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1、Chap7 多媒体光存储系统Chap 7 多媒体光存储系统本章内容: 7.1 光存储技术概述 7.2 CD_ROM光存储系统 7.3 CD-R/RW的原理和结构 7.4 CD文件系统结构 7.5 DVD技术7.1 光存储技术概述 1、多媒体光存储器的优点 存储密度高、容量大 存储面密度可达 108B/cm2; 一张CD-ROM盘片,外径120mm，容量可达680MB. 工作稳定、寿命长非接触式读写信息：不会产生信息衰减，保护激光头抗电磁干扰。 便于携带、价格低廉2、CD技术的发展 1972年9月，荷兰Philips 公司展示了长时间播放电视节 目的光盘系统，这就是1978年投入市场的光盘播放机
2、LV（ Laser Vision ）。 1982年，Philips公司和Sony公司成功的把记录有数字声 音的盘推向市场，命名为CD-DA（Compact Disk-Digital Audio)，即数字激光唱盘。 1985年，Philips公司和Sony公司开始将这种技术用于计 算机的外围存储设备，于是出现了CD-ROM。3、光存储系统的分类 光存储系统=光盘驱动器+光盘盘片 光盘 光存储系统音频光盘（激光唱盘）视频光盘（影碟盘）计算机用光盘只读型光驱：即CD-ROM驱动器一次可写型光驱： “光盘刻录机”可擦写型光驱：“可擦写光盘刻录机”从应用角度CD-ROM盘片CD-R盘片CD-RW盘片4、
3、目前市场上的CD产品及标准卡拉OK-CD（1992）VCD（ 1993）CD-ROM（1985）CD-I（1986）CD-I FMV（1992）CD-DA（1981）CD-G（1986）CD-V（1989） CD-ROM：作为计算机的辅助存 储器，存储计算机使用的数据部分CD产品标准标准名称盘的名称应用目的播放时间显示的图像 红皮书CD-DA存储音乐节目74分钟黄皮书CD-ROM存储文图声像等多 媒体节目存储650MB的数 据动画、静态图像 、动图像 绿皮书CD-I存储文图声像等多 媒体节目存储多达760MB 的数据动画、静态图像橙皮书CD-R读/写入文图声像 等多媒体节目 白皮书Video
4、CD存储影视节目70分钟（MPEG- 1）数字影视（ MPEG-1）质量 红皮书+CD-Video存储模拟电视数字 声音5-6分钟（电视） 20分钟（声音）模拟电视图像 数字声音 CD-BridgePhoto CD存储照片静态图像蓝皮书LD（ LaserDisc）存储影视节目200分钟模拟电视图像5、光盘系统的技术指标 衡量一个光盘系统特性的主要技术指标包括存储容量 、平均存取时间、数据传输率、接口标准等。(1). 存储容量指能存储在光盘中的信息容量。目前光盘常用的容量为680MB。(2). 数据传输率指单位时间内光盘驱动器读取出的数据量。 该数值与光盘转速和存储密度有关。对于CD-ROM，初
5、期150kb/s(基本计量单位)64倍速（9.375Mb/s）(3). 平均存取时间平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出命令开 始，到光盘驱动器在光盘上找到需读写的信息的位置并 接受读写命令为止的一段时间。越小越好，一般95ms (4). 接口标准目前常用的光盘驱动器接口标准有SCSI、IDE和USB三 种。SCSI接口型数据传输快，需配备相应的SCSI控制卡； IDE接口的光驱使用方便、价格便宜，应用最广泛；USB便 于携带、安装，但数据传输率要比SCSI和IDE接口低。 (5). 缓存大小缓存大小是衡量光盘驱动器性能的重要技术指标之一。光 驱读取数据时，先将数据暂时存储到缓存中，再进行
6、传输。 缓存越大，一次读取的数据量就越大，获取数据的速度越快。7.2 CD-ROM光盘系统 CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory) 系统包括CD-ROM驱动器和CD-ROM盘片两部分。 CD-ROM盘片是多媒体信息的载体； CD-ROM驱动器通过连线与计算机相连，主 要任务是完成对CD-ROM盘片上的数据读取。1. 盘片结构 第一层：涂漆的保护层 第二层：铝反射层 第三层：刻槽 第四层：聚碳酸脂压制成型的透明衬底保护层铝反射层刻槽聚碳酸酯衬垫银盘金盘2. 光道结构（a）CD盘的光道 （b）磁盘的磁道光道是螺旋形光道恒定线速度同心环的磁道恒定角速度120mm
7、117mm 116mm 50mm 46mm15mm导出区 声音数据记录区导入区凹.凸区间写在一根单向的螺旋线上，螺旋线从近孔 的地方出发，一直到盘边，共22188圈（每毫米约 600圈），长度可达5.6km！1.2mm重量14-18g由于CD旋转方式是采用 “恒定线速度”方式， 读取其靠近中心时，转速快，靠近边沿时转 速慢。于是，对于数据单元（图中的扇形） ，在半径不同的地方密度能保持相同。 好处：内外光道的记录密度好处：内外光道的记录密度一样，盘片得到充分利用，一样，盘片得到充分利用，可以达到应有的存储容量。可以达到应有的存储容量。 缺点：控制也比较复杂缺点：控制也比较复杂随机存取特性差随机
8、存取特性差光道的间距为1.6m， 光道宽度为0.6m， 凹坑深约为0.12m。3. 数据怎样写到CD盘上的 CD盘 压模 母盘 原版盘 原版盘制作（见光刻系统示意图）； 母盘、压模制作原版盘 母盘 压模 由压模制作CD盘 化学电镀父盘压模压制聚碳酸酯 注入盘模溅射铝涂保护层光刻系统示意图激光源计算机控制的 串行数据反光镜透镜激光调制器反光镜透镜光敏 电阻激光束玻璃通道编码 是什么？物理盘上数据和真正数据之间要作变换处理。 为什么要做通道编码？ 为什么8位14位？实践得出的编码规则：2个“1”之间至少要有2个“0”；最多不超过10个“0”。14位、16384种代码、267种代码满足“0”游程长度
9、要求。 3位合并位 用于合并通道码时，满足游程程度的要求。为了改善读出信号的质量为了在记录信号中提取同步信号激光唱片上声音数据编码的过程8位数据 11101000 11100010 1011101014位调制数据 00010010000010 10010001000010 00010000100100010 0001001000010 000 10010001000010 001 00010000100100 100加合并位010000100100000100001001000100001000100010000100100100盘上的凹坑4. 数据怎样从CD盘读出CD盘上的数据要用CD驱动器
10、读出1CD驱动器的种类：内置式和外置式2CD驱动器的工作原理工作过程（见工作原理图）CD驱动器包括控制系统和光学读出头。控制系统：聚焦伺服系统、径向光道跟踪伺服系统、光盘转速控制系统。光学读出头是CD系统的核心部件，由激光源、光电检测器、光学部件等元件组成。激光 扫描信息轨道 信息聚焦根据反射光变化注意：凹坑和非凹坑本身并不代表“0”或“1”， 而是凹坑端部的前沿和后沿代表“1”，其它代表“0”。1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0光盘底板激光束7.3 CD-R/RW的原理和结构1. CD-R/RW的特点 所谓光盘刻录和可擦写光盘刻录是指在CD-ROM基础上发 展起来的两种C
11、D存储技术。CD-R盘片+CD-RW盘片CD-R驱动器+CD-RW驱动器。 CD-R（CD-Recordable）指的是一种允许对CD进行一次 性刻写的特殊存储技术，拥有一次写入多次读取的特点。 CD-RW（CD ReWritable）则允许对CD进行多次重复擦 写，不过这种擦写只能在专用的CD-RW盘片上使用，而 且擦写次数有限，CD-RW盘片价格也不便宜。2. CD-R/RW与CD-ROM盘的差别 CD-R中增加了一层有机染料作为记录层，受热溶解形成 代表信息的凹坑。 CD-RW中增加了可改写的染色层，具有热转换性。而CD-ROM中的凹坑不是染料溶解后形成的，而是用 压模压出的。 CD-R
12、/RW中的反射层是金涂层。CD-ROM中是铝涂层。 CD-R/RW驱动器中使用光学头比CD-ROM中的复杂。3. CD-R/RW的写入和读取原理刻录CD-R盘的原理如下：刻录机首先对写激光进行聚焦，然后照射、烧熔有机染料，形成 光痕。 刻录CD-RW盘的原理如下：采用高能激光，使染料层转换为低反射的非结晶状态，实现数据写入；采用中能激光，使染料层转换为高反射率的结晶状态，实现数据擦写；由于CD-RW盘片具有这种热转换性，因此可以反复改变记录层 的晶体状态，达到多次重写的目的，但因为材料的因素，晶体状态改 变的次数有限。4. 主要技术指标（1）CD-R刻录机1）刻录速度：光盘刻录机在向CD-R盘
13、片上写入数据时所 能达到的最大倍速值。 2）读取速度：光盘刻录机在以CD-ROM形式读取普通光 盘数据时，所能达到的最大倍速值。（2）CD-RW刻录机1）刻录速度 2）读取速度 3）复写速度：指CD-RW刻录机向光盘写入数据时的最大 倍速值。所谓“复写”是指光盘刻录机对CD-RW盘片的数据 层进行烧结，抹除原有数据，然后再写入数据。刻录机的使用5. CD-R刻录机的选择衡量CD-R刻录机性能的技术指标主要包括它 所支持的CD数据格式种类、刻录方式、读速度、 缓存器大小、平均无故障时间和数据错误率等。(1). 数据格式。在选购前，首先应弄清要刻录什么格式的盘， 再选择刻录机的类型及配套刻录软件。
14、(2). 刻录方式。CD-R刻录机的刻录方式有整盘刻录、轨道 刻录和多段刻录三种。 (3). 刻录机的写入速度。刻录机的写入速度可分为1X(单倍速)、2X (双倍速)和4X(四倍速)等。 (4). 缓存区(Buffer)的容量。 (5). 平均无故障时间(MTBF)。 (6). 数据可靠性。7.4 CD文件系统结构一个完整的CD-ROM文件系统有3个主要部分组成：（1）逻辑格式（logical format）：它是文件格式的同义词。逻辑格式是确定盘上的数据应该如何组织，以及存放在什么地方。（2）源软件(origination software):他是把数据写到逻辑格式的软件，按逻辑格式把要存到
15、盘上的文件进行装配，所以源软件又称“写”软件。（3）目的软件(destination software）：他是把数据从逻辑格式读出来，并 且把数据转换成文件，因此目的软件又称为“读”软件。CD-ROM的逻辑格式可归纳为两个部分：（1）卷结构：定义一套结构用来提供整片CD-ROM盘所含的信息，称卷结构。单片CD-ROM称一卷。把存放单个应用软件的多片CD-ROM成为一个卷集。（2）文件结构： 定义一套结构用来描述和配置放到盘上的文件，成为文件结构。核心是目录 结构。为CD-ROM提议的目录结构大体有五类：多文件显式分层结构（multiple-file explicit hierarchies）；单文件显式分层结构（single-file explicit hierarchies）；散列路径名目录（hashed path name directories）；索引路径名目录（indexed path name directories)；组合前面四种结构中的2种或者2种以上的混合结构。SYNCHEARDER 2048字节的用户数据EDCECC（由一个或多个逻辑块组成）逻辑扇区物理扇区物理扇区与逻辑扇区、逻辑块的概念文件：每个文件可分为一节或多个文件节。一个文件节放在有序多个逻 辑块组成 的
