第六章 多媒体存储技术.ppt

第6章多媒体存储技术 第一部分存储技术的发展 随着宽带网的普及 数百MB甚至上GB容量的软件 游戏 电影等在几分钟内就可以拷贝到硬盘里面 但是几部影片的容量就会把现在的硬盘塞满了 因此业界人士认为 全球硬盘产业的发展有望在传统硬盘的基础上进行更深层次的拓展 它将遵循 容量更大 速度更快 使用更安全 这条不变的规律前进 同时还将会在原有传统存储的基础上开创出硬盘存储的新方式 最明显的体现就是移动存储越来越普及 存储因移动而美丽 移动办公的日益兴起 对移动存储的需求不断提高 1 44MB的软盘早已不能满足人们的贪婪需求 各种大容量移动存储设备应运而生 如较早出现的大容量软盘 不断发展变化的活动硬盘 日渐红火的光介质存储以及新一代基于闪存介质的存储设备 等等 大容量软盘 ZIP 最早推出的大容量软盘 提供100MB和250MB两种类型 内置250MB驱动器大约为1000元 数据传输速率为1 4MB s LS 120是ZIP的主要竞争对手 容量为120MB 优势是兼容普通软盘 但正因为兼容普通软盘 传输速率仅为565KB s SuperDisk也是当今市场上的一种主流大容量软驱 目前容量为120MB 兼容1 44MB的普通软盘 读写120MB盘片时为290KB s 而读普通的1 44MB盘片时为55KB s ZIP和LS 120这两类为市场主流产品 而SuperDisk的加入让大容量软盘市场的格局发生些许变化 从双雄争霸到三国鼎立 移动硬盘 渴望 瘦身 硬盘尺寸从3 5英寸全面走向2 5英寸后 又出现了1 8英寸硬盘硬盘接口从USB1 1 12Mbps 到USB2 0 480Mbps 和1394 FireWire 接口 400Mbps MO MD MO是磁光盘 Magneto OpticalDisk 的简称 它集中了软盘 便携 光盘 不易失 硬盘 大容量 三种流行介质的大部分优点 MO盘片外观形状大小同3 5 软盘相似 但外壳里边的磁性基质不是软性的 而是象光盘一样的盘片 一般的容量为640M和1 3G 富士通640MBMO盘片的价格为50多元 闪存 闪存 FlashMemory 是一种半导体存储芯片 在不加电的情况下数据也不会丢失 Flash存储芯片的读取速率当前最高也仅能达到800KBps 而写入速率更低 仅为600KBps 闪存必须通过各种接口与设备连接 与电脑连接最常用的接口有USB PCMCIA等 与数码设备连接则有专用的接口和外形规范 如CF SM MMC SD MemoryStick等 其中应用面最广 扩展能力较强的是CF和MemoryStick 常见闪存卡 规划最大容量8GB 闪存的尺寸 从左至右分别是CF卡 SM卡 SD卡和xD卡 新 旧移动存储时代 从打孔机到5寸软盘 3 5寸软盘 光盘 可擦写光盘 MO ZIP 这属于一个旧移动存储时代 具有以下特点 1 存储介质与驱动器是分离的 其目标计算机必须有兼容的驱动器 2 容量偏小 在1G以下 3 不支持热插拔和即插即用 移动硬盘 闪存的出现 标志着新的移动存储时代到来 第二部分多媒体的存储 一 光盘存储系统二 多媒体数据库三 网络存储技术 一 光盘存储系统 只读光盘光盘的读取可写光盘 光盘存储系统概述 存储设备种类内存 ROM RAM 外存 模拟存储器 数字存储器 光存储设备的诞生1877爱迪生1880留声机 唱片1948LP 1958stLP1970PolygramMD1972PhilipsLaserVision1982Philips SonyCD DA CD 1982年 Philips和Sony把用 1 和 0 表示的声音信号记录到以塑料为基片的金属圆盘上 由于这种塑料金属圆盘很小巧 所以用了英文CompactDisc来命名 这种盘又称为数字激光唱盘 CompactDisc DigitalAudio CD DA 盘 红皮书 CD FD MD CD ROM 但从CD DA过渡到CD ROM有两个重要问题需要解决 计算机如何寻找盘上的数据 要求它的错误率 10 12 远远小于声音数据的错误率 10 9 而现成的CD DA技术不能满足这一要求 因此还要采用错误校正技术 于是就开发了 黄皮书 Yellow 标准 声音 数据 CD系列标准 CD DA存放数字化的音乐节目CD G存放静止图像和音乐节目CD V存放模拟的电视图像和数字化的声音CD ROM存放数字化的文 图 声 象等CD I存放数字化的文 图 声 象 静止的 动画等CD IFMV存放数字化的电影 电视等节目卡拉OKCD存放数字化的卡拉OK节目VideoCD存放数字化的电影 电视等节目Photo CD存放的主要是照片 艺术品 CD系列发展史 1 CD系列发展史 2 1995年 Sony Philips财团伙同Toshiba TimeWarner财团联手推出DVD标准 单面单层DVD盘片应该能够存储4 7GB 千兆字节 的数据 单面双层盘片的容量为8 5GB 1997年 VCD产业的最大受惠者C CUBE预感到VCD危机 但其在DVD技术上并不领先 故联合一些厂家推出CVD标准2002年 蓝光DVD和MPEG4两大阵营争抢中国DVD市场企图建立新的DVD标准2003年 蓝光DVD开始投产 铝反射层 看起来是银白色的 所以把它称为 银盘 反射层是金的盘称为 金盘 CD盘片结构 螺旋型光道 原版盘制作 DVD盘和CD盘之间的尺寸差别 CDDVD蓝光DVD 可见光光谱 380纳米 780纳米 紫外线 红外线 DVD的激光源 常规的CD播放机和CD ROM驱动器采用波长为780nm的不可见红外光来读出盘上的信息 为了把光道距离和信息记录凹凸坑的长度和宽度做得更小 DVD刻录机和播放机就需要采用波长更短的激光源 这是因为光学读出头的分辨率和激光波长成反比 红色激光 增加盘的数据记录面积 单面单层 单面双层 多阶存储技术 用 0 和 1 这两种状态来进行存储的方法称为二阶存储 每个信息符可保存1bit的数据 所谓多阶存储 就是在同一个信息符上记录8种数据状态 0 1 2 7 具体的实现办法有很多种 可以利用信息坑的深度进行分阶 也可以利用材料的反射率变化得到多阶 每个信息符可以保存3bit的数据 从这个意义上来说 采用多阶刻录技术可以将普通光盘的容量扩大到3倍 2GB 650MB 3 中国的专利技术 多波长存储技术 多波长存储方法是将每个平面床位改为多层床位 例如 面积为60平米的房间 每个床位占据2平米 这样一栋房间里可以存储60 2 30bit的数据 提高容量的传统方法是缩小每个床位所占据的空间 如果每个床位占据1平米 那么一栋房间里可以有60个床位 存储60 1 60bit数据 多波长存储方法是将每个平面床位改为多层床位 如双波长存储就好比旅馆房间里都使用大学宿舍里那种上下铺床位 容量将提高一倍 中国的专利技术 100GB容量光盘不是梦 缩小信息符尺寸 采用多阶存储与采用多层存储之间并不矛盾 如果三种方法使用 可以实现光盘单盘容量100GB 2002年11月28日 清华大学研制的多波长多阶存储技术及实验系统通过了专家鉴定 中国的专利技术 光盘存储系统 只读光盘光盘的读取可写光盘 CD ROM驱动器的工作原理 CD ROM其实是从CD演变出来的 CD是将模拟数据通过光刻机 在光盘上刻出一个个小坑 然后在另一面涂上反光材料 就制成了CD 数据CD或音乐CD 而音乐CD和数据CD区别就是音乐CD仍要把数字信号转变成模拟信号输出 而电脑用的数据CD仍是输出数字信号 从CD ROM光头射出来的激光照到盘片平的地方和小坑的地方反射率不同 这时在激光头旁边的光敏元件感应到有强有弱的反射光 就产生高低电平输出到光驱的数字电路 而高电平和低电平在计算机中分别代表0和1 光盘读取原理 主要性能指标 1 数据传输率 指光驱在1秒时间内所能读取的数据量 用k字节 秒 kbps 表示 该数据量越大 则光驱的数据传输率就越高 双速 四速 八速光驱的数据传输率分别为300kbps 600kbps和1 2Mbps 以此类推 2 平均访问时间 又称平均寻道时间 是指CD ROM光驱的激光头从原来位置移动到一个新指定的目标 光盘的数据扇区 位置并开始读取该扇区上的数据这个过程中所花费的时间 一般说来 4速及更高速度光驱的平均访问时间至少应低于250ms 3 CPU占用时间 指CD ROM光驱在维持一定的转速和数据传输速率时所占用CPU的时间 以上指标是衡量CD ROM光驱内在性能的三个重要因素 至于光驱的盘片格式 转速 品牌 容错性及产地等因素都是次要的 VCD播放机的典型结构 DVD播放系统的基本结构 光盘存储系统 只读光盘光盘的读取可写光盘 CD R CD W CD R的全称为CD Recordable 译作 可记录式CD CD RW的全称为CD ReWritable 译作 可重写式CD CD RW与CD R主要的不同在于盘片的可写入次数上 CD R盘片上的介质只允许写入一次 写入的数据无法再修改 而CD RW盘片上的介质则允许写入1200次左右 数据可以再修改 至于其他方面 如物理尺寸与厚度等都与CD ROM盘片相同 刻录光盘的原理 只读光盘利用盘片上的凹槽记录 0 和 1 的信息 而可写光盘不是利用凹槽记录 是利用盘片上的不同区域对激光的反射率不同记录信息 CD R在盘片中采用了类似照相机底片的感光材料 CD RW采用可逆结晶材料 盘片结构 刻录光盘 一般市场上的刻录盘从颜色可以分为四类 绿盘 蓝盘 金盘和金绿盘 它们的不同只不过是使用了不同颜色的有机染料 刻录盘的价格除了高质量的金盘以外 其它的三种刻录盘在价格上也相差无几 一般都在2至3元 绿盘 绿盘是市场上最早看到的刻录盘 它所用的是一种被称为青色素的有机染料 由于它是一种青蓝色的感光材料 当它与刻录盘反射层上的金黄色混合以后 从数据面上看上去就变成了墨绿色 这就是我们称其为绿盘的原因 蓝盘 同绿盘相比 蓝盘具备更多的存储优势 蓝盘是使用较多的一种刻录盘 因为它可以长期保存数据 且价格不贵 可以用来保存重要资料 蓝盘之所以显出蓝色是因为在它使用的有机染料中含有一定量的金属 所以染料显出蓝色 这些金属参与调合有机染料 使蓝盘可以同价格较低的银质反射层配合 所以不会造成刻录盘反射率过低的问题 金盘 金盘反射层中的确含有黄金 但是更重要的是它使用了一种淡黄色的染料 这层淡黄色的有机染料与反射层中的金色混合 不仅使得数据面看起来呈金黄色 而且对数据起到了很好的保存作用 金盘具有更好的抗光性和稳定性 可以长时间保存而不会产生异变 所以很多想把录影带转刻成VCD光盘而长期保存的人都会用金盘来刻 它也是最容易在VCD机中使用的刻录盘 金绿盘 严格的来说金绿盘不过是一种经过改良后的绿盘 为了解决绿盘对强光过于敏感的毛病 在绿盘使用的染料中加入了一些不易感光的材料 这样它的颜色比以前的绿盘淡了很多 并且带一点金色 这就是金绿盘 它的保存时间比绿盘长了很多 也继承了绿盘兼容性好的特点 刻录盘的保存期 MITSUI4 7GB单面DVD R光盘 保存期70年Pioneer4 7GB单面DVD R光盘 保存期70年BASF4 7GB单面DVD R光盘 保存期70年TDK4 7GB单面DVD R光盘 保存期70年 MAX3 95GB单面DVD R光盘 保存期70年 松下DVD RAM5 2GB双面5 2GB 用于DVD RAM 保存期50年 相变式可重写 松下DVD RAM9 4GB双面9 4GB 用于DVD RAM 保存期50年 相变式可重写 光盘刻录软件 两大主流 美国Adaptec公司开发的刻录软件EasyCDCreator DirectCD与德国Ahead公司开发的刻录软件NeroBurningRom NeroInCD是被光盘刻录机厂商捆绑得最多的几款刻录软件 它们同时也是目前功能最齐全的刻录软件 杂牌军 FunCD WinOnCD Gear CDRWIN Videopack DiscJuggler CloneCD 第二部分多媒体的存储 一 光盘存储系统二 多媒体数据库三 网络存储技术 二 多媒体数据库 多媒体数据库基础知识多媒体数据的检索技术 数据管理的不同阶段 文件形式直接存储 文件夹 影集 磁带 录像带数据库形式的存储 将数值 文本 图片甚至视频存储到统一 集中的数据库基于网络的分布式数据库存储 在地理分布上不同的数据库存储系统协同工作 传统数据库信息表示 计算机的世界 真实世界 设计者的映射 表示法 传统数据管理的前提 数据的规范化 数据库的设计者必须把真实的世界抽象为整数 实数 定长字符等规范数据 对规范化的数据实施计算机管理 将数据存储到合适的数据库中 对所有这些数据进行分析 进一步可以得出结论 数据库技术的革新 在传统的数据库技术中 诸如声音 视频之类的信息通常依靠人工进行规范性成数值 文本等简单信息 在这个过程中会造成一定程度的信息损失 而将各种媒体信息直接存储到数据库中则可以避免这个问题 随着多媒体计算机技术的不断发展 提供了对多媒体信息进行直接存储和处理的可能性 多媒体数据库的信息表示 计算机的世界 真实世界 投影 表示法 图像 声音 视频 多媒体对数据库的影响 多媒体的数据量很大 从而会影响数据库的组织和存储的方法 由于多媒体的媒体数据种类较多 而且随时可能扩充 这就要求数据库管理系统应易于扩充并保证用户操作媒体的方式不变 多媒体不仅改变了数据库的接口 使其图 文 声并茂 而且也改变了数据库的操作形式 特别是查询方法 不能用字符查询 应是语义查询 然而不同媒体很难用统一语义描述 多媒体事务有长有短 如播放一个小时的影片 数据库管理系统应保证不中断 就要求数据库管理系统具备处理长事务的能力 什么是多媒体数据库 不仅需要对传统的规范数据进行管理 还需要完成对图片 声音 视频等多媒体信息的管理解决各种媒体信息的存储 显示 分析处理等等一系列的工作 多媒体数据库的设计难点 数据的组织和存储媒体种类的增加加大了数据处理的难度多解查询问题用户接口的支持互联网上多媒体信息的分布存在处理效率版本控制 服务质量等问题 传统数据库的三层模式 数据库 物理模式 概念模式 外部模式 外部模式 外部模式 用户 用户 用户 多媒体数据库的层次示意 多媒体用户接口层 用户 第4层 概念数据模式层 第3层 存取与存储数据模型层 第2层 媒体支持层 第1层 多媒体数据库的一般结构形式 联邦型集中统一型客户 服务器型超媒体型 多媒体数据库体系结构 1 多媒体数据库体系结构 2 多媒体数据库体系结构 3 两种可以见到的多媒体存储方式 多种媒体的数据保存在独立的文件中 在数据库中存储该文件的位置 在本地计算机硬盘中的位置 在互联网上的URL 媒体数据直接以二进制数据的形式存在数据表的某一个字段中 依靠指针技术进行访问 假 实际上到目前为止主要存储的是图像 二 多媒体数据库 多媒体数据库基础知识多媒体数据的检索技术 基于关键字的检索 检索 在数据库中表现为查询 例如 select from我的表where我的字段 hello 一般情况下采用关键字的检索 关键字检索技术在实际应用中表现出重要意义多媒体数据则是连续的 形式多样的 海量的信息 并且多媒体数据 如图像 视频 在不同的人眼中可能有不同的理解 要把所有不同的解释都用关键字 文本或数字 来表示是不可能的 基于内容的检索 基于内容的检索是指根据媒体和媒体对象的内容及上下文联系在大规模多媒体数据库中进行检索 它的研究目标是提供在没有人类参与的情况下能自动识别或理解图像重要特征的算法 目前 基于内容的多媒体信息检索的主要工作集中在识别和描述图像的颜色 纹理 形状 空间关系上 对于视频数据 还有视频分割 关键帧提取 场景变换探测以及故事情节重构等问题 MPEG7 MPEG7力求能够快速且有效地搜索出用户所需的不同类型的多媒体资料 MPEG7将对各种不同类型的多媒体信息进行标准化的描述 并将该描述与所描述的内容相联系 以实现快速有效的搜索 该标准不包括对描述特征的自动提取 它也没有规定利用描述进行搜索的工具或任何程序 其正式的称谓是 多媒体内容描述接口 MPEG7可独立于其它MPEG标准使用 但MPEG4中所定义的对音 视频对象的描述适用于MPEG7 这种描述是分类的基础 另外我们可以利用MPEG7的描述来增强其它MPEG标准的功能 小结 多媒体数据库不等于多媒体 数据库广义的多媒体数据库技术包含了网络技术 分布式存储技术等多媒体数据库对数据进行存储和处理的时候不可避免需要提炼各种媒体信息的知识 第二部分多媒体的存储 一 光盘存储系统二 多媒体数据库三 网络存储技术 网络存储思想的来源 将电话本放置在MAIL服务器上将重要的文件放置在bbs服务器上把手机上的通讯簿存放在PC机上将自己计算机上的音乐文件共享给其他的用户 网络存储的重要意义 现在许多大型网站每天要接受上千万