第第第第十四十四十四十四章章章章 只只只只读读光光光光盘盘存存存存储储器器器器 14.1 CD14.1 CD简历简历 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理 14.3 CD-Audio 14.3 CD-Audio 14.4 DVD14.4 DVD简介简介14.5 DVD14.5 DVD的规格的规格 14.6 DVD14.6 DVD的存储容量是怎样提高的的存储容量是怎样提高的 14.7 VCD14.7 VCD与与DVDDVD播放机的结构播放机的结构 本章要点本章要点 本章将从CD到DVD的发展过程中所采用的一些技术作一个介绍 14.1 CD14.1 CD简历 一、一、CDCD的发展的发展 1978年推出光盘播放机(LV：L Laser V Vision)； 1982年Philips公司和Sony公司推出数字激光唱盘(Compact Disc-Digital Audio，CD-DA)，制定了“红皮书(Red Book)标准”； 采用很多地址编号和错误校正技术的“黄皮书(Yellow Book)标准”； 国际标准化组织(I International S Standards O Organization，ISO)制定了文件交换标准-ISO 9660标准； 1985年前后成功地推出CD-ROM。
14.1 CD14.1 CD简历二、二、CDCD系列系列产品品 标准名称 盘的名称 应用目的 播放时间 显示的图像 Red Book (红皮书) CD-DA 存储音乐节目 74分钟 Yellow Book (黄皮书) CD-ROM 存储文图声象等多媒体节目 存储650 MB的数据 动画、静态图像、运动图像 Green Book (绿皮书) CD-I 存储文图声象等多媒体节目存储多达760 MB的数据 动画、静态图像 Orange Book (橙皮书) CD-R 读/写入文图声象等多媒体节目 White Book (白皮书) Video CD 存储影视节目 70分钟 (MPEG-1) 数字影视 (MPEG-1)质量 Red Book + (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-Bridge Photo CD 存储照片 静态图像 Blue Book (蓝皮书) LD(LaserDisc) 存储影视节目 200分钟 模拟电视图像 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理 一、一、CDCD盘片片结构构 CD盘主要由保护层、反射激光的铝反射层、刻槽和聚碳酸脂衬垫组成，如图所示 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理CD盘的外径为120 mm，重量为14克～18克。
激光唱盘分3个区：导入区、导出区和声音数据记录区 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理 二、二、二、二、CDCDCDCD盘的光道结构盘的光道结构盘的光道结构盘的光道结构 恒定角速度恒定角速度(CAV)(CAV)和恒定线速度和恒定线速度(CLV)(CLV)软软磁磁盘盘存放数据的磁道是同心存放数据的磁道是同心环环，如，如图图 (b) (b)所示，所示，磁磁盘盘片片转动转动的角速度是恒定的，通常用的角速度是恒定的，通常用CAV(constant angular velocity)CAV(constant angular velocity)表示表示 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理 CD盘光道的结构与磁盘磁道的结构不同，它的光道不是同心环光道，而是螺旋型光道，CD唱盘的光道长度大约为5公里，如图(a)所示CD盘转动的角速度在光盘的内外区是不同的，而它的线速度是恒定的，就是光盘的光学读出头相对于盘片运动的线速度是恒定的，通常用CLV(constant linear velocity)表示优点：充分利用数据存储容量缺点：随机存储特性较差，控制也比较复杂 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理三、三、数据是怎数据是怎样写入到写入到CDCD盘上的上的 磁盘的记录原理称为磁记录，它利用磁铁的两个极性(南极和北极)来记忆“1”和“0”两个二进制数的。
光盘的记录原理虽然都称为光记录，但记录方式是不一样的 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理Ø磁光盘(magneto optical disc，MOD)利用磁的记忆特性，借助激光来写入和读出数据Ø相变光盘(phase change disc，PCD)利用反射率不同来记忆“1”和“0”Ø激光唱盘利用在盘上压制凹坑的机械办法，利用凹坑的边缘来记录“1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分记录“0”，使用激光来读出 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理CD盘上的数据是用压模(stamper)冲压而成的，而压模是用原版盘(master disc)制成的在制作原版盘时，是用编码后的二进制数据去调制聚焦激光束，如果写入的数据为“0”，就不让激光束通过，写入“1”时，就让激光束通过，或者相反曝了光的地方经化学处理后就形成凹坑，没有曝光的地方保持原样，二进制信息就以这样的形式刻录在原版盘上 然后使用然后使用原版原版盘去制作母盘去制作母盘盘(mother disc)(mother disc)，然后用，然后用母盘制作压模，再用压模母盘制作压模，再用压模去大批量复制去大批量复制 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理四、四、数据是怎样从数据是怎样从CDCD盘读出的盘读出的 CD驱动器由光学读出头、光学读出头驱动机构、CD盘驱动机构、控制线路以及处理光学读出头读出信号的电子线路等组成。
光学读出头由光电检测器、透镜、激光束分离器、激光器等元件组成，它的结构如图所示 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理 光盘上压制了许多凹坑，激光束在凹坑部分反射的光的强度，要比从非凹坑部分反射的光的强度来得弱，光盘就是利用这个极其简单的原理来区分“1”和“0”的凹坑的边缘代表“1”，凹坑和非凹坑的平坦部分代表“0”，凹坑的长度和非凹坑的长度都代表有多少个“0” 14.3 CD-Audio 14.3 CD-Audio 一、一、采用频率和样本大小采用频率和样本大小 人耳朵(因人而异)能听到的声音信号频率范围是20～20 000 Hz，考虑到滤波器在20 000 Hz的地方大约有10%的衰减，所以可以用22 000 Hz的2倍频率作为声音信号的采样频率 同时为了能够与电视信号同步，PAL电视的场扫描为50 Hz，NTSC电视的场扫描为60 Hz，所以取50和60的整数倍，选用了44 100 Hz作为激光唱盘声音的采样标准 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio 激光唱盘音乐信号的样本位数是16样本数的大小也表示信号的动态范围，16位的样本能够表达的动态范围就大于96 dB 。
在激光唱盘上一秒钟的声音需要占据的存储空间为：1秒 44 100样本/秒 2字节/样本 2(左右两个通道) = 176.4 千字节 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio二、二、声道数声道数 早期的立体声采用两个声道(轨)，当声音转换成数字信号之后，计算机很容易处理多声道信号例如，MPEG-2数字影视标准和杜比AC-3都采用5＋1个声音通道，即左、中、右3个主声道，左后、右后两个环场声道，以及一个次低音声道 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio三、三、声音数据的通道声音数据的通道编码 声音转换成用“1”和“0”表示的数字信号之后，并不是直接把它们记录到盘上物理盘上记录的数据和真正的声音数据之间需要做变换处理，这种处理统称为通道编码 激光唱盘使用的通道编码叫做8到14位调制编码( (eight to fourteen modulation，EFM)这种编码的含义就是把一个8位(即1个字节)的数据用14位来表示 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio1.1.为什么要做通道什么要做通道编码 Ø为了改善读出信号的质量，使得读出信号的频带变窄 Ø为了在记录信号中提取同步信号 通俗说来，通道编码实际上就是要在连续的“0”插入若干个“1”，而在连续的“1”之间插入若干个“0”，并对“0”和“1”的连续长度数目即“行[游]程长度”加以限制。
14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio2.2.为什么要把什么要把8 8位数位数转换成成1414位数位数 实验证明，当把“0”的游程长度最短限制在2个，而最长限制在10，光盘上的信号就能够可靠读出 14位通道位有16 384种代码通过计算机的计算，在这16 384种代码中有267种代码能够满足上述要求 此外，当通道码合并时，为了满足游程长度的要求，在通道码之间再增加了3位来确保读出信号的可靠性，于是在激光唱盘中8位的数据就转换成了17位的通道代码 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio四、四、CDCD盘如何批量生产盘如何批量生产 CD盘的制作大致分成三个阶段1.1.原版原版盘预制作制作(Premastering)(Premastering)，或者称，或者称为母母盘预制作制作 对于激光唱盘，把制作好的音乐节目转换成标准的CD-DA格式，而对于V-CD盘，把影视节目转换成V-CD标准记录格式 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio2 2.原版原版盘制作制作(MasteringMastering)，或者称，或者称为母母盘制作制作 (1)把符合CD-DA或者V-CD标准格式的数据经过一个EFM(Eight-to-Fourteen Modulation)编码器变成串行数据流；(2)把一片涂有光敏电阻 的玻璃盘在旋转平台 上进行光刻。
14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio(3) 对光刻的玻璃盘进行化学处理，盘上曝了光的区域被腐蚀掉形成凹坑，没有曝光的区域就被保留下来，“0”、“1”信号就以凹坑和非凹坑的形式记录在螺旋形光道上4) 对经过化学处理的玻璃盘进行化学电镀生成金属原版盘，称为父盘(father disc)，通过父盘再制作母盘(mother disc)，然后由母盘制作出子盘(son disc)，子盘就是压模(stamper) 3.3.大批量复制大批量复制 V-CD的盘基是用聚碳酸脂塑料做的，聚碳酸脂加热之后注入盘模里，压模就把它上面的数据压制到正在冷却的塑料盘上，然后在盘上溅射一层铝，用于读出数据时反射激光束，最后涂一层保护漆和印制标牌 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio DVD原名是Digital Video Disc的缩写，意思是“数字电视光盘(系统)”，后又把Digital VideoVideo Disc更改为Digital VersatileVersatile Disc MPEG-2的技术成熟，促成了DVD的问世 DVD的特点是存储容量比现在的CD盘大得多，最高可达到17 GB。
一片DVD盘的容量相当于现在的25片CD-ROM(650 MB)，而DVD盘的尺寸与CD相同 14.4 DVD14.4 DVD简介简介 14.5 DVD14.5 DVD的的规格格 DVD和CD一样，除了DVD-Video之外还将会有4个成员，它们的标准文件用Book A，Book B，... ，Book E来标识，如表所示DVD(Digital Versatile Disc)DVD(Digital Versatile Disc)CD(Compact Disc)CD(Compact Disc)Book A: DVD-ROMBook A: DVD-ROMCD-ROMCD-ROMBook B: DVD-VideoBook B: DVD-VideoVideo CDVideo CDBook C: DVD-AudioBook C: DVD-AudioCD-AudioCD-AudioBook D: DVD-RecordableBook D: DVD-RecordableCD-RCD-RBook E: DVD-RAMBook E: DVD-RAMCD-MOCD-MO 14.5 DVD14.5 DVD的的规格格DVD的存储容量DVDDVD盘的类型盘的类型存储容量存储容量(GB)(GB)MPEG-2 VideoMPEG-2 Video的播放的播放时间时间( (分钟分钟) )单面单层单面单层( (只读只读) )4.74.7133133单面双层单面双层( (只读只读) )8.58.5240240单层双面单层双面( (只读只读) )9.49.4266266双层双层, ,双面双面( (只读只读) )1717 单层双面单层双面(DVD-R)(DVD-R)6.66.6215215单层双面单层双面(DVD-RAM)(DVD-RAM)5.25.2147147 14.5 DVD14.5 DVD的的规格格DVD-Video规格技术技术内容内容技术规格技术规格 数据数据传输率传输率可可变变速速率率，，平平均均速速率率为为4.69 4.69 Mb/s(Mb/s(最最大大速速率率为为10.7 Mb/s)10.7 Mb/s)图像压图像压缩标准缩标准MPEG-2MPEG-2标准标准声音声音标准标准NTSCNTSC：：Dolby Dolby AC-3AC-3或或LPCM, LPCM, 可可选选用用MPEG-2 MPEG-2 AudioAudioPALPAL：： MPEG MPEG MUSICAM* MUSICAM* 5.15.1或或LPCM, LPCM, 可可选选用用Dolby AC-3Dolby AC-3通道数通道数多达多达8 8个声音通道和个声音通道和3232个字幕通道个字幕通道 14.6 DVD的存储容量是怎样提高的的存储容量是怎样提高的 盘片直径：盘片直径：均为均为120 mm120 mm 盘片厚度盘片厚度：：均为均为1.2 mm1.2 mm ，， 双面双面DVDDVD，，0.6mm/0.6mm/面面光道间距：光道间距：1.61.6 m→0.74m→0.74 m m 最小凹凸坑长度：最小凹凸坑长度： 0.83 0.83 m→0.4m→0.4 m m 14.6 DVD的存储容量是怎样提高的的存储容量是怎样提高的加大盘的数据记录区域：DVD盘的记录区域从CD盘的86 cm2提高到86.6 cm2 14.6 DVD的存储容量是怎样提高的的存储容量是怎样提高的提高DVD存储容量的另一个重要措施是使用盘片的两个面来记录数据，以及在一个面上制作好几个记录层 。
单面单层单面单层单面双层单面双层 14.6 DVD的存储容量是怎样提高的的存储容量是怎样提高的调制方式 ：ØCD存储器采用8-14(EFM)加3位合并位的调制方式 ØDVD则采用效率比较高的8-16＋(EFM PLUS)的方式 错误校正方法：ØCD存储器采用里德-索洛蒙码(C Cross-I Interleaved R Reed-Solomon C Code, CIRC) ØDVD采用里德-索洛蒙乘积码(Reed-solomonReed-solomon P Product－like C Code，RSPC) 采用新的算法之后错误检测码和错误校验码的信息位的数目可以减小，纠错码的数据传输率也将从25%减小到13% 14.7 VCD14.7 VCD与与DVDDVD播放机的结构播放机的结构 一、一、一、一、简简介介介介 19921992年年1010月月Karaoke(Karaoke(卡拉卡拉OK)CDOK)CD规规格格19931993年年1010月月Video CD 1.1 Video CD 1.1 19941994年年7 7月月Video CD 2.0 Video CD 2.0 14.7 VCD14.7 VCD与与DVDDVD播放机的结构播放机的结构 把数字电视放到盘上与计算机把数据放到CD-ROM盘上一样，也涉及两个基本概念：①物理格式 规定信息存到CD盘上的方法，例如盘区的划分、光道的划分、扇区的大小、寻址的方法、错误的检测和校正等等。
②逻辑格式 又称为文件格式，它是规定数据文件在盘上应如何组织和排列的方法，例如文件大小、目录结构等的处理方法 14.7 VCD14.7 VCD与与DVDDVD播放机的结构播放机的结构Video CD是以下三种高新技术结合的产物：Ø第一种是Video(可通俗理解为数字影视)技术Ø第二种是激光记录技术，或者叫光盘存储器技术Ø第三种是计算机软硬件技术 目前使用最普遍的VCD播放系统有两种：① 使用PC机构成的播放系统② VCD播放机＋电视机 14.7 VCD14.7 VCD与与DVDDVD播放机的结构播放机的结构二、二、VCDVCD播放机的基本结构播放机的基本结构 VCD播放机主要由3个核心部件组成：① CD驱动器，或者叫做CD加载器，② MPEG解码器，③微控制器 VCD解码器从数据流中分离出电视图像数据流和声音数据流 微控制器是一个8位微控制器，它用来控制VCD播放机的运行 14.7 VCD14.7 VCD与与DVDDVD播放机的结构播放机的结构下图是VCD播放机的典型结构： 14.7 VCD14.7 VCD与与DVDDVD播放机的结构播放机的结构三、三、DVDDVD播放机的基本播放机的基本结构构 14.7 VCD14.7 VCD与与DVDDVD播放机的结构播放机的结构DVD播放机主要有下列几个部件组成：(1)DVD盘读出机构：用于读光盘上的数据。
2)DVD-DSP(Digital Signal Processor)：用来把从光盘上读出的脉冲信号转换成解码器能够使用的数据3)数字声音/电视图形解码器：分离声音和电视图像数据，对它们进行解码，并处理附属图形4)微控制器：控制播放机的运行，管理用户输入，DVD节目存取权限的管理等 。