8多媒體的存儲

1、4光學存儲介質1光記錄是20世紀70年代的重大發(fā)明，是80年代世界上的重大技術開發(fā)項目，是90年代得到廣泛應用的技術。 本章將從CD到DVD的發(fā)展過程中所采用的一些技術作一個介紹。 24.1 CD簡歷 4.1.1 CD工業(yè)史上的幾件大事20世紀70年代初期，荷蘭飛利浦(Philips)公司, 1978年正式投放市場并命名為LV(Laser Vision)的光盤播放機。 Philips公司和Sony公司終于在1982年成功地把這種記錄有數字聲音的盤推向了市場 。由于這種塑料金屬圓盤很小巧，所以用了英文Compact Disc來命名，這種盤又稱為數字激光唱盤(Compact Disc-Digita

2、l Audio，CD-DA)盤。 3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據把CD盤作為計算機的存儲器使用時，要求它的錯誤率(10-12)遠遠小于聲音數據的錯誤率(10-9) 44.1.2 CD系列產品5CD-DA 存放數字化的音樂節(jié)目CD-G 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字化的聲音 CD-ROM 存放數字化的文、圖、聲、象等 CD-I 存放數字化的文、圖、聲、象(靜止的)、動畫等 CD-I FMV 存放數字化的電影、電視等節(jié)目 卡拉OK CD 存放數字化的卡拉OK節(jié)目 Video CD 存放數字化的電影、電視等節(jié)目 Phot

3、o-CD 存放的主要是照片、藝術品 6標準名稱盤的名稱應用目的播放時間顯示的圖像Red Book(紅皮書)CD-DA存儲音樂節(jié)目74分鐘Yellow Book(黃皮書)CD-ROM存儲文圖聲象等多媒體節(jié)目存儲650 MB的數據動畫、靜態(tài)圖像、動圖像Green Book(綠皮書)CD-I存儲文圖聲象等多媒體節(jié)目存儲多達760 MB的數據動畫、靜態(tài)圖像Orange Book(橙皮書)CD-R讀/寫入文圖聲象等多媒體節(jié)目White Book(白皮書)Video CD存儲影視節(jié)目70分鐘MPEG-1數字影視(MPEG-1)質量Red Book (紅皮書+)CD-Video存儲模擬電視數字聲音56分鐘電

4、視20分鐘聲音模擬電視圖像數字聲音CD-BridgePhoto CD存儲照片靜態(tài)圖像Blue Book (藍皮書)LD(LaserDisc)存儲影視節(jié)目200分鐘模擬電視圖像74.2 CD的工作原理 4.2.1 CD盤片結構CD盤主要由保護層、反射激光的鋁反射層、刻槽和聚碳脂襯墊組成，如圖所示。 8CD盤的外徑為120 mm，重量為14克18克。激光唱盤分3個區(qū)：導入區(qū)、導出區(qū)和聲音數據記錄區(qū)，如圖9-3所示。 94.2.2 CD盤的光道結構恒定角速度(CAV)和恒定線速度(CLV) 軟磁盤存放數據的磁道是同心環(huán)，磁盤片轉動的角速度是恒定的采用同心環(huán)磁道的好處之一是控制簡單，便于隨機存取。10

5、CD盤光道的結構是螺旋型光道，CD唱盤的光道長度大約為5公里。它的線速度是恒定的，就是光盤的光學讀出頭相對于盤片運動的線速度是恒定的。由于采用了恒定線速度，所以內外光道的記錄密度(比特數/每英寸)可以做到一樣，這樣盤片就得到充分利用，可以達到它應有的數據存儲容量，但隨機存儲特性變得較差，控制也比較復雜。 114.2.3 數據是怎樣寫入到CD盤上的激光唱盤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。 CD盤上的數據是用壓模(stamper)沖壓而成的，而壓模是用原版盤(master disc)制成的。 12圖9-5 原版盤制作示意

6、圖 134.2.4 數據是怎樣從CD盤讀出的CD盤上的數據要用CD驅動器來閱讀。CD驅動器由光學讀出頭、光學讀出頭驅動機構、CD盤驅動機構、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。 凹坑和非凹坑本身不代表和，而是凹坑端部的前沿和后沿代表，凹坑和非凹的長度代表的個數。 14圖9-7 CD盤的讀出原理 154.3 CD-Audio 4.3.1 采用頻率和樣本大小選用了44 100 Hz作為激光唱盤聲音的采樣標準。 激光唱盤音樂信號的樣本位數是16。 在激光唱盤上1秒鐘的聲音需要占據的存儲空間為：1秒44 100樣本/秒2字節(jié)/樣本2(左右兩個通道) = 176.4 千字節(jié) 164.3.

7、2 聲道數錄音機、調頻廣播、錄象機、甚至連數字激光唱盤都采樣兩個聲道的規(guī)格。 MPEG-2數字影視標準和杜比AC-3都采用51個聲音通道，即左、中、右3個主聲道，左后、右后兩個環(huán)場聲道，以及一個次低音聲道。 174.3.3 聲音數據的通道編碼采用通道編碼的目的主要是兩個，一是為了改善信號質量，使得讀出信號的頻帶變窄。其次是為了在接收端能夠從信號本身提取自同步信號。激光唱盤使用的通道編碼叫做8到14比特調制編碼(eight to fourteen modulation，EFM)。這種編碼的含義就是把一個8個比特(即1個字節(jié))的數據用14比特來表示。 181.為什么要做通道編碼在數字記錄中要做通道

8、編碼的主要原因有兩個，一是為了改善讀出信號的質量，二是為了在記錄信號中提取同步信號。通道編碼實際上就是要在連續(xù)的“0”插入若干個“1”，而在連續(xù)的“1”之間插入若干個“0”，并對“0”和“1”的連續(xù)長度數目即“行游程長度”加以限制。 192.為什么要把8位數轉換成14位數根據70年代的技術水平，把“0”的游程長度最短限制在2個，而最長限制在10，光盤上的信號就能夠可靠讀出。 2個“1”之間至少要有2個“0”最多不超過10個“0”。 204.3.4 CD盤如何批量生產激光唱盤(CD-DA)、數字激光視盤(V-CD)和CD-ROM的制作過程都相同，大致分成三個階段。 原版盤預制作(Premaste

9、ring)，或者稱為母盤預制作。 原版盤制作(Mastering)，或者稱為母盤制作。 大批量復制。 21224.4 DVD簡介 DVD原名是Digital Video Disc的縮寫，意思是“數字電視光盤(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電視節(jié)目，它同樣可以用來存儲其他類型的數據，因此又把Digital Video Disc更改為Digital Versatile Disc，縮寫仍然是DVD。23MPEG-2的技術已經相當成熟，為了解決MPEG-2 Video節(jié)目的存儲問題，就促成了DVD的問世。最終的單面單層DVD盤片應該能夠存儲4.7 GB

10、(千兆字節(jié))的數據，單面雙層盤片的容量為8.5 GB；單面單層盤存儲133分鐘的MPEG-2 Video，其分辨率與現在的電視相同，并配備Dolby AC-3/MPEG-2 Audio質量的聲音和不同語言的字幕。 AC-3是Audio Code Number 3的縮寫。24DVD的特點是存儲容量比現在的CD盤大得多，最高可達到17 GB。一片DVD盤的容量相當于現在的25片CD-ROM(650 MB)，而DVD盤的尺寸與CD相同。254.5 DVD的規(guī)格 表4-3 DVD和CD系列 DVD(Digital Versatile Disc)CD(Compact Disc)Book A: DVD-R

11、OMCD-ROMBook B: DVD-VideoVideo CDBook C: DVD-AudioCD-AudioBook D: DVD-RecordableCD-RBook E: DVD-RAMCD-MO26表4-4 DVD的存儲容量 DVD盤的類型存儲容量(GB)MPEG-2 Video的播放時間(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)5.214727表4-5 電視圖像規(guī)格 技術內容技術規(guī)格數據傳輸率可變速率，平均速率為4.69 Mb/s(最大速率為10.

12、7 Mb/s)圖像壓縮標準MPEG-2標準聲音標準NTSC：Dolby AC-3或LPCM, 可選用MPEG-2 AudioPAL： MPEG MUSICAM* 5.1或LPCM, 可選用Dolby AC-3通道數多達8個聲音通道和32個字幕通道284.6 DVD的存儲容量是怎樣提高的 一片DVD盤要能夠存儲多達17 GB的信息，需要采用許多新的技術。DVD所采用和將要采用的技術歸納在表9-6。 29DVDCD容量增益盤片直徑120 mm120 mm盤片厚度0.6 mm /面1.2 mm /面減小激光波長635/650 nm780 nm4.486 =加大N.A.(數值孔徑)0.60.45(1.

13、6*0.83)/減小光道間距0.74 m1.6 m(0.74*0.40)減小最小凹凸坑長度0.4 m0.83 m減小糾錯碼的長度RSPCCIRC修改信號調制方式8-168-14 加 31.0625 = 17/16加大盤片表面的利用率86.6平方厘米86 平方厘米1.019 = 86.6/86減小每個扇區(qū)字節(jié)數2048/2060字節(jié)/扇區(qū)2048/2352字節(jié)/扇區(qū)1.142 = 2352/206030不同的是DVD盤光道之間的間距由原來的1.6m縮小到0.74m，而記錄信息的最小凹凸坑長度由原來的0.83m縮小到0.4m 31DVD盤的記錄區(qū)域從CD盤的86 cm2提高到86.6 cm2，如圖9-12所示，這樣記錄容量也就提高了1.9%。 32提高DVD存儲容量的另一個重要措施是使用盤片的兩個面來記錄數據，以及在一個面上制作好幾個記錄層 單面單層光盤單面雙層光盤 33DVD信號的調制方式和錯誤校