第十四章只读光盘存储器

1、第第十四十四章章 只读光盘存储器只读光盘存储器 14.1 CD简历 14.2 CD的工作原理 14.3 CD-Audio 14.4 DVD简介14.5 DVD的规格 14.6 DVD的存储容量是怎样提高的 14.7 VCD与DVD播放机的结构 本章要点本章要点 本章将从CD到DVD的发展过程中所采用的一些技术作一个介绍。 14.1 CD14.1 CD简历简历 一、一、CDCD的发展的发展 1978年推出光盘播放机(LV：L Laser V Vision)； 1982年Philips公司和Sony公司推出数字激光唱盘(Compact Disc-Digital Audio，CD-DA)，制定了“红

2、皮书(Red Book)标准”； 采用很多地址编号和错误校正技术的“黄皮书(Yellow Book)标准”； 国际标准化组织(I International S Standards O Organization，ISO)制定了文件交换标准-ISO 9660标准； 1985年前后成功地推出CD-ROM。 14.1 CD14.1 CD简历简历二、二、CDCD系列产品系列产品 标准名称 盘的名称 应用目的 播放时间 显示的图像 Red Book (红皮书) CD-DA 存储音乐节目 74分钟 Yellow Book (黄皮书) CD-ROM 存储文图声象等多媒体节目 存储650 MB的数据 动画、静

3、态图像、运动图像 Green Book (绿皮书) CD-I 存储文图声象等多媒体节目存储多达760 MB的数据 动画、静态图像 Orange Book (橙皮书) CD-R 读/写入文图声象等多媒体节目 White Book (白皮书) Video CD 存储影视节目 70分钟 (MPEG-1) 数字影视 (MPEG-1)质量 Red Book + (红皮书+) CD-Video 存储模拟电视数字声音 56分钟(电视) 20分钟(声音) 模拟电视图像数字声音 CD-Bridge Photo CD 存储照片 静态图像 Blue Book (蓝皮书) LD(LaserDisc) 存储影视节目 2

4、00分钟 模拟电视图像 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理 一、一、CDCD盘片结构盘片结构 CD盘主要由保护层、反射激光的铝反射层、刻槽和聚碳酸脂衬垫组成，如图所示 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理CD盘的外径为120 mm，重量为14克18克。激光唱盘分3个区：导入区、导出区和声音数据记录区 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理 二、二、CDCD盘的光道结构盘的光道结构 恒定角速度(CAV)和恒定线速度(CLV)软磁盘存放数据的磁道是同心环，如图 (b)所示，磁盘片转动的角速度是恒定的，通常用CAV(constant angular velocit

5、y)表示。 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理 CD盘光道的结构与磁盘磁道的结构不同，它的光道不是同心环光道，而是螺旋型光道，CD唱盘的光道长度大约为5公里，如图(a)所示。CD盘转动的角速度在光盘的内外区是不同的，而它的线速度是恒定的，就是光盘的光学读出头相对于盘片运动的线速度是恒定的，通常用CLV(constant linear velocity)表示。优点：充分利用数据存储容量缺点：随机存储特性较差，控制也比较复杂 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理三、三、数据是怎样写入到数据是怎样写入到CDCD盘上的盘上的 磁盘的记录原理称为磁记录，它利用磁铁的两个极性(南

6、极和北极)来记忆“1”和“0”两个二进制数的。 光盘的记录原理虽然都称为光记录，但记录方式是不一样的。14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理磁光盘(magneto optical disc，MOD)利用磁的记忆特性，借助激光来写入和读出数据相变光盘(phase change disc，PCD)利用反射率不同来记忆“1”和“0”激光唱盘利用在盘上压制凹坑的机械办法，利用凹坑的边缘来记录“1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分记录“0”，使用激光来读出14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理CD盘上的数据是用压模(stamper)冲压而成的，而压模是用原版盘(master disc)制成

7、的。在制作原版盘时，是用编码后的二进制数据去调制聚焦激光束，如果写入的数据为“0”，就不让激光束通过，写入“1”时，就让激光束通过，或者相反。曝了光的地方经化学处理后就形成凹坑，没有曝光的地方保持原样，二进制信息就以这样的形式刻录在原版盘上。 然后使用原版盘去制作母盘(mother disc)，然后用母盘制作压模，再用压模去大批量复制。 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理四、四、数据是怎样从数据是怎样从CDCD盘读出的盘读出的 CD驱动器由光学读出头、光学读出头驱动机构、CD盘驱动机构、控制线路以及处理光学读出头读出信号的电子线路等组成。 光学读出头由光电检测器、透镜、激光束分离

8、器、激光器等元件组成，它的结构如图所示。 14.2 CD14.2 CD的工作原理的工作原理 光盘上压制了许多凹坑，激光束在凹坑部分反射的光的强度，要比从非凹坑部分反射的光的强度来得弱，光盘就是利用这个极其简单的原理来区分“1”和“0”的。凹坑的边缘代表“1”，凹坑和非凹坑的平坦部分代表“0”，凹坑的长度和非凹坑的长度都代表有多少个“0”。 14.3 CD-Audio 14.3 CD-Audio 一、一、采用频率和样本大小采用频率和样本大小 人耳朵(因人而异)能听到的声音信号频率范围是2020 000 Hz，考虑到滤波器在20 000 Hz的地方大约有10%的衰减，所以可以用22 000 Hz的

9、2倍频率作为声音信号的采样频率。 同时为了能够与电视信号同步，PAL电视的场扫描为50 Hz，NTSC电视的场扫描为60 Hz，所以取50和60的整数倍，选用了44 100 Hz作为激光唱盘声音的采样标准。 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio 激光唱盘音乐信号的样本位数是16。样本数的大小也表示信号的动态范围，16位的样本能够表达的动态范围就大于96 dB 。 在激光唱盘上一秒钟的声音需要占据的存储空间为：1秒 44 100样本/秒 2字节/样本 2(左右两个通道) = 176.4 千字节 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio二、二、声道数声道数 早期的立体声

10、采用两个声道(轨)，当声音转换成数字信号之后，计算机很容易处理多声道信号。例如，MPEG-2数字影视标准和杜比AC-3都采用51个声音通道，即左、中、右3个主声道，左后、右后两个环场声道，以及一个次低音声道。 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio三、三、声音数据的通道编码声音数据的通道编码 声音转换成用“1”和“0”表示的数字信号之后，并不是直接把它们记录到盘上。物理盘上记录的数据和真正的声音数据之间需要做变换处理，这种处理统称为通道编码。 激光唱盘使用的通道编码叫做8到14位调制编码( (eight to fourteen modulation，EFM)。这种编码的含义就是把

11、一个8位(即1个字节)的数据用14位来表示。 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio1.1.为什么要做通道编码为什么要做通道编码 为了改善读出信号的质量，使得读出信号的频带变窄 为了在记录信号中提取同步信号 通俗说来，通道编码实际上就是要在连续的“0”插入若干个“1”，而在连续的“1”之间插入若干个“0”，并对“0”和“1”的连续长度数目即“行游程长度”加以限制。 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio2.2.为什么要把为什么要把8 8位数转换成位数转换成1414位数位数 实验证明，当把“0”的游程长度最短限制在2个，而最长限制在10，光盘上的信号就能够可靠读出。

12、14位通道位有16 384种代码。通过计算机的计算，在这16 384种代码中有267种代码能够满足上述要求。 此外，当通道码合并时，为了满足游程长度的要求，在通道码之间再增加了3位来确保读出信号的可靠性，于是在激光唱盘中8位的数据就转换成了17位的通道代码。 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio四、四、CDCD盘如何批量生产盘如何批量生产 CD盘的制作大致分成三个阶段。1.1.原版盘预制作原版盘预制作(Premastering)(Premastering)，或者称为母，或者称为母盘预制作盘预制作 对于激光唱盘，把制作好的音乐节

13、目转换成标准的CD-DA格式，而对于V-CD盘，把影视节目转换成V-CD标准记录格式。 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio2 2.原版盘制作原版盘制作(MasteringMastering)，或者称为母盘制作，或者称为母盘制作 把符合CD-DA或者V-CD标准格式的数据经过一个EFM(Eight-to-Fourteen Modulation)编码器变成串行数据流；把一片涂有光敏电阻 的玻璃盘在旋转平台 上进行光刻。 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio(3) 对光刻的玻璃盘进行化学处理，盘上曝了光的区域被腐蚀掉形成凹坑，没有曝光的区域就被保留下来，“0”、“1

14、”信号就以凹坑和非凹坑的形式记录在螺旋形光道上。(4) 对经过化学处理的玻璃盘进行化学电镀生成金属原版盘，称为父盘(father disc)，通过父盘再制作母盘(mother disc)，然后由母盘制作出子盘(son disc)，子盘就是压模(stamper)。 3.3.大批量复制大批量复制 V-CD的盘基是用聚碳酸脂塑料做的，聚碳酸脂加热之后注入盘模里，压模就把它上面的数据压制到正在冷却的塑料盘上，然后在盘上溅射一层铝，用于读出数据时反射激光束，最后涂一层保护漆和印制标牌。 14.3 CD-Audio14.3 CD-Audio DVD原名是Digital Video Disc的缩写，意思是“

15、数字电视光盘(系统)”，后又把Digital VideoVideo Disc更改为Digital VersatileVersatile Disc。 MPEG-2的技术成熟，促成了DVD的问世。 DVD的特点是存储容量比现在的CD盘大得多，最高可达到17 GB。一片DVD盘的容量相当于现在的25片CD-ROM(650 MB)，而DVD盘的尺寸与CD相同。 14.4 DVD14.4 DVD简介简介 14.5 DVD14.5 DVD的规格的规格 DVD和CD一样，除了DVD-Video之外还将会有4个成员，它们的标准文件用Book A，Book B，. ，Book E来标识，如表所示。DVD(Dig

16、ital Versatile Disc)CD(Compact Disc)Book A: DVD-ROMCD-ROMBook B: DVD-VideoVideo CDBook C: DVD-AudioCD-AudioBook D: DVD-RecordableCD-RBook E: DVD-RAMCD-MO14.5 DVD14.5 DVD的规格的规格DVD的存储容量DVD盘的类型存储容量(GB)MPEG-2 Video的播放时间(分钟)单面单层(只读)4.7133单面双层(只读)8.5240单层双面(只读)9.4266双层,双面(只读)17单层双面(DVD-R)6.6215单层双面(DVD-RA

17、M)5.214714.5 DVD14.5 DVD的规格的规格DVD-Video规格技术内容技术规格 数据传输率可变速率，平均速率为4.69 Mb/s(最大速率为10.7 Mb/s)图像压缩标准MPEG-2标准声音标准NTSC：Dolby AC-3或LPCM, 可选用MPEG-2 AudioPAL： MPEG MUSICAM* 5.1或LPCM, 可选用Dolby AC-3通道数多达8个声音通道和32个字幕通道14.6 DVD的存储容量是怎样提高的的存储容量是怎样提高的 盘片直径：均为120 mm 盘片厚度：均为1.2 mm ， 双面DVD，0.6mm/面光道间距：1.6m0.74m 最小凹凸坑

18、长度： 0.83m0.4m 14.6 DVD的存储容量是怎样提高的的存储容量是怎样提高的加大盘的数据记录区域：DVD盘的记录区域从CD盘的86 cm2提高到86.6 cm2 14.6 DVD的存储容量是怎样提高的的存储容量是怎样提高的提高DVD存储容量的另一个重要措施是使用盘片的两个面来记录数据，以及在一个面上制作好几个记录层 。 单面单层单面双层14.6 DVD的存储容量是怎样提高的的存储容量是怎样提高的调制方式 ：CD存储器采用8-14(EFM)加3位合并位的调制方式 DVD则采用效率比较高的8-16(EFM PLUS)的方式 错误校正方法：CD存储器采用里德-索洛蒙码(C Cross-I

19、 Interleaved R Reed-Solomon C Code, CIRC) DVD采用里德-索洛蒙乘积码(Reed-solomonReed-solomon P Productlike C Code，RSPC) 采用新的算法之后错误检测码和错误校验码的信息位的数目可以减小，纠错码的数据传输率也将从25%减小到13%。 14.7 VCD14.7 VCD与与DVDDVD播放机的结构播放机的结构 一、一、简介简介 1992年10月Karaoke(卡拉OK)CD规格1993年10月Video CD 1.1 1994年7月Video CD 2.0 14.7 VCD14.7 VCD与与DVDDVD播放机的结构播放机的结构 把数字电视放到盘上与计算机把数据放到CD-ROM盘上一样，也涉及两个基本概念：物理格式 规定信息存到CD盘上的方法，例如盘区的划分、光道的划分、扇区的大小、寻址的方法、错误的检测和校正等等。逻辑格式 又称为文件格式，它是规定数据文件在盘上应如何组织和排列的方法，例如文件大小、目录结构等的处理方法 14.7 VCD14.7 VC