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1、南通大学计算机教研室第六章 数据的光盘存储技术主要内容1.CD 简介2.CD 的工作原理3.CD 的制作4.DVD介绍5.CD 的物理格式6.CD 的逻辑格式7.光存储技术发展趋势全息光存储26.1 简介 DISC 与 DISK 原先意义： 专业上一般用 DISK Professional 娱乐中一般用 DISC Entertainment 随着多媒体时代的到来：愿意用 DISC 取代 DISK36.1 数字光盘在信息社会中的地位信息产业 基础产业核心产业信息处理计 算 机信息传输通信网络信息存储光磁/盘,带,卡软 件IC芯片46.1 数字光盘在信息社会中的地位 光盘产业是信息产业群中的基础产
2、业， 也是一种数字化产业。 社会发展：农业社会 工业社会 信息社会 信息是知识经济的“能源”，就像工业经 济以石油，煤为能源一样。56.1 光存储有以下几种形式 光盘 磁盘 光卡 磁卡、IC卡、闪存卡 光带 磁带66.1 简介 CD历史v1972年，Philips公司展示了播放电视节目的光盘播放系统；v1978年，第一台光盘播放机问世；v1982年， Philips、Sony公司制定Red Book标准，CD-DA光盘问世；v1985年，Yellow Book标准制定，CD-ROM光盘问世； 等等，一系列标准和产品相继问世。76.1 简介 光存储历史1.LD &LV (模拟存储)2.CD-DA
3、3.CD-ROM4.CD-I5.CD-R6.VCD7.CD-RW8.DVD86.1 简介- LD，LV (Laser (Laser Disc;LaserDisc;Laser Vision)Vision)模拟存储，俗称：镭射影碟 直径 中孔直径 厚度(mm)300351.2，200351.2CAV（constant Angular Velocity）存30分/面CLV（constant Linear Velocity）存60分/面69年研究，72年DEMO，78年推向市场荷兰philips发明96.1.1 CD-DA 数字激光唱盘 1982年推向市场，形成了规模化的光盘产业 第1台 CD-DA
4、播放机（player）取名为： CDP-101 一百年才得一次的发明 荷兰philips / 日本sony发明 CD-DA行业标准：Red Book红皮书 国际标准：IEC908 Compact disc digital audio System106.1.2 CD-ROM计算机用只读光盘CD-Read Only Memory，驱动器（drive）120151.2，650MB，CLV，1984年推向市场，形成了多媒体计算机概念Philips/Sony发明CD-ROM行业标准：Yellow Book黄皮书国际标准：ISO/IEC10149国家标准：GB/T16969-1997使计算机具有了多媒体
5、的功能116.1.3 CD-I交互式CD只读光盘CD-Interactive1987年推向市场，提出了“交互性”使用功能philips/Sony发明CD-I行业标准：Green Book绿皮书无国际标准商业上并不成功126.1.4 CD-R可录光盘(一次写多次读)CD-Recordable1990年推向市场，利用染料（Dye）做记录介质， philips/sony发明 CD-R行业标准：OrangeBook II橙皮书无国际标准市场巨大，极好的商业机会（CD-MO，Orange Book I）136.1.5 Video-CD(VCD)数字激光视盘俗称：小影碟1993年推向市场，形成了中国的规模
6、化光盘产业philips/sony/JVC/Matsushita 发明V-CD行业标准：WhiteBook 白皮书无国际标准SVCD由中国与上述4公司 共同制定146.1.6 CD-RW可擦写CD光盘CDCD-R REWWRITABLE， 利 用 相 变 材 料 （ phase-change）作介质，1K次擦写1996年推向市场，PHILIPS/SONY 发明CD-RW行业标准：ORANGE BOOK III橙皮书无国际标准商业价值比预想小得多156.1.7 0.74 m160.52 m176.1.9 数字光盘特点（优点）1. 记录密度高 信道间距 1.6m-0.74m-0.54m CD DV
7、D HDDVD2. 保存期长 40至百年不等186.1.9 数字光盘特点（优点）3. 成本低 兆字节（MB）成本点几分至几毛钱4. 数字化 便于传输，处理，存储5. 携带传递方便 可脱机196.1.10 小 结CD-Audio1982CD-ROM1984CD-R1990CD-I1987V-CD1993CD-RW1996DVD-Audio1998DVD-Video1996DVD-ROM1996DVD-RAM1997/98DVD-R1997DVD-RW, DVD+R, DVD+RW (Pioneer) (Philips)20主要内容1.CD 简介2.CD 的工作原理的工作原理3.CD 的制作4.D
8、VD介绍5.CD 的物理格式6.CD 的逻辑格式7.光存储技术发展趋势全息光存储216.2 CD 工作原理A.记录介质B. 读出原理C. 记录格式 (Format) 介绍226.2.1 光盘记录介质光盘记录介质分为：1. 一次写记录介质一次写记录介质 CD-R / DVD-R 染料以及其他一次写记录材料2. 可擦写记录介质可擦写记录介质 CD-RW / DVD-RW、 DVD+RW、DVD-RAM 相变 (PC) 和磁光 (MO) 光盘记录介质 PhaseChange Magnet-Optics231. 用酞菁染料 (phthalocyanine) CD-R 光盘呈淡绿的银色，称“银盘”，如用
9、 金做反射层，则呈淡绿的金色，称“金盘”。2. 用花青染料 (Cyanine) CD-R 光盘呈绿色，称“绿盘”。3. 用偶氮染料 (azo-dyes) 金属化的偶氮染料 CD-R 光盘呈蓝褐色，目 前较少应用6.2.1 CD-R / DVD-R 记录层的染料 (Dye)24 不管哪一种染料，其记录薄膜 (几十 nm)的记录点是靠有机染料吸收记录激光束的能量，由于热效应使有机染料分解，由此引起有机染料的漂白和鼓泡漂白和鼓泡（凹坑），从而改变记录薄膜的光透光反射特性。 其记录寿命决定于记录寿命决定于染料薄膜和记录点结构的稳定性稳定性。6.2.1 CD-R / DVD-R 记录原理25记录激光束对
10、染料层的贡献：漂白（记录激光束对染料层的贡献：漂白（“白化白化”）保护漆保护漆聚碳酸脂聚碳酸脂26记录激光束对染料层的贡献：鼓泡（“小丘”） 凹坑的对应27WORM (Write Once Read Many)一次写多次读记录介质一次写多次读记录介质 应用在档案类存储，往往在大尺寸光盘 (14、356mm，12、300mm) 中使用 其记录方式有：a. 烧蚀型 b. 起泡型 c. 纹理型 d. 相变型 e. 光致变色型 等28b. 起泡型c. 纹理型d. 相变型e. 光致变色型a. 烧蚀型6.2.1 WORM 型一次写光盘记录原理29a. 烧蚀型 (Ablation) 烧蚀型记录介质应有较低的
11、熔点，如碲 (Te)、 铋(Bi) 和硒 (Se) 基合金，熔点为450度左右； 利用激光热效应，使光照微区熔化，在表面 张力作用下产生一个稳定的信息坑 (pit)；加 上上述材料热扩散能力差，非常适于一次写 光盘； 目前，除 CD-R/DVD-R 外一次写光盘，大多 使用上述一次写记录材料。30b. 起泡型 (Bubble) 起泡型一次写记录介质为三层结构； 表面层是熔点较高的金或铂薄膜，把它蒸镀在透明的染料-聚合物层上面，第三层是反射层； 当金属膜层吸热并传给低熔点染料-聚合物时，聚焦点部位升温并分解， 产生气体使金属膜凸起，形成气泡； 由起泡处形成的反射率与背景原始反射率形成强烈的读出反
12、差；31c. 纹理型 (Texture) 利用离子束刻蚀记录介质表面，使之形成 文理状结构，或采用真空沉积方法形成一 种既小又分离的小岛似形状； 激光束照射微区时，其纹理状膜层强烈吸 收光能，致使纹理熔化成镜面状； 形成反射率变化的一次写光记录32d. 相变型 (phase-change) 相变材料既可一次写也可用作可擦写； 一次写一般采用一种 TeOx 的碲氧化物相变介质，其初始反射率为百分之十几，当记录光热效应使碲的微晶熔化，在宏观不变形的情况下，碲微粒倾向融合并在冷却后重新结晶，其复合反射率上升至百分之二十几； 为此产生反射率差，完成一次写记录过程33 光致变色介质有无机和有机两大类，并
13、同样具有一次写和可擦写两种功能； 记记记记录录录录特特特特点点点点：光照微区在记录过程中，将从一种光学状态变化到另一种光学状态，发生光呈色反应，从而实现反射率的变化； 当记录膜层发生不可逆的变化或完全破坏，则为一次写记录；为可逆并形成两种不同反射率的稳定态，则为可擦写记录。e. 光致变色型 (photo chromism)346.2.2 读出原理条件：讨论只读光盘 CD-DA，CD-ROM，V-CD， DVD-Audio，DVD-ROM， DVD-Video 等原理：利用反射光的强度变化的原理： 反射光的强度变变化化时为 “1” 码 反射光的强度不不变变时为 “0” 码356.2.2 读出激光
14、光斑大小 (0.50.6) DIA. = NADIA. 是用光强半峰值宽度的最大值表示 (Full width half Max.，FWHM) 是光源波长 CD： 780 nm DVD：650 nmNA 是数值孔径，表示聚焦能力的大小 ( Number Aperture) CD： 0.45 DVD：0.6366.2.2 物 镜Objective Lens F： 焦距D： 通光孔径 ( D = 2R ) 数值孔径 NA = sin = R / ( R2+F2 ) R / FFD376.2.2 计算CD光盘的读出光斑大小 (0.50.6) DIA. = NA (0.50.6) * 780nm =
15、0.45 = (0.871.04) m 1 m386.2.2 CD只读光盘上的信息斑点(Pit)0.83m10010001000010000000000100000013T3.05m4T5T11T7T3T4T11T1.6m10 010 0 010 0 0 0 0 0 0 0 0 010 0 0 0 010 01读光斑CLV3T6T包括： 信息坑（groove） 信息面（land）396.2.2CD只读光盘上的信息斑点时间窗口 T 是 1 ( channel ) bit 需要的时间。 T = 1/4.3218 Mbit/s = 231.4 ns 3T = 694.2 ns 11T = 2545.
16、4 ns1T 时间走过的距离 = 0.278 m406.2.2 CD只读光盘上的信息斑点 最短信息坑 (面)：3T = 0.834 ( T = 0.278 m ) 最长信息坑 (面)：11T = 3.058 m 信息坑宽： ( 0.5 0.6 ) m信息坑深:所以，CD盘用3T，4T，11T共9个数表示了所有数据 780= = 0.13 m 4n 4 *1.5 416.2.2 读出光路图（了解）LD光源QPOBLDM盘电机光盘G信息面物镜 NA = 0.45FC聚焦线圈TC跟踪线圈PBS 偏振分束镜CL 准直镜PD光电探测器RF (HF) 读出信号FES聚焦误差信号TES 跟踪误差信号QP1/
17、4 波片426.2.2 读出光路图 (了解)关键点：1/4 波片 ( QP ) 作用 PBS 对 P 线偏振光全透射 对 S 线偏振光全反射 P 光或 S 光二次经过1/4 波片，其角色相互交换， 即： P 线偏振光通过 QP 转 45。成圆偏振光，返回 时再次通过 QP 又转 45。成 S 偏振光。436.2.2 读出光路图 (了解)同时： 从PD ( photo ditector ) 上不但读出 RF 信号 还读出 FES 和 TES，保证光学头中光斑聚焦，信道跟踪的稳定性和可靠性（光电闭环数字控制系统）446.2.3 记录格式 (Format) 介绍光盘上记录方式： 脉冲位置调制 PPM
18、 ( Pulse Position Modulation ) 脉冲宽度调制 PWM ( Pulse Width Modulation ) 456.2.3 PPM和PWM（理解）（理解）010010010000100001001001000010000100100100001000 1 0 0 1 0 0 0 0 PPMPWMRecorded pitsRecorded signalSource signal Channel bits CD/DVD的记录方式 - PWM46主要内容1.CD 简介2.CD 的工作原理3.CD 的制作的制作4.DVD介绍5.CD 的物理格式6.CD 的逻辑格式7.光存
19、储技术发展趋势全息光存储476.3 CD盘的制作A. 盘片结构B. 只读光盘制造：母盘、复制C. 光盘记录介质介绍486.3.1 盘片结构- CD四层结构 ：1. 盘 基 (衬 底 )： PC塑 料 ，PolyCarbonate 聚碳酸脂 PMMAL 有机玻璃2. 反射层： 铝 AL3. 保护层： 丙烯酸脂，Lacquer4. 盘 标： 印刷面1. CD-DA，CD-ROM，VCD 496.3.1 盘片结构- CD1.2mm印刷层保护层AL信息道PCLaser BeamOBR 70%只读 CD 结构示意图506.3.1 盘片结构- CD-R1.盘基(衬底)：（substrate）2.记录层：染
20、料 Dye（recording layer）3.反射层：金 Au 或银 Ag （reflective layer）4.保护层： 5. 盘 标： （logo 等）2. CD-R 五层结构516.3.1 盘片结构- CD-R1.2mm印刷层保护层反射层记录层伺服道PCR 65%注：伺服道： Wobble形，用摆动频率记录时间 Tracking小结：CD-R，CD-RW采用Wobble形的伺服槽CD-R 结构示意图526.3.1 盘片结构- CD-RCD-R 记录层：染料酞菁染料（酞花青） PhthaloCyanine花青染料 Cyanine偶氮染料 另外反射层：Au 或 Ag，延展性好536.3.
21、1 盘片结构- CD-RW1.盘 基：PC塑料2.保护层：SiO23.记录层：相变材料 碲 Te、锗 Ge 等稀土材料配比而成4.保护层：SiO25.反射层：AL6.保护层：7.印刷层：CD-RW 七层结构546.3.1 盘片结构- CD-RWCD-RW 结构示意图1.2mm印刷层保护层(SiO2)反射层保护层(SiO2)rec. (phasechange)保护层(SiO2)伺服道盘基R 65%R 15%556.3.1 盘片结构- DVD只读 DVD (Digital Versatile Disc)(DVD-Video，DVD-ROM，DVD-Audio 三种)0.6mm 2 = 1.2mm
22、的双层结构单面单层 4.7GB俗称 DVD5 单面双层 8.5GBDVD9双面单层 9.4GBDVD10双面双层 17GBDVD18 566.3.1 盘片结构- DVD5DVD5 结构示意图关键：粘接 (bonding)，透明 UV树脂胶 0.6mm 盘片防变形(DVD10 与 DVD5 2相同)1.2mm印刷空白盘粘接层 (40 60) m工艺同CD576.3.1 盘片结构- DVD9DVD9 结构示意图R0 = 40% (max.)R1 = 30% (max.)印刷层粘接层1.2mm0.6mm0.6mm0 Layer(4.7GB)1 Layer(3.8GB)(DVD18需要 “2P法” 工
23、艺)586.3.1 盘片结构- DVD9Stamper 1Stamper 20.6mm0.6mm半反射金或硅全反射铝透明UV树脂1.2mm0.6mm0.6mmPCPCLaser BeamDVD9 结构示意图596.3.1 盘片结构- SACDSACD 光盘（Super Audio CD）结构同 DVD9其中一层为 DVD-Audio，另一层为 CD-AudioDVD 可得到 5.1，7.1 的剧场效果CD 为立体声（L、R）60包括两部分：1.母盘制造 (Mastering)2.光盘复制 (Replication)工序：母盘 (mastering) 模板 (stamper) 复制（Replic
24、ation）工艺过程如下：6.3.2 光盘的制造母盘1. 母盘 (master)616.3.2 光盘的制造-玻璃母盘磁带 (DAT，DLT)磁盘 HD光盘 CD-R/RW玻璃基板清洗准备涂光刻胶（先涂底胶）信号光刻(LBR)曝光显影固化正像主盘（原盘） in.626.3.2 光盘的制造-压模盘正像主盘（原盘）电铸镍金属化（镀金）第一版镍模（负像父盘）Stamper父盘 in.636.3.2 光盘的制造-父盘母盘(压模盘)子盘FatherDisc电铸镍第二版镍板（正像母盘）MotherDisc电铸镍第三版镍板（负像子盘）母盘646.3.2 光盘的制造说明 用 Stamper 模板进行盘片复制 1
25、 张 Stamper 可复制 (2 3) 万片 玻璃基板为光学级基板 160 10mm，循环使用20次 160 1.1mm 光刻胶 光敏电阻（使其曝光） 信号刻录 (LBR)，Laser Beam Recorder656.3.2 光盘的制造复制2. 复制 (Replication)PC料干燥溅镀 ALSputtering注塑Molding模板Stamper旋涂Lacquer印盘标 in.保护漆保护漆反射层反射层压模压模666.3.2 光盘的制造复制1.PC料干燥至含水量小于 (0.30.4)%2.模板 Father Disc 或 Son Disc3.注塑 油压或全电动注塑机， Cycle ti
26、me 3.8sec.4.溅镀机 (30 60) nm厚， 2sec.5.旋涂保护胶 (5 20) m厚6.印刷 LOGO676.3.2 光盘的制造盘标印刷 丝网印刷，Screen 柯式印刷 (胶印)，off-set 前者成本低 (设备上)，无过渡色 后者成本高，印出的颜色更趋自然 （设备成本差 4 6 倍）686.3.2 光盘的制造线上检测 涂光刻胶 检查平度、厚度和有否针眼等金属化 检查读出信号旋涂后 在线检查机械、物理缺陷 有以下几方面：696.3.2 光盘的制造缺陷检测1. 针孔 (pinhole)2. 保护胶起泡 (Lacquer Bubble)3. 反射层 AL 凹痕 (Dent)4
27、. 信息层划伤 (Info. Scratch)5. 油 (Oil)6. 黑斑 (污) (Black Speck)7. 表面倾斜 (Flow Line)8. 空气泡 (Air Bubble)9. PC 层划伤 (Surface Scratch)10. 保护层起污 (Lacquer Splash)70主要内容1.CD 简介2.CD 的工作原理3.CD 的制作4.DVD介绍介绍5.CD 的物理格式6.CD 的逻辑格式7.光存储技术发展趋势全息光存储716.4 DVD介绍1.DVD 概述2.DVD/SVCD/VCD 图像清晰度3.高密度和超高密度存储721. DVD 介绍CD DVD (Digital
28、 Versatile Disc) LASER： = 780nm = 650nm NA = 0.45NA = 0.60 Thickness：1.2mm0.6mm 2 = 1.2mm Codecs： 8-17调制8-16调制 (Coding & CIRC检纠错 RS-PC检纠错 Docoding) Capacity： 650MB4.7GB 17GB736.4.1 DVD 种类1.DVD-ROM/Video/Audio 单面单层 4.7GB (DVD 5) 单面双层 8.5GB (DVD 9) 双面单层 9.4GB (DVD 10) 双面双层 17GB (DVD 18)2.DVD-R/RW/RAM
29、为单面单层或双面单层 DVD-R 3.9GB， 4.7GB DVD-RW 4.7GB DVD-RAM 2.6GB， 4.7GB，9.4GB/双面3.DVD-Video Recording (DVD-RW/RAM) 规定了录制影视频的方法 DVD+RW 3.0GB， 4.7GB 746.4.1 DVD 光盘的兼容性CD-ROM driveDVD-ROM driveDVD-RAM driveCD-ROMCD-RCD-(RW)DVD-ROMDVD-RDVD-(RW)DVD-RAM （带盒） （不带盒）756.4.2 DVD/SVCD/VCD 图象清晰度关于视频图象 (像素 pixel 表示)电影/数
30、字电影：4096 3112，2048 1556高清电视HDTV：1920 1080 / 1152 (NTSC/PAL) 1440 1080 / 1152- -DVD/标清(SDTV)： 720 480 / 576 (D1) (704 480 / 576) 528 480 / 576 (3/4 D1) (544 480 / 576)SVCD480 480 / 576 (2/3 D1)CVD/MPEG2352 480 / 576 (1/2 D1)VCD/MPEG1352 240 / 288 (1/4 D1)(SIF) SIF：MPEG1 的源输入格式766.4.3 高密度和超高密度存储 从DVD红
31、光 HD.DVD 兰光母盘： = 351nm， NA=0.9 道距 0.74 0.4(m)播放机、驱动器： = 410nm， NA=0.8 增大容量为 (650/410)2 = 2.5倍1. 进一步减短波长进一步减短波长 ，增大数值孔径，增大数值孔径 NA77改善记录方式、提高编码效率 （HD.DVD容量在 (1822)GB之间） 从CAV 到 MCAV (ZCAV) 可提高1.5倍 从PPM 到 PWM (Marking-edge Recording) 可提高1.5倍 Groove 和Land同时记录 (指 R/RW/RAM) 可提高 (1.81.9) 倍 2. 改善记录方式改善记录方式78
32、 高分辨影像只与光孔大小 (几十nm) 光孔至光盘介质距离 (几nm) 有关 与入射光波长无关，无衍射效应 适用于母盘刻录3. 近场光存储近场光存储79A. 多层 双光子记录 荧光读出 已记录到100层（实验室） 4. 多维光存储多记录层多维光存储多记录层80B. 多波长 不同波长的多色记录 一种材料只吸收一种波长 对其他层材料不吸收 透明 4. 多维光存储多维光存储 - 多波长多波长81C. 多阶 信息坑 (pit) 产生多层台阶， 获得不同的反射率 光源能量分阶，获得不同的反射率 4. 多维光存储多维光存储 - 多阶多阶82 利用全息原理，通过空间光调制器将信息 加载在物光上，照射晶体 (
33、或聚合物等)形 成电场产生折射率变化； 再利用另一参考光 (与物光成一角度)照射 而产生干涉条纹，形成明暗的强弱之分； 特点： 页面存储 (如1024 1024 pixels) 并行读出 (如 DTR 100MB/S) 存储密度可达 1GB/cm3 等 5. 全息光存储全息光存储83“Data play”外径 32mm孔 4mm厚 0.6mm容量 500MB“应用”music, photo, books, games 6. 小型化微型化小型化微型化84主要内容1.CD 简介2.CD 的工作原理3.CD 的制作4.DVD介绍5.CD 的物理格式的物理格式6.CD 的逻辑格式7.光存储技术发展趋势
34、全息光存储856.5 CD的物理格式CD的格式包含：1.物理格式： 规定数据如何存放到光盘上，这些数据包括：物理扇区的地址。数据的类型、数据块的大小、错误检测和校正码等。2.逻辑格式： 规定如何把文件组织到光盘上以及如何指定文件在光盘上的物理位置。包括文件的结构、文件大小以及所需的盘片数目等866.5.1 CD-DA的物理格式v一条光道(track)由许多扇区(sector)组成v一个扇区由98帧(frame)(3234字节)v帧存放信息的基本数据单元871.SYNC: 每一帧开头都有24bits同步位:(不经EFM)2.子码(Subcode)：提供盘地址信息，8bits；3.声音数据：CD-
35、DA有两个声音通道(左、右)，分别采用96bits表示；4.P、Q校验码(EDC):分别采用32bits来校验右声道和左声道的声音数据。6.5.1 CD-DA 扇区格式1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010个个010个个088392 + 392 + 98 = 882 B从格式上相当于 F3 帧，还要进行 EFM 和加 MERGING，SYNC 形成 Channel bit用户数据第一层EDC/ECC第二层EDC/ECC控制字节2352B(24B 98F)392BQ：98 4392BP：98 498BC：98 5 13234B6.5.1
36、 CD-DA 扇区格式896.5.1 CD-DA 一帧数据的通道位注：加3bits是为了增加游程长度，提高 读出数据的可靠性表表 一帧数据的通道位数一帧数据的通道位数编号编号字段名称字段名称通道位数通道位数合计合计(1) 同步位(SYNC) 24+3 不参加EFM 27(2) 子码(Subcode) 1(143) 17(3) 数据(左声道) 12(143) 204(4) Q校验码 4(143) 68(5) 数据(右声道) 12(143) 204(6) P校验码 4(143) 68合计 588906.5.2 CD-ROM标准vCD-ROM增加两种类型的光道；v共有三种类型光道：1.CD-DA光道
37、：存储声音数据；2.CD-ROM Mode1：存储计算机数据；3.CD-ROM Mode2：存储声音数据、静态图像或视频数据。91CD-ROM 扇区格式是 CD-DA 的延伸：又加入模式1 (mode 1) 用于存储计算机数据，模式2(mode 2) 用于存储压缩的音频视频和图象数据同步字头用户数据EDC空位ECC12B4B2048B4B8B276B第一、 二层与控制字2352B882BCD-ROM 模式 16.5.2 CD-ROM 模式 1926.5.2 CD-ROM 模式 1说明v同步：12B；v字头：4B，定义扇区地址（时间格式）；v用户数据：2048B；vEDC：4B，检错位，如错，则
38、执行ECC；vECC：276B，纠错码。4字节的扇区地址称为字头（HEADER）分(min.) 秒(sec.) 分秒(frac) 方式(mode)1字节 1字节 1字节 1字节 074 059 074 01 93CD-ROM 模式 2注意：扇区 (Sector) 是光盘上最小寻址单位6.5.2 CD-ROM 模式 22352B882B同步字头用户数据12B4B2336B第一、 二层与控制字94CD-ROM/XA 中以 Mode 2 为基础又分为 CD-ROM，Mode 2，Form1（方式1） 和 CD-ROM，Mode 2，Form2（方式2）前者用于 Photo-CD 和电子出版物等光盘后
39、者用于要求不很高的音视频光盘，如 V-CDCD-ROM/XA 扇区格式是 CD-ROM 的延伸95CD-ROM 模式 2 方式 22352B882B同步字头副字头用户数据EDC12B4B8B2324B4B第一、二层与控制字CD-ROM 模式 2 方式12352B882B同步字头副字头用户数据EDCECC12B4B8B2048B4B276B第一、二层与控制字方式方式2比方式比方式1少了少了ECC，留作用户数据，留作用户数据961. 为什么CD-ROM, Mode1 每扇区用户数据从 CD-DA 的 2352B 降为 2048B ？思考题用户数据第一层 EDC/ECC第二层 EDC/ECC控制字节
40、2352B(24B 98F)392BQ：98 4392BP：98 498BC：98 5 13234BCD-DA扇区格式同步字头用户数据EDC空位ECC12B4B2048B4B8B276B第一、 二层与控制字2352B882BCD-ROM 模式 197主要内容1.CD 简介2.CD 的工作原理3.CD 的制作4.DVD介绍5.CD 的物理格式6.CD 的逻辑格式的逻辑格式7.光存储技术发展趋势全息光存储986.6 CD 的逻辑格式v逻辑格式： 规定如何把文件组织到光盘上以及如何指定文件在光盘上的物理位置。包括文件的结构、文件大小以及所需的盘片数目等996.6.1 逻辑结构的设计思想A.CD-RO
41、M文件系统的组成部分；B.影响逻辑格式定义的因素；C.CD-ROM的逻辑格式定义100A. CD-ROM文件系统的组成部分1.逻辑格式：确定盘上的数据应该如何组织，以及该存放在什么地方。即如何构造文件目录、目录如何查找等。2.源软件：按逻辑格式把要写到盘上的数据进行装配。3.目的软件：把从盘上读出的按逻辑格式装配的数据转换成文件。101B.影响逻辑格式定义的因素1.CD-ROM不需要添加、删除目录；2.CD-ROM读出、写入数据是不对称的；3.寻道时间长，最长950ms；4.存储容量较大。102C. CD-ROM的逻辑格式定义1.卷结构：提供整片盘片的信息。定义一套规则和数据结构表达盘上文件之
42、间的复杂关系。2.文件结构：描述和配置盘上的文件。其核心是目录结构。 多文件显式分层结构。把子目录当文件处理； 单文件显式分层结构。把整个目录信息放在一个一个(描述根目录和子目录的描述根目录和子目录的)文件文件中。 散列路径名目录。把整个路径名和文件名合并为一个地址一个地址放在目录中。是隐式目录结构。 索引路径名目录。把子目录的全路径名转换成一个整数。也是隐式目录结构。 混合结构。混合以上四种的两种以上。103882B6.6.2 逻辑扇区和逻辑块逻辑扇区和逻辑块同步字头用户数据EDC空位ECC12B4B2048B4B8B276B第一、 二层与控制字2352BCD-ROM 模式 12352B88
43、2BCD-ROM 模式 2同步字头用户数据12B4B2336B第一、 二层与控制字物理扇区物理扇区逻辑扇区1046.6.2 逻辑扇区和逻辑块v从前面图中可以看出逻辑扇区的大小为2048B。v我们给每个逻辑扇区编号（0开始）LSN0，LSN1 等等。vLSN0从物理地址00:02:00开始v逻辑扇区可以划分逻辑块，大小为512B、1024B、 2048B 三种；v我们给逻辑块编号：LBN1,LBN2,LBN3.vCD-ROM上所有文件均按照LBN寻址。1056.6.3 文件vCD-ROM可以存放任意类型的文件；v每个文件可分为一节或者多节；v每个文件节可以由多个逻辑块组成；v文件命名规则： =0
44、9 AZ “_” 参看教材P2821066.6.4 目录vCD-ROM限定目录层次8级；vCD-ROM采用隐式分层结构，同时也把目录当文件看待，目录包含在一个或少数几个文件中，包含目录的文件称为目录文件。(P283)v目录文件：与普通用户文件相类似，目录文件由一系列可变长度的目录记录目录记录组成v目录记录：记载了文件标志符、文件长度、文件域的第一个逻辑块号，以及打开这个文件需要的其它信息。1076.6.4 目录文件结构目录文件文件A 文件B 文件B 文件B记录1 记录2 记录3 记录4目录记录XAR文件A:文件域XAR文件B:文件域3文件B:文件域2文件B:文件域1XAR：扩展属性记录，默认最
45、后一个有效1086.6.5 路径表Path Tablev一种隐式分层目录结构(1985年)特点：利用索引值来访问所有的目录。rootABC文件目录路径表路径表ROOTABC目录结构与路径表记录1096.6.5 路径表记录格式路径表记录结构LEN_DI1BXAR1BADDR4BFathN2BDI(LEN_DI)BF1B1.LEN_DI: 目录标志符的长度（目录名长度）；2.XAR：扩展属性记录长度；3.ADDR：存放目录地址：分:秒:分秒:模式(4B)；4.FathN：父目录号；5.DI：目录标志符(目录名)6.F：填充域1106.6.6 卷v卷空间：用来存放信息的区域，分为两个区：1.LSN
46、0 LSN15 ：系统区；2.LSN16 最后 ：数据区. 记录卷描述符、文件目录、路径表、文件数据等内容vLSN16是卷描述符，结构如下：卷描述符类型1B5种类型标准卷标识符5B版本1B其它信息2041B与类型相关111共五类：1.主卷描述符；2.辅卷描述符；3.卷分割描述符；4.引导记录；5.卷描述符系列终止符。6.6.6 卷描述符的类型规则：前四种可以任意组合但是：类型1至少出现一次 类型5只能出现一次， 且在最后出现112主要内容1.CD 简介2.CD 的工作原理3.CD 的制作4.DVD介绍5.CD 的物理格式6.CD 的逻辑格式7.光存储技术发展趋势光存储技术发展趋势全息光存储全息
47、光存储1136.7 全息激光存储v全息记录技术使用激光的干涉原理将数据记录到光盘上。v在一样12cm光盘上，使用全息记录技术可以将存储容量提升到1TB，这将是目前DVD标准容量（4.7GB）的200倍。v而且在数据传输率方面，也将到达1GB/s，远高于现有的硬盘水平，是目前DVD最高速度（16X，约22MB/s）的40倍。114使用全息记录技术的光盘简介：使用全息记录技术的光盘简介：HVD与现有的DVD-R光盘盘面比较115全息存储技术的特点全息存储技术的特点信息存储容量大全息存储是一种高密度、大容量的信息存储技术。利用高解像力的银盐全息记录介质，可将约有10000多个汉字的文件资料（相当于一
48、版人民日报）缩小记录在直径仅有1mm左右的全息图内。其信息存储密度比普通缩微影像的存储密度高几十倍。记录速度快利用全息摄影机，通过使银盐感光介质感光成像的拍摄方法，将普通缩微胶片上的影像摄制成全息图，具有操作简便，记录快速的特点。116全息存储技术的特点全息存储技术的特点(cont.)记录信息不易丢失由于全息图中的每个细部都包含有被记录信息的全部内容，因此，当全息图因擦伤出现划痕，造成全息图局部破坏时，其记录的内容也不会丢失。尽管在还原时全息图再现的影像反差会有所下降，但是全息图所记录的全部内容仍可被显示出来便于长期保存记录在全息银盐感光介质上的全息图具有能够长期保存的特点，其保存寿命同普通银
49、盐缩微胶片相当。试验表明，银盐记录载体的保存寿命可达数百年以上。便于拷贝复制利用全息拷贝机，通过接触拷贝、曝光成像的方法，可方便地复制出多部全息拷贝片。117全息存储技术的特点全息存储技术的特点(cont.)其他除上述特点外，全息存储技术还有许多其他特点，例如：利用全息摄影技术可以制出能够表现被摄物立体效果的全息图，也可以通过由全息图组成的全息视听盘进行活动画面的再现等。不足之处全息存储技术也存在着一些不足之处，例如：对影调连续变化的原件记录效果差，不易表现被摄物的色彩，与计算机联机使用比较复杂，在阅读用单色激光显示的再现影像时视感较差等等。118v以开发出全息光存储技术而闻名的日本Optwa
50、re公司（位于日本横滨），日前宣布获得了来自6家厂商共3.6亿日元的投资。而这6家公司也升任Optware公司的主要股东。 这6家公司是：1.中国台湾中环公司（CMC Magnetics Corporation）2.日本富士胶卷有限公司（Fuji Photo Film Co., Ltd.3.日本丸红株式会社（Marubeni Corporation）4.日本松下电器产生株式会社（Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., ）5.日本帕路斯科技株式会社（Pulstec Industrial Co., LTD）6.日本东亚合成株式会社（TOAGOSEI Co
51、.,Ltd.,）119Optware公司简介vOptware公司在1999年由风险投资创建，任务就是寻找在高容量光盘存储领域利用全息记录技术的方法。目前，Optware公司利用自己的同线全息技术，成功地开发出世界上第一个商用化系统。120同线全息技术简介同线全息技术简介vOptware自有的同线全息技术，以前称之为偏振同线全息技术（Polarized Collinear Holography），是其为了将全息记录技术实用化所做出的关键努力，通过它可以大幅度简化全息记录技术应用难度。v同线全息技术在一个光束中整合了一个参考激光与一个信号激光。它们创建了一个包含数据的干涉三维全息构图。这个图像将通
52、过一个单一物镜在存储介质上显现。借助这个突破性的装置，Optware可以显著的简化并缩小全息成像系统的设计难度与外形体积。121同线全息技术简介（同线全息技术简介（cont.）v同线全息技术于2004年8月23日正式发布，当时Optware将使用全息记录技术的光盘称为全息通用光盘（HVD，Holographic Versatile Disc），预计最早的HVD将于2006年面向企业用户推出，容量高达200GB，其最终的发展目标则是存储1TB的容量。而目前的Blu-ray Disc最高容量才50GB。vOptware表示，到2007年HVD成本进一步降低后才有可能真正的向消费者普及。目前，HVD
53、驱动器的价格在2万美元左右，而每张光盘的成本则为100美元。Optware计划将HVD驱动器的成本降低到2700美元，这与现在的Blu-ray Disc影碟机相差不多。122练习与思考v14.3 P269v15.2 p292v15.8v15.10123论 文v浅析光存储技术的发展1.发展历史（发展动力、应用场合等）2.现状（目前已经存在的产品（主流、非主流）、在研究的产品、存在的一些需求）3.趋势124附 录：特殊光盘简介1.相变光盘PC（phasechange）2.磁光盘MO（magnetoptics）125应用：CD-RW DVD-RW(pioneer） DVD+RW(philips, s
54、ony) DVD-RAM(panasonic)特点：相变光盘是一种纯光型光盘，它 不含有磁记录的痕迹。1.相变光盘 (pc, phase-change)126高反射（擦除态）写 P1擦 P2（P1 P2）低反射（写入态）Amorphous 非晶态晶态 Crystal二种稳定态：晶态与非晶态（图示） 晶态 1 与晶态 2PC 光盘写、擦原理127 利用相变材料的二态（晶态与非晶态）表示 信息记录的二值 ( 0 与 1)，再用二态的反射 率差读出信息； 记录时，P1 脉冲加热晶态介质，晶态将快速 转变为具有低反射率的非晶态 (称写入态)； 擦除时，P2 脉冲加热非晶态介质，以回复到 反射率的晶态
55、(称擦除态)。128 相变材料常用低熔点半导体稀土材料，如 锗碲 (Ge-Te)，铟锑硒 (In-Sb-Se) 和锑硒 (Sb-Se) 由于相变光盘利用反射率之差读出信息， 它和只读光盘 (CD 和 DVD 等)、可录光盘 盘 (CD-R 等) 是同一类读出模式， 所以在 可擦写DVD中选用相变记录材料， 但也有 公司使用 MO 材料。129相变光盘直接重写和读出原理130120mm相变盘1.3GB / ISO / IEC15485 俗称 PD2.6GB / ISO / IEC16824，DVD-RAM，Panasonic 生产90mm相变盘1.3GB / ISO / IEC14760相变光盘
56、产品131 磁光盘记录层利用铽 (Tb)、铁 (Fe)、钆 (Gd)、 钴 (Co) 等稀土材料组成的磁光薄膜层，产生 磁光效应 磁光效应表现为克尔角旋转 ( Kerr Rotation)：EraseWritekk (克尔角)2. 磁光盘 (MO，Magnet-Optics)132 当激光束对光照磁光膜微区加热时，磁光 膜的矫顽力 Hc 下降， 当 Hc 低于磁光膜 的居里温度点 Cp (curie point)时，磁光膜 中的磁畴与外加磁场方向一致，实现“写” 过程 擦是写的逆过程SN(100 - 600 奥斯特) 外加磁场矫顽力 Hc(max 2000 奥斯特)OBLaser Beam D
57、ISK MO 光盘“写”过程133磁光膜 k DISK - k磁光盘读出原理134 照在磁光膜上的偏振光 (线偏振光) 反射后，激光 束偏振面随反射光旋转 k (设为磁畴方向向上)， 反之则反向旋转记为 -k ； 实际读出检测时，使检偏器的主截面调整到与 -k 对应的偏振方向相垂直的方位，则来自磁畴向下磁 化微斑反射光不能通过检偏器到达光电探测器上； 向上磁化的反射光则可通过 Sin(2k ) 的分量，这 样探测器就能有效地读出记录的磁光信号 (向上磁 化的反射光显得明亮)。MO 的“读”过程135 由于磁光盘工作机理为“写”与“擦”为互逆， 即外加磁场随写、擦而快速反转； 所以这类磁光盘不是
58、直接重写的 (Direct Overwtire)，必须先擦后写，为此影响了 数据读写速度； 在实际使用的磁光盘中，采用磁场调制 (MFM)、光强调制 (LIM) 的两种直接重 写方法，即 MFMDOW，LIMDOW 注 意136 磁场调制 (Magner Filed Modulation)： 仿效磁盘技术，只能单面存储，重写时调 制速率受磁场转换速率限制，优点为膜层 少、工艺成熟； 光强调制 (Light Intensity Modulation)： 可实现双面记录，易于高速调制，弱点是 膜层多，工艺复杂。注 意137130mm 磁光盘 (5.25)90mm 磁光盘 (3.5)650MB (1
59、X) /ISO/IEC9171128MB (1X) /ISO/IEC100901.0GB (1.5X) /ISO/IEC13481230MB (2X) /ISO/IEC139631.3GB (2X) /ISO/IEC13549640MB (5X) /ISO/IEC150412.0GB (3X) /ISO/IEC138421.3GB (10X) /ISO/IEC2.6GB (4X) /ISO/IEC145172.3GB (18X) /ISO/IEC 5.2GB (8X) /ISO/IEC15286MD (Mini Disc)64mm (2.5) /IEC1909磁光光盘产品138南通大学计算机教研室谢谢大家！
