【精选】CD盘结构及刻录原理

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1、CD 盘结构及刻录原理CD 是 Compact Disc 的简称，是小型、紧凑的盘片。CD 的外径 120mm，厚度 1.2mm。光轨(Track)光轨，是光碟上一种资料记录的单位。光盘上储存的信息资料是按一定规则排列的，其形状像一条条轨道 ，称为光轨。光轨由内至外呈螺旋线形状。数据光盘内从目录 (TOC， Table of Contents)中记录起始地址的多个连续的逻辑扇区为一轨。而音频光盘内一首歌曲对应一条光轨，因此，有许多条光轨。光盘的光轨最多可达 99 条。 信息坑( pit )与岸( land )光轨上的凹陷下去的部分称为信息坑( pit )，没有凹陷的部分称为 岸( land )

2、 ，又称 陆地 坑和岸 都是记录的信息。CD-R 预先在盘片内压制了螺旋线形状的沟槽(Groove)，称为 预刻槽，代替光学轨道的 坑 。刻录时， CD-R 盘片的沟槽内有机染料在激光照射下，形成气泡，这便是 岸(land)。气泡一旦形成，就不能恢复原状，因此，CD-R 只能一次写入。EFM (Eight-to-Fourteen Modulation)这些坑 和 岸是信号经过 8 位到 14 位编码调制(EFM，Eight to Fourteen Modulation)，再加上 3 位间隔代码，形成通道代码后刻录到光盘里的。这样处理能保证读取信号的准确性。光驱的激光头读取光盘数据时，坑 和岸反

3、射系数是一样的，因此都读成0， 坑 和岸的长度决定0的个数。 坑和岸的交界处，即坑 的前后沿读为1。8 位数据中有两位或两位以上的1，光盘无法实现存取。为此，需要将两个连续的1，至少要用两个0 ，最多 10 个0将它们分隔开。EFM 就是将14 位数据中提取 256 种不出现连续两个1的数据(通道码) 与 8 位数据对应。为了避免相邻两个数据的通道码可能出现两个1，因此在通道码之间再加上 3 位合并码(DVD 中用 2 位合并码)，形成 17 位通道码。这种通道码可直接用于刻录光盘。读取光盘时，将 17 位通道码经过解码系统转换为 8 位二进制数据。扇区(sector)或块(Block)CD

4、的光轨分为许多扇区 (或称为块)，标准速度 (单倍速) 下，光驱的激光头每秒读取 75 个扇区。光盘格式不同，每个扇区中储存的信息(用户数据)也不相同。例如：光盘类型 扇区中用户数据 (字节)CD-DA 2352CD-ROM 2048VIDEO CD 2336CD 的容量光盘中存储用户数据多少，称为 CD 容量，常用 MB(兆字节)表示。一张标准CD-R 盘片，用来记录数据时，其容量是 650MB。现在也有大容量的，例如700MB。CD 的容量也可以用时间来表示。在标准速度下，标准容量规定为 74 分钟。大容量的 CD 可播放 80 分钟(相当于 700MB)。另外还有两种罕见的超大容量的CD

5、，分别为 90 分钟和 99 分钟。CD-R 常用两种方式来表示容量，例如盘面上标明74 分钟，650MB 。其实，用时间表示是准确的，而用MB的表示方法，只是作为数据光盘使用时才正确，而作为其他类型的光盘使用时，其容量将超过 650MB。我们举音频光盘、数据光盘和视频光盘三种典型 CD 为例，其扇区的字节数分别是：2352、2048 和 2336。那么，它们的容量分别是：音频光盘：746075235210241024=746.93 （MB）(注)数据光盘：746075204810241024=650.39 （MB）视频光盘：746075233610241024=741.85 （MB）注：式中

6、光盘容量以 74 分钟来计量，每分钟 60 秒，每秒读 75 个扇区，音频光盘每个扇区 2352Byte (字节)，1KB=1024B，1MB=1024KB。光轨的最小长度每条光轨的最小长度用时间表示：4 秒，即 300 个扇区。这个数值有时称为阀值。少于 4 秒的光轨，不能作为光轨，可能是条坏轨 。区段(Session)，单区段(Single) / 多区段(Multi Session)区段，是光碟刻录的单位，包括 Lead-In 区、Program 区和 Lead-Out 区三部分。每个区段都含有一个自己的目录文件，包含了本区段格式说明。多区段还包含前面区段的格式说明。单区段是一般的刻录方式

7、，这种方式比较省空间。压制的光盘大多数是单区段光盘。多区段是光盘中含有两个或两个以上的区段，这种方式刻录比较方便，只要CD-R 还有空间，便可以再次刻录。但多区段刻录时，区段之间需要留出大约30MB 的间隔，因此，盘片的空间比较浪费。压制的光盘中 CD-Extra 格式的光盘是有两个区段的光盘。导入区 Lead-In Area位于区段最前面，储存着有关本光盘规格、每一轨的起始位置、长度等重要资料。每一个扇区的 Lead-In Area 长 1 分钟。导出区 Lead-Out Area位于区段最后，表示结束，可供机器识别区段或整张光盘的长度。光盘的第一个区段的 Lead-out Area 长度为

8、 1 分 30 秒，其他区段的 Lead-out Area 长度为30 秒。音频光盘的物理格式红皮书 定义了音频光盘的格式，它是其它光盘的基础。我们来看它的物理结构。音频光盘中扇区又叫做节 (section)，一节分为 98帧（frame ）。每帧有 36字节，其中：同步信号 3 字节，子码通道 1 字节，用户数据 24 字节，P 、Q校正码各 4 字节。音频光盘的扇区物理格式：同步 用户数据 Q 校验 P 校验 用户数据294 字节 2352 字节 392 字节 392 字节 98 字节（通道码） 3234 字节这里的同步信号只是表示一条光轨开始，它本身是通道码，它不需要 EFM 转换。所以

9、，音频光盘的扇区中，各种数据总长是 3234 字节，其中用户数据是2352 字节。黄皮书 定义了数据光盘的格式。它的格式建立在红皮书的基础上，它把 红皮书中用户数据 2352 字节，作为扇区字节总长CD-ROM 的扇区物理格式：同步 扇区头 用户数据 EDC 空缺 ECCCD-ROMMode 1 12 4 2048 4 8 276同步 扇区头 用户数据CD-ROMMode 2 12 4 2336同步 扇区头 子码通道 用户数据 EDC ECCCD-ROMMode 2 Form 1 12 4 8 2048 4 276同步 扇区头 子码通道 用户数据 ECCCD-ROMMode 2 Form 2

10、12 4 8 2324 4扇区字节长度 2352 字节同步(Sync)同步(同步码 )，扇区里的 12 字节区域，它包含同步信息，在 16 进制中，整个区域除第一个和最后一个字节外都为 00 (音频光盘的同步码与其他光盘的同步码不同)。扇区头(Header)扇区头，又称扇区地址。有 4 字节，分别表示分(Min) 、秒(Sec) 、分秒(Frac)和光轨模式(Mode) 。分秒可理解为扇区的单位名 称 分 秒 分秒 模式字节数 1 1 1 1范 围 标准：0074，最大： 990059 0074 Mode 代码地址格式分 秒 分秒1 1 1标准：0074，最大：99 0059 0074光盘中的

11、地址、光轨间隔等都是用时间来表示的，1 秒是 75 个扇区，将它们编号为 00 到 74。秒的前后各有一个“冒号”，例如：12:02:24，读作“12 分 02秒 24 分秒” 。子码通道 Sub-Codes channel (或子通道 sub-channel)在音频光盘中，子码通道 98 字节平均分配给 P,Q,R,S,T,U,V,W 等 8 个子通道，每个子通道 98 位(bit)。子通道 P：用来指示声音数据在何处开始。子通道 Q：98bit ，分为 A,B,C,D,E 五个区域。区 域 A B C D E位 (比特) 2 4 4 72 16A：2bit 。同步控制。B：4bit 。数据

12、类型标志。C：4bit。后面 D 区域数据标志。D：72bit。Q 子通道的数据。在光盘的导入区，含有光盘的内容表 TOC(Table Of Contents)，在光盘的其他区域，含有当前播放时间。E：16bit。用于错误检测 CRC (Cyclic Redundancy Code)。子通道 RW ：一般音频光盘没有使用，用“0”填充。在 CD-Text 光盘中，用来记录演唱组，歌曲名，作者等信息。这些附加信息，不能在 CD 播放机读出，但可以在电脑中读出。在数据光盘中子通道有 12 字节，每个扇区有 8 个子通道：P, Q, R, S, T, U, V和 W。子通道 P 和 Q 包含了位置(

13、时间)资料。子通道 R 到 W 则可存放使用者的资料。每张 CD 片最多存放 20MB 的资料。CD-G 就是用它存放图形资料的CD 片。交叉交插里德/索洛蒙码 CIRC （Cross-Interleaved Reed-Solomon Code）这是音频光盘使用的校正码。它分别放置在“帧”的中间(Q 校验)和末尾(P 校验)。EDC (Error Diagnosis Code)错误侦测码。 ECC (Error Correction Code)错误校正码。间隙 Gap：轨与轨之间的间隙，。又分为：post-gap：CD 结尾或一条光轨结束后的一个短间隙(一般为 2 秒) ，post gap 与

14、本光轨有相同的格式，它确保轨改变之前所有数据被读出。Pre-gap：每条光轨前的一个短间隙(一般为 2 秒)，pre-gap 与新的光轨有相同的格式，以便光驱有时间调整读取新轨。Packet：大小为 64K bytes 的资料存贮单位，定义在黄皮书中。Close Disc (Finalize Disc)： 将一片 CD-R 光碟片标示为不可再写入，即使该光碟片还未写满。Close Session (Fixation)：每个区段写完了都要经过 Close Session 的动作写入 Lead-in 及 Lead-out，并且决定这张光盘是否仍可继续往下写。如果不经 Close Session 的

15、动作，刻录的资料，只有刻录机能读出，一般的 CD-ROM 是读不出的。目录 TOC (Table of Contents）：目录，记录着关于光盘及光轨的资料。当 Close Session 时，目录会被写在 Lead-In Area 的 Q 子码通道里。包含光轨数，所有光轨的起始地址，整个CD 的长度等数据。逻辑扇区 (Logical Sector)，逻辑块 (Logical Block)同步 扇区头 用户数据 EDC 空缺 ECCCD-ROMMode 1 12 4 2048 4 8 276物理扇区 2352 字节逻辑扇区 2048 字节CD-ROM 的一个物理扇区除了同步、扇区头、错误检测和

16、校正之外，剩下的2048 字节作为用户数据域。2048 字节(2 KB)的数据域定义为一个逻辑扇区(logical sector)。每个逻辑扇区都有一个唯一的逻辑扇区号 LSN (Logical Sector Number)。CD-ROM 的第一个逻辑扇区是从物理地址 000200 开始，逻辑扇区号为 LSN 0。逻辑扇区的地址也允许自定义，但要等于 2n，n 是一个正整数。每个逻辑扇区可以分成一个或多个逻辑块(Logical Block)。这样做对于在光盘盘上存放大量的小文件是很有用的。在一个由 2048 字节组成的逻辑扇区中，一个逻辑块的大小可以是 512、1024 或 2048 字节。但一个逻辑块的大小不超过逻辑扇区的大小。每个逻辑块有一个逻辑块号 LBN (Logical Block Number