的数据越多，从而节省了查询消耗的时间。
•驱动器的技术指标
4)cpu占用时间
CPU占用时间是指光驱在维持一定的转速和数 据传输率时所占用CPU的时间，它也是衡量光驱性能
3）可擦写光盘（CD-RW、MOD等);
2.2 只读式光盘
CD（Compact Disc）意为高密盘，称之为光 盘，是因为它是通过光学方式来记录和读取二进
制信息的。
CD盘片的材料是聚碳酸脂，其特点是寿命长 且不易损坏，摩托车头盔以及防弹玻璃就是采用 此种材料。 CD盘上记录信息最小的单元是比特（bit）。
盘媒体产品。 DVD的外观看起来与CD和VCD 相差无几，但容量达到4.7～30G，
是CD光盘的7-26倍。
2.6 可刻录式光盘
为什么CD光驱VCD机不可以读DVD盘？ DVD光驱的激光束波长比较短，为635~650nm，而 CD-ROM光驱的激光束波长为780~790nm。
DVD-5 单面单层
技术在记录密度、容量、数据 传输率、寻址时间等关键技术
上表现勒巨大的发展潜力。
2.1 光存储技术和光盘分类
激光通过聚焦后，可获得直径约为1微米（μm）的 光束。1972年，荷兰飞利浦公司研究用激光光束记录和 重放信息获得成功，1978年该技术进行市场化。最初的 产品就是大家所熟知的激光视盘LD（Laser Vision Disc） 系统，从此光盘工业迅速地发展起来。
2.7 光盘的工业标准
2.7 光盘的工业标准
红皮书标准
——激光唱盘标准。1982年由Philips和Sony公司为 CD-DA定义的整个CD工业的最基本的标准，所有其他
的CD标准都是在这个标准的基础上制定的。
“红皮书”定义了音频素材的录制, 克服了模拟 唱盘的弱点，采用数字的方式记录声音信息 。
好坏的一个重要指标。
•光盘和磁盘的对比
CD-ROM与磁介质比有很多优势，但它不能取代磁 介质。主要原因之一就是其只读性.
2.9 移动存储
闪存盘 体积小巧， 32M~256M
USB移动硬盘 体积稍大， 5G~40G
128M价格约200元
40G价格约700元
操作简单方便
蓝科、爱国者
1.2mm
导出区：表示储存 结束结束。
常见光盘的大小尺寸
•光盘数据记录和读取
光道凹凸边界跳变记为1，两边缘则记为0，0的个数
由边缘长度决定。
激光束照射数据面，并拾取反射回来的光信号，由此 判断记录的是1或0。
•光盘数据容量
缺图
普通CD-ROM凹痕宽约0.5μm，最小长度约0.83μm， 光道间距约1.6μm。每张光盘大约包含8亿个凹痕，可容 纳高达680MB的数据量，因此光盘的容量很大。
备 注
这两种光盘的格式 都可以利用刻录机来 处理。
CD-R 74格式 CD-R 80格式 CD-R 90格式 CD-R 99格式 小光盘 （77mm）
650MB 700MB 800 MB 900 MB 200 MB
这两种光盘是否可 以刻录完全取决于刻 录机本身的电子定位 的能力。 可以在许多驱动器 上使用，但不是全部。
——CD-I标准。由Philips和Sony公司为CD-I定义
的标准，“绿皮书”将CD-ROM的领域扩展到了播放 装置的交互性世界，不仅描述了CD-ROM的存储特性， 还为播放和操作系统指定要用的硬件。
2.7 光盘的工业标准
橙皮书标准
——“橙皮书”定义了可录制媒体的特性。目 标是促使可录制的光学媒体能兼容于不同的播 放器。本质上，“桔皮书”定义了每种其它标 准（“红皮书”、“黄皮书”、“绿皮书”、 “白皮书”）如何录制到CD-ROM上的方式。
金属母盘
复制光盘——②压模
塑料盘基
金属母盘
复制光盘——③信号表面金属化
反射层 塑料盘基 塑料盘基 复制光盘——④表面保护 保护层
盘基
•CD-ROM光盘的生产效率
玻璃基版 婆婆版
妈妈版
妈妈版
妈妈版
子 版
子 版
子 版
子 版
子 版
子 版
子 版
子 版
子 版
(1+9)×30000=300000片
2.3 可刻录式光盘
2.7 光盘的工业标准
黄皮书标准
——CD-ROM标准。1985年由Philips和Sony公司 为CD-ROM定义的标准，在红皮书的基础上增加了 两种类型的光道，使CD-ROM共有三种类型的光道,
分别存放除音频数据之外的其他数据资料.
黄皮书标准扩展
——保证音像同步性。
2.7 光盘的工业标准
绿皮书标准
•CD-ROM的结构
标签
标记面
铝反射层
胶膜保护层
聚碳酸脂底层
光盘截面示意图
激光束
数据面
•光盘分区
整个光盘分为三个区,共101个光道构成：
导入区1个光道、数据区99个光道、导出区1个 光道； 二进制的数据以微观凹痕形式记录在光道 上由内向外呈连续的螺旋形状。
数据区：存放数 据信息。
导入区：存放光 道目录。
•CD-RW光盘的结构
感光相变层材料多为银、硒、铟或碲的合金结晶，
其主要特点是具有结晶的可逆变性。
保护层 反射层
感光相变层
印刷层
百度文库
介质层
盘基
由于介质层增加，光反射率受到影响，令有些CDROM光驱无法读取此种盘片的数据。
2.5 DVD光盘
DVD是数字通用光盘，是一种能够存储高质量视频、
音频信号和超大容量数据，并且可靠性更高的新一代光
反射层：采用金或银为材料 ；
保护层：紫外固化保护胶，防止反射层氧化 ； 印刷层：印制标签
从烧录原理可以看到CD-R盘片的结构是多层的，它 与只读光盘最大的区别在于感光层，其材料决定了CD-R 盘片的颜色。
•CD-R光盘的容量
光 盘 容 量 记录时间
74分钟 80分钟 90分钟 99分钟 21分钟
2.7 光盘的工业标准
白皮书标准
——VCD的标准，该标准定义了数字电视视盘技 术规格，允许许多不同类型的数字化存储数据在
播放器间方便地交换。
2.8 光盘驱动器
以CD-ROM驱动器为例，主要由光学头、光盘转动
板、控制器以及信号处理器组成。
•驱动器的技术指标
1）数据传输率
当数据起始位置找到后，将数据读出到内存的 速度，定义为每秒钟向主机传送的数据量。