第10章光盤(pán)存儲(chǔ)器匯總

1、第 10章 光盤(pán)存儲(chǔ)器如何記錄“0”和“1”，如何提高單位面積上的記錄密度是計(jì)算機(jī)工業(yè)中的一個(gè)非常重要的技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)課題。在半個(gè)世紀(jì)中，科學(xué)家和工程技術(shù)人員開(kāi)發(fā)了許多的記錄技術(shù)，從電子管到半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，從磁記錄到光記錄都取得了輝煌的成就。光記錄是20世紀(jì) 70 年代的重大發(fā)明，是80 年代世界上的重大技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，是90 年代得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)。本章將從 CD到DVD勺發(fā)展過(guò)程中所采用的一些技術(shù)作一個(gè)介紹。10.1 CD 簡(jiǎn)歷10.1.1 CD 工業(yè)史上的幾件大事20 世紀(jì) 70 年代初期，荷蘭飛利浦(Philips) 公司的研究人員開(kāi)始研究利用激光來(lái)記錄和重放信息，并于1972 年 9 月

2、向全世界展示了長(zhǎng)時(shí)間播放電視節(jié)目的光盤(pán)系統(tǒng)，這就是 1978 年正式投放市場(chǎng)并命名為L(zhǎng)V(Laser Vision) 的光盤(pán)播放機(jī)。從此，利用激光來(lái)記錄信息的革命便拉開(kāi)了序幕。它的誕生對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)步的影響，不亞于紙張的發(fā)明對(duì)人類(lèi)的貢獻(xiàn)。大約從 1978 年開(kāi)始，把聲音信號(hào)變成用“1 ”和“0”表示的二進(jìn)制數(shù)字，然后記錄到以塑料為基片的金屬圓盤(pán)上，歷時(shí)4年，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(pán)推向了市場(chǎng)。由于這種塑料金屬圓盤(pán)很小巧，所以用了英文 Compact Disc 來(lái)命名，而且還為這種盤(pán)制定了標(biāo)準(zhǔn)，這就是世界聞名的“紅皮書(shū) (RedBook)標(biāo)準(zhǔn)

3、”。這種盤(pán)又稱(chēng)為數(shù)字激光唱盤(pán)(Compact Disc-Digital Audio , CD-DA溫。由于CD-DA能夠記錄數(shù)字信息，很自然就會(huì)想到把它用作計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備。但從CD-DA過(guò)渡到CD-ROMt兩個(gè)重要問(wèn)題需要解決：計(jì)算機(jī)如何尋找盤(pán)上的數(shù)據(jù)，也就是如何劃分盤(pán)上的地址問(wèn)題。因?yàn)橛涗浉枨鷷r(shí)是按一首歌作為單位的，一片盤(pán)也就記錄20首左右的歌曲，平均每首歌占用30 多兆字節(jié)的空間。而用來(lái)存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，許多文件不一定都需要那么大的存儲(chǔ)空間，因此需要在CD盤(pán)上寫(xiě)入很多的地址編號(hào)。把CD盤(pán)作為計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器使用時(shí)，要求它的錯(cuò)誤率(10-12)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲音數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤率(10 -9) ，而用當(dāng)

4、時(shí)現(xiàn)成的 CD-DA技術(shù)不能滿(mǎn)足這一要求，因此還要采用錯(cuò)誤校正技術(shù)。于是就開(kāi)發(fā)了“黃皮書(shū) (Yellow) 標(biāo)準(zhǔn)” 。遺憾的是，這個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)只解決了硬件生產(chǎn)廠(chǎng)家的制造標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，也就是存放計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的物理格式問(wèn)題，而沒(méi)有涉及邏輯格式問(wèn)題，也就是計(jì)算機(jī)文件如何存放在CD-ROM上，文件如何在不同的系統(tǒng)之間進(jìn)行交換等問(wèn)題。為此，在多方努力下又制定了一個(gè)文件交換標(biāo)準(zhǔn)，后來(lái)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Standards Organization , ISO)把它命名為 ISO 9660 標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)科學(xué)技術(shù)人員以及各行各業(yè)人員的共同努力，終于在1985 年前后成功地把- 貳佰零陸-CD-R

5、O雌向了市場(chǎng)，從此 CD-ROME業(yè)走上了康莊大道。10.1.2 CD 系列產(chǎn)品自從1981年激光唱盤(pán)上市以來(lái)，開(kāi)發(fā)了一系列CD產(chǎn)品，而且還在不斷地開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品，VCDZ僅是其中的一個(gè)產(chǎn)品，如圖 10-01所示。CD-D 獻(xiàn) 1981)CD'G (1936)CD，Wl 無(wú)母圖10-01目前市場(chǎng)上的CD產(chǎn)品-貳佰零捌CD原來(lái)是指激光唱盤(pán)，即 CD-DA(Compact Disc-Digital Audio) ,用于存放數(shù)字化 的音樂(lè)節(jié)目，現(xiàn)在，通常把圖 10-01所列的CD-G(Graphics)、CD-V(Video)、CD-ROM CD-I(Interactive) 、CD-I FM

6、V(Full Motion Video) 、卡拉 OK(Karaoke)CD、Video CD 等通稱(chēng)為CD盡管CD系列中的產(chǎn)品很多，但是它們的大小、重量、制造工藝、材料、制 造設(shè)備等都相同，只是根據(jù)不同的應(yīng)用目的存放不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)。它們之間的差別主要 是：(1) CD-DA存放數(shù)字化的音樂(lè)節(jié)目(2) CD-G存放靜止圖像和音樂(lè)節(jié)目(3) CD-V存放模擬的電視圖像和數(shù)字化的聲音(4) CD-ROM存放數(shù)字化的文、圖、聲、象等(5) CD-I存放數(shù)字化的文、圖、聲、象 (靜止的)、動(dòng)畫(huà)等(6) CD-I FMV存放數(shù)字化的電影、電視等節(jié)目(7)卡拉 OK CD存放數(shù)字化的卡拉 OK 節(jié)目（8）

7、 Video CD存放數(shù)字化的電影、電視等節(jié)目（9） Photo-CD存放的主要是照片、藝術(shù)品為了存放不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，制定了許多標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)如表 10-01所示。表10-01部分CD產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)盤(pán)的名稱(chēng)二應(yīng)用目的播放時(shí)間顯示的圖像Red Book（紅皮書(shū)）CD-DA存儲(chǔ)音樂(lè)節(jié)目74分鐘Yellow Book（黃皮書(shū)）CD-ROM存儲(chǔ)義圖聲象等 多媒體節(jié)目存儲(chǔ)650 MB的數(shù)據(jù)動(dòng)畫(huà)、靜態(tài)圖像、 動(dòng)圖像Yellow Book（黃皮書(shū)）CD-ROM存儲(chǔ)文圖聲象等 多媒體節(jié)目存儲(chǔ)650 MB的數(shù) 據(jù)動(dòng)畫(huà)、靜態(tài)圖像、 動(dòng)圖像Green Book（綠皮書(shū)）CD-I存儲(chǔ)文圖聲象等 多媒體節(jié)目存儲(chǔ)多達(dá)7

8、60 MB的數(shù)據(jù)動(dòng)畫(huà)、靜態(tài)圖像Orange Book（橙皮書(shū)）CD-R讀/寫(xiě)入義圖聲象 等多媒體節(jié)目White Book（白皮書(shū)）Video CD存儲(chǔ)影視節(jié)目70 分鐘（MPEG-1）數(shù)字影視（MPEG-1）質(zhì)魚(yú)Red Book + （紅皮書(shū)+）CD-Video存儲(chǔ)模擬電視 數(shù)字聲音56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(chǔ)照片靜態(tài)圖像Blue Book（藍(lán)皮書(shū)）LD（LaserDi sc）存儲(chǔ)影視節(jié)目200分鐘模擬電視圖像10.2 CD的工作原理10.2.1 CD盤(pán)片結(jié)構(gòu)激光唱盤(pán)、CD-ROM數(shù)字激光視盤(pán)等統(tǒng)稱(chēng)為 CD盤(pán)。CD盤(pán)主要由保護(hù)層、

9、反射激光的鋁反射層、刻槽和聚碳酸脂襯墊組成，如圖10-02所示。保護(hù)層需反射層刻槽、栗碳型脂的墊圖10-02 CD盤(pán)片的結(jié)構(gòu)CD盤(pán)上有一層鋁反射層，看起來(lái)是銀白色的，所以人們把它稱(chēng)為“銀盤(pán)”。還有一種正在大批量進(jìn)入市場(chǎng)的盤(pán)稱(chēng)為CD-R(CD-Recordable)盤(pán)，它的反射層是金，所以又這種盤(pán)稱(chēng)為“金盤(pán)”。CD盤(pán)的外徑為120 mm,重量為14克18克。激光唱盤(pán)分 3個(gè)區(qū)：導(dǎo)入?yún)^(qū)、導(dǎo)出區(qū) 和聲音數(shù)據(jù)記錄區(qū)，如圖 10-03所示。 120 mm J17 iron 11 k|，導(dǎo)出區(qū)*- 51皿f, 46iiun -聲音數(shù)揖記錄區(qū)導(dǎo)入?yún)^(qū)f <圖 10-03 CD10.2.2 CD盤(pán)的光道結(jié)

10、構(gòu)許多讀者都可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)以下兩個(gè)術(shù)語(yǔ)：恒定角速度(CAV)和恒定線(xiàn)速度(CLV)。現(xiàn)在就首先來(lái)解釋它們。以我們現(xiàn)在用的軟磁盤(pán)為例，軟磁盤(pán)存放數(shù)據(jù)的磁道是同心環(huán)，如 圖10-04(b)所示，磁盤(pán)片轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是恒定的，通常用CAV(constant angular velocity)表示，但在這一條磁道和另一條磁道上，磁頭相對(duì)于磁道的速度(稱(chēng)為線(xiàn)速度)是不同的。采用同心環(huán)磁道的好處之一是控制簡(jiǎn)單，便于隨機(jī)存取，但由于內(nèi)外磁道的記錄密度(比特/每英寸)不相同，外磁道的記錄密度低，內(nèi)磁道的記錄密度高，外磁道的存儲(chǔ)空間就 沒(méi)有得到充分利用，因而存儲(chǔ)器沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的存儲(chǔ)容量。CD盤(pán)光道的結(jié)構(gòu)與磁盤(pán)磁道的結(jié)

11、構(gòu)不同，它的光道不是同心環(huán)光道，而是螺旋型光道，CD唱盤(pán)的光道長(zhǎng)度大約為5公里，如圖10-04(a)所示。CD盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度在光盤(pán)的內(nèi)外區(qū)是不同的，而它的線(xiàn)速度是恒定的，就是光盤(pán)的光學(xué)讀出頭相對(duì)于盤(pán)片運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度 是恒定的，通常用 CLV(constant linear velocity) 表示。由于采用了恒定線(xiàn)速度，所以 內(nèi)外光道的記錄密度(比特?cái)?shù)/每英寸)可以做到一樣，這樣盤(pán)片就得到充分利用，可以達(dá) 到它應(yīng)有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，但隨機(jī)存儲(chǔ)特性變得較差，控制也比較復(fù)雜。在盤(pán)存儲(chǔ)器工業(yè)中，從CAV到CLV整整花了 30多年的時(shí)間才得以實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在不僅CD-RO附儲(chǔ)器采用CLM而且磁光盤(pán)存儲(chǔ)器也開(kāi)始采

12、用。圖10-04 CD盤(pán)的光道是螺旋型光道10.2.3 數(shù)據(jù)是怎樣寫(xiě)入到 CD盤(pán)上的磁盤(pán)對(duì)大多數(shù)用戶(hù)來(lái)說(shuō)并不生疏，它的記錄原理稱(chēng)為磁記錄，是利用磁鐵的兩個(gè)極 性(南極和北極)來(lái)記憶“1”和“0”兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的。光盤(pán)的記錄原理就不能一概而論， 都稱(chēng)為光記錄，因?yàn)楣獗P(pán)這個(gè)名稱(chēng)已經(jīng)很籠統(tǒng)了?，F(xiàn)在在市場(chǎng)賣(mài)的磁光盤(pán)(magnetooptical disc , MOD)口相變光盤(pán)(phase change disc , PCD也被許多人簡(jiǎn)稱(chēng)為光盤(pán)，前 者是利用磁的記憶特性，借助激光來(lái)寫(xiě)入和讀出數(shù)據(jù)，后者是利用一種特殊的材料，這 種材料在激光加熱前和加熱后它們的反射率不同，利用它們的反射率不同來(lái)記憶“1”和

13、“0”，這是名副其實(shí)的光盤(pán)。激光唱盤(pán)既不同于磁光盤(pán)的記錄原理，也不同于相變光盤(pán) 的原理，而是利用在盤(pán)上壓制凹坑的機(jī)械辦法，利用凹坑的邊緣來(lái)記錄“1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分記錄“ 0”，使用激光來(lái)讀出。用戶(hù)使用磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，既可以把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到盤(pán)上，又可以從盤(pán)上讀出數(shù)據(jù)；磁光盤(pán)和相變光盤(pán)也同樣有寫(xiě)入和讀出兩個(gè)功能，而且可以在同一臺(tái)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上完成?？?是CD只讀光盤(pán)就不是這樣，用戶(hù)只能讀CD盤(pán)上的數(shù)據(jù)不能自己把數(shù)據(jù)寫(xiě)到CD盤(pán)上。CD盤(pán)上的數(shù)據(jù)是用壓模(stamper)沖壓而成的，而壓模是用原版盤(pán)(masterdisc) 制成的。圖10-05是制作原版盤(pán)的示意圖。在制作原版盤(pán)時(shí)，是用編碼后的二進(jìn)

14、制數(shù)據(jù)去 調(diào)制聚焦激光束，如果寫(xiě)入的數(shù)據(jù)為“0”，就不讓激光束通過(guò)，寫(xiě)入“1”時(shí)，就讓激光束通過(guò)，或者相反。在制作原版盤(pán)的玻璃盤(pán)上涂有感光膠，曝了光的地方經(jīng)化學(xué)處理 后就形成凹坑，沒(méi)有曝光的地方保持原樣，二進(jìn)制信息就以這樣的形式刻錄在原版盤(pán)上。 在經(jīng)過(guò)化學(xué)處理后的玻璃盤(pán)表面上鍍一層金屬，用這種盤(pán)去制作母盤(pán)(mother disc),然后用母盤(pán)制作壓模，再用壓模去大批量復(fù)制。成千上萬(wàn)的CDB就是用壓模壓出來(lái)的，所以?xún)r(jià)格才這樣便宜(版權(quán)費(fèi)除外)。-貳佰壹拾圖10-05原版盤(pán)制作示意圖10.2.4 數(shù)據(jù)是怎樣從 CD盤(pán)讀出的CD盤(pán)上的數(shù)據(jù)要用 CD驅(qū)動(dòng)器來(lái)閱讀。CD驅(qū)動(dòng)器由光學(xué)讀出頭、光學(xué)讀出頭驅(qū)動(dòng)

15、機(jī) 構(gòu)、CD盤(pán)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制線(xiàn)路以及處理光學(xué)讀出頭讀出信號(hào)的電子線(xiàn)路等組成。光學(xué)讀出頭是 CD系統(tǒng)的核心部件之一，它由光電檢測(cè)器、透鏡、激光束分離器、激 光器等元件組成，它的結(jié)構(gòu)如圖10-06所示。激光器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)幾個(gè)透鏡聚焦后到達(dá)光盤(pán)，從光盤(pán)上反射回來(lái)的激光束沿原來(lái)的光路返回，到達(dá)激光束分離器后反射到光 電檢測(cè)器，由光電檢測(cè)器把光信號(hào)變成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電子線(xiàn)路處理后還原成原來(lái)的二 進(jìn)制數(shù)據(jù)。圖10-06光學(xué)讀出頭的基本結(jié)構(gòu)圖10-07是CD光盤(pán)的讀出原理簡(jiǎn)化圖。光盤(pán)上壓制了許多凹坑，激光束在凹坑部分 反射的光的強(qiáng)度，要比從非凹坑部分反射的光的強(qiáng)度來(lái)得弱，光盤(pán)就是利用這個(gè)極其簡(jiǎn) 單的原理來(lái)

16、區(qū)分“ 1”和“ 0”的。凹坑的邊緣代表“ 1”，凹坑和非凹坑的平坦部分代表 “0”，凹坑的長(zhǎng)度和非凹坑的長(zhǎng)度都代表有多少個(gè)“0”。記憶“ 1”和“0”的道理就這么簡(jiǎn)單，但在計(jì)算機(jī)工業(yè)中為了記錄“1”和“ 0”，不知有多少科學(xué)家和工程技術(shù)人員為之奮斗終生。貳佰壹拾貳數(shù)字信息CD即 凹坑圖10-07 CD盤(pán)的讀出原理從圖10-06和圖10-07可以看到，CD存儲(chǔ)器在工作時(shí)光學(xué)讀出頭與盤(pán)之間是不接觸 的，因此您不必?fù)?dān)心頭和盤(pán)之間的磨損問(wèn)題。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，凹坑和非凹坑本身不代表“1”和“0”，而是凹坑端部的前沿和后沿代表“1”，凹坑和非凹的長(zhǎng)度代表“0”的個(gè)數(shù)。這些位就是前面介紹的“通道位”利用

17、這種方法比直接用凹坑和非凹坑代表原始二進(jìn)制制數(shù)據(jù)的“0”和“ 1”更有效。這種技術(shù)可用圖10-07作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖中 4個(gè)凹坑和非凹坑代表了 31個(gè)通道位，這就 更充分地利用了光盤(pán)表面積，使得存儲(chǔ)容量大大提高。此外，采用這種技術(shù)也很容易從 讀出信號(hào)中提取有用的同步脈沖信號(hào)。10.2.5 激光唱盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)摘要激光唱盤(pán)的標(biāo)準(zhǔn)定義在1982年發(fā)布的紅皮書(shū)（Red Book）中，它源于 CD-Audio Book,后來(lái)成為IEC 908標(biāo)準(zhǔn)，這是所有其他 CD產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)將它的部分內(nèi)容匯總在表 10-02中供查閱，下一章將進(jìn)一步介紹激光唱盤(pán)的物理格式。表10-02激光唱盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)摘要:名稱(chēng)技術(shù)指標(biāo)r播

18、放時(shí)間74分鐘二旋轉(zhuǎn)方向順時(shí)針（從讀出表回看）旋轉(zhuǎn)速度1.2m/s1.4m/s （恒定線(xiàn)速度）光道間距1.6 mr盤(pán)片直徑120 mmp盤(pán)片厚度1.2 mmr中心孔直徑15 mmt己錄區(qū)46 mm 117 mm數(shù)據(jù)信號(hào)區(qū)50 mm 116 mm材料折射率為1.55的任何材料:最小凹坑長(zhǎng)度0.833 (1 m (1.2m/s)0.972 m (1.4m/s)最大凹坑長(zhǎng)度 凹坑深度3.05 m (1.2 m/s) 3.56 m (1.4 m/s)0.11 m凹坑寬度0.5 m光學(xué)系統(tǒng)1激光波長(zhǎng)780 nm (7 800 埃)P聚焦深度±2 m信號(hào)格式通道數(shù)2個(gè)量化 r采樣頻率16位線(xiàn)，性

19、量化 _44.1 kHz通道位速率4.3218 Mb/s_數(shù)據(jù)位速率1.9409 Mb/s一數(shù)據(jù)：通道位8:17二錯(cuò)誤校正碼CIRC調(diào)制方式EFM10. 2. 6 CDDA采用頻率和樣本大小人耳朵（因人而異）能聽(tīng)到的聲音信號(hào)頻率范圍是2020 000 Hz ,為了避免高于 20000 Hz的高頻信號(hào)干擾采樣，在進(jìn)行采樣之前，需要對(duì)輸入的聲音信號(hào)進(jìn)行濾波?？紤] 到濾波器在20 000 Hz的地方大約有10%勺衰減，所以可以用 22 000 Hz的2倍頻率作為貳佰壹拾肆聲音信號(hào)的采樣頻率。但是，為了能夠與電視信號(hào)同步，PAL電視的場(chǎng)掃描為50 Hz, NTSC電視的場(chǎng)掃描為 60 Hz,所以取50

20、和60的整數(shù)倍，選用了 44 100 Hz作為激光唱盤(pán)聲音 的采樣標(biāo)準(zhǔn)。激光唱盤(pán)音樂(lè)信號(hào)的樣本位數(shù)是16。 實(shí)際上，樣本數(shù)的大小也表示信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。一位（bit）的動(dòng)態(tài)范圍約為 2010g 102弋6.02 dB，所以16位的樣本能夠表達(dá)的動(dòng)態(tài)范圍 就大于 96 dB 。模擬聲音轉(zhuǎn)換成數(shù)字之后，需要占據(jù)巨大的存儲(chǔ)空間。在激光唱盤(pán)上一秒鐘的聲音需要占據(jù)的存儲(chǔ)空間為：1秒X 44 100樣本/秒X 2字節(jié)/樣本 X 2（左右兩個(gè)通道）=176.4 千字節(jié)10.3.2 聲道數(shù)長(zhǎng)期以來(lái)，立體聲似乎就是兩個(gè)聲道（ 軌 ） ，這是由于早期最重要的存儲(chǔ)聲音的媒體是接觸式的唱片，唱片上的V 形刻槽只能記錄最

21、多兩條聲道的模擬信號(hào)，這就使得后來(lái)的錄音機(jī)、調(diào)頻廣播、錄象機(jī)、甚至連數(shù)字激光唱盤(pán)都采樣兩個(gè)聲道的規(guī)格。其實(shí)多聲道的設(shè)備早已開(kāi)發(fā)和采用，現(xiàn)在的許多劇院一直都還采用4 個(gè)以上的聲音通道。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，聲音轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后，計(jì)算機(jī)很容易處理，例如，壓縮、偏移（Pan）、環(huán)繞音響效果（Surround Sound）等等，更多的聲道和更逼真的音響效果 已經(jīng)在出現(xiàn)。例如，MPEG-激字影視標(biāo)準(zhǔn)和杜比AC-3都采用5+1個(gè)聲音通道，即左、中、右 3 個(gè)主聲道，左后、右后兩個(gè)環(huán)場(chǎng)聲道，以及一個(gè)次低音聲道。10.3.3 聲音數(shù)據(jù)的通道編碼聲音轉(zhuǎn)換成用“1 ”和“0”表示的數(shù)字信號(hào)之后，并不是直接把它們記

22、錄到盤(pán)上。物理盤(pán)上記錄的數(shù)據(jù)和真正的聲音數(shù)據(jù)之間需要做變換處理，這種處理統(tǒng)稱(chēng)為通道編碼。通道編碼不只是光盤(pán)需要，凡是在物理線(xiàn)路上傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)都需要進(jìn)行通道編碼。采用通道編碼的目的主要是兩個(gè)，一是為了改善信號(hào)質(zhì)量，使得讀出信號(hào)的頻帶變窄。其次是為了為了在接收端能夠從信號(hào)本身提取自同步信號(hào)。大家所熟悉的磁盤(pán)、磁帶、數(shù) 字電話(huà)等都使用了不同算法的通道編碼技術(shù)。激 光 唱 盤(pán) 使 用 的 通 道 編 碼 叫 做 8 到 14 比 特 調(diào) 制 編 碼 （eight to fourteen modulation , EFMb這種編碼的含義就是把一個(gè)8比特（即1個(gè)字節(jié)）的數(shù)據(jù)用14比特來(lái)表示。這里有兩個(gè)問(wèn)

23、題要回答，一是為什么要做通道編碼，二是為什么把8 比特轉(zhuǎn)換成14比特。1 . 為什么要做通道編碼在數(shù)字記錄中要做通道編碼的主要原因有兩個(gè)，一是為了改善讀出信號(hào)的質(zhì)量，二是為了在記錄信號(hào)中提取同步信號(hào)。例如，有連續(xù)多個(gè)字節(jié)的全“0”信號(hào)或者全“1”信號(hào)要記錄到盤(pán)上，如果不作通道編碼就把它們記錄到盤(pán)上，讀出時(shí)的輸出信號(hào)就是一條直線(xiàn)，電子線(xiàn)路就很難區(qū)分有多少個(gè)“0”或者多少個(gè)“1 ”信號(hào)。而對(duì)于沒(méi)有規(guī)律的數(shù)字信號(hào)，讀出時(shí)的信號(hào)幅度和頻率的變化范圍都很大，電子線(xiàn)路很難把“0”和“1 ”區(qū)分開(kāi)，讀出的信息就很不可靠。因此通俗說(shuō)來(lái)，通道編碼實(shí)際上就是要在連續(xù)的“0”- 貳佰壹拾伍插入若干個(gè)“ 1”，而在連

24、續(xù)的“ 1”之間插入若干個(gè)“ 0”，并對(duì)“ 0”和“1”的連續(xù)長(zhǎng)度 數(shù)目即“行防H程長(zhǎng)度”加以限制。2 .為什么要把8位數(shù)轉(zhuǎn)換成14位數(shù)理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，根據(jù)70年代的技術(shù)水平，把“ 0”的游程長(zhǎng)度最短限制在 2個(gè)，而最長(zhǎng)限制在10,光盤(pán)上的信號(hào)就能夠可靠讀出。這條規(guī)則的意思是，2個(gè)“ 1”之間至少要有2個(gè)“0”最多不超過(guò)10個(gè)“0”。我們知道，8位數(shù)據(jù)有256種代碼，14位 通道位有16 384種代碼。通過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算，在這 16 384種代碼中有267種代碼能夠 滿(mǎn)足“ 0”游程長(zhǎng)度的要求。在這267種代碼中，其中有10種代碼在合并通道代碼時(shí)限制游程長(zhǎng)度仍有困難，再去掉一個(gè)代碼，這樣就得

25、到了與8位數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的256種通道碼。此外，當(dāng)通道碼合并時(shí)，為了滿(mǎn)足游程長(zhǎng)度的要求，在通道碼之間再增加了3位來(lái)確保讀出信號(hào)的可靠性，于是在激光唱盤(pán)中8位的數(shù)據(jù)就轉(zhuǎn)換成了17位的通道代碼。在DVDt盤(pán)技術(shù)中，把3位合并位改成2位，并把它們直接插入到重新設(shè)計(jì)的碼表中，這樣一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)就轉(zhuǎn)換成16位的通道位，這也就提高了DVD的存儲(chǔ)容量。激光唱盤(pán)上的聲音數(shù)據(jù)編碼過(guò)程如圖10-08所示。3 位數(shù)據(jù)jiiioioodiiioooio|n）iiwicj）14位調(diào)制數(shù)據(jù)foDOlD口 1叩口叩1。lODIQODIOOOOlol DOD1000010010D）,oio|oooionioaoooia ooa

26、10010001 oonoio ooi ooolooooiooido|od 加合并位OIOOOOIUOIOOOOOIOOOOLOOIOODIOOOOIOOOIOOOIOOOOIOOIOOIOO盤(pán)上的凹坑圖10-08激光唱盤(pán)上聲音數(shù)據(jù)編碼的過(guò)程4.2.8 CD盤(pán)如何批量生產(chǎn)激光唱盤(pán)（CD-DA）、數(shù)字激光視盤(pán)（V-CD）和CD-ROM勺制作過(guò)程都相同，大致分成三 個(gè)階段。1 .原版盤(pán)預(yù)制作（Premastering）,或者稱(chēng)為母盤(pán)預(yù)制作。對(duì)于激光唱盤(pán)，把制作好的音樂(lè)節(jié)目轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 CD-DA格式，而對(duì)于 V-CD盤(pán)，把影視節(jié)目轉(zhuǎn)換成 V-CD標(biāo)準(zhǔn)記 錄格式，這個(gè)過(guò)程也叫做預(yù)處理。CD-DA格式

27、在“紅皮書(shū)”中有詳細(xì)說(shuō)明， V-CD的標(biāo)準(zhǔn)記錄格式在Video CD 2.0標(biāo)準(zhǔn)（白皮書(shū)）中有詳細(xì)說(shuō)明，這項(xiàng)工作通常是由軟件來(lái)完成，這種軟件稱(chēng)為轉(zhuǎn)換軟件，或者稱(chēng)為編碼器（Encoder）。2 .原版盤(pán)制作(Mastering),或者稱(chēng)為母盤(pán)制作。原版盤(pán)制作包括：(1)把符合 CD-DA或者V-CD標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一個(gè)EFM(Eight-to-FourteenModulation)編碼器變成串行數(shù)據(jù)流，也就是在10.3.3中介紹的8到14調(diào)制，意思是把一個(gè)8比特的數(shù)據(jù)變成14比特的數(shù)據(jù)，再附加3比特用來(lái)改善讀/寫(xiě)信號(hào)的質(zhì)量，這樣8 比特的并行數(shù)據(jù)就轉(zhuǎn)換成物理通道上的17比特串行數(shù)據(jù)。(2)把一

28、片涂有光敏電阻的玻璃盤(pán)在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上進(jìn)行光刻。參看圖 10-09,激光源發(fā) 出的激光束通過(guò)激光調(diào)制器時(shí)受到串行數(shù)據(jù)的控制，例如，數(shù)據(jù)“0”就不讓激光束通過(guò)，光敏電阻就不曝光；數(shù)據(jù)“1”就讓激光束通過(guò)，光敏電阻就曝光，這樣在玻璃盤(pán)上就形成長(zhǎng)短不同的曝光區(qū)和非曝光區(qū)。激光調(diào)制器猶如一個(gè)開(kāi)關(guān)。計(jì)算機(jī)控制的光需 微調(diào)坡璃盤(pán)圖10-09光刻系統(tǒng)示意圖(3)對(duì)光刻的玻璃盤(pán)進(jìn)行化學(xué)處理，盤(pán)上曝了光的區(qū)域被腐蝕掉形成凹坑，沒(méi)有曝 光的區(qū)域就被保留下來(lái)，“0”、“ 1”信號(hào)就以凹坑和非凹坑的形式記錄在螺旋形光道上。(4)對(duì)經(jīng)過(guò)化學(xué)處理的玻璃盤(pán)進(jìn)行化學(xué)電鍍生成金屬原版盤(pán)，稱(chēng)為父盤(pán)(fatherdisc),通過(guò)父盤(pán)再

29、制作母盤(pán) (mother disc),然后由母盤(pán)制作出子盤(pán)(son disc),子盤(pán)就是壓模(stamper)。-貳佰壹拾柒電阻除層激光記錄化學(xué)沖洗化學(xué)電鍍嬖牌保護(hù)層-4圖10-10 V-CD盤(pán)的整個(gè)制作過(guò)程3 .大批量復(fù)制。V-CD的盤(pán)基是用聚碳酸脂塑料做的，因此大多數(shù)大批量復(fù)制設(shè)備 是用塑料注射成型機(jī)。聚碳酸脂加熱之后注入盤(pán)模里，壓模就把它上面的數(shù)據(jù)壓制到正 在冷卻的塑料盤(pán)上，然后在盤(pán)上濺射一層鋁，用于讀出數(shù)據(jù)時(shí)反射激光束，最后涂一層 保護(hù)漆和印制標(biāo)牌。10.3 DVD 簡(jiǎn)介VC/口 DVDtB是光學(xué)存儲(chǔ)媒體，但DVD的存儲(chǔ)容量和帶寬都明顯高于CD影視、聲音、計(jì)算機(jī)和光學(xué)記錄技術(shù)融合在一起

30、將開(kāi)發(fā)出下一代的CD 產(chǎn)品。DVD原名是Digital Video Disc的縮寫(xiě)，意思是“數(shù)字電視光盤(pán)（系統(tǒng)）”，這是為了與Video CD相區(qū)別。實(shí)際上 DVD勺應(yīng)用不僅僅是用來(lái)存放電視節(jié)目，它同樣可以用來(lái)存 儲(chǔ)其他類(lèi)型的數(shù)據(jù)，因此又把 Digital Video Disc 更改為Digital Versatile Disc ,縮 寫(xiě)仍然是DVD Versatile的意思是多才多藝的意思?，F(xiàn)在，當(dāng)我們談到DVD寸，通常是指 Digital Video Disc 。MPEG-1的電視質(zhì)量是家用錄象機(jī)的質(zhì)量，MPEG-做術(shù)的成熟促成了 VCD的誕生、產(chǎn)業(yè)的形成和市場(chǎng)的成熟；MPEG-2的電視質(zhì)

31、量是廣播級(jí)的質(zhì)量，由于廣播級(jí)數(shù)字電視的數(shù) 據(jù)量要比MPEG-1的數(shù)據(jù)量大得多，而 CD-ROM勺容量盡管有近 700多兆字節(jié)，但也滿(mǎn)足 不了存放 MPEG-2Video節(jié)目的要求。MPEG-2勺技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟， 為了解決 MPEG-2Video 節(jié)目的存儲(chǔ)問(wèn)題，就促成了DVD勺問(wèn)世。在1995年，一個(gè)由 Sony和Philips Electronics DV公司領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際財(cái)團(tuán)與另一個(gè)由Toshiba和Time Warner Entertainment公司領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際財(cái)團(tuán)分別提出了兩個(gè)不兼容的高密度 CD(High Density Compact Disc , HDCD規(guī)格。同年10月，兩大財(cái)團(tuán)

32、終于同意 盤(pán)片的設(shè)計(jì)按 Toshiba/Time Warner公司的方案，而存儲(chǔ)在盤(pán)上的數(shù)據(jù)編碼則按Sony/Philips公司的方案。最終的單面單層DVDa片應(yīng)該能夠存儲(chǔ) 4.7 GB汗兆字節(jié))的數(shù)據(jù)，單面雙層盤(pán)片的容量為8.5 GB;單面單層盤(pán)存儲(chǔ) 133分鐘的MPEG-2 Video,其分辨率與現(xiàn)在的電視相同，并配備Dolby AC-3/MPEG-2 Audio 質(zhì)量的聲音和不同語(yǔ)言的字幕。AC-3 是 Audio Code Number 3 的縮寫(xiě)。DVD的特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量比現(xiàn)在的CD盤(pán)大得多，最高可達(dá)到17 GB。一片DVD盤(pán)的容量相當(dāng)于現(xiàn)在的 25片CD-ROM(650 MB)而DV

33、D盤(pán)的尺寸與 CD相同。DVD所包含的軟硬 件要遵照正在由計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子和娛樂(lè)公司聯(lián)合制定的規(guī)格，目的是為了能夠根據(jù)這 個(gè)新一代的CD規(guī)格開(kāi)發(fā)出存儲(chǔ)容量大和性能高的兼容產(chǎn)品，用于存儲(chǔ)數(shù)字電視和多媒體軟件。10.3 . 1 DVD的規(guī)格當(dāng)我們提到DVD寸，首先想到的是播放影視節(jié)目的 DVD-Video。其實(shí)DV/口 CD一樣， 除了 DVD-Video之外還將會(huì)有 4個(gè)成員，它們的標(biāo)準(zhǔn)文件用 Book A, Book B, . , Book E來(lái)標(biāo)識(shí)，如表 10-03所示。表10-03 DVD和CD系列DVD(Digital Versatile Disc)CD(Compact Disc)Boo

34、k A: DVD-ROMCD-ROMBook B: DVD-VideoVideo CDBook C: DVD-AudioCD-AudioBook D: DVD-RecordableCD-RBook E: DVD-RAMCD-MOToshiba/Time Warner公司定義的DVD 規(guī)格是 SD(Super Density Digital VideoDisc),而Sony/Philips 公司定義的 DVDS格是 MMCD(Multimedia CD),這兩種高密度盤(pán)-貳佰壹拾玖規(guī)格的統(tǒng)一是擴(kuò)充光盤(pán)存儲(chǔ)容量的一個(gè)里程碑。在理論上來(lái)說(shuō)，DVD勺存儲(chǔ)容量如表10-04所示。表10-04 DVD的存

35、儲(chǔ)容量DVDa的類(lèi)型存儲(chǔ)容量（GB）MPEG-2 Video的播放時(shí)間（分鐘）單面單層（只讀）4.7133單面雙層（只讀）8.5240單層雙面（只讀）9.4266雙層，雙面（只讀）17單層雙面（DVD-R）6.6215單層雙面（DVD-RAM）5.2147DVD-Video的規(guī)格如表10-05所示。DVD&上的電視都采用 MPEG-2的電視標(biāo)準(zhǔn)。NTSCW 聲音采用 Dolby AC-3標(biāo)準(zhǔn)，MPEG-2Audio作為選用；PAL和SECAM1聲音采用 MPEG-2Audio 標(biāo)準(zhǔn)，Dolby AC-3作為選用。表10-05電視圖像規(guī)格技術(shù)內(nèi)容技術(shù)規(guī)格數(shù)據(jù)傳輸率可變速率，平均速率為 4

36、.69 Mb/s（最大速率為10.7 Mb/s）圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)二MPEG-即準(zhǔn)產(chǎn)曰標(biāo)準(zhǔn)NTSC Dolby AC-3 或 LPCM,可選用 MPEG-2 AudioPAL: MPEG MUSICAM* 5.1 或 LPCM,可選用 Dolby AC-3通道數(shù)多達(dá)8個(gè)聲音通道和32個(gè)字幕通道*MUSICAM(Masking pattern adapted Universal Subband Integrated Coding And Multiplexing)10.4 . 2 DVD的存儲(chǔ)容量是怎樣提高的如何提高存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量和傳輸速率是存儲(chǔ)工業(yè)中永恒的研究課題，許多科學(xué)家 和工程技術(shù)人員一直獻(xiàn)

37、身于這個(gè)領(lǐng)域。一片DVDa要能夠存儲(chǔ)多達(dá)17 GB的信息，需要采用許多新的技術(shù)。DVD所采用和將要采用的技術(shù)歸納在表 10-06 。表10-06 HDCD技術(shù)摘要DVDCD容量增益盤(pán)片直徑120 mm120 mm盤(pán)片厚度0.6 mm / 面1.2 mm / 面減小激光波長(zhǎng)635/650 nm780 nm4.486 =加大N.A.（數(shù)值孔徑）0.60.45(1.6*0.83)/減小光道間距0.74 科 m1.6 m(0.74*0.40)減小最小凹凸坑長(zhǎng)度0.4 m0.83 科 m減小糾錯(cuò)碼的長(zhǎng)度RSPCCIRC式 方 制 調(diào) 號(hào) 西 修8-168-14 加 31.0625 = 17/16加大盤(pán)表

38、向的利用率86.6平方厘米86平方厘米1.019 = 86.6/86減小每個(gè)扇區(qū)字節(jié)數(shù)2048/2060 字節(jié) / 扇區(qū)2048/2352 字節(jié) / 扇區(qū)1.142 = 2352/2060從外觀和尺寸方面來(lái)看，DVD&與現(xiàn)在廣?使用的 CD&沒(méi)有什么差別，直徑均為120 mm（4.75英寸），厚度為1.2 mm；新的DVD播放機(jī)能夠播放現(xiàn)在已經(jīng)有的CD激光唱盤(pán)上的音樂(lè)和VCg目。但不同的是 DVDa光道之間的間距由原來(lái)的1.6 m縮小到0.74 pm,而記錄信息的最小凹凸坑長(zhǎng)度由原來(lái)的0.83科m縮小到0.4科m,這是DVD盤(pán)的存儲(chǔ)容量可提高到4.7 GB的主要原因，它的容量是

39、 CD的7倍，它們之間的差別如圖10-11所示。圖10-11 DVD盤(pán)和CD盤(pán)之間的差別貳佰貳拾壹常規(guī)的CD播放機(jī)和CD-ROM區(qū)動(dòng)器采用波長(zhǎng)為 780 nm的不可見(jiàn)紅外光來(lái)讀出盤(pán)上的 信息。為了把光道距離和信息記錄凹凸坑的長(zhǎng)度和寬度做得更小，DVD刻錄機(jī)和播放機(jī)就需要采用波長(zhǎng)更短的激光源，這是因?yàn)楣鈱W(xué)讀出頭的分辨率和激光波長(zhǎng)成正比。近年來(lái) 有許多有關(guān)藍(lán)色激光器的報(bào)道，但是要把它用到DVD上還有漫長(zhǎng)的路要走。更現(xiàn)實(shí)的技術(shù)是使用波長(zhǎng)為635/650 nm的激光源來(lái)代替在 CDB動(dòng)器中使用的780 nm紅外光激光源。 光學(xué)讀出頭的數(shù)值孔 NA(Numerical Aperture)也比較大，這樣可

40、以產(chǎn)生直徑比較小的聚焦激光束。常規(guī)的CD播放機(jī)和CD-ROM區(qū)動(dòng)器的光學(xué)讀出頭的數(shù)值孔徑為0.45。為了提高接收盤(pán)片反射光的能力，也就是提高光學(xué)讀出頭的分辨率，在DVD就需要把NA由現(xiàn)在的0.45加大到0.6。使用短波長(zhǎng)的激光源和數(shù)值孔徑比較大的光學(xué)元件之后，最小凹凸的長(zhǎng)度可以從0.83m減小到0.4 m,而光道間距從1.6 (im減小到0.74 m總的容量可以提高到4.486倍。加大盤(pán)的數(shù)據(jù)記錄區(qū)域也是提高記錄容量的有效途徑。DVD盤(pán)的記錄區(qū)域從CD盤(pán)的86 cm2提高到86.6 cm 2,如圖10-12所示，這樣記錄容量也就提高了1.9%。圖10-12增加盤(pán)的數(shù)據(jù)記錄面積提高DVD存儲(chǔ)容量

41、的另一個(gè)重要措施是使用盤(pán)片的兩個(gè)面來(lái)記錄數(shù)據(jù)，以及在一個(gè)面上制作好幾個(gè)記錄層，這無(wú)疑會(huì)大大增加DVDa的容量。在 舊M工作的科學(xué)家于1994年就聲稱(chēng)他們能夠制作 10層的盤(pán)片。為了從最里面的記錄層反射回足夠強(qiáng)的光，一種稱(chēng) 為CLC(cholesteric liquid crystal)的記錄媒體可能被采用。常規(guī)的CD盤(pán)只使用一個(gè)面，并且只制作一個(gè)記錄層來(lái)記錄信息，它的結(jié)構(gòu)如圖10-13所示。為了提高存儲(chǔ)容量，出現(xiàn)了另一種規(guī)格的DVD盤(pán)，稱(chēng)為單面雙層光盤(pán)，它的結(jié)構(gòu)如圖10-14所示。單面雙層盤(pán)的表層稱(chēng)為第0層，最里層稱(chēng)為第1層。第0層采用了一種新的半透明(semi-transmissive)薄膜

42、涂層，可讓激光束透過(guò)表層到達(dá)第1層。開(kāi)始工 作時(shí)，激光束首先在第 1層上聚焦和光道定位。當(dāng)從第 0層上讀出信息過(guò)渡到從第 1層 上讀出信息時(shí)，激光讀出頭的激光束立即重新聚焦，電子線(xiàn)路中的緩沖存儲(chǔ)器可確保從第0層到第1層的平穩(wěn)過(guò)渡，而不會(huì)使信息中斷。單面雙層DVDa的容量可達(dá)到 8.5 GB而雙面雙層DVD&的容量可達(dá)到17 GB。樹(shù)墊雙加疑0. 6周加用陶?qǐng)D10-13單面單層光盤(pán)的結(jié)構(gòu)反射層O加由砥)圖10-14單面雙層光盤(pán)的結(jié)構(gòu)DVD信號(hào)的調(diào)制方式和錯(cuò)誤校正方法也做了相應(yīng)的修正以適應(yīng)高密度的需要，CD存儲(chǔ)器采用8-14(EFM)加3位合并位的調(diào)制方式，而DVD則采用效率比較高的8-1

43、6+(EFMPLUS)的方式，這是為了能夠和現(xiàn)在的CD盤(pán)兼容，也為了和將來(lái)的可重寫(xiě)的光盤(pán)兼容而采用的方式；CD存儲(chǔ)器采用的錯(cuò)誤校正系統(tǒng)是里德-索洛蒙碼(Cross-InterleavedRead-Solomon Code, CIRC),而 DVD采用里德-索洛蒙乘積碼(Read-Solomon Product like Code , RSPC源統(tǒng)，它比CIRC更可靠。采用修改的數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制算法都可以減少DVD盤(pán)上的冗余位，從而為用戶(hù)提供更多的存儲(chǔ)空間。現(xiàn)在的CD需要用17比特來(lái)表示一個(gè)8比特的數(shù)據(jù)(14個(gè)通道位和3個(gè)用 于改善讀出信號(hào)的合并位)。新的算法將使用16比特來(lái)表示一個(gè) 8比特的數(shù)據(jù)

44、，這樣也 增加了 DVD勺容量。此外，在 CD上有許多 EDC(Error Detection Code)和 ECC(Error Correction Code) 信息位，采用新的算法之后這些信息位的數(shù)目可以減小，也就相當(dāng)于增加用戶(hù)數(shù)據(jù)的容 量。采用RSPCt錯(cuò)碼之后，糾錯(cuò)碼的數(shù)據(jù)傳輸率也將從25%M小到13%-貳佰貳拾叁10.5 CD盤(pán)上的物理格式CD格式包含邏輯格式和物理格式。邏輯格式實(shí)際上是文件格式的同義詞，它規(guī)定如 何把文件組織到光盤(pán)上以及指定文件在光盤(pán)上的物理位置，包括文件的目錄結(jié)構(gòu)、文件 大小以及所需盤(pán)片數(shù)目等事項(xiàng)；物理格式則規(guī)定數(shù)據(jù)如何放在光盤(pán)上，這些數(shù)據(jù)包括物理扇區(qū)的地址、數(shù)據(jù)

45、的類(lèi)型、數(shù)據(jù)塊的大小、錯(cuò)誤檢測(cè)和校正碼等。CD格式詳細(xì)記載在標(biāo)準(zhǔn)文件中，如圖10-15所示。這些標(biāo)準(zhǔn)文件包括紅皮書(shū)、黃皮書(shū)、ISO 9660、綠皮書(shū)、橙皮書(shū)和白皮書(shū)等，而且還在不斷推出。CD的標(biāo)準(zhǔn)文件是用彩色封面包裝的，所以又稱(chēng)為彩書(shū)標(biāo)準(zhǔn)。理解CD格式對(duì)于設(shè)方f和使用 CD產(chǎn)品都有很大幫助。圖10-15 CD標(biāo)準(zhǔn)系列10.5.1 激光唱盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)一一紅皮書(shū) (Red Book)Red Book 是 Philips 和 Sony 公司為 CD-DA(Compact Disc Digital Audio)定義的標(biāo)準(zhǔn)，也就是我們常說(shuō)的激光唱盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是整個(gè)CD工業(yè)的最基本的標(biāo)準(zhǔn)，所有其他的CD標(biāo)準(zhǔn)

46、都是在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定的。1. CD盤(pán)上的音樂(lè)節(jié)目是如何組織的通常，激光唱盤(pán)上的有許多首歌曲，一首歌曲安排在一條光道上。一條光道由許多 節(jié)(section)組成，一節(jié)由98幀(frame)組成。幀是激光唱盤(pán)上存放聲音數(shù)據(jù)的基本單元， 它的結(jié)構(gòu)如圖10-16所示。(1)同步(SYNC)每幀的開(kāi)頭都有 24位同步位。這24位同步位不經(jīng) EFM調(diào)制，本身就是通道碼。具 體的碼字是1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0任何數(shù)據(jù)經(jīng)EFM調(diào)制后都不會(huì)出現(xiàn)與同步碼字相同的碼。(2)子碼(Subcode)每幀都有這樣的一字節(jié)。在 CD-DA中稱(chēng)為子碼

47、/控制和顯示(subcode/control and display);在CD-ROM稱(chēng)為控制字節(jié)(Control Bytes) 。這字節(jié)的內(nèi)容主要提供盤(pán)地址 信息。同步信號(hào)3個(gè)字節(jié)控制，顯示小字節(jié)聲音數(shù)獴左)12個(gè)字節(jié)Q校雕碼4個(gè)字節(jié)聲音數(shù)據(jù)由)12小字節(jié)P校盍碼4小字節(jié);：究字節(jié)24位8&池名位臨煙W位11i1:|_|i：5蕊不通道位:314314311314314 3幀 _3幀口幀L幀971 節(jié)'(Section)圖10-16激光唱盤(pán)聲音數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)(3)聲音數(shù)據(jù)(Audio Data)在CD-DA中，立體聲有兩個(gè)通道， 每次采樣有2個(gè)16位的樣本，左右通道的每個(gè)16

48、位數(shù)據(jù)分別組成2個(gè)8位字節(jié)，6次采樣共24字節(jié)組成一幀。CD盤(pán)上的98幀組成一個(gè)扇區(qū)(sector)。光道(track)上1個(gè)扇區(qū)有3234字節(jié)，即 2352個(gè)聲音數(shù)據(jù)+2X 392個(gè)EDC/EC方節(jié)+98個(gè)控制字節(jié)=3234字節(jié)它的結(jié)構(gòu)如下:-貳佰貳拾伍3234字節(jié)用戶(hù)數(shù)據(jù)2352=98 X (2 X 12)字節(jié)第二層 EDC/ECC392個(gè)字層 EDC/ECC392個(gè)字控制字節(jié)98字節(jié)前面已經(jīng)介紹，激光唱盤(pán)上聲音數(shù)據(jù)的采樣頻率為44.1 kHz ,每次對(duì)左右聲音通道各取一個(gè)16位的樣本，因此1秒鐘的聲音數(shù)據(jù)率就為44.1 X 1 000 X2X(16 +8) = 176 400 字節(jié)/秒由

49、于1幀存放24字節(jié)的聲音數(shù)據(jù)，所以1秒鐘所需要的幀數(shù)為176 400 +24=7 350 幀/秒98幀構(gòu)成1節(jié)，也可以說(shuō)成1個(gè)扇區(qū)，所以1秒鐘所需要的扇區(qū)數(shù)為7 350 +98= 75 扇區(qū)/秒記住這些最基本的參數(shù)，對(duì)理解整個(gè)CD系列和DVD系列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是非常有幫助的。(4) P, Q 錯(cuò)誤校驗(yàn)碼由于CD-DA盤(pán)的原始誤碼率較高(約10-4),須要采用糾錯(cuò)能力很強(qiáng)的交叉交插里德 / 索洛蒙碼(Cross-Interleaved Read-Solomon Code, CIRC)進(jìn)行糾錯(cuò)。因此，每幀有 2X4 字節(jié)的錯(cuò)誤校正碼分別放在中間和末端，稱(chēng)為Q校驗(yàn)碼和P校驗(yàn)碼，P校驗(yàn)是由(32 ,28)

50、RS碼生成的校驗(yàn)碼；Q校驗(yàn)是由(28, 24)RS碼生成的校驗(yàn)碼。(5) 一幀數(shù)據(jù)的通道位數(shù)見(jiàn)表10-07。表10-07 一幀數(shù)據(jù)的通道位數(shù)編R字段名稱(chēng)通道位數(shù)合計(jì)(1)同步位(SYNC)24+327(2)子碼(Subcode)1X (14+3)17(3)數(shù)據(jù)(Data)12 X (14+3)204(4)Q校驗(yàn)碼4X (14+3)68(5)數(shù)據(jù)(Data)12 X (14+3)204(6)P校驗(yàn)碼4X (14+3)68合計(jì)588(6)激光唱盤(pán)的光道在CD-DA中的物理光道是螺旋形，因此可以說(shuō)一片CD-DA盤(pán)只有一條物理光道。而這里所指的CD-DA光道應(yīng)該理解成邏輯光道比較合適。 一條CD-DA

51、光道有多個(gè)扇區(qū)組成， 扇區(qū)的數(shù)目可多可少，而光道的長(zhǎng)度可長(zhǎng)可短，通常一首歌就組織成一條光道。2. CD-DA 的通道：P-WCD-DA中定義了一個(gè)控制字節(jié) (Control Bytes),或者叫做子碼(Subcode)。如前所述， 一幀有一個(gè)8位的控制字節(jié)，98幀組成8個(gè)子通道，分別命名為 P、Q R S T、U、V-貳佰貳拾陸-和W子通道。一條光道上所有扇區(qū)的子通道組成CD-DA的P、。、W通道。98個(gè)控制字節(jié)(98 X 8位)組成8個(gè)子通道的結(jié)構(gòu)如下：位P子通道Q子通道R子通道S子通道T子通道U子通道V子通道W子通道(b8)(b7)(b6)(b5).(b4)(b3)(b2)(b1)98字節(jié)

52、的b8組成P子通道，98字節(jié)的b7組成Q子通道，依此類(lèi)推。通道 P含有一 個(gè)標(biāo)志，它用來(lái)告訴 CD播放機(jī)光道上的聲音數(shù)據(jù)從什么地方開(kāi)始；通道Q包含有運(yùn)行時(shí)間信息，CD播放機(jī)使用這個(gè)通道中的時(shí)間信息來(lái)顯示播放音樂(lè)節(jié)目的時(shí)間。Q通道的98位的數(shù)據(jù)排列成如下的形式：98位2位口4位| 4位|72位16位其中，2位：控制字節(jié)的部分同步位4位：控制標(biāo)志，定義這條光道上的數(shù)據(jù)類(lèi)型4位：說(shuō)明后面72位數(shù)據(jù)的標(biāo)志72位： Q通道的數(shù)據(jù)。在盤(pán)的導(dǎo)入?yún)^(qū)(Lead In),含有盤(pán)的內(nèi)容表TOC(Table OfContents);在其余的盤(pán)區(qū)，含有當(dāng)前的播放時(shí)間16位： CRC (Cyclic Redundancy

53、 Code) 用于錯(cuò)誤檢測(cè)，CRCS:有錯(cuò)誤校正功能3. CD-G(CD+Graphics)是什么Red Book不僅定義了如何把聲音數(shù)據(jù)放到CD盤(pán)上，而且還定義了一種把靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)放到CDa上的方法。如果把圖像數(shù)據(jù)放到通道Rw這種盤(pán)通常就稱(chēng)為 CD+ G盤(pán),簡(jiǎn)稱(chēng)為CD-G盤(pán)。在目前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，使用RW通道的CD節(jié)目不多，能播放這種盤(pán)的CD播放機(jī)也不多。CD-G節(jié)目在普通的 CD播放機(jī)上播放時(shí)，音樂(lè)節(jié)目可以照常欣賞，僅 僅是沒(méi)有圖像而已。如果使用能播放CD-G節(jié)目的VCD®放機(jī)，在播放 CD-G盤(pán)時(shí)要和電視機(jī)連接才能同時(shí)有音樂(lè)和圖像。10.4.2 CD-ROM 標(biāo)準(zhǔn)黃皮書(shū)(Yell

54、ow Book)Yellow Book 是 Philips 和 Sony 公司為 CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory) 定義的標(biāo)準(zhǔn)，CD工業(yè)從此進(jìn)入了第二個(gè)階段。 Yellow Book在Red Book的基礎(chǔ)上增力口了 兩種類(lèi)型的光道，加上 Red Book的CD-DA光道之后，CD-RO花有三種類(lèi)型的光道：CD-DA光道，用于存儲(chǔ)聲音數(shù)據(jù)。CD-ROM Mode 1用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。CD-ROM Mode 2用于存儲(chǔ)聲音數(shù)據(jù)、靜態(tài)圖像或電視圖像數(shù)據(jù)。Yellow Book 和Red Book相比，它們的主要差別是Red Book中2352字節(jié)的用戶(hù)數(shù) 據(jù)作了重新定義，解決了把 CD用作計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是計(jì)算機(jī)的尋址問(wèn) 題，另一個(gè)是誤碼率的問(wèn)題， CD-RO雨準(zhǔn)使用了一部分用戶(hù)數(shù)據(jù)當(dāng)作錯(cuò)誤校正碼，也就 是增加了一層錯(cuò)誤檢測(cè)和錯(cuò)誤校正，使 CD盤(pán)的誤碼率下降到10-12以下。1. CD-ROM Mode 1CD-ROM Mode 1把R