多媒體光存儲系統(tǒng)

1、Chap7 多媒體光存儲系統(tǒng)Chap 7 多媒體光存儲系統(tǒng)多媒體光存儲系統(tǒng)本章內(nèi)容: 7.1 光存儲技術(shù)概述7.2 CD_ROM光存儲系統(tǒng)7.3 CD-R/RW的原理和結(jié)構(gòu)7.4 CD文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7.5 DVD技術(shù)7.1 光存儲技術(shù)概述 1、多媒體光存儲器的優(yōu)點 存儲密度高、容量大存儲面密度可達(dá) 108B/cm2; 一張CD-ROM盤片,外徑120mm，容量可達(dá)680MB. 工作穩(wěn)定、壽命長非接觸式讀寫信息：不會產(chǎn)生信息衰減，保護激光頭 抗電磁干擾。 便于攜帶、價格低廉 2、CD技術(shù)的發(fā)展 1972年9月，荷蘭Philips 公司展示了長時間播放電視節(jié)目的光盤系統(tǒng)，這就是1978年投入市場的光

2、盤播放機LV（Laser Vision ）。 1982年，Philips公司和Sony公司成功的把記錄有數(shù)字聲音的盤推向市場，命名為CD-DA（Compact Disk-Digital Audio)，即數(shù)字激光唱盤。 1985年，Philips公司和Sony公司開始將這種技術(shù)用于計算機的外圍存儲設(shè)備，于是出現(xiàn)了CD-ROM。3、光存儲系統(tǒng)的分類、光存儲系統(tǒng)的分類 光存儲系統(tǒng)=光盤驅(qū)動器+光盤盤片 光盤 光存儲系統(tǒng)音頻光盤（激光唱盤）視頻光盤（影碟盤）計算機用光盤只讀型光驅(qū)：即CD-ROM驅(qū)動器一次可寫型光驅(qū)： “光盤刻錄機”可擦寫型光驅(qū)：“可擦寫光盤刻錄機”從應(yīng)用角度CD-ROM盤片CD-R盤

3、片CD-RW盤片4、目前市場上的CD產(chǎn)品及標(biāo)準(zhǔn) 卡拉OK-CD （1992） VCD（1993）CD-ROM （1985）CD-I （1986）CD-I FMV （1992）CD-DA（1981） CD-G（1986） CD-V（1989） CD-ROM：作為計算機的輔助存儲器，存儲計算機使用的數(shù)據(jù)部分CD產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)名稱盤的名稱應(yīng)用目的播放時間顯示的圖像紅皮書CD-DA存儲音樂節(jié)目74分鐘黃皮書CD-ROM存儲文圖聲像等多媒體節(jié)目存儲650MB的數(shù)據(jù)動畫、靜態(tài)圖像、動圖像綠皮書CD-I存儲文圖聲像等多媒體節(jié)目存儲多達(dá)760MB的數(shù)據(jù)動畫、靜態(tài)圖像橙皮書CD-R讀/寫入文圖聲像等多媒體節(jié)目白

4、皮書Video CD存儲影視節(jié)目70分鐘（MPEG-1）數(shù)字影視（MPEG-1）質(zhì)量紅皮書+CD-Video存儲模擬電視數(shù)字聲音5-6分鐘（電視）20分鐘（聲音）模擬電視圖像數(shù)字聲音CD-BridgePhoto CD存儲照片靜態(tài)圖像藍(lán)皮書LD（LaserDisc）存儲影視節(jié)目200分鐘模擬電視圖像5、光盤、光盤系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) 衡量一個光盤系統(tǒng)特性的主要技術(shù)指標(biāo)包括存儲容量、平均存取時間、數(shù)據(jù)傳輸率、接口標(biāo)準(zhǔn)等。(1). 存儲容量存儲容量 指能存儲在光盤中的信息容量。 目前光盤常用的容量為680MB。(2). 數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率 指單位時間內(nèi)光盤驅(qū)動器讀取出的數(shù)據(jù)量。該數(shù)值與光盤轉(zhuǎn)速和存儲密度

5、有關(guān)。 對于CD-ROM，初期150kb/s(基本計量單位)64倍速（9.375Mb/s） (3). 平均存取時間平均存取時間 平均存取時間是指從計算機向光盤驅(qū)動器發(fā)出命令開始，到光盤驅(qū)動器在光盤上找到需讀寫的信息的位置并接受讀寫命令為止的一段時間。 越小越好，一般95ms(4). 接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn) 目前常用的光盤驅(qū)動器接口標(biāo)準(zhǔn)有SCSI、IDE和USB三種。SCSI接口型數(shù)據(jù)傳輸快，需配備相應(yīng)的SCSI控制卡；IDE接口的光驅(qū)使用方便、價格便宜，應(yīng)用最廣泛；USB便于攜帶、安裝，但數(shù)據(jù)傳輸率要比SCSI和IDE接口低。(5). 緩存大小 緩存大小是衡量光盤驅(qū)動器性能的重要技術(shù)指標(biāo)之一。光驅(qū)讀

6、取數(shù)據(jù)時，先將數(shù)據(jù)暫時存儲到緩存中，再進行傳輸。緩存越大，一次讀取的數(shù)據(jù)量就越大，獲取數(shù)據(jù)的速度越快。7.2 CD-ROM光盤系統(tǒng) CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)系統(tǒng)包括CD-ROM驅(qū)動器和CD-ROM盤片兩部分。 CD-ROM盤片是多媒體信息的載體； CD-ROM驅(qū)動器通過連線與計算機相連，主要任務(wù)是完成對CD-ROM盤片上的數(shù)據(jù)讀取。1. 盤片結(jié)構(gòu)盤片結(jié)構(gòu) 第一層：涂漆的保護層 第二層：鋁反射層 第三層：刻槽 第四層：聚碳酸脂壓制成型的透明襯底保護層鋁反射層刻槽聚碳酸酯襯墊銀盤金盤2. 光道結(jié)構(gòu)光道結(jié)構(gòu) （a）CD盤的光道 （b）磁盤的磁道光道是

7、螺旋形光道恒定線速度同心環(huán)的磁道恒定角速度 120mm117mm116mm50mm46mm15mm導(dǎo)出區(qū)聲音數(shù)據(jù)記錄區(qū)導(dǎo)入?yún)^(qū)凹.凸區(qū)間寫在一根單向的螺旋線上，螺旋線從近孔的地方出發(fā)，一直到盤邊，共22188圈（每毫米約600圈），長度可達(dá)5.6km！1.2mm重量14-18g 由于CD旋轉(zhuǎn)方式是采用 “恒定線速度”方式，讀取其靠近中心時，轉(zhuǎn)速快，靠近邊沿時轉(zhuǎn)速慢。于是，對于數(shù)據(jù)單元（圖中的扇形），在半徑不同的地方密度能保持相同。光道的間距為1.6m，光道寬度為0.6m，凹坑深約為0.12m。3. 數(shù)據(jù)怎樣寫到數(shù)據(jù)怎樣寫到CD盤上的盤上的 CD盤 壓模 母盤 原版盤 原版盤制作（見光刻系統(tǒng)示意圖

8、）； 母盤、壓模制作原版盤 母盤 壓模 由壓模制作CD盤 化學(xué)電鍍父盤壓模壓制聚碳酸酯注入盤模濺射鋁涂保護層 光刻系統(tǒng)示意圖光刻系統(tǒng)示意圖 激光源激光源計算機控制的計算機控制的串行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)反光鏡反光鏡透鏡透鏡激光調(diào)制器激光調(diào)制器 反光鏡反光鏡透鏡透鏡光敏光敏電阻電阻激光束激光束玻璃玻璃通道編碼通道編碼 是什么？物理盤上數(shù)據(jù)和真正數(shù)據(jù)之間要作變換處理。 為什么要做通道編碼？ 為什么8位14位？實踐得出的編碼規(guī)則：2個“1”之間至少要有2個“0”； 最多不超過10個“0”。 14位、16384種代碼、267種代碼滿足“0”游程長度要求。 3位合并位用于合并通道碼時，滿足游程程度的要求。為了改善

9、讀出信號的質(zhì)量為了在記錄信號中提取同步信號激光唱片上聲音數(shù)據(jù)編碼的過程 8位數(shù)據(jù) 11101000 11100010 1011101014位調(diào)制數(shù)據(jù) 00010010000010 10010001000010 00010000100100 010 0001001000010 000 10010001000010 001 00010000100100 100加合并位 010000100100000100001001000100001000100010000100100100盤上的凹坑4. 數(shù)據(jù)怎樣從數(shù)據(jù)怎樣從CD盤讀出盤讀出 CD盤上的數(shù)據(jù)要用CD驅(qū)動器讀出 1CD驅(qū)動器的種類：內(nèi)置式和外置式

10、2CD驅(qū)動器的工作原理工作過程（見工作原理圖）CD驅(qū)動器包括控制系統(tǒng)和光學(xué)讀出頭?？刂葡到y(tǒng)：聚焦伺服系統(tǒng)、徑向光道跟蹤伺服系統(tǒng)、光盤轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。光學(xué)讀出頭是CD系統(tǒng)的核心部件，由激光源、光電檢測器、光學(xué)部件等元件組成。激光 掃描信息軌道 信息聚焦根據(jù)反射光變化 注意：凹坑和非凹坑本身并不代表“0”或“1”，而是凹坑端部的前沿和后沿代表“1”，其它代表“0”。1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0光盤底板激光束7.3 CD-R/RW的原理和結(jié)構(gòu)的原理和結(jié)構(gòu)1. CD-R/RW的特點 所謂光盤刻錄和可擦寫光盤刻錄是指在CD-ROM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的兩種CD存儲技術(shù)。CD-R盤片+C

11、D-RW盤片 CD-R驅(qū)動器+CD-RW驅(qū)動器。 CD-R（CD-Recordable）指的是一種允許對CD進行一次性刻寫的特殊存儲技術(shù)，擁有一次寫入多次讀取的特點。 CD-RW（CD ReWritable）則允許對CD進行多次重復(fù)擦寫，不過這種擦寫只能在專用的CD-RW盤片上使用，而且擦寫次數(shù)有限，CD-RW盤片價格也不便宜。2. CD-R/RW與與CD-ROM盤的差別盤的差別 CD-R中增加了一層有機染料作為記錄層，受熱溶解形成代表信息的凹坑。CD-RW中增加了可改寫的染色層，具有熱轉(zhuǎn)換性。 而CD-ROM中的凹坑不是染料溶解后形成的，而是用壓模壓出的。 CD-R/RW中的反射層是金涂層。

12、CD-ROM中是鋁涂層。 CD-R/RW驅(qū)動器中使用光學(xué)頭比CD-ROM中的復(fù)雜。3. CD-R/RW的寫入和讀取原理的寫入和讀取原理刻錄CD-R盤的原理如下： 刻錄機首先對寫激光進行聚焦，然后照射、燒熔有機染料，形成光痕。刻錄CD-RW盤的原理如下： 采用高能激光，使染料層轉(zhuǎn)換為低反射的非結(jié)晶狀態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入； 采用中能激光，使染料層轉(zhuǎn)換為高反射率的結(jié)晶狀態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)擦寫；由于CD-RW盤片具有這種熱轉(zhuǎn)換性，因此可以反復(fù)改變記錄層的晶體狀態(tài)，達(dá)到多次重寫的目的，但因為材料的因素，晶體狀態(tài)改變的次數(shù)有限。4. 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)（1）CD-R刻錄機1）刻錄速度：光盤刻錄機在向CD-R盤

13、片上寫入數(shù)據(jù)時所能達(dá)到的最大倍速值。2）讀取速度：光盤刻錄機在以CD-ROM形式讀取普通光盤數(shù)據(jù)時，所能達(dá)到的最大倍速值。（2）CD-RW刻錄機1）刻錄速度2）讀取速度3）復(fù)寫速度：指CD-RW刻錄機向光盤寫入數(shù)據(jù)時的最大倍速值。所謂“復(fù)寫”是指光盤刻錄機對CD-RW盤片的數(shù)據(jù)層進行燒結(jié)，抹除原有數(shù)據(jù)，然后再寫入數(shù)據(jù)。刻錄機的使用 5. CD-R刻錄機的選擇 衡量CD-R刻錄機性能的技術(shù)指標(biāo)主要包括它所支持的CD數(shù)據(jù)格式種類、刻錄方式、讀速度、緩存器大小、平均無故障時間和數(shù)據(jù)錯誤率等。(1). 數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)格式。 在選購前，首先應(yīng)弄清要刻錄什么格式的盤，再選擇刻錄機的類型及配套刻錄軟件。 (2

14、). 刻錄方式刻錄方式。 CD-R刻錄機的刻錄方式有整盤刻錄、軌道刻錄和多段刻錄三種。(3). 刻錄機的寫入速度刻錄機的寫入速度。 刻錄機的寫入速度可分為1X(單倍速)、2X(雙倍速)和4X(四倍速)等。(4).(4). 緩存區(qū)緩存區(qū)(Buffer)(Buffer)的容量。的容量。(5).(5). 平均無故障時間平均無故障時間(MTBF)(MTBF)。(6).(6). 數(shù)據(jù)可靠性數(shù)據(jù)可靠性。7.4 CD7.4 CD文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一個完整的一個完整的CD-ROM文件系統(tǒng)有文件系統(tǒng)有3個主要部分組成：個主要部分組成： （1）邏輯格式（）邏輯格式（logical format）：它是文件

15、格式的同義詞。邏輯格式是確定）：它是文件格式的同義詞。邏輯格式是確定盤上的數(shù)據(jù)應(yīng)該如何組織，以及存放在什么地方。盤上的數(shù)據(jù)應(yīng)該如何組織，以及存放在什么地方。 （2）源軟件）源軟件(origination software):他是把數(shù)據(jù)寫到邏輯格式的軟件，按邏輯他是把數(shù)據(jù)寫到邏輯格式的軟件，按邏輯格式把要存到盤上的文件進行裝配，所以源軟件又稱格式把要存到盤上的文件進行裝配，所以源軟件又稱“寫寫”軟件。軟件。 （3）目的軟件）目的軟件(destination software）：他是把數(shù)據(jù)從邏輯格式讀出來，并）：他是把數(shù)據(jù)從邏輯格式讀出來，并 且把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成文件，因此目的軟件又稱為且把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成文

16、件，因此目的軟件又稱為“讀讀”軟件。軟件。 CD-ROM的邏輯格式可歸納為兩個部分：的邏輯格式可歸納為兩個部分： （1）卷結(jié)構(gòu)：）卷結(jié)構(gòu)： 定義一套結(jié)構(gòu)用來提供整片定義一套結(jié)構(gòu)用來提供整片CD-ROM盤所含的信息，稱卷結(jié)構(gòu)。盤所含的信息，稱卷結(jié)構(gòu)。 單片單片CD-ROM稱一卷。稱一卷。 把存放單個應(yīng)用軟件的多片把存放單個應(yīng)用軟件的多片CD-ROM成為一個卷集。成為一個卷集。 （2）文件結(jié)構(gòu)：文件結(jié)構(gòu)： 定義一套結(jié)構(gòu)用來描述和配置放到盤上的文件，成為文件結(jié)構(gòu)。核心是目錄定義一套結(jié)構(gòu)用來描述和配置放到盤上的文件，成為文件結(jié)構(gòu)。核心是目錄結(jié)構(gòu)。為結(jié)構(gòu)。為CD-ROM提議的目錄結(jié)構(gòu)大體有五類：提議的目

17、錄結(jié)構(gòu)大體有五類： 多文件顯式分層結(jié)構(gòu)（多文件顯式分層結(jié)構(gòu)（multiple-file explicit hierarchies）；）； 單文件顯式分層結(jié)構(gòu)（單文件顯式分層結(jié)構(gòu)（single-file explicit hierarchies）；）； 散列路徑名目錄（散列路徑名目錄（hashed path name directories）；）； 索引路徑名目錄（索引路徑名目錄（indexed path name directories)； 組合前面四種結(jié)構(gòu)中的組合前面四種結(jié)構(gòu)中的2種或者種或者2種以上的混合結(jié)構(gòu)。種以上的混合結(jié)構(gòu)。 SYNCHEARDER 2048字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)

18、EDCECC（由一個或多個邏輯塊組成）（由一個或多個邏輯塊組成）邏輯扇區(qū)邏輯扇區(qū)物理扇區(qū)物理扇區(qū)物理扇區(qū)與邏輯扇區(qū)、邏輯塊的概念物理扇區(qū)與邏輯扇區(qū)、邏輯塊的概念 文件：文件：每個文件可分為一節(jié)或多個文件節(jié)。一個文件節(jié)放在有序多個邏輯塊組成 的文件空間里。文件標(biāo)識符由文件名、擴展名、文件版本號組成。目錄：目錄：CD-ROM采用了隱式分層目錄結(jié)構(gòu)。限定分層深度為8級。路徑表：路徑表：由于CD-ROM尋找時間長，采用路徑表。 這種結(jié)構(gòu)是利用索引值來訪問所有的目錄。卷：卷：CD-ROM盤上可以存放信息的區(qū)域稱為卷空間。 - 分為兩個區(qū)：系統(tǒng)區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。 - 每卷數(shù)據(jù)區(qū)的開頭是卷描述符 Lead-in

19、Area（導(dǎo)入?yún)^(qū)）Track 1(光道1）Track 2(光道2）Track 3(光道3）Track K(光道K）Track K+1(光道K+1）Track N(光道N）Lead-out area（導(dǎo)出區(qū)） Track1：專用VCD數(shù)據(jù)光道 Track2-99(Max.) Track2-K:MPEG-Audio/video Track Track K+1-N：CD-DA TrackProgram Area（節(jié)目區(qū)）VCD盤的組織結(jié)構(gòu)7.5 DVD技術(shù) DVD（Digital Video Disc數(shù)字電視光盤 / Digital Versatile Disc 數(shù)字萬用光盤） 存儲容量和寬帶都明顯

20、高于CD； 4.7G-17G，25張CD，單面單層DVD可播放133min MPEG-1的電視質(zhì)量是家用錄像機的質(zhì)量，MPEG-1技術(shù)的成熟促成了VCD的誕生、產(chǎn)業(yè)的形成和市場的成熟； MPEG-2的電視質(zhì)量是廣播級的質(zhì)量，由于廣播級數(shù)字電視的數(shù)據(jù)量非常大，為了解決MPEG-2 Video節(jié)目的存儲問題，就促成了DVD的問世。 DVD (digital versatile disc) CD(compact disc) Book A:DVD-ROM CD-ROM Book B:DVD-Video Video-CD Book C:DVD-Audio CD-Audio Book D:DVD-Recordable CD-R Book E:DVD-RAM