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1、第四章 光盘存储系统,多媒体信息的光学存储 光盘的分类及ISO标准 激光读写原理 音视频光盘及其数据压缩 DVD光存储技术 高密度大容量光盘,学习目标：,第四章 光盘存储系统,4.1多媒体信息的光学存储 光盘的分类及ISO标准 光盘系统的技术指标 MO磁光盘概况 大容量可重写光盘新技术 4.2 LV和CD-DA光盘 LV激光视盘 CD-DA激光唱盘 4.3 CD-ROM和CD-R光盘 CD-ROM的结构和数据存取原理 CDR技术和刻录机的结构原理 CDR刻录机的选择和刻录技术,第四章 光盘存储系统,4.4 VCD光盘和播放机 VCD标准和播放系统 VCD的音视频压缩技术 4.5 DVD光存储技
2、术 DVD光盘的分类和物理结构 DVD的缓存区容量、接口和安装方式 DVD的刻录和保护技术 DVD视频、声频的制式与压缩 红光高密度DVD技术 蓝光高密度DVD技术,4.1多媒体信息的光学存储,随着近代光学、微电子技术、光电子技术及材料科学的发展，激光读写技术的进步日新月异，光盘以其存储容量大、工作稳定、密度高、寿命长、介质可换、便于携带、价格低廉等优点，已成为多媒体信息存储普遍使用的设备。,光存储系统由光盘驱动器和光盘盘片组成。 光存储的基本特点是用激光引导测距系统的精密 光学结构取代硬盘驱动器的精密机械结构。,4.1.1 光盘的分类及ISO标准,(1)只读型光盘 只读型光盘包括LV、CD-
3、ROM等，CD-ROM光盘主要 用于存储和分发不需要更改的数据、文本、声音和图像。 (2) 一次写光盘 一次写光盘（WORM）可一次写入，任意多次读出，与CD- ROM相比，具有由用户自己确定记录内容的优点。 (3)可重写光盘 可重写光盘 (ER/W，Rewritable或Erasble)象硬盘一样可任意读写数据，它又分磁光型 (MO)和相变型 (PC)两种。,光盘的分类,4.1多媒体信息的光学存储,常用的光存储器件有两大类： CD-ROM（Compact DiscRead Only Memory）只读式光盘，能够存储650MB左右的数据。用户只能从CD-ROM盘上读取信息，不能往盘写入信息。
4、 磁光存储器又称可重写存储器，它可以像硬磁盘和软磁盘一样，读出、写入数据。,光盘的规范和标准,4.1.1 光盘的分类及ISO标准,4.1多媒体信息的光学存储,光盘的数据格式 CD-DA （Digital Audio）是音乐光盘规范，又称红皮书(Red Book)，是光盘标准的第一个文本。发表于1981年，它采用的音频数据格式为PCM（Pulse Code Modulation）, PCM是一种不压缩的声音采样方式 。 CD-ROM 数据光盘格式，称黄皮书(Yellow Book)。在其数据格式中，一个block为2048bytes，每一个block都有侦错码，（EDC：error detect
5、ion code）和纠错码（error correction code）。黄皮书又可细分为Mode 1和 Mode 2两组标准。Mode 1包括ISO9660和HFS；Mode 2 为CD-ROM XA(扩展结构)。,光盘的规范和标准,4.1.1 光盘的分类及ISO标准,4.1多媒体信息的光学存储,光盘的数据格式 CD-I (CD-Interactive) 是交互式光盘的标准，又称为绿皮书(Green Book)，1987年制定。主要仍采用CD-ROM XA的特性，是用于家庭娱乐的交互式CD的专用格式。 CD-R和MO Format 可录式光盘的格式，又称为橙皮书(Orange Book)，是
6、Yellow Book的扩展，于1989年发表，它是在黄皮书的基础上增加了多种可写入CD的格式标准而成的。允许多段写入 。,光盘的规范和标准,4.1.1 光盘的分类及ISO标准,4.1多媒体信息的光学存储,光盘的数据格式 CD-WORM (Write Once / Read Many) 是一种一次写入，多次读出的光盘的格式，弥补了光盘不能写入用户信息的缺陷。又称蓝皮书(Blue Book)。 Video CD 是音像光盘的格式，主要应用于全动态MPEG音视频信息的存储，又称白皮书 (White Book)。,光盘的规范和标准,4.1.1 光盘的分类及ISO标准,4.1多媒体信息的光学存储,光盘
7、的数据格式 DVD 是CD、LD、VCD、EVD的后继产品。 DVD （Digital Video Disc）的原意是数字视频光盘，利用MPEG2的压缩技术来储存影像。 DVD (Digital Versatile Disc) 规范是由DVD Forum的国际组织于1996制定的，内容由Book A-E，总共分为5个部分： Book A：规范用于数据存储的DVD-ROM Mode1格式。 Book B：规范家庭使用的DVD-Video格式，目前使用最广。 Book C：规范下一代音乐光盘的DVD-Audio格式 Book D：规范DVD-R的规格。 Book E：规范DVD-RAM的规格。,光
8、盘的规范和标准,4.1.1 光盘的分类及ISO标准,4.1多媒体信息的光学存储,光盘的数据格式 红光高密度DVD 包括：EVD(Enhanced Versatile Disc)、HDV (High Definition Video)、HVD(High- Definition Versatile Disc) 、NVD（Next-generation Versatile Disc），及FVD(Forward Versatile Disc)等几种。 BD蓝光光盘 BD (Blu-ray Disc) 是高密度光盘，又称蓝光光盘，该标准由蓝光光盘协会（Blu-ray Disc Association:
9、BDA）制定。蓝光光盘用于记录和播放高画质的影视节目，存储大容量的数据资料。,光盘的规范和标准,4.1.1 光盘的分类及ISO标准,4.1多媒体信息的光学存储,4.1.2光盘系统的技术指标,光盘系统有关的技术指标 尺寸 容量 平均存取时间 数据传输率 接口标准 格式标准,4.1多媒体信息的光学存储,尺寸 光盘的尺寸多种多样，LV的直径为12英寸（300mm）， CD激光唱盘、CDROM为4.72(120mm)英寸，WORM 一次写光盘为14.12和5.25英寸，可擦写光盘向小尺寸方 向发展，主要尺寸为5.25和3.5英寸。,4.1.2光盘系统的技术指标,4.1多媒体信息的光学存储,容量 光盘的
10、容量分为格式化容量和用户容量两个概念。 格式化容量是指按某种光盘标准进行格式化后的容量，采 用不同的光盘标准就有不同的存储格式，容量也不同。 用户容量是指盘片格式化后允许对盘片执行读写操作的容 量，由于格式本身、校正、检索等比特需要占用一定的容 量空间，因此，用户容量比格式化容量小。,4.1.2光盘系统的技术指标,4.1多媒体信息的光学存储,平均存取时间、平均寻道时间、平均等待时间 平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出命令，到光 盘驱动器在光盘上找到需读/写的信息的位置，可以接受 读/写命令为止的一段时间。光学头沿半径移动全程1/3长 度所需的时间为平均寻道时间。盘片旋转一周的一半时 间为
11、平均等待时间。把平均寻道时间、平均等待时间、读 /写光学头稳定时间三者相加，就是平均存取时间。,4.1.2光盘系统的技术指标,4.1多媒体信息的光学存储,数据传输率 数据传输率因观察角度和使用范围不同而有多种不同的 概念： (1)一般所称的数据传输率是指单位时间内从光盘驱动器送出的数据比特数。该数值与光盘转速、存储密 度有关。 (2)同步传输率、异步传输率、DMA传输率 (3)突发传输率 (4)持续传输率,4.1.2光盘系统的技术指标,4.1多媒体信息的光学存储,误码率 CD-ROM要求的误码率为10-1210-16。 平均无故障时间 CD-ROM的平均无故障时间MTBF（mean time
12、between failures）要求达25000小时。,4.1.2光盘系统的技术指标,4.1多媒体信息的光学存储,4.1.3 MO磁光盘概况,MO驱动器采用光磁结合的方式来实现数据的重复写入，MO盘片大小类似三寸软盘，可重复读写一千万次以上。同时MO盘片还带有保护壳，因此MO在多方面的性能上都要强于CD-R/RW。在存储图形、图像文件、大型数据库文件方面起着重要的作用。,4.1多媒体信息的光学存储,4.1.4大容量可重写光盘新技术,增大存储容量的主要方法有以下几种：提高位密度、道密度，从而提高面密度；采用更短波长激光作为光源以减小光斑直径，这样既可提高位密度、又可提高道密度；采用区域恒角速度
13、 (ZCAV) 方式，从而提高面密度；还可以采用高效率的编码方法等新技术。,4.1多媒体信息的光学存储,光斑凹缘记录 (Mark edge recording) 光盘记录一般是光斑位记录，把一个记录光斑表示一位，如果改为光斑凹缘记录，通过检测光斑的两边缘来提高原记录信息，可大大提高面密度。光斑凹缘记录的一个光斑可以表示两位信息 。,4.1.4大容量可重写光盘新技术,采用新的激光源 光盘的记录密度主要由激光的波长决定。 不同激光波长和数值孔径(NA)对CD容量的影响，见表4- 1 。,4.1多媒体信息的光学存储,不同激光波长和NA对CD容量的影响,4.2 LV和CD-DA光盘,LV（Laser
14、Vision）光盘是激光视盘的一种, 直径为12英寸（30cm），两面都可以记录信号， 一片双面LV光盘可播放2个小时。 记录在LV光盘上的电视信号是模拟信号，而不是数字信号。光盘上除了存放视频信号以外，还有两个光道用于存放双声道音频信号，激光束读取视盘上信息的方向是从内圈向外读的。,4.2.1 LV激光视盘,4.2 LV和CD-DA光盘,4.2.1 LV激光视盘,LV激光视盘有两种类型，一种叫做恒线速盘，写成CLV (constant linear velocity)盘；另一种称为恒角速盘；写成CAV (constant angular velocity)盘。,CLV盘和CAV盘存储信息的方
15、式,4.2 LV和CD-DA光盘,4.2.2 CD-DA激光唱盘,CD-DA (Compact Disk-Digital Audio)的全称是激光数字音频盘，简称为CD盘，符合红皮书标准。直径为4.72英寸(120mm)，每片盘能播放72分钟高质量的音乐节目。现在也把CD盘的音频信号质量作为一个标准，称为CD质量的声音。声音的质量被分成4个档次，依次为CD质量、FM (Frequence Modulation)调频质量、AM (Amplitude Modulation)质量及电话语声质量，CD质量是最高档次的质量。,4.2 LV和CD-DA光盘,4.2.2 CD-DA激光唱盘,CD-DA盘与L
16、aser Vision盘的一个差别是 CD-DA盘上记录的信息是数字信号。,CD-DA记录音响信号的方法是首先把模拟的音响信号进行PCM (脉冲编码调制) 数字化处理，再经过EFM (8到14位调制) 编码之后记录到盘上。,4.3 CD-ROM和CD-R光盘,CD-ROM 盘的特点 CD-ROM 盘是单面只读光盘 CD-ROM 盘是大容量存储器 CD-ROM盘的写入与读出是非对称性的,CD-ROM的盘片结构 CD-ROM盘片的结构共有三层： 聚碳酸脂做的透明衬底 铝反射层 漆保护层,4.3.1 CD-ROM的结构和数据存取原理,4.3 CD-ROM和CD-R光盘,CD-ROM 的物理格式和逻辑格式 CD-ROM的标准是 ISO 9660（Yellow Book）， 该标准的核心思想是把光盘上的数据以数据块的形式来组织，它分几级定义了CD-ROM数据结构：逻辑块、逻辑扇区、记录、文件、卷（整个盘）、卷集。,CD-ROM扇区格式的定义分为Mode 1和 Mode 2两组标准。Mode 1包括ISO9660和HFS，主要用于存储软件程序等对误码率要求较高的数据 。Mo
