光盘:渐行渐远的记忆

2013-11-06 admin1 82

  曾几何时,影碟机是家家户户必备的“大件”电器之一,而光盘驱动器也是每台电脑上必有的标准配置,至于各种各样的光盘更是随处可见。然而,随着IT 技术一日千里的发展,原本被人们看作不可一日无此君的光盘,如今也似乎变为了一种可有可无的存在。但人们不应忘记的是,正是这张小小的塑料盘片,充当了多媒体和信息时代的第一块基石。

  记录音像原本用的电和磁

  如今,或许已经很少有人知道,人们研制光盘的初衷是为了能够在富丽堂皇的音乐厅之外随时随地欣赏高品质的音乐。在此之前,人们实现这一目标主要依靠的是电与磁。

  1877年,托马斯·爱迪生发明了利用机械原理驱动的圆筒型留声机。后来,德裔美国人伯林纳在爱迪生留声机的基础上改进发明了使用圆盘型唱片的留声机,从而拉开了20世纪唱片工业的序幕。20世纪六七十年代,随着卡式磁带(盒带)和立体声录放设备的普及,音乐从奢侈品变成了千家万户的生活必需品。而实用的磁带录像机也早在1956年由美国的安培公司研制出来了。

  然而,无论是唱片还是磁带,作为记录介质来说,都有着无法克服的局限:首先,由于采用的都是接触性的读取方式,随着时间的推移和播放次数的增多,难免会出现音轨丢失或者损坏的问题;其次,声音和画面的还原度仍然不尽如人意。为此,世界各地的科学家和科技工作者从20世纪中叶起,便开始了寻找新的录放技术解决方案。

  新点子—用光也能记录音像信号

  1958年,美国斯坦福大学的大卫·格雷格最先提出了用光学方法把视频、音频信号记录在一张圆盘上的设想,并在1961年到1969年间,以“电视唱片”(VIDEO DISK)的名义陆续注册了多项技术专利。这些技术专利后来被当时世界上最大的黑胶唱片公司—美国音乐公司(MCA)收购。

  根据格雷格的设想,他的“电视唱片”应该是一张透明的塑料盘,画面信息以视频信号的形式记录在盘的一面或两面上。把盘片放在转台上,导入光束透过盘片,光束被记录在盘上的视频记录调制,光学头把被视频调制的光信号转换成相应的视频电信号或画面信息,在电视机上播放。虽然,格雷格完成了“光盘”的技术路径构建,但却并没有将其真正变成商业产品。这个使命历史性地落在了大西洋(600558,股吧)另一端的荷兰电器巨头飞利浦公司的肩上。

  20世纪60年代末,荷兰飞利浦公司的技术主管皮埃特·克拉默接受了同事康派恩的建议,开始组织技术人员从事新一代光媒介存储介质的研发。不过,由于克拉默熟知董事会的保守和功利作风,克拉默并没有大肆声张,而是找了几位相熟的工程师开始了秘密研制。

  经过反复试验,研发小组发现最大的技术瓶颈来自光源,哪怕当时亮度最高的王牌白炽灯也无法在1微米的区域内,用光把信号运载给感应器。光盘必须采用更明亮的光束和更集中的光源,克拉默便想到了激光发射器。要知道,当时的飞利浦是世界上为数不多的几家掌握氦氖激光管制造技术的公司。克拉默立刻从库房里调来了一只价值5000美元的激光管。果然,难题迎刃而解,光盘研究初战告捷。

  小的,才是更美的

  接下来的问题就是如何将其产品化。飞利浦的董事会最终决定采用视频光盘(影碟)和音频光盘(音碟)同步推进的研发策略。1972年底,飞利浦开始与美国MCA公司合作进行影碟的研发。由于MCA的一再坚持,这种后来被称为“镭射盘”(LD)的影碟保持了老式唱片直径30厘米的传统风格,并采用了与录像带类似的模拟信号制式。这让整个播放装置都变得异常粗大笨重,在与松下、索尼等日系厂商生产的小巧灵便的家用录像机的竞争中完全落于下风。20世纪80年代,全美LD播放机销量为100万台,仅为同期录像机销量的1/84。

  痛定思痛,负责音碟研制工作的飞利浦公司音响部门研发主管奥登斯决定放弃原有技术方案,通过数字编码把音乐变成二进制数码存储于光盘之后,然后再转换为模拟信号还原为音乐。这种技术将使光盘录制的音响格外纯净,没有丝毫杂音。奥登斯还决定将音碟的尺寸缩小为约12厘米,以令其更便于携带。同时,这样的大小也足以让它的录音时长满足 95%以上交响乐作品的录制需要。最终,飞利浦公司将这种小音碟命名为“Compact Disc”,简称CD。

  后来,飞利浦公司又与日本索尼公司合作,成功对原本体积为一立方米的CD播放器进行了“瘦身”。索尼公司甚至生产出了可以塞进包里的CD Walkman(CD随身听)。而在这两家公司的携手努力下,数码音频光盘“CD-DA”通过了国际标准化组织的审查,成为国际通用的工业标准,并最终取代塑胶唱片成为最重要的音乐传播介质,重塑了整个全球流行音乐市场格局。

  超强存储能力甚至无用武之地

  在音乐娱乐产业取得辉煌的胜利后,CD光盘很快便转战到一个新的领域—计算机数据存储。

  在20世纪80年代,尽管个人电脑(PC)已经不是新鲜物件,但与普通人的生活仍然隔着十万八千里。当时,最顶级的个人电脑的运算能力还不及现在一只最普通智能手机的百分之一。至于说到需要存储的数据更是少得可怜。当时最常用的存储设备就是IBM双面电脑软盘,存储量仅为360KB,大约260万个字节。而一张标准的CD光盘可以存储63亿字节的信息,是软盘的2390倍。

  正是看到了这样一个足以引发技术革命的巨大潜在市场,飞利浦和索尼两家公司再度联手推出了基于CD光盘技术的电脑存储技术标准:CD-ROM(即只读光盘存储器)。

  然而,当这种新产品被推向市场的时候,一个幸福的烦恼摆到了两家公司面前。那就是它的容量实在是太大了!1986年,加利福尼亚州索尼韦尔的“电脑发烧友组织”发行了一张CD-ROM,其中包含4000个公共域名和共享软件程序。尽管塞进了如此之多的程序软件,但也不过是占据了那张CD-ROM光盘的六分之一空间。可见,要让CD-ROM大显身手,还得另辟蹊径才成。

  电子游戏领域借机大展拳脚

  谁知,很快这个“蹊径”居然自己找上门来。原来,当时日本的任天堂公司在家用游戏机领域如日中天。在成功地推出了FC游戏机(俗称“红白机”)后,任天堂又在1991年推出了换代产品SFC游戏机(俗称“超任”)。由于FC和SFC游戏机使用的半导体卡带存在存储容量小、制造成本高的缺陷,于是,任天堂找到索尼公司,希望他们能够为SFC设计一款CD-ROM驱动器(光驱),以提升SFC的性能。对此,索尼公司自然是求之不得,双方的合作很快就上了轨道。

  但是,不久后,任天堂便发觉索尼似乎有意利用为SFC设计光驱的机会,进军电子游戏市场。这是任天堂无论如何无法接受的,于是,时任任天堂总裁的山内溥耍了一个小手段,在与索尼合作的同时,又向CD专利的共同持有人飞利浦公司发出了合作邀约。结果,索尼为SFC设计的光驱最终成了废品。这让索尼大为光火,决定一不做二不休,一定要搞出自己的家用游戏机,对任天堂还以颜色。

  最终,在索尼电脑部门技术主管久多良木健(后来成为索尼公司总经理)带领下,索尼公司研发了PlayStation游戏机。由于采用了CD-ROM这种大容量存储介质,PlayStation游戏机实现3D图形加速和电脑CG动画等以前难以想象的强大功能,带给游戏玩家前所未有的畅快游戏体验。上市十年间,全球销量过亿,而与之配套的游戏CD光盘则销售了近10亿套。更为重要的是,自PlayStation之后,光盘几乎成了游戏机的标准存储设备。

  多媒体革命与数字影音的开山功臣

  另一个对CD光盘的命运影响深远的事件是,微软公司在1995年推出了Windows95操作系统。这款革命性的操作系统让原本极端复杂的电脑操作变得简单而轻松。同时,Windows95的多媒体属性也让原本沉闷而单调的个人电脑变成了影音俱佳的数字娱乐平台。而CD-ROM庞大数据容量,让它在多媒体电脑时代找到了用武之地。人们欣喜地看到,一张CD光盘能够轻松地装进以前需要几十张软盘才能存下的数据或软件。至于含有大段CG动画的电脑游戏更是不在话下。不久后,连原本给人严肃古板形象的百科全书也开始发行CD版了。

  而VCD影碟机和家庭影院的出现和普及更是让CD光盘走入了千家万户。这不仅仅改变了人们的观影方式,还促使整个影视产业链发生了“化学反应”。在东亚各国出现了所谓的“OVA”(Original Video Animation)的新发行方式,影视作品,尤其是动画片不再通过传统的电视台、电影院线发行,而是以影碟的方式直接售卖给消费者。这种发行方式及时迅速,既有利于观众以较低成本获得影视作品,也有利于制作发行方迅速收回成本,加快资金回笼。日本著名作家田中芳树的成名作《银河英雄传说》被改编成动画片后就是采用OVA的形式发行,前后共发行四季,总计55张光盘。

  CD是怎么造出来的?

  光盘是通过其表面成百上千的小凹坑来记录信息的,凹坑在盘上以螺旋轨道的形式由中心向外分布,一张看似普通的CD上可能会有20亿个这种小凹陷。

  我们知道,计算机只能识别比特(bit)为单位的数字信号,因而在CD光盘用凹坑的前沿和后沿(深度发生突变的地方)来代表1,凹坑和非凹坑的长度来代表0的个数。

  要大规模地生产CD光盘首先要制作母盘,第一步是先制造玻璃母板。在玻璃母板的基础上,通过电沉积或电涂覆的方法制成金属母板,这个金属母板可作为注射光盘的成型模板。普通光盘是用光学级聚碳酸酯(PC)材料通过注射成型工艺制作而成的。

  那些年,

  我们熟悉的光盘

  CD光盘的商业成功促进了激光、光学技术,自动控制,数字编码技术和新记录材料等科技领域的研发热潮,而这些科技成果反过来又促进了光盘产品的升级换代,从而开创了光盘存储技术的新时代。下面就让我们回顾一下,那些曾经深刻影响了当代人生活方式的光盘产品。

  VCD—催生“影碟一代”

  VCD是影音光碟(Video Compact Disc)的缩写。VCD标准由索尼、飞利浦、JVC、松下等电器生产厂商联合于1993年制定。由于原始数字影音文件的体量巨大,要将其塞进小小的光盘里必需经过压缩。VCD采用的信息压缩比为140:1。如此之高的压缩比使得图像失真度很高,相当于VHS录像机的水平。即便如此,VCD和影碟机仍旧在 20世纪90年代,在全球范围内掀起了数字影音的热潮,尤其是在中国大陆地区,影碟机几乎成了每个家庭的必备品,甚至催生出了号称“影碟一代”的亚文化族群。

  SVCD—一张光盘存一部电影

  如果盘点一下VCD的缺陷,画质恐怕还要排在其次。最大的问题应该是容量,一张VCD光盘仅能记录74分钟的视频,而一部电影的标准长度通常都在90分钟以上。因而,要看一部完整的电影,至少需要两张VCD,中间还要换盘,非常不方便。

  从20世纪90年代中期开始,在国家政策引导下,国内各大高校、科研机构与影碟机生产商密切合作,开发新的视频光盘技术与标准。最终,超级 VCD(SVCD)成为新的国家标准。由于采用了新的压缩技术,SVCD在画质提升的基础上,实现了一张光盘存一部电影的目标,还增加了多种语言字幕的功能。

  DVD—来自好莱坞的呼吁

  DVD是“数字通用光盘”(Digital Versatile Disc)。针对VCD的缺陷,20世纪90年代初,美国电影制片业顾问委员会起草了一份代表好莱坞七大电影制片公司的愿望书,希望电器业界能够研制出容量更大、画面清晰度更高的换代产品。这对光盘制造商来说是一个很大的挑战,要想在盘片直径固定的情况下提高存储容量,就必须降低坑点尺寸和轨距,这需要使用新型的,尤其是波长更短的激光进行读写。于是,以飞利浦-索尼联盟为一方,以东芝联盟为另一方,展开了新一代光盘的研发与标准争夺战。最终,双方达成妥协,制定了统一的DVD标准。不过,在DVD面世之初,由于价格昂贵而难以普及。对此,索尼再次使出杀手锏,为自家的PlayStation2游戏机率先配备了DVD光驱,极大地推动了DVD在全球范围内的普及。到了21世纪初,DVD已经成为了全球主流光盘制式。

  蓝光光盘—生不逢时的胜利者

  DVD大战的硝烟还未散尽,新一代光盘制式的争夺战再度展开。索尼及松下等业界巨头组成的“蓝光光盘联盟”,再度与东芝公司的HD-DVD联盟正面交锋。然而,由于索尼在电影及电子游戏等内容产业界具有绝对优势,蓝光光盘最终胜出。蓝光光盘因其采用波长405纳米的蓝色激光光束来进行读写操作而得名,容量达到25GB以上,视频清晰度可达1080P以上。

  然而,蓝光光盘却没有它的前辈VCD、DVD幸运,随着高速互联网的广泛应用、尤其是高清流媒体技术的日臻成熟,以及U盘等移动存储设备日益广泛的使用,蓝光光盘的商业前景越发暗淡。2011年3月,索尼被迫关闭了它在日本关西最大的光盘工厂。这是否意味着光存储技术将退出历史舞台呢?我们只能拭目以待。

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