DVD的基本知识结构和工作原理ppt课件

DVD的基本知识 结构和工作原理 1 一 DVD的产生及特点 DVD是DigitalVideoDisc 数字视频光盘 的意思 DVD不仅可以存储影视节目 也可以存储其他数据 1995年形成两种技术 1 东芝公司 超密度数字光盘 SDCD 2 索尼飞利浦公司 高密度多媒体光盘 HDM MCD 这两种格式互不兼容 在IBM的协调下 于1995年12月正式形成了DVD的标准 1 数字光碟技术的新发展 2 3 2 DVD技术概念 DVD包括 DVD盘片 DVD驱动器 DVD播放机 1 DVD盘片 包括DVD Video DVD Audio DVD ROM DVD RAM 及DVD R DVD Video 主要用于记录图像信息 DVD Audio 主要用于记录比CD唱盘质量更高或时间更长的音乐节目 DVD ROM 是以PC为代表的只读存储媒体 是CD ROM的大容量版本 DVD RAM为可擦写式光盘 DVD R是一次性的写入光盘 4 2 DVD驱动器 主要包括DVD ROM驱动器 DVD RAM驱动器 DVD R驱动器和DVD PLAYER机 3 DVD播放机 包括用于视频的DVDVideoPlayer 其它媒体的记录 媒体中提及的DVD播放机一般是指视频播放机 为了防止非法复制 保护电影的版权 采用了区域码系统 全球分为6个区 中国大陆为6区 5 1 容量大 单面单层达4 7G 2 DVD可记录图像 也可记录数据 而且数据的读出码率较高 CD ROM 150KB S DVD ROM 1385KB S是CD的9倍 3 两种格式DVD与统一后的比较 DVD存储容量大 对图像和声音采用了不同于VCD的压缩标准 使DVD的图像 声音质量得以提高 3 DVD的特点 6 图像方面 采用MPEG 2 使图像的清晰度达到500线 音质方面 采用AC 3 5 1声道 和MPEG 2的音频编码 DVD有8种不同的语言 32种不同的字幕 容纳不同结局版本的电影 4 DVD与VCD CD的比较 主要区别 1 激光头不同 2 解码电路的不同 7 8 DVD功能 超储存能力 DVD技术的基础是DVD片 有超乎寻常的存储能力仅单面单层碟片存储能力达到135分钟播放时间 由于DVD片的大容量 使得DVD播放机拥有专业级的视听表现 高清晰图象 在视频方面 DVD的分辨率高达500线以上 拥有丰富的色彩饱和度以及逼真的回放效果 将现有的大屏幕彩电的优越性显露无遗 这种高清晰度的惊人画质是DVD最吸引人的地方 强立体声效 DVD的音频采用杜比5 1声道环绕立体声式Lpcm 这是当今最先进的音响环绕技术 并且和美国各大影片公司所采用的录音标准相吻合 9 DVD功能 人机互动性 DVD影碟机具有多层次菜单功能 在播放过程中 操作者可以根据自己的兴趣爱好和倾向对播放的故事情节自由选择多种结局 以弥补单一结局的遗憾 多语言字幕和多语言配音 在高品质视听效果之外 DVD的多元化功能异常强大 以斯高柏公司的ZIVA DVD技术为例 DVD可以同时容纳8种语言的配音 和32种语言的对白字幕 多角度观赏功能 观众可以选择不同角度欣赏同一场景 如赛车 观众可以通过 角度 切换 把自己任意放在观众席 裁判席 驾驶座上 甚至还可以把自己 绑 在车底观看 使观众真正享受身临其境的乐趣 10 片段密码锁 这一功能又称 童锁 或父母管理功能 一部精彩而不失教育意义的好影片 却又不想让孩子分心 DVD的这一功能解除了您的后顾之忧 使孩子免受 精神污染 多格式画面 DVD的多格式画面功能可以让观众根据需要自行选择屏幕画面的宽高比是4 3 还是16 9 是宽银幕电影可以完整播放 并不改变原有画面的景物比例 应该注意的是 目前 DVD市场上又出现了融入Realsonic 丽声 数字音频专利技术的ZIVA 3DVD解码芯片 他们内置一个速度高达50Mip的DSP音频处理器 其速度和Intel的奔腾电脑芯片一样 从而使DVD的音频 视频首次实现100 数字比 和很多音频处理仍处于模拟阶段的影碟机之间顿时拉开了档次 DVD功能 11 DVD机输出的视频信号一般有两种形式 一种是复合视频信号输出 另一种是亮色分离视频信号输出 亮色分离信号一般是经由一个被称为 S端子 的端口输出 此外 目前有些DVD机还可输出分量视频信号 DVD机输出的数字音频信号一般是以同轴电缆或光纤的形式输出 其信号格式符合IEC958标准 12 LPCM格式的音频信号一般是以双路立体声的形式输出的 与CD相比 DVD碟片上录制的LPCM格式的音频信号具有更高的采样频率和量化比特数 杜比AC 3音频信号的输出形式有三种 一种是利用同轴电缆或光纤直接输出杜比AC 35 1声道环绕立体声数字音频信号 另一种是在机内将杜比AC 35 1声道的音频信号下混成两声道立体声信号输出 这是最基本的一种输出形式 还有一种是输出6个声道的杜比AC 35 1声道环绕立体声信号 这三种方式只要配接相应的音频功放和音箱 都可以获得高保真的环绕立体声效果 13 MPEG 2格式的音频信号能以双路立体声的形式输出 也可以以数字音频信号的形式输出 其声道多达8个 其环绕立体声效果一点儿也不比杜比AC 3差 有些DVD视盘机还能处理DTS格式的音频信号 该格式与杜比AC 3有些相似 但其音质更好 另外 一些DVD视盘机还具有多种虚拟环绕立体声效果 选用音频功率放大器时要注意与DVD机的音频信号输出形式相匹配 当DVD机有数字音频信号输出端时 可以选用一个带杜比AC 3数字解码器的音频功率放大器及6个音箱来作为DVD机的放音设备 这时要注意DVD机数字音频输出是同轴电缆输出还是光纤输出 当DVD机具有6个声道的杜比AC 35 1声道环绕立体声输出信号时 可选用一个6声道的音频功率放大器及6个音箱作为其放音设备 当DVD机只有两路摸拟音频信号输出时 可选用一个带杜比定向逻缉环绕声解码器的音频功率放大器及4个音箱作为DVD机的放音设备 14 DVD碟片上的内容一般划分为一个或多个标题 每个标题又可划分为一个或多个章节 一张碟片上的最大标题数为99 一个标题内的最大章节数为999 同一张碟片不同标题的播放特性可能有所不同 例如 在同一张碟片上 有的标题内没有多角度内容 而其它标题内则可能录制有多角度内容 再如 同一张碟片上有的标题内可进行编程播放 而有的标题内则无法进行编程播放 同一标题内其播放特性一般不会因章节不同而不同 15 例如 在同一张碟片上 有的标题内没有多角度内容 而其它标题内则可能录制有多角度内容 再如 同一张碟片上有的标题内可进行编程播放 而有的标题内则无法进行编程播放 同一标题内其播放特性一般不会因章节不同而不同 DVD机的有些功能是不能跨标题操作的 例如 在进行快进播放时 当一个标题播放结束进入下一个标题时 视盘机会改为正常播放 再如 一般的DVD机都有 重复A B 功能 即在碟片上根据需要选择两个时间点 重复播放这两个时间点间的内容 但一般无法在两个不同的标题间进行 重复A B 操作 也就是说所选的两个时间点一般要求在一个标题内 16 杜比AC 3是一种全数字化音频编码技术 它同以往的hi fi立体声和DOLBYSURROUND不同 是全新的一种声音技术 它提供6个完全独立的声道 除了5个全频带的声道外 还有一个效果声道 用来表现如爆炸声等特殊效果 俗称0 1声道 在AC 3的帮助下 我们不但可以听到分离度相当高的声音 还可以明显的感觉到电影那身临其境的三维效果 此时的音效比CD音效还要略胜一筹 不过要想达到此效果 你的硬件配置要够硬 除了6个杜比认证的全频带音箱外 还要有AC 3解码器 AC 3功放 AC 3线材 AC 3 17 强大的兼容性 为了能使DVD兼容CD VCD SVCD等等 DVD采用了两大核心技术 机芯和解码芯片 目前 DVD的信号读取方案常见的有四种 最先由TOSHIBA提出的单激光头单聚焦镜双聚焦点方案 PIONNER的单激光头双波长激束方案 SONY的双激光头双聚焦镜方案 18 解码芯片负责将激光头读取的信号进行解码处理 形象地讲 是将DVD碟片上的信号重新解压复原 解码芯片质量的高低 直接影响到清晰度高不高 音频处理是否100 全数字化等很多因素 19 稳定的可靠性 DVD采用RS PC ReedSolomonProductCode 纠错编码方式和8 16信号调制方式 纠错码 ECC 块长为16个记录扇区长度 38688个字节 对应光道上82 5344mm长度 若原始误码率为10 3 经纠错后 误码率可小于10 20 远远低于计算机所需的误码率10 12 20 21 22 1 DVD光盘的结构 外观与VCD CD相似 直径为12cm 厚度为1 2mm 但结构上存在较大的差别 1 DVD光盘上数据轨迹为0 74um 而CD VCD为1 6um 最小的凹坑长度为0 4 0 44um 而CD VCD为0 83um 可见DVD光盘比CD VCD光盘精密得多容量是CD VCD的7倍 二 DVD光盘的结构 23 24 2 外观上厚度一样 但实质存在差异 CD光盘采用的是单层结构 DVD光盘是两层0 6mm厚的衬底粘接在一起的 3 DVD光盘采用的是双层结构 双层DVD光盘由两片薄基板构成 中间采用U V粘结法连接 U V粘结法是利用紫外光和光致聚合树脂 使两层粘结在一起 第一层为半透明的金色板 金层 先读这一层 第二层呈现银色 银层 先读第一层再读第二层 无间隙的 25 26 1 双层 双面数据读取技术 DVD的巨大魅力在于它拥有超大的数据容量 DVD扩大容量采用了如下方法 1 缩小数据凹坑的大小与轨迹之间的距离 凹坑的长度 0 83um 0 4um 轨迹间距 1 6um 0 74um 2 采用双层双面读取技术 三 DVD的新技术 27 28 2 U V粘结薄碟基板技术 采用两块0 6mm厚的薄基板粘结的好处 1 抗翘曲的功能增强 2 激光头读取数据的距离缩短 3 MPEG 2数字图像压缩技术 MPEG 2是第二代活动图像压缩标准 在一张DVD碟片上如不加压缩只能存储不到4分钟的内容 所以需要进行压缩 一般的图像中有95 以上的视频数据是不必要的 MPEG 2可将95 的内容剔除 只留5 的作为基本的信息 29 MPEG 2的主要技术 1 基准画面完整编码记录 后面的画面仅编注不同之处 时域上的压缩 2 利用视觉心理特性删除人眼看不到的部分 频域上的压缩 据此以上两种定义了三种不同画面的帧 I P B MPEG 2的压缩方法分两步进行 1 对静止画帧中的画面复杂性进行分析 对复杂的分配较多的比特 简单的分配较少的比特 30 2 对各画帧之间的多余处进行分析 相同的不再编码 只对不同的部分 差值 进行编码 结果使传送的码率是可变的 最高为10Mbit S 而最低为1Mbit S 平均为3 5Mbit S4 杜比AC 3AC 3是杜比公司开发的新一代家庭影院多声道数字音频系统 称为AC 3系统或杜比5 1声道系统 有时简称AC 3 31 杜比数字AC 3系统是一种音频感觉编码系统 它提供的环绕声系统由5个全频域 全分离的声道和一个120Hz以下的超重低音频段组成 所以又叫5 1声道 5 短波长红色激光技术 1 CD VCD的激光器的波长为780nm 光点直径约为1 04um 2 DVD的激光器的波长为650 635 nm 光点直径约为0 6um 可用来读取尺寸为0 4um的DVD数据 32 3 目前正在研究的蓝色激光器波长为410um 33 6 双聚焦光拾取技术为了使DVD激光头能兼容VCD CD 使DVD激光头既能拾取DVD光盘上的信息 又能拾取VCD CD光盘上的信息 由于二者的盘片结构不同 主要解决基片厚度的循迹问题 在读取DVD光盘时 要求光点的直径更小 波长更短 数孔值增大 CD VCD时 波长780nm 数值孔径 NA值 0 45 光点直径1 6um 34 DVD时 波长635 650 nm 数值孔径 NA值 0 6 光点直径1 0um 所以减小光点直径有两种方法 减小波长 增大NA值 7 直接改写相态改变技术直接改写相态技术是一种激光器的记录方法 利用激光束来改变记录媒体的分子结构 结晶状态 媒体可反射光线相当于有凹坑的情况 非结晶状态 媒体散射光线相当于无凹坑的情况 35 所以 要改变DVD的数据 只要控制激光束使记录媒体的相态发生相应的改变就可以完成 不需要对原来的信号进行擦洗 只要改变为需要的相态分布即可 8 侧悬浮阻尼技术为了防止激光头组件直接装在机芯底座上震动的影响 在DVD机芯中 将激光头组件装在用几只橡皮加硅材料制成的缓冲装置再安装在底座上 使整个组件与底座之间呈现悬浮托挂的组合形式 36 9 数字学习伺服技术要使激光器光束精确地落在DVD碟上的数据信息轨迹上 其精确度要求比VCD CD高得多 数字学习伺服技术用数字方法使循迹伺服系统对每张碟片都进行检测 并对碟片上有的特性加以识别和记忆 以便在需要时进行有效调整而不会发生过度补偿 37 10 无缝平滑过度技术DVD碟片上的内容在观看时可进行分级观看 每种等级可观看的内容范围有所不同 如不采取措施 会因部分情节抽走后使播出的画面出现跳跃 观看时会觉得不舒服 如采用无缝平滑过度技术 使用淡入淡出手法 使其感觉前后连贯 不出现跳跃 38 11 DVD的声像同步技术和VCD一样 DVD在播放时也要求实现图声同步 同步的方法和VCD基本相同 都是采用时间标记来实现 1 SCR PCR的传输 为了同步采用SRC 系统时间基准 和SCF 系统时钟频率 SCR是个实时时钟 它的数值代表图象和声音的实际播放时间 以此为基准 指示出各个数据包的传送时间 用以保证图像和声音的同步 39 2 采用PTS DTS的标记在每一幅图像及其同时出现的声音之前加一个展示时标PTS PTS是重放输出的时间控制信息 在MPEG解码时内部的STC 系统时钟 PTS一致时将图像 和声音取出来重放 DTS 解码时间标记 是为了安排视频特殊编码码流的送出顺序 使解码时刻和再现时刻不同 当PTS和DTS不同时 需加这两种时间标记PTS和DTS 当PTS和DTS相同时 只需加PTS时间标记 40 所以DVD解码存在声图互锁的特点 这在维修时非常重要 12 DVD的编码格式DVD的编码格式规定为节目码流和传送码流两种 压缩后的基本码流与系统的信息一起组合 打包 产生打包基本码流PES 封包 并按两种方面形成节目码流 PS 和传送码流 TS 两路信号各自输出 PES包在与包长相 41 42 连处有值 10 的控制码与MPEG 1区别 1 节目码流 由共同时间基准的一个或多个PES组合而成 也可由多个共同时间基准的声音和图像基本码流编码成多节目码流 适用与相对无误码的环境 节目码流包是可变长的 节目码流的解码框图如下 2 传送码流 由带有一个或多个独立基的一个或多个节目组合而成 针对有误码的环境 传送码流的包长固定为188字节 43 44 45 46 47 一 DVD播放机的结构DVD的结构VCD相似 分为机械部分和电路部分 机械部分与VCD相似 电路部分与VCD的区别较大 由于DVD与VCD的图像压缩方式 伴音压缩方式 数据格式都不同 同时DVD光盘的轨迹远远小于VCD的轨迹 所以DVD播放比VCD更精密 但DVD解码具有向下兼容的特性 四 DVD播放机的原理和结构 48 DVD的组成 由光学装置 伺服电路 RF放大 DSP信号处理 解码电路 音频和视频D A转换电路 模拟信号处理电路 系统控制电路 电源电路 其中光学装置和解码电路与VCD存在较大的差异 如下图 49 50 二 DVD机的光学装置DVD机的光学装置比VCD的光学装置精密 分为两个部分 光学系统和传动机构 1 光学系统 1 组成 有激光器 物镜和各种透镜 光电检测器 聚焦线圈 循迹线圈等组 它与VCD存在较大的不同 2 DVD激光器的波长为635nm 或650nm 数值孔径增大 提高激光束的分辨能力 51 3 光学系统 由于DVD机一般向下兼容CD VCD 所以光学装置要必须向下兼容 由于盘片结构问题 读取时必须解决好聚焦的问题 实现两种盘片兼容必须采用变焦的功能 采用双镜头法 DVD和VCD各自用一个镜头 安装在可旋转的圆盘上 转动圆盘就带动物镜更换 东芝和三菱公司采用这种方式 这种方式透镜不用特殊加工 成本较低 52 53 54 采用双焦点透镜方式 一种是利用全息技术 使部分激光产生折射从而使一个透镜具有两种焦距 如下图 另一种是在DVD的透镜上作环状的切割 使之适用于VCD CD的读取 松下和先锋公司采用这种技术 这种方式简单可靠 55 56 快门方式 也叫孔径控制方式 采用液晶快门控制透镜的孔径 可以获得两种焦距 DVD工作时 液晶快门全打开 VCD CD工作时 液晶快门处于收缩状态 减少光通量 三洋公司采用这种方式 这种方式无机械结构 可靠性高 双光拾取器方式 亦称 双头 方式 具有两套激光器和透镜系统索尼公司采用这种方式 可靠 透镜寿命较长 57 双激光器和单光路 两个激光器和一套光路系统 NEC采用这种方式 双层结构的DVD盘片在不同层面的读取是通过改变聚焦点来实现的 三 DVD播放机的传动机构为了使波长650nm 635nm的激光束对准光盘上的细小纹迹 DVD播放机要比VCD CD播放机更精密 首先DVD机芯里 物镜对光盘的倾斜度要求高 58 同时要求光盘转动过程中有极低的光盘抖晃率 所以在DVD中就是靠传动机构对物镜位置进行微小调整来达到循迹和聚焦的目的 主要靠利用永久磁铁和线圈来调整物镜 同时DVD对主轴电机的要求也高 其主轴电机称为DVD读出装置的生命线 四 DVD的聚焦和循迹伺服系统DVD的伺服系统与VCD大体相同 但DVD的要求精度更高 59 聚焦误差信号的检测 60 循迹误差信号的检测 主要检测从光盘反射到光敏检测器的两束光的相位差是否为零 当光束发生偏离光轨时 双光束的相位也产生误差 据此来检测跟踪