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第6章 多媒体信息的光存储技术,6.1 光存储技术概述 6.2 CD-ROM光盘系统 6.3 VCD和DVD 6.4 光盘刻录技术 6.5 实训：制作音乐照片幻灯片VCD光盘,6.1 光存储技术概述,6.1.1 光存储技术的基本原理 光存储系统由光盘驱动器和光盘盘片两大部分组成。它是一种数字存储技术。 光盘读取的一般原理是：当光束照射在存储单元上时，其反射率随着所存储的数据(0或1)不同而不同。 读取数据时最常用的方法就是使反射光的极化方向随着数据的不同而改变，然后通过光学方法，使之照射到光电检测器上，这样随着光量强度不同而发生相应的变化，从而读出存储单元存储的数据值，并以电信号形式表示出来。 由于激光光束可以聚焦到很小的直径上，精确度高，写入数据密度也高，这样能存放容量更大的信息，这是多媒体存储信息所必需的。,6.1 光存储技术概述,6.1.2 光存储的特点 1数据存储容量大 目前规模生产的光盘比特字长约为0.4(DVD光盘)。正在研究开发的蓝光光盘信息符的长度将降至0.2。 2保存时间长 盘基及记录介质均由性能稳定的材料制成，常温下保存时 间在100年以上。 3生产成本低 只读盘上的信息在注塑过程中模压在盘基上。复制过程中 盘片所需的加工周期仅2s左右。按现有设备工艺材料水平计 算，只读光盘每兆字节的生产成本低于0.1分钱。一次写入光盘 每兆字节的成本也仅0.2分钱左右，是最廉价的信息记录载体。,上一页 下一页,6.1 光存储技术概述,6.1.3 光存储的类型 1只读型光存储系统 只读型光存储系统是厂商以高成本制出母盘后，大批压制 出来的。常用于存储固定的软件、数据或多媒体信息。 2一次写型光存储系统 与只读型光存储系统相比，具有记录内容取决于用户的优点。 3可重写型光存储系统 可重写型光存储系统是新一代的光盘存储技术，介质材料 发生物理特性改变都是可逆的变化，既可以多次录入，也可多 次擦除重写，适合作计算机外存储设备。,上一页 下一页,6.1 光存储技术概述,6.1.4 光存储技术指标 1存储容量 存储容量是指能存储在光盘中的信息容量，是最常用、最 重要的性能指标之一。光存储技术包括存储介质和编码方法两 个核心问题，改变存储介质可以提高光盘容量。 2平均读取时间 读取时间包括光头移到指定的数据轨道的时间、旋转时间及单 位数据到位后把数据从CD盘片上载入驱动器的缓冲区的时间。 3数据传输速率 数据传输速率是指单位时间内光盘驱动器输出的数据比特数。,上一页 返回,6.2 CD-ROM光盘系统,6.2.1 CD-ROM光盘的结构 标准的CD-ROM盘片是双面盘，一面专门用来印制商标，另一面用来存储数据。 盘片的直径为120mm(4.72英寸)，中心装卡孔为15mm，厚度1.2mm，重量约为1418g。,下一页,6.2 CD-ROM光盘系统,在盘片的上层(印有商标和产品名称的一面)是一层涂漆的保护层(注意在盘片放入CD-ROM驱动器时，该面要朝上)。它是用来保护光盘中的反射层及染料层防止信号被破坏。材料为光固化丙烯酸类物质。另外现在市场使用的DVD+/-R系列还需在以上的工艺上加入胶合部分。 第二层是铝反射层，当驱动器读光盘时，用来反射激光光束, 读取光盘片中的资料。其材料为纯度为99.99%的纯银金属。,下一页,6.2 CD-ROM光盘系统,第三层是用聚碳酸酯压制成型的透明衬底，同时压制出的预刻槽用于光道径向定位，它还是整体个光盘的物理外壳。CD光盘的基板厚度为1.2mm、直径为120mm，中间有孔，呈圆形，它是光盘的外形体现。光盘之所以能够随意取放，主要取决于基板的硬度。 信息通常存储在光道（记录层）上。工作原理是在基板上涂抹上专用的有机染料，以供激光记录信息。由于烧录前后的反射率不同,经由激光读取不同长度的信号时,通过反射率的变化形成0与1信号，借以读取信息。 目前，一次性记录的CD-R光盘主要采用(酞菁)有机染料，当此光盘在进行烧录时，激光就会对在基板上涂的有机染料，进行烧录，直接烧录成一个接一个的“坑“，这样有“坑“和没有“坑“的状态就形成了0和1的信号。,下一页,6.2 CD-ROM光盘系统,6.2.2 CD-ROM驱动器 1CD-ROM驱动器的种类 (1)内置式CD-ROM驱动器 内置式CD-ROM驱动器直接安装在主机箱支架上，通过使用 标准四线电缆及插头接上电源后使用。 (2)外置式CD-ROM驱动器 外置式CD-ROM驱动器独立安装在主机箱外 部，不能直接安装在计算机机箱内，它需要外 接电源并通过专用的SCSI接口卡(插在计算机 内部扩展槽中)，用数据电缆和接口卡相连。,6.2 CD-ROM光盘系统,2CD-ROM驱动器的结构 CD-ROM驱动器系统主要由激光头、控制系统、EFM解调、错误检测和校正处理等几部分组成。 其中激光头(Optical Pickup)是CD-ROM驱动器的关键部件，它的功能是把存储在CD-ROM上的信息转换成电信号。,6.2 CD-ROM光盘系统,3CD-ROM驱动器的性能指标 (1)存储容量 CD-ROM的存储容量随光盘的不同而有所差别，一般约为650MB左右。 (2)数据传输率 CD-ROM驱动器的基本传输速率为150KB/s，该速度为光盘驱动器读盘的基速， (3)误码率 误码率(Bit Error Ratio，BER)是指读盘错误概率。,6.2 CD-ROM光盘系统,4CD-ROM驱动器的安装 (1)关掉主机及外部设备的电源。 (2)拔下供电电源插头。 (3)打开机箱，卸下一个空闲的用于安装5.25英寸驱动器的挡板，将光驱固定在适当的位置。 (4)连接光驱的电源线、数据线。 (5)检查无误，盖好机箱。 (6)插上供电电源插头，打开电源，重新开机。,上一页 返回,CD-ROM即只读光盘存储器。这种光盘只能写入数据一次,使用通过时光盘驱动器读出信息。 VCD (全称：Video CD)，是一种在小型光盘（Compact Disk）上存储视频信息的标准。VCD可以在个人电脑或VCD播放器以及大部分DVD播放器中播放。 VCD标准由索尼、飞利浦、JVC、松下等电器生产厂商联合于1993年制定，属于数字光盘的白皮书标准。 DVD是一种光盘存储器，DVD与CD的外观相似，直径都是120毫米。和CD不同，DVD于一开始已被设计为多用途的光盘。原始的DVD规格里共有五种子规格： DVD-Video：用作储存影像 DVD-Audio：用作储存音乐 DVD-ROM：用作储存电脑资料 DVD-R：只可写入一次的盘片 DVD-RAM：可重覆写入的盘片,6.3 VCD和DVD,6.3.1 VCD VCD盘上的声音和电视图像都是以数字的形式存储的。 1VCD的标准 按照Video CD 2.0，VCD应该具有下列特性： 单片VCD盘片可以存储74分钟的影视节目，图像具有MPEG-1的质量，即VHS(Video Home System)的质量。 NTSC制式为35228830，PAL制式为35228825，声音的质量符合MPEG Audio Layer 2(MP2)的标准。,下一页,6.3 VCD和DVD, VCD播放机除了能播放VCD盘外，还可以播放CD-DA盘、Karaoke CD盘、CD-ROM XA盘以及部分CD-I盘，具有正常播放的功能。 交互性。在VCD中并没有对交互性给出一个具体的规定，因此VCD交互性能强弱完全取决于播放系统的功能和VCD节目自身。,上一页 下一页,6.3 VCD和DVD,2VCD播放系统 (1)计算机光驱与相应播放软件以计算机光驱作为硬件基础，再辅以相应的软件(如豪杰超级解霸Hero 3000)即可播放VCD碟片。 (2)VCD播放机 VCD播放机实际上是激光唱机和VCD适配器综合起来的播放 设备，如加上电视机就构成一个VCD播放系统。 以上各种播放系统中，其核心部分均是由CD驱动器(可以是 CD-DA，CD-ROM或CD-ROM XA等)、MPEG解压卡和微处理器三个部 件组成，其工作流程简单描述如下：从CD盘读出串行MPEG数据,上一页 下一页,6.3 VCD和DVD,流和其他控制信号。按照MPEG标准，MPEG数据流包含有系统层 和压缩层数据，系统层包含定时信号、图像和声音的同步信号 等信息；压缩层包含压缩后实际的电视图像和声音数据。这个 复合的数据流通过MPEG数据流分析器分析后，将声音和图像分 别送到MPEG-Video译码器和MPEG-Audio译码器，经解压处理后 送到各自的数/模转换器(DAC)。其中电视图像还要经NTSC/PAL 编码器后才能在电视机上显示，而声音可以通过卡拉OK处理 器，通过功率放大器放大后去推动喇叭。,上一页 下一页,6.3 VCD和DVD,6.3.2 DVD 1DVD光盘的物理结构 DVD的全称是Digital Video Disc，从它的名字我们就可以看出来它的用途就在于数字影像。 DVD光盘是一种能存储高质量视频、音频信号和超大容量数据的光盘媒体产品。 CD最小凹坑长度为0.83m，道间距为1.6m，采用波长780nm790nm的红外激光器读取数据；而DVD的最小凹坑长度仅为0.4m，道间距为0.74m，采用波长635nm650nm的红外激光器读取数据。 DVD光盘按结构及容量分为单面单层DVD-5、单面双层DVD-9、双面单层DVD-10和双面双层DVD-l8，其存储容量分别为4.7GB，8.5GB，9.4GB及17GB。,上一页 下一页,6.3 VCD和DVD,2DVD的格式 DVD-Video：在大部分家用DVD机DVD-ROM及装有MPEG-2解码 卡的计算机上都可以读取，播放时间为2小时15分，影片格式为 MPEG-2。 DVD-R：可读取多种CD格式。用DVD-R刻录出来的碟片可以由 DVD-ROM及家用DVD机读取，但与DVDRW不相容。这种格式的容 量为3.95GB(只可以写一次)。,上一页 下一页,6.3 VCD和DVD, DVD-RAM：DVD-RAM机是唯一可以读取DVD-RAM格式的机种， 但与CD的兼容性相当高，而每片DVD-RAM可以储存超过2.6GB资 料。另外，DVD-RAM格式得到多家厂商支持，也是市场上最常见 的一种DVD刻录机。 DVD-ROM：可读取CD-ROM，在计算机上使用，是第二代DVD- ROM的标准格式，较新的机种更具备读取DVD-RAM功能，每面容 量为4.7GB。 DVD-RW：用DVD-RW写出来的碟片可供DVD-ROM及家用DVD读 取，但与DVDRW及DVD-RAM不相容。这种格式的容量为3.95GB，由Pioneer开发。,上一页 下一页,6.3 VCD和DVD, DVDRW：普通的DVD-ROM也可读取这种格式的碟片，但DVD RW不能读取DVD-RAM碟，而且与CD的格式及相容性仍有待研 究。这种格式的容量为3GB，由SONY及Philips共同提出。 MMVF：MMVF格式是由NEC提出，与其他DVD机的相容性仍有待 研究，它的容量为5.6GB。 3DVD与VCD的比较 DVD采用了新的视频压缩技术，并对数据引入加密算法，与 VCD相比，它具有更大的存储容量。DVD和VCD的主要技术参数比 较如表6-1所示。,上一页 返回,6.4 光盘刻录技术,6.4.1 光盘文件的主要规范 1红皮书(Red Book)规范 红皮书是CD标准的第一个文件，用于CD音乐的规范。发表 于1981年，红皮书详细规定了CD-DA光盘的尺寸、物理特性、数 据编码和错误校正方法等。 2黄皮书(Yellow Book)规范 1989年正式被国际标准化组织制定为ISO 9660标准，即黄 皮书规范。ISO 9660规范以红皮书为基础，详细规定了CD-ROM 基本数据格式，其核心思想是将光盘数据以数据块方式组织， 专用于存储计算机数据或软件。,下一页,6.4 光盘刻录技术,3绿皮书(Green Book)规范 绿皮书是1981年为交互式光盘CD-I(CD-Interactive)制定 的技术标准。交互式光盘CD-I将高质量的静止图像、图形、动 画、声音及文本以数字格式存放在CD-ROM光盘上，主要用于家 庭娱乐交互式多媒体播放系统。 4橙皮书(Orange Book)规范 橙皮书规范允许在CD-R(Compact Disk Recordable)光盘的 空白部分多次写入数据，直到剩余空间用完为止，但不能擦除 以前写入的数据。,上一页 下一页,6.4 光盘刻录技术,5蓝皮书(Blue Book)规范 蓝皮书规范目前已被橙皮书规范完全取代，橙皮书规范已 成为CD-WORM光盘的正式标准。 6白皮书(White Book)规范 1992年从绿皮书演化而来，光盘类型为CD-V光盘，针对 VCD(Video Compact Disk)光盘制定的标准，采用MPEG压缩算法 压缩音频与动态图像。目前VCD 1.0和VCD 2.0光盘节目均采用 白皮书规范。,上一页 下一页,6.4 光盘刻录技术,6.4.2 数据光盘的制作 1整理要刻录的文件、文件夹 将需要刻录的文件进行整理，统一放入一个文件夹。 2打开刻录软件 文件整理完毕后，将刻录盘放到光盘刻录机中。选择“开 始”|“程序”| Nero 7 Demo | Nero StartSmart命令，启动 刻录软件Nero Express程序。 3选择制作数据光盘 将鼠标移向收藏夹，进入智能启动窗口“收藏夹子类”，,上一页 下一页,6.4 光盘刻录技术,单击“制作数据光盘”按钮。 4增加、删除刻录数据 打开“把数据加入光盘”的对话框，单击“添加”按钮， 弹出 “添加文件和文件夹”对话框，选择要刻录的文件，选择 好后单击“添加”按钮，添加一个后可继续选择添加直至全部 选择好，单击“关闭”按钮。,上一页 下一页,6.4 光盘刻录技术,5刻录 确认无误后，单击“下一步”按钮，弹出“最终刻录设 置”对话框。根据内容给光盘取个名字。在该对话框中，下方 还有两个复选框：“刻录后检验光盘数据”和“允许以后添加 文件(多区段光盘)”，这两项在刻录之前一定要注意一下， “刻录后检查光盘数据”，对于光盘是否刻录成功的检查比较 重要，通常情况下建议保持默认选择。设置好后，单击“刻 录”按钮，开始刻录光盘。,上一页 下一页,6.4 光盘刻录技术,6.4.3 音频和视频光盘的制作 1音频光盘的制作 注意在刻录过程中以低速刻录，否则容易出现音爆(CD光盘 在播放过程中读取错误信息而产生爆音)。以Nero Express为例 制作音频光盘。操作步骤如下： (1)选择“开始”|“程序”| Nero 7 Demo | Nero StartSmar 命令来启动刻录软件Nero Express程序。将鼠标指针移向收藏 夹，进入智能启动窗口“收藏夹子类”，单击“制作音频光,上一页 下一页,6.4 光盘刻录技术,盘”按钮。 (2)弹出“我的音乐CD”对话框，在该对话框中单击“添加”按 钮，弹出“添加文件和文件夹”对话框，选择要刻录的文件， 选择好后单击“添加”按钮。 (3)单击“下一步”按钮，弹出“最终刻录设置”对话框。选择 刻录机，输入光盘的标题。 (4)将空白刻录盘放入刻录机内，单击“刻录”按钮开始刻录， 刻录完毕后取出光盘。 2视频光盘的制作,上一页 下一页,6.4 光盘刻录技术,Nero Express Essentials具体操作步骤如下。 (1)选择“开始”|“程序”| Nero 7 Demo | Nero StartSmart 命令来启动刻录软件Nero Express程序。将鼠标移向收藏夹， 进入智能启动窗口“收藏夹子类”，单击“制作VCD”按钮。 (2)弹出“未命名项目”对话框，在“你想要做什么?”列表框 中单击“添加视频文件”命令。 (3)弹出“打开”对话框，选择刻录软件支持的视频文件。注 意，视频文件大小不能超出刻录光盘的容量。 (4)选中后，单击“打开”按钮，将会打开一个分析媒体文件进,上一页 下一页,6.4 光盘刻录技术,度条窗口。 (5)视频文件添加好之后，单击“下一个”按钮，将弹出 “选 择菜单”对话框，在该对话框中选择使用菜单的类型，也可单 击“编辑菜单”来编辑菜单。 (6)设置好后单击“下一个”按钮，弹出“预览”对话框。在刻 录前可以预览视频文件的效果。 (7)单击“下一个”按钮，弹出“刻录选项”对话框。可以重