[提要] 本文论证和简述了光盘（videodisc）系统技术的几个主要方面。详细介绍了两个激光系统的操作、可靠性、存贮容量和应用。这两个系统是：（1）用于“影片”发行和各种辅助教学的日用光盘；（2）用于数字和图像存贮的高密度存贮数字光盘。数字光盘的多用性，就在于它能使大量参考文献资料藏书数字化，并能用图像处理能源文献的全文。光盘的研制和应用是对社会有深远影响的技术之一。它也是美国占优势的现代主要日用电子仪器之一。随着这个领域的进展，情报存贮和检索的新方法学必将发展起来。

三种新兴的光盘技术

虽然光盘系统的分类有几种方式，但根据阅读和记录的性质分为三大类似乎最为合适。

1. 激光系统

激光系统是通过光盘反射激光，或在某些情况下传输激光。它对于存贮图像和声音以及放出图像和声音都是理想的。市售的工业用播放机价格为3000 ~ 4000美元，而日用播放机的价格为695—895美元。

日用播放机，例如Magnavox日用电子公司生产的玛格纳播放机（Magnavision），其图像的质量堪与录像磁带（Videotape）的质量相媲美，其声音犹如立体声。所有日用播放机使用的光盘是由迪斯科电视联合公司（Disco Vision Associates）制造的光盘。这个公司是国际商用机器公司（IBM）和美国音乐公司（MCA）联合开办的。美国PIONEER公司获有出售另一种日用播放机的销售合同。

工业用播放机与日用播放机的控制器件不同，例如它有满足附加应用需要的微处理机和软件。1981年引进的日本索尼公司工业用播放机，正是使用这样的光盘，但有一个活动的激光读头，用以阅读固定的光盘。日本东芝公司将销售国际SRI研制的一种工业用的光盘。东芝DF-2000型光盘存贮器可能是使用光盘技术的第一批图像文献归档模式之一。它用二进制调频形式存贮图像，而不是用数字形式存贮资料。由北美菲利普斯公司研制的数字光盘是一种激光反射型的存贮器，它是以激光槽的形式存贮二进制数字来表示图像或数字化资料的。存贮文本图像信息的密度，仅取决于扫描装置的读出密度。贮有文献页面图像或数字化资料的数字光盘并非制造过程的结束，还要靠计算机写入光盘。

2. 有纹槽的电容式系统

美国无线电公司（RCA）、ZENITH公司和哥伦比亚广播系统（CBS）似乎是光盘技术中的主要力量。在这种纹槽电容式系统中，由一根小的钻石唱针沿纹槽运行，可放音一个多小时。纹槽光盘是由唱针拾起电信息，而不是由光盘纹槽的物理变动产生振动。KCA曾预告，有纹槽的光盘播放机（称为Selecta Vision），其售价为500 ~ 600美元，或者大约为RCA最便宜的录像磁带播放机价格的一半。

3. 无纹槽的电容式系统

今年日本胜利公司（JVC），与美国通用电气公司（GE）和英国索恩电乐器工业（Thorn EMI）有限公司合作，意图推销一种甚高密度（VHD）的无纹槽电容式系统，这个系统从电导塑料光盘中选择电信息。JVC电容式系统的优点之一是唱针不接触光盘，以至磨损最小，因而光盘寿命长。

光盘的应用

一般日用光盘播放机，例如PIONEER公司和MAGNAVOX公司的光盘播放机、RCA有纹槽的光盘播放机和JVC无纹槽的电容式光盘播放机，主要是为电影和音乐而设计的。这些光盘经由一般唱片发行系统同类的发行系统销售。除了这些普通市场外，这种光盘系统还将与商用电视系统和有线电视系统争夺市场。

光盘最创新的使用是组合使用键盘控制器、微处理机和光盘播放机。用户利用这种组装便可以自由处理一个有效的视频数据库。国际商用机器公司和通用汽车公司已研制了这种仅供内部使用的系统。该公司使用这一系统帮助推销员确定有关各类汽车的利用情况及其某些特性的应用。光盘附有标明特种汽车特性的帧数。推销员键控某一帧数，便立即可以见到电视屏上显示出所需汽车特性的节目。该公司已在其13，500个推销员中配置了这类播放机10，200台。该公司28种每一面可播放一小时的光盘几乎全部都可以交互使用。通用汽车公司选择光盘系统而不选择录像磁带系统的原因就在于光盘具有快速检索的能力。福特汽车公司出于同样的理由，或为了增加例如停帧调节的能力，将于1987年采用光盘代替录像磁带。

国际商用机器公司通用系统分公司提出了一种类似的设想，它声言，光盘教学将会替代传统式的课堂教学、学生可以按照自己的进度进行学习，并可以集中精力于自己所感兴趣或要求进一步深入研究的领域。每个学生在一间隔音室内学习。一人一本小册子，载有说明及实例，并编制了程序进行视听学习。还指导学生如何利用终端和电视台。这样学生可以避免某些在课堂教学中所出现的分心或局促不安。这个系统的一个优点是，学生不需要学习大量的资料，因为某些资料已省去。而且一旦接通联结到所研究的课题的终端上，学习就能很快地应用自己所学得的知识。

数字光盘的发展

北美菲利普斯公司已研制出一种按位存取的数字光盘。这一设计是在该公司生产家用娱乐器械技术的基础上发展起来的。这个公司已研制出数字光盘写录直读（DRAW）系统，数据资料一经写入即刻可以读出。如果发生差异，可将数据写入另一区域。数字光盘就是利用这种光盘来存贮数字数据和全文图像。但目前计算机制造商还不知道把数字光盘同计算机结合使用，估计今后一两年内，大制造商有可能会提供这样的存贮装置，作为计算机设备系列中的一个部件。

数字光盘选择的记录格式是每一位信息用一条记录纹槽。这种指配或编码比一般日用光盘系统中的指配或编码要少得多。一般日用光盘系统，灼热一条纹槽大约显示6位。然而一般日用光盘编码的信息，是以适于电视输入的调频形式显示出来，结果分辨率有所损耗，而且有连续色调照片文本页面的图像在该系统中不能显示出来。

目前，数字光盘可以通过签订合同向菲利普斯公司购买。这种光盘每张可以存贮2×10¹⁰位信息。菲利普斯公司还在实验室条件下演示了具有2×10¹¹位容量的光盘，并计划在几年内，通过使用较小的纹槽、较小的轨迹间距、较好的编码和每条纹槽表示的高密度数位把存贮容量再增加十倍。要得到较小的纹槽就需要有高强度的激光。激光必须将碲加热到足以形成纹坑的程度，从而在更短时间内完成一帧画面。

在数字光盘中该公司研制了一种菲利普斯空气夹层式光盘。两块基片，每一块的内侧面涂有一层碲膜，用内外两块圆形隔片把这两块基片隔开。基片和隔片之间的空隙或空腔保护着碲，以免在记录时积集气体。两块碲膜的外侧面是1.1mm的塑料圆片，以提供环境保护。

在图像处理时是决定使用数字光盘还是缩微平片，就装置的费用而言，采用数字光盘技术十分有利。一张平片含有10⁷位的信息，而一张数字光盘却有2×10¹⁰位的信息。两千张价值400美元（每张0.20美元）的缩微平片才相当于10美元的数字光盘的容量。当数字光盘记录密度增加到2×10¹¹和2×10¹²时，数字光盘的使用将大大增加。但是如果与基本数字光盘读/写播放机的价格150，000美元相比，或者与只读播放机的价格20，000美元相比，则平片处理和阅读装置的价格将是微不足道的。如果发行给大型的机构组织而不对个人的话，使用数字光盘系统可能是合算的。

革新的磁盘式存贮器似乎是同数字光盘存贮器相匹敌的又一种逻辑存贮装置。大多数磁盘的驱动大约平均有30 ms（毫秒）的存取时间，比数字光盘的500 ms的平均存取时间和预定100 ms的平均存取时间要短得多。

磁盘和数字光盘存贮器之间的费用比较示于表1。

随着存贮器需求量的增加，数字光盘实现了节约。例如，如果使用两台读写播放机和五台只读播放机，那么每次驱动的平均费用将是57，000美元，而该存贮器的费用将降到每10千兆信息组为229，000美元。

数字光盘的应用

在用数字光盘发展检索的应用中，可以在磁盘上构成主目录和副目录（或倒排文档），而要检索的数据则可以在数字光盘上查出。以这种方式，目录中的数据，包括要改变的检索点或索引，可以通过在能抹去的磁盘上再生信息来修改。可检索的数据将永久地存贮在数字光盘上。如果这种存档的可检索数据需要增加，那么就在另一个扇形区域内写入表示这种变化的新加数据，便可以补充最新资料。新加数据的扇形编址可在新的目录里注明。

美国能源部技术情报中心（TIC）已在调查数字光盘存贮关于能源文献大量书目条款的应用。这些书目的资料数据保存在技术情报中心，共包括三个数据流：标引、叙述性编目和文摘。全部数据保存在TIC能源数据库（EDB），由这个数据库编辑出一个200 ~ 300页的半月刊文摘杂志——《能源研究文摘》。而且准备从EDB中进行类似的计算机精选摘录，以出版最新的月刊。

技术情报中心存贮的书目数据联机，已长达一年，给累积索引和专门检索与书目提供情报。对于EDB中有关能源文献的140万篇书目数据而言，其总的存贮规格示于表2。

一面数字光盘可以保存803，000，000个以上的字符，其中几乎有400，000个存贮字符用于目录，如数据的倒排文档、专门著作文档和修改的文档。数字光盘贮有的这种信息可用于载有半月信息集磁带的信息接收器。存贮全部EDB书目数据的光盘通过国家技术情报服务处每年分发给能连续每半月接收EDB磁带信息的用户。

最近已提出计算机存贮和检索文献全文的可能性。关于这一可能性的争论使人联想起十五年前关于数字化文摘的争论。光盘在图像处理中的应用，即在光盘上存贮印刷页的图解图像，可能是将来要解决的问题。按目前的标准判断，存贮要求是惊人的，即图像存贮与数字存贮之比达到1000：1。但是，随着光盘存贮密度的增加，这种可能性将成为现实。或许更有可能的是，用光学字符识别（OCR）装置把一篇文献的文本字符数字化，并用图像处理俘获插图图像。为了显示文献中的图像，需要处理连续色调图片。每英寸要存贮至少300点或300行才能保持足够的图片和图像数据。虽然检索这种信息需要倒排文档，但比较起来存贮要求要低些，因此不需要计入统计数字。下面的统计表达式强调了光盘系统的多用性及巨大的存贮容量。

为了确定数字光盘在图像处理中的效果，可以使用下述公式来计算表示具有连续色调图片一页（P）所需要的存贮容量。

目前的存贮容量和将来的预计容量示于表3。2×10¹¹位/光盘的容量已在试验室里做过试验，并设计了2×10¹²位/光盘的高容量光盘。有10张光盘的数字光盘组和拥有1000张光盘的投币式自动播放机光盘在不久的将来便可见到。

数字光盘投币式自动播放机有可能将包括由技术情报中心所做的编目、文摘和索引的全部能源数据库文献。假定每篇文献有100页，那么对于140万篇文献来说，就需要存贮1.4×10⁸页的图像。这种数量的资料大概只需使用有1000张光盘的数字光盘投币式自动播放机容量的三分之一。

性能和可靠性

正如已经指出的那样，在光盘上记录信息不可能像录像磁带或盒式磁带记录信息那么方便。但激光光盘系统具有较高质量的影像和立体声。事实上激光系统可以用于播放脉码调制立体录音，具有更好的动态范围和高的信噪比。

光盘和数字光盘在无空气的环境中都有信息层、利用激光，除保护的塑料表面不透光外，由处理造成的油污，不妨碍纹槽的正确读出。射束穿过油污和塑料，而在记录的表面上聚焦。而且激光系统不会使磁头受到损害，因为阅读头离光盘相当远足以避免接触。考虑到这一点，加上数字光盘有十年的存档寿命，这就给数字化数据和图像信息的新存贮应用提供了很好的机会。在应用设计工作中，数字光盘10¹⁰位中有1位理论误差率，磁盘10¹²位中有1位的理论误差率，比较起来，磁头损害和校准问题可能不只是抵消这两者之差。

百倍于磁盘误差率的数字光盘误差率，在使用数字光盘存贮某些应用的数字数据上可能是一个极困难的因素。但是，这种误差率对于存贮图像信息可能不成为问题，因为10¹⁰位中的1位误差率（在2000多页的一个版面上可能只有5百万点中的一点）大概只是一个错误表示而已。

将来的应用和技术发展

像MAGNAVOX公司的玛格纳光盘和美国PIONEER公司的激光光盘等激光光盘系统，将不断为某些大企业机构提供经济而有效的传播专用影片和教育节目的机会。随着公众接收这些系统的增加，这项技术可用来以小于商用电视或有线电视的费用为一部分居民提供广告上的光盘节目。

由日用光盘播放机、键盘、微计算机、存贮器和电视监控器构成的未来系统，将使用户手里拥有一种相互联系的电视数据库。结合倒排文档方法和新程序技术，这些系统的检索能力将为未来的应用发展打开新的大门。

由于通过检错编码发展的新途径，可靠性有了预期的提高，因此数字光盘可能将成为使用缩微胶片的计算机的常用代用品。

考虑到存取时间要求高以及录像磁带的操作十分麻烦，汤姆森 - CSF公司和美国无线电公司已演示了一种电视工业用的数字光盘。

在医学领域内，利用存贮数字图像以及存贮由CAT扫描器产生的层析X射线摄影数据，可以用数字光盘来代替X射线。由用于计数、分类、特性描述和显示微观粒子（如在白血细胞变异和尿沉淀观察中所做的那样）的远距离图像系统提供的数据，也可以存贮在这种光盘上。由于这种存贮形式有使数据和影像数字化的能力，因此病人的整个病历可以用这种方式存贮。

国家航空和航天局的喷气推进实验室也正在计划通过数字光盘存档来取代现有大部分关于外层空间探测数据的平片存档。

为了使资料能达到100倍以上的压缩，就有必要把烧蚀时间（ablation time）大大降低到现在的50 ns（毫微秒）即1秒的50×1/10⁹以下。这就是激光烧蚀孔眼使金属膜由固体变为液体，又由液体变为气体的时间周期。为了改进这项技术，菲利普斯公司、美国无线电公司、日本日立公司、静电印刷公司、汤姆森 - CSF公司和其它公司正在研究蹄和其他金属的性质。

很多用户和潜在用户正在期待发展一种可以抹去和重写资料的数字光盘存贮器。

虽然目前在这个领域里可能有一些新的和鼓舞人心的发展，而更多的则将在未来付诸实现，所以还请人们不要抛弃你们的缩微平片！

（Journal of the American Society For Information Science，1982年6月）