1.2 激光光盘的构造

激光光盘是利用激光来重新放出声音和图像的一种存储信息的介质，由于其读取采用非接触式，所以不易损坏，寿命较长。

CD、VCD、DVD的碟片都是采用数字存储信号的方式。CD、VCD、DVD对信号的处理是先把模拟信号转换成只用二进制数“1”和“0”表示的数字信号，再对这种数字信号进行相应的处理，最后刻录在碟片上，碟片上只有凹坑和凸起，利用它们之间的关系来表示“1”和“0”。读取时则是先从坑的形状中读出有关的信息，再处理成刻录前的数字信号，即仍用“1”和“0”表示。对这些数字信号进行相应的处理，然后必须恢复成图像和声音信号，人们才能接受和理解，也即最终还必须把数字信号转换成模拟信号。

激光光盘按信迹的宽窄可分为两类，一类是CD光盘，一类是DVD光盘。CD机和VCD机播放的光盘结构一样，主要是数据结构不同，以后分析时都统称为CD光盘。CD光盘的存储量仅为650MB，DVD光盘的信迹小于CD，可存储的数据量达到4.7GB。

1.2.1 CD光盘的结构

CD光盘各部分的尺寸如图1.2所示。光碟直径为12cm，中心孔直径15mm。整个碟片可分为4个区域，直径26～33mm范围为光碟紧固于唱机内的紧固区；直径46～55mm范围是激光束引入纹迹部分，称为引入区；记录的声音或图像纹迹是在直径50～116mm之间的区域内，称为节目区；直径116～117mm范围是激光束引出纹迹部分，称为引出区。后3个区统称为信息区。装入光碟时，CD唱机或VCD播放机的激光头首先从引入区读出目录表。激光头到达引出区则自动返回引入区。光碟厚度为1.2mm，重量约为14～16g。

从盘片的剖面看，盘片又分为3层。一层为透明衬底，一般用聚碳酸酯，它具有耐热、耐湿、良好的成型性能；中间层为反射层，用金属薄膜铝采用蒸镀方法形成；上面保护层一般由硬树脂制成，在保护层上印有商标等内容。

1.2.2 CD光盘上的信迹

CD光盘上记录的音频信号是由1和0组成的数字信号。在反射层上记录的信迹是由0.5～0.6μm宽、0.13μm高、具有9种不同长度（0.83～3.1μm）的小凸起和间隔构成的（由放音时激光照射的一面来看）。相邻两圈之间的距离为1.6μm，单面最长放音时间约为74min。图1.3所示为CD光盘的信迹尺寸图。利用信息坑的凹凸变化代表数据，当数据为“1”时，激光束从开通转换为关断，或从关断转换为开通，信息坑从凸变凹，或从凹变凸。凹点或凸点的长度就是两个数字“1”的距离，表示两个“1”之间对应数据为“0”的多少。当数据出现连续为“1”或“0”的现象时，其激光束从开通到关断的转换将变得非常频繁，给唱片的制造工艺带来一定的麻烦。光碟正常读出数据的速率为4.321 8Mb/s。读出数据的速率越快，输出信号的频率越高。由于常用的光碟外径为12cm，读出数据时，通常从内向外螺旋扫描读出。光碟轨迹的运动方式是恒线速度CLV，光碟的启动速度较快，由内向外旋转速度逐渐变慢。

1.2.3 DVD光盘

DVD光盘是英文Digital Video Disc（数字视频光盘）的缩写。DVD光盘不仅可以存储影视节目，还可以存储其他数据，如计算机数据等。

DVD光盘的特点是大容量和高质量。DVD光盘与CD光盘一样大小，它有单面单层、单面双层、双面单层和双面双层的结构。各种DVD光盘的结构与容量如图1.4所示。单面单层的DVD光盘，容量为4.7GB（表示为SD-5），相当于CD盘的7倍；单面双层的可达8.5GB（表示为SD-9），双面双层的更可达17GB（表示为SD-18）。因此，DVD光盘不仅可以像CD光盘一样记录声音，还可以像VCD光盘一样记录图像。

DVD光盘的信号轨迹比CD光盘更为精细，DVD光盘和CD光盘的轨迹比较照片见图1.5（a）。这是DVD光盘存储量大于CD光盘的一个重要原因。另一个原因是采用了一种更为有效的压缩编码方式MPEG-2。由于DVD的存储量很大，对图像和声音可进行较高质量的处理，所以DVD的图像和声音质量得到大大的提高，并可以记录更长的时间。从图1.5（b）DVD的高清晰度（电视校验图案）可以看出，一个校验图案显示了可从DVD中得到的细节程度。DVD水平解像度可达480线，而激光影碟LD为430线，专业级录像机S-VHS为400线，家用VHS为240线，VCD也为240线。同时，DVD除了具有高清晰度的画面外，还具有逼真的色彩和平滑的运动显示。

而音质方面，由于采用了杜比AC-3环绕声或MPEG-2 Audio等格式，可实现多声道环绕声，充分体现了数码音响的高保真，同时，多声道的容量和全频带数字声保证了精确的声场配置，从而使聆听者沉浸在完美的音响之中。

1.2.4 DVD和VCD、CD的异同

DVD和VCD、CD一样同属于数字影音技术，而且，根据CD系列产品的开发思想，DVD通常能够向下兼容。

CD、VCD、DVD光盘的参数如表1.1所示。CD和VCD之间的差异较小，主要区别是后者采用MPEG-1压缩。DVD和VCD、CD之间的差别较大，盘片方面表现为轨迹间隔减小、最小凹凸坑长度减小、盘片表面利用率加大、每个扇区字节数减小、存储量增加。

1.2.5 光盘的刻录、复制过程

CD和DVD原盘是采用光学方法刻录的。刻录方法是在直径12cm、厚6mm，经过光学研磨的玻璃圆盘上涂覆0.12μm厚的光刻胶，将玻璃圆盘置于刻录机转盘上，使转盘按规定速度旋转，将所录信号经编码器编码后，送至光调制器。当高功率氩离子激光束射向圆盘时，激光束的强弱由光调制器来控制，按信号的强弱使光刻胶受激光的照射。同时，激光束以一定速度沿圆盘半径自内向外移动。于是，圆盘上的光刻胶被一圈圈地感光。将已感光的圆盘进行化学处理后，圆盘上就留下了与信号相对应的凹凸坑，组成螺旋排列的由内向外的一圈圈信迹，这就是光盘的原盘。

光盘的制造大多采用复制成型。CD和单层DVD的制作过程如图1.6所示，首先用激光刻录机将音频信号调制成激光束，刻录在涂有光刻胶的玻璃圆盘上，经过化学处理后，制成具有凹凸信号结构的正像母盘。然后利用蒸发和电镀技术，做成金属负像的压模。再用注塑或光聚合法在金属母盘上复印光盘。最后涂加反射膜，盘片就制成了。

除用压制成型法外，还可采用注射成型法，具体做法是，把熔融的盘片材料压入装有压模的金属模具中，冷却后就得到了盘片。