《多媒體技術》講稿第8章-jian

1、第八章 光盤存儲原理及相關標準,光盤的發(fā)展歷史 CD盤片結(jié)構 *CD-ROM盤制作過程 *CD-ROM驅(qū)動器 *光盤的規(guī)范及格式 CD-RW DVD及DVD播放機 *DVCD光盤技術 光驅(qū)應用技術,思考題,光盤的發(fā)展歷史,20世紀70年代初期，荷蘭飛利浦(Philips公司)公司的研究人員開始研究利用激光來記錄和重放信息，并于1972年9月向全世界展示了長時間播放電視節(jié)目的光盤系統(tǒng)，這就是于六年后正式投放市場并命名為LV

2、(Laser Vision)的光盤播放機。從此，利用激光來記錄信息的革命便拉開了序幕。大約從1978年開始，人們開始把聲音信號變成用“1”和“0”表示的二進制數(shù)字，然后記錄到以塑料為基片的金屬圓盤上。Philips公司和Sony公司終于在1982年成功地把這種記錄有數(shù)字聲音的盤推向了市場。為了便于光盤的生產(chǎn)、使用和推廣，幾個主要光盤制造公司和國際標準化組織還為這種盤制定了標準，這就是世界聞名的“紅皮書(Red Book)標準”。符合

3、這種標準的盤又稱為數(shù)字激光唱盤(Compact Disc-Digital Audio，CD-DA)盤。,從CD-DA過渡到CD-ROM有兩個重要問題需要解決： 計算機如何尋找盤上的數(shù)據(jù)，也就是如何劃分盤上的地址問題 CD盤作為計算機的存儲器使用時，要求它的錯誤率(10-12)遠遠小于聲音數(shù)據(jù)的錯誤率(10-9) 在此基礎上推出了“黃皮書(Yellow)標準”,主要歷史事件,1980年，Sony和Philips定義了CD-DA標準；

4、 1982年，Sony推出了世界上第一臺CD播放機CDP-101，并生產(chǎn)了第一張CD; 1984年，Sony推出了世界上第一臺汽車CD和便攜式CD播放機； 1985年，Sony和Philips定義了CD-ROM標準； 1989年，Sony和Philips定義了交互式CD-I標準； 1990年，Sony和Philips將CD-ROM標準擴展為CD-ROM XA和CD-R標準； 1994年，隨著多媒體熱潮的掀起，CD-ROM成為

5、家用計算機的標準配置；1995年，提出了新的可擦除CD和CD+(增強的音樂CD)標準。 1995年9月，Sony和其它8家公司建立了DVD格式的統(tǒng)一標準。,CD系列產(chǎn)品 *,不同格式光盤之間的差別,CD-DA 存放數(shù)字化的音樂節(jié)目 CD-G(Graphics) 存放靜止圖像和音樂節(jié)目 CD-V 存放模擬的電視圖像和數(shù)字化的聲音 CD-ROM 存放數(shù)字化的文、圖、聲、象等 CD-I(Interactive) 存放數(shù)字化的文、圖

6、、聲、象(靜止的)、動畫等 CD-I FMV(Full Motion Video) 存放數(shù)字化的電影、電視等節(jié)目 卡拉OK CD 存放數(shù)字化的卡拉OK節(jié)目Video CD 存放數(shù)字化的電影、電視等節(jié)目,第七章 光盤存儲原理及相關標準,√光盤的發(fā)展歷史 CD盤片結(jié)構 CD-ROM盤制作過程 CD-ROM驅(qū)動器 光盤的規(guī)范及格式 CD-RW DVD及DVD播放機 DVCD光盤技術 光驅(qū)應用技術,思考題,CD盤片結(jié)構 *

7、,CD盤的主要參數(shù),磁盤與CD盤的光道 *,磁盤存放數(shù)據(jù)的磁道是同心環(huán)，如圖(a)所示，磁盤片轉(zhuǎn)動的角速度是恒定的，用CAV(constant angular velocity)表示 CD盤采用螺旋型光道,如圖(b)所示，CD盤轉(zhuǎn)動的線速度是恒定的，光盤的光學讀出頭相對于盤片運動的線速度是恒定的，通常用CLV(constant linear velocity)表示,第八章 光盤存儲原理及相關標準,√光盤的發(fā)展歷史 √ CD盤片結(jié)構

8、CD-ROM盤制作過程 CD-ROM驅(qū)動器 光盤的規(guī)范及格式 CD-RW DVD及DVD播放機 DVCD光盤技術 光驅(qū)應用技術,思考題,CD-ROM盤制作過程 *,CD盤是利用在盤上壓制凹坑的機械辦法，利用凹坑的邊緣來記錄“1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分記錄“0”，使用激光來讀出。,在制作原版盤時，是用編碼后的二進制數(shù)據(jù)去調(diào)制聚焦激光束，如果寫入的數(shù)據(jù)為“0”，就不讓激光束通過，寫入“1”時，就讓激光束通過，或者相反。在

9、制作原版盤的玻璃盤上涂有感光膠，曝了光的地方經(jīng)化學處理后就形成凹坑，沒有曝光的地方保持原樣，二進制信息就以這樣的形式刻錄在原版盤上。在經(jīng)過化學處理后的玻璃盤表面上鍍一層金屬，用這種盤去制作母盤(mother disc)，然后用母盤制作壓模，再用壓模去大批量復制。,CD-ROM光盤制作過程 *,應為金屬父盤,第八章 光盤存儲原理及相關標準,√光盤的發(fā)展歷史 √ CD盤片結(jié)構 √ CD-ROM盤制作過程 CD-ROM驅(qū)動器 光盤的規(guī)

10、范及格式 CD-RW DVD及DVD播放機 DVCD光盤技術 光驅(qū)應用技術,思考題,CD-ROM驅(qū)動器,CD-ROM驅(qū)動器的基礎知識 CD-ROM驅(qū)動器的工作原理,CD-ROM驅(qū)動器的基礎知識,CD-ROM驅(qū)動器就是通常所說的光驅(qū)，它是用來讀取光盤盤片數(shù)據(jù)的一種設備CD-ROM盤片是采用一個連續(xù)的旋轉(zhuǎn)形的軌道來存儲數(shù)據(jù)的，這些軌道被分成相同尺寸，相同密度的區(qū)域 光驅(qū)的傳輸速度是影響其性能的一個重要因素。單倍速光驅(qū)的傳輸率

11、是150KB/s光驅(qū)的傳輸模式對傳輸速度也有影響。目前的主要模式有PIO(并行I/O)和Ultra DMA/33 (UDMA33)兩種 光驅(qū)的尋道時間以及緩沖區(qū)也影響著光驅(qū)的性能,CD-ROM驅(qū)動器的工作原理,一臺光驅(qū)的正面常見的部件有光盤托盤、托盤開關、耳機孔和音量控制扭等,光驅(qū)背面通常有三個接孔：(1)一個是四孔的電源接線，光驅(qū)由此和電腦的電源連接，由電腦提供電源；(2)一條數(shù)據(jù)傳輸線可將光盤中數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機中；(3)一條從

12、光驅(qū)連接聲卡的線，稱為CD音頻線。光驅(qū)的接口包括三種：AT bus是一種比較早期的接口；IDE或Enhanced IDE接口，是一種主流的接口方式；SCSI接口，適用與具備SCSI接口卡的SCSI光驅(qū)的情形,CD驅(qū)動器的構成,CD驅(qū)動器由光學讀出頭、光學讀出頭驅(qū)動機構、CD盤驅(qū)動機構、控制線路以及處理光學讀出頭讀出信號的電子線路等組成。激光頭是光驅(qū)的心臟，也是最精密的部分，它主要負責數(shù)據(jù)的讀取工作。激光頭主要包括：激光發(fā)生器（又稱激

13、光二極管），半反光棱鏡，物鏡，透鏡以及光電二極管幾部分(如圖所示)。激光管發(fā)出的激光經(jīng)過幾個透鏡聚焦后到達光盤，從光盤上反射回來的激光束沿原來的光路返回，到達激光束分離器后反射到光電檢測器，由光電檢測器把光信號變成電信號，再經(jīng)過電子線路處理后還原成原來的二進制數(shù)據(jù),光盤的讀出原理 *,光盤上壓制了許多凹坑，激光束在凹坑部分反射的光的強度，要比從非凹坑部分反射的光的強度弱，光盤就是利用這個極其簡單的原理來區(qū)分“1”和“0”的。 凹坑的

14、邊緣代表“1”，凹坑和非凹坑的平坦部分代表“0”，凹坑的長度和非凹坑的長度都代表有多少個“0”。,第八章 光盤存儲原理及相關標準,√光盤的發(fā)展歷史 √ CD盤片結(jié)構 √ CD-ROM盤制作過程 √ CD-ROM驅(qū)動器 光盤的規(guī)范及格式 CD-RW DVD及DVD播放機 DVCD光盤技術 光驅(qū)應用技術,思考題,光盤的規(guī)范及格式,CD-DA規(guī)范及格式 CD-ROM標準 CD-ROM文件標準 CD-I標準 CD-R盤標

15、準 Video CD標準,CD-DA規(guī)范及格式,該標準又稱為紅皮書(Red Book)。它是整個CD工業(yè)最基本的標準，所有其它的CD標準都是在這個標準的基礎上制定的。其螺旋線光道上等長分段，每段稱為一個扇區(qū)。每個扇區(qū)都存放一定數(shù)量的數(shù)據(jù)塊，并以一個特定的地址標記，其單位為“分”、“秒”和“扇區(qū)(section)”。每個扇區(qū)的音頻數(shù)據(jù)又分為許多稱為幀(frame)的單元,CD-DA幀與扇區(qū)格式,在CD-DA中，立體聲有兩個通道，每次采

16、樣有2個16位的樣本，左右通道的每個16位數(shù)據(jù)分別組成2個8位字節(jié)，6次采樣共24字節(jié)組成一幀。一幀中有8個校驗字節(jié)和一個“控制與顯示(C&D)”字節(jié)。,CD-ROM標準,CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)標準是1985年Philips和Sony公司定義的，又稱為黃皮書(Yellow Book)。,其中CD-ROM Mode 1，用于存儲計算機數(shù)據(jù)。CD-ROM Mode 2，用于存儲聲音

17、數(shù)據(jù)、靜態(tài)圖像或電視圖像數(shù)據(jù)。 黃皮書和紅皮書相比，它們的主要差別是紅皮書中2352字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)作了重新定義，解決了把CD用作計算機存儲器中的兩個問題，一個是計算機的尋址問題，另一個是誤碼率的問題,CD-ROM Mode1和Mode2的不同之處,用戶數(shù)據(jù)大小不同（2048/2336B）存儲數(shù)據(jù)的類型不同（錯誤敏感/錯誤不敏感） 校驗碼長度不同 （276B ECC/4B EDC）,CD-ROM文件標準,CD-ROM標準沒有制定文

18、件標準，計算機工業(yè)界的代表起草了一個CD-ROM文件結(jié)構的提案，這個提案提交給ISO，ISO作了少量修改后命名為ISO 9660標準。計算機要能夠讀ISO 9660文件結(jié)構的盤，它的操作系統(tǒng)就必需要有支持軟件 Microsoft公司為讀CD-ROM盤上的ISO 9660文件而開發(fā)的程序叫做MSCDEX，其主要功能是把ISO 9660文件結(jié)構轉(zhuǎn)變成MS-DOS能識別的文件結(jié)構。,CD-I標準,CD-I(CD Interactive)標

19、準是從CD-DA和CD-ROM標準發(fā)展而來的，又稱為綠皮書。CD-I盤包含有三個區(qū)：導入?yún)^(qū)、節(jié)目區(qū)和導出區(qū)。導入?yún)^(qū)是由若干個空扇區(qū)組成的，其目的是使得識別節(jié)目區(qū)變得容易；導出區(qū)或者是空扇區(qū)(最后一條光道是CD-I光道時)或者是無聲的幀(最后一條光道是CD-DA光道)。 和CD-DA光盤一樣，可以有多到99條光道，編號為1-99。,CD-I光盤的節(jié)目區(qū),圖(a)表示只有CD-I光道的CD-I盤結(jié)構，而圖(b)表示CD-I光盤可以含有C

20、D-DA光道的CD-I盤結(jié)構，這是為了和早期出現(xiàn)的CD-DA光盤格式兼容而這樣設置。,CD-R盤標準,CD-R盤標準又稱為橙皮書標準，是另一種CD光盤的標準 可錄CD盤分為以下兩類 CD-MO 盤，這是一種采用磁記錄原理利用激光讀寫資料的盤，稱為磁光盤。CD-WO （寫一次）盤，這種盤又寫成CD-R盤Orange Book標準分成兩個部分：Orange Book Part 1和Orange Book Part 2。Part1 描

21、述CD-MO，Part 2描述CD-WO。,Video CD標準,Video CD標準(又稱為白皮書,White Book)描述的是一個使用CD格式和MPEG標準的數(shù)字電視播放系統(tǒng)。 Video CD標準有完整的文件系統(tǒng)，其結(jié)構遵照CD-Bridge的規(guī)格和ISO 9660的文件結(jié)構，這樣就使Video CD節(jié)目能夠在CD-I、CD-ROM/XA和Video CD播放機上播放。 Video CD定義了MPEG光道的結(jié)構，它由MPEG

22、-Video扇區(qū)和MPEG-Audio扇區(qū)組成。,MPEG-Video、Audio扇區(qū)的一般結(jié)構,第八章 光盤存儲原理及相關標準,√光盤的發(fā)展歷史 √ CD盤片結(jié)構 √ CD-ROM盤制作過程 √ CD-ROM驅(qū)動器 √光盤的規(guī)范及格式 CD-RW DVD及DVD播放機 DVCD光盤技術 光驅(qū)應用技術,思考題,CD-RW,CD－RW光盤結(jié)構 刻錄方式和存儲格式 速度和質(zhì)量 接口和規(guī)格,CD－RW光盤結(jié)構,CD－R

23、W的結(jié)構原理與CD－ROM基本相同，只是在盤片中增加了可改寫的染色層。 讀寫資料是采用相變(Phase Change)技術 —在光盤內(nèi)部鍍上一層厚度為400埃的薄膜，數(shù)字0和1的信息，是通過激光照射使這層材料在“晶態(tài)”與“非晶態(tài)”兩種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換而得到的。,刻錄方式和存儲格式,在CD－RW刻錄機上可以使用CD－R和CD－RW兩種盤片，其寫入的方式是不同的。 刻錄是刻錄機的主要功能，主要有整盤刻寫、軌道刻寫和多段刻寫三種刻錄方式

24、。整盤刻寫：光盤對光盤全盤復制 ，無法追加數(shù)據(jù)軌道刻寫：允許指定需要刻寫的目錄和文件，并允許追加多段刻寫：用于CD-RW盤片的寫入、追加,速度和質(zhì)量,CD－RW刻錄機有三個速度指標：刻錄速度、寫入速度和讀取速度。 為保證刻錄質(zhì)量，高速刻錄除了要求優(yōu)質(zhì)盤片外，刻錄緩存的速度和容量也十分重要?？啼浰俣仍礁?，要求的緩存容量和速度也越大。 一些新型刻錄技術為刻錄質(zhì)量提供了保障。如IPW技術、BURN-Proof技術等，均可防止因緩存欠

25、載錯誤中斷刻錄使盤片報廢（防刻死技術）,接口和規(guī)格,CD－RW刻錄機與計算機的接口分為三種：EIDE接口、SCSI接口、并行接口和USB接口 CD－RW刻錄機有內(nèi)置式和外置式兩種類型。內(nèi)置的刻錄機包括EIDE接口和SCSI接口的，比外置式便宜，且節(jié)省空間。外置式的刻錄機插裝方便，適宜共享使用，密封性和散熱性較好，缺點是占地較大、不易攜帶。外置式刻錄機包括SCSI接口、并行接口以及USB接口。,第八章 光盤存儲原理及相關標準,√光盤的

26、發(fā)展歷史 √ CD盤片結(jié)構 √ CD-ROM盤制作過程 √ CD-ROM驅(qū)動器 √光盤的規(guī)范及格式 √ CD-RW DVD及DVD播放機 DVCD光盤技術 光驅(qū)應用技術,思考題,DVD及DVD播放機,概述DVD的物理特性 DVD播放機 DVD盤片的生產(chǎn),概述 *,DVD是Digital Video Disc的縮寫，意思是“數(shù)字電視光盤（系統(tǒng)）”，這是為了與Video CD相區(qū)別。實際上DVD的應用不僅僅是用來存放視

27、頻資料，它同樣可以用來存儲其它類型的資料，因此又把Digital Video Disc更改為Digital Versatile Disc，縮寫仍然是DVD。Versatile的意思是多才多藝的意思?，F(xiàn)在，當我們談到DVD時，通常是指Digital Video Disc。,DVD的物理特性 *,DVD采用8到16位(EFM+)的調(diào)制方式和RS-PC糾錯系統(tǒng)； DVD的盤片可做到雙面雙層，存儲容量最高可達到17GB。單面單層DVD盤片的存

28、儲容量可達4.7GB。相當于25片CD-ROM。DVD盤與CD盤在外觀和尺寸上沒什么差別，其存儲容量的大幅度提高主要是通過減少光道間距和減小最小凹凸坑長度得到的。,CD光盤,DVD光盤,DVD播放機,每一臺機器的面板都是大同小異的，通常都包括進碟倉、播放鍵、暫停鍵、停止鍵、液晶顯示屏、快速換曲與搜尋鍵、電源開關等，有些機器還帶有麥克風音量與混響的音量旋鈕等等。DVD機內(nèi)部主要有五大部分：托盤、電源電路板、影音譯碼板、功能控制電路板、

29、影像音頻轉(zhuǎn)換輸出板。DVD播放機如何兼容CD-ROM：DVD/CD信號拾取系統(tǒng)方案有四種,DVD信號拾取系統(tǒng)方案,單激光頭雙聚焦鏡方案，這套方案俗稱東芝方案。目前使用廣泛，需變換聚焦鏡，讀片速度較慢，頻繁更換鏡片可能使機械故障率提高 單激光頭單聚焦鏡雙聚焦點方案，這套方案松下用得最多。讀片速度較快，系統(tǒng)使用壽命較長，讀片精度略差。 雙激光頭雙聚焦鏡方案，這是索尼用得最多的方案 。信號質(zhì)量最佳，成本最高，讀片速度偏慢，機械故障率可能

30、更高。單激光頭雙波長激光束方案，這是先鋒在目前使用較多的方案。讀片質(zhì)量較好，讀片速度快，壽命較長。,DVD播放機框圖,DVD盤片的生產(chǎn),圖 DVD制造的一般工藝流程,圖 DVD母盤制作工藝流程,,第八章 光盤存儲原理及相關標準,√光盤的發(fā)展歷史 √ CD盤片結(jié)構 √ CD-ROM盤制作過程 √ CD-ROM驅(qū)動器 √光盤的規(guī)范及格式 √ CD-RW √ DVD及DVD播放機 DVCD光盤技術 光驅(qū)應用技術,思考題,D

31、VCD光盤技術 *,DVCD光盤和普通VCD一樣，可以在任何播放機上播放。但DVCD光盤比普通VCD光盤容量增加了將近50% CD光盤內(nèi)只要求軌道中央的距離是一致的，但兩軌道中央之間距離范圍允許為1.30微米至1.38微米，通過專有技術盡量壓縮兩軌道之間的距離，可使光盤錄制音像的時間增加到90分鐘至118分鐘，這便是DVCD的技術奧秘,第八章 光盤存儲原理及相關標準,√光盤的發(fā)展歷史 √ CD盤片結(jié)構 √ CD-ROM盤制作過程

32、√ CD-ROM驅(qū)動器 √光盤的規(guī)范及格式 √ CD-RW √ DVD及DVD播放機 √ DVCD光盤技術 光驅(qū)應用技術,思考題,光驅(qū)應用技術,,隨著高速光驅(qū)的推出，為了提高光驅(qū)穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)讀出的可靠性，出現(xiàn)了許多新的技術。例如：True X技術人工智能糾錯（AIEC）技術 自動平衡系統(tǒng)(ABS) 雙動態(tài)抗震懸吊系統(tǒng)（DDSS）技術數(shù)字伺服系統(tǒng)技術,第八章 光盤存儲原理及相關標準,√光盤的發(fā)展歷史 √ CD盤片