Disco óptico

En el campo de la informática, y la reproducción de sonido y de video, un disco óptico es un disco circular en el cual la información se codifica (se guarda, almacena) haciendo unos surcos (pits) microscópicos con un láser sobre una de las superficies planas que lo componen, que suele ser de aluminio. El material de codificación se ubica por encima de un sustrato de mayor grosor (generalmente de policarbonato) que constituye la mayor parte del disco. El patrón de codificación sigue un recorrido en espiral cotinuo que cubre la superficie del disco entera extendiendose desde la pista más interna hasta la más externa. El acceso a los datos (lectura) se realiza cuando esta superficie es iluminada con un haz de láser generado por un diodo láser ubicado dentro de una unidad de disco óptico la cual hace girar al disco a velocidades de alrededor de desde 200 RPM a 4000 RPM o más dependiendo del tipo de unidad, el formato de disco, y la distancia desde el cabezal de lectura hasta el centro del disco (las pistas internas son leídas a una velocidad mayor). Los surcos en la superficie modifican el comportamiento del haz de láser reflejado y nos dan la información que contiene el disco. De ahí a que la mayoría de los discos ópticos (excepto los discos negros de la consola de videojuegos) PlayStation original) tengan su característica aparencia iridiscente creada por las hendiduras de la capa reflectiva.

El reverso de un disco óptico generalmente tiene impresa una etiqueta, hecha usualmente de papel pero a veces impresa o estampada en el disco mismo. Este lado (sin codificar) del disco es típicamente cubierto con un material transparente, en general laca. A diferencia de los disquetes, la mayoría de los discos ópticos no tienen integrada una carcaza protectora y por lo tanto son susceptibles a los problemas de transferencia de datos debido a rayaduras, huellas, y otros problemas del entorno (aunque las huellas, el polvo y la suciedad en la mayoría de los casos pueden ser removidos con un paño húmedo).

Los discos ópticos en general tienen un diámetro de entre 7.6 y 30 cm, siendo 12 cm el tamaño más común. Un disco típico tiene un grosor de 1.2 mm, mientras que el largo de pista (la distancia desde el centro de una pista hasta el centro de la siguiente) es en general de 1.6 µm (micrones).

Un disco óptico está diseñado para soportar uno de tres tipos de grabación: solo lectura (por ejemplo CD y CD-ROM), grabable (posibilidad de escribir una sola vez, por ejemplo CD-R), o regrabable (reescribible, por ejemplo CD-RW). Los discos grabables usualmente poseen una capa de grabación de tinte orgánico entre el sustrato y la capa reflectiva. Por otra parte, los discos regrabables contienen una capa de grabación de aleación compuesta de un material en cambio de estado, la mayoría de las veces AgInSbTe, un aleación de plata, indio, antimonio y telurio.

Los discos ópticos son usados la mayor parte de las veces para almacenar música (por ejemplo para usar en un reproductor de CD), video (por ejemplo para usar en un reproductor de DVD), o datos y programas para computadora. La Optical Storage Technology Association (OSTA) promueve formatos de almacenamiento ópticos estandarizados. Aunque los discos ópticos son más duraderos que los formatos de almacenamiento audiovisuales anteriores, son susceptibles a daños provocados por el entorno y el uso diario. Las bibliotecas promueven procedimientos de preservación de medios ópticos para asegurar una usabilidad continua en la unidad de disco óptico de la computadora o el correspondiente reproductor de discos.

Para copias de seguridad de datos de computadora y transferencia de datos física, los discos ópticos como el CD y el DVD están siendo reemplazados gradualmente por dispositivos de estado sólido más rapidos, pequeños y confiables, especialmente la memoria USB. Se espera que esta tendencia continue a medida que las memorias USB sigan creciendo en capacidad y disminuyendo sus precios. De manera similar, los reproductores de CD personales portables han sido reemplazados por reproductores MP3 de estado sólido portables, y la música comprada o compartida por Internet (o por otros medios) ha disminuido importantemente el número de CDs de audio vendidos por año.

Lente óptico de una unidad de CD.

Historia

El disco óptico fue inventado en 1958. En 1961 y 1969, David Paul Gregg registró una patente por el disco óptico analógico para grabación de video, patente de EE.UU 3.430.966. Es de interés especial que la patente de EE.UU 4.893.297, registrada en 1968, emitida en 1990, generó ingresos de regalías para el DVD de Pioneer Corporation hasta 2007, abarcando los sistemas los sistemas CD, DVD, y Blu-ray. A comienzos de los años 1960, la Music Corporation of America (MCA) compró las patentes de Gregg y su empresa, Gauss Electrophysics.

Luego en 1969, en Holanda, físicos de Philips Research comenzaron sus primeros experimentos en un disco óptico de video en Eindhoven. En 1975, Philips y MCA unieron esfuerzos, y en 1978, comercialmente mucho despues, presentaron su largamente esperado Laserdisc en Atlanta. MCA comerciaba los discos y Philips los reproductores. Sin embargo, la presentación fue fracaso técnico y comercial y la cooperación entre Philips y MCA se disolvió.

En Japón y Estados Unidos, Pioneer triunfó con el disco de video hasta la llegada del DVD. En 1979, Philips y Sony, en consorcio, comenzaron a desarrollar un nuevo disco óptico de almacenamiento de audio con tecnología digital y en 1983 terminaron con éxito el disco compacto (CD). Paralelamente, la compañía Pioneer tuvo éxitos en el campo de los discos de video hasta el desarrollo del actual DVD.

A mitad de los años 1990, un consorcio de fabricantes desarrollaron la segunda generación de discos ópticos, el DVD.

La tercera generación de discos ópticos fue desarrollada entre 2000 y 2006, y las primeras películas en discos Blu-ray fueron lanzadas en junio de 2006. Blu-ray eventualmente prevaleció en una guerra de formatos de discos ópticos de alta definición sobre un formato de la competencia, el HD-DVD. Un disco estándar Blu-ray puede almacenar aproximadamente 25 GB de datos, un DVD aproximadamente 4.7 GB, y un CD alrededor de 700 MB.

Cronológicamente, podemos dividir la historia de los discos ópticos en tres generaciones.

Los estándares de almacenamiento ópticos son regulados por la OSTA (Optical Storage Technology Association).

Primera generación

Originariamente, los dispositivos ópticos se utilizaban para almacenar música y software de computadora. El formato Laserdisc almacenaba señales de video analógicas, pero, comercialmente perdió ante el formato de casete VHS, debido principalmente a su alto costo e imposibilidad de grabación; el resto de los formatos de disco de la primera generación están diseñados únicamente para almacenar datos digitales.

La mayoría de los dispositivos de los discos de la primera generación tenían un cabezal lector de laser infrarrojo. El tamaño mínimo del punto del laser es proporcional a su longitud de onda, por lo tanto la longitud de onda es un factor limitante contra una gran densidad de información, entonces muy poca información puede ser almacenada. El rango infrarrojo está mas allá del fin de la longitud de onda del espectro visible de la luz, entonces, soporta menos densidad que cualquier color de la luz visible. Un ejemplo de capacidad de almacenamiento de datos de alta densidad, logrado con un laser infrarrojo, es 700 MB de datos de usuario netos para un CD de 12cm.

NOTA: otros factores que afectan la densidad de almacenamiento de datos son, por ejemplo: un disco infrarrojo de múltiples capas almacenaría más datos que un disco de capa simple; si es CAV, CLV o CAV por zonas; como son codificados los datos; cuanto margen vacío en el centro y en los bordes posee.

1. Compact disc (CD)
2. Laserdisc
3. Disco magneto-óptico
   1. Minidisc

Segunda generación

Los discos ópticos de segunda generación están pensados para almacenar grandes cantidades de datos, incluyendo video digital de calidad de transmisión (broadcast quality). Tales discos son habitualmente leídos con un laser de luz visible (usualmente rojo); una longitud de onda mas corta y una mayor apertura numérica​ permiten un haz de luz más estrecho, permitiendo pits y lands más pequeños en el disco. En el formato DVD, esto permite 4.7 GB de almacenamiento en disco estándar de 12cm de capa simple y una cara; de manera alternativa, medios más pequeños, tales como los formatos MiniDisc y DataPlay, pueden tener una capacidad comparable a la de un mayor disco compacto estándar de 12cm.

1. Minidisc
2. Hi-MD
3. DVD (Digital Versatile Disc) y derivados
   1. DVD-Audio
   2. DualDisc
   3. Digital Video Express
4. Super Audio CD
5. Video CD
6. Super Video CD
7. EVD (Enhanced Versatile Disc)
8. DIVX
9. GD-ROM
10. DataPlay
11. Disco Fluorescente Multietiqueta
12. PD (Phase-change Dual)
13. UMD (Universal Media Disc)
14. Ultra Density Optical

Tercera generación

Los discos ópticos de tercer generación se encuentran en desarrollo, serán usados para distribuir video de alta definición y videojuegos. Éstos soportan mayores capacidades de almacenamiento de datos, logrado mediante el uso lasers de longitud de onda corta de luz visible y mayores aperturas numéricas. El disco Blu-ray usa láseres violetas de gran apertura, para usar con discos con pits y lands más pequeños, y por lo tanto una mayor capacidad de almacenamiento por capa.​ En la práctica, la capacidad de presentación multimedia efectiva es mejorada con códecs de compresión de datos de video mejorados como H.264 y VC-1.

Third-generation optical discs are in development, meant for distributing high-definition video and support greater data storage capacities, accomplished with short-wavelength visible-light lasers and greater numerical apertures. The Blu-ray disc uses blue-violet lasers of greater aperture, for use with discs with smaller pits and lands, thereby greater data storage capacity per layer. [2] In practice, the effective multimedia presentation capacity is improved with enhanced video data compression codecs such as H.264, and VC-1.

• Actualmente en comercio

1. Blu-ray
2. VMD o HD-VMD (Versatile Multilayer Disc "Disco versátil Multicapa")
3. CBHD (China Blue High Definition)

• En desarrollo

1. FVD (Forward Versatile Disc)
2. DMD (Digital Multilayer Disc "Disco Multicapa Digital") o FMD (Fluorescent Multilayer Disc)

• Discontinuados

1. HD DVD (High Density Digital Versatile Disc)

Siguiente generación

Los siguientes formatos van más allá de los discos de tecer generación actuales y tienen el potencial de almacenar más de un terabyte (1 TB) de datos:

1. HVD (Holographic Versatile Disc "Disco Holográfico Versátil")
2. PCD (Protein-coated disc)
3. LS-R

Especificaciones

Base (1×) y velocidades máximas (actuales) por generación

Generación	Base	Max
	(Mbit/s)	(Mbit/s)	×
1st (CD)	1.17	65.62	56×
2nd (DVD)	10.55	210.94	20×
3rd (BD)	36	432	12× ​

Capacidad y nomenclatura​​

Designación		Caras	Capas (total)	Diámetro	Capacidad
				(cm)	(GB)	(GiB)
DVD-1	SS SL	1	1	8	1.46	1.36
DVD-2	SS DL	1	2	8	2.66	2.47
DVD-3	DS SL	2	2	8	2.92	2.72
DVD-4	DS DL	2	4	8	5.32	4.95
DVD-5	SS SL	1	1	12	4.70	4.37
DVD-9	SS DL	1	2	12	8.54	7.95
DVD-10	DS SL	2	2	12	9.40	8.74
DVD-14	DS DL/SL	2	3	12	13.24	12.32
DVD-18	DS DL	2	4	12	17.08	15.90
DVD-R 1.0	SS SL	1	1	12	3.95	3.68
DVD-R 2.0	SS SL	1	1	12	4.70	4.37
DVD-R 2.0	DS SL	2	2	12	9.40	8.75
DVD-RW 2.0	SS SL	1	1	12	4.70	4.37
DVD-RW 2.0	DS SL	2	2	12	9.40	8.75
DVD+R 2.0	SS SL	1	1	12	4.70	4.37
DVD+R 2.0	DS SL	2	2	12	9.40	8.75
DVD+RW 2.0	SS SL	1	1	12	4.70	4.37
DVD+RW 2.0	DS SL	2	2	12	9.40	8.75
DVD-RAM 1.0	SS SL	1	1	12	2.58	2.40
DVD-RAM 1.0	DS SL	2	2	12	5.16	4.80
DVD-RAM 2.0	SS SL	1	1	12	4.70	4.37
DVD-RAM 2.0	DS SL	2	2	12	9.40	8.75
DVD-RAM 2.0	SS SL	1	1	8	1.46	1.36
DVD-RAM 2.0	DS SL	2	2	8	2.65	2.47
CD-ROM 74 min	SS SL	1	1	12	0.682	0.635
CD-ROM 80 min	SS SL	1	1	12	0.737	0.687
CD-ROM	SS SL	1	1	8	0.194	0.180
DDCD-ROM	SS SL	1	1	12	1.364	1.270
DDCD-ROM	SS SL	1	1	8	0.387	0.360
HD DVD	SS SL	1	1	8	4.70
HD DVD	SS DL	1	2	8	9.40
HD DVD	DS SL	2	2	8	9.40
HD DVD	DS DL	2	4	8	18.80
HD DVD	SS SL	1	1	12	15.00
HD DVD	SS DL	1	2	12	30.00
HD DVD	DS SL	2	2	12	30.00
HD DVD	DS DL	2	4	12	60.00
HD DVD-RAM	SS SL	1	1	12	20.00

Tecnologías de grabación de discos ópticos

Formatos digitales de audio sobre disco óptico

	Empresa	Año	Códec	Resolución	Frecuencia de muestreo	Respuesta en frecuencia	Rango dinámico	Bit rate	NºMáximo de pistas	Capacidad	Tiempo Máximo de Grabación
CD Audio	Sony y Philips	1982	PCM	16 bits	44,1 kHz	20Hz a 20 kHz	90 dB	1,4 Mb/s	2	650 Mb	74 minutos
Minidisc	Sony	1991	ATRAC	16 bits	44,1 kHz	20Hz a 20 kHz	90 dB	292 kb/s	2	1 Gb	45 horas
DVD-Audio	Pioneer y Mathushita	1997	MLP	16, 20 o 24 bits	44,1/48/88,2/96/176’4 y 192 kHz	20Hz a 80 kHz	120 dB	9,6 Mb/s	6	4,7 Gb	622 minutos (10 horas y 22 minutos)
SACD	Philips y Sony	1999	DSD	16, 20 o 24 bits	2,8 MHz	20Hz a 100 kHz	120 dB	2,8 Mb/s	6	4,7 Gb	74'(1 capa), 148' (2 capas) y 222' (3 capas)

Véase también

• Historia de los medios de almacenamiento óptico

Enlaces externos

• Optical Storage Technology Association
• Guía de referencia para medios ópticos (en inglés) por Terence O'Kelly (Memorex Inc.)