多媒体技术与信息处理课件-第11章光盘存储技术与光盘刻录

主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第1页/共75页本章主要内容11.1光盘存储技术简介11.2光盘与光盘驱动器11.3光盘存储的主要技术11.4光盘刻录技术主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第2页/共75页11.1光盘存储技术简介11.1.1光盘存储技术光盘存储技术是20世纪70年代末发展起来的一项信息存储新技术，通过光学方法读写数据，涉及光盘和光盘驱动器两部分，光盘用来存储数据，光盘驱动器完成光盘数据的读取或写入。

光盘存储技术的基本原理：光束照射到凹凸不平的记录材料表面时，其反射光强度不同。依据这一原理，光盘被设计成了一个由多层材料叠加而成的反光圆盘，表面按照从内向外的方向以螺旋线方式设计成光道，信息在光道中以凹凸不平的方式存储，如图11-1所示。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第3页/共75页

读取数据时，可根据光道定位，根据反射光的强弱分辨二进制的“0”“1”信息。

写入数据时，根据记录层材料的不同，熔点较低的非磁性光记录材料，通过激光束照射使照射区域温度升高而被熔化，在材料张力的作用下被拉成凹坑，可用来记录一位二进制信息；带磁性的光记录材料，则在激光照射的同时施加外磁场，完成二进制信息的记录。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第4页/共75页从用户需求的角度看，光盘存储技术需要解决四个问题：一是如何提高光盘的存储容量，满足不断提升的高分辨率多媒体音视频信息的存储要求；二是提供多种存储访问方式；三是提高数据传输率；四是支持更高的显示分辨率和音视频数据压缩编解码标准，提高音视频节目存储与播放质量。光盘存储的优点：光盘存储具有存储密度高、容量大、可随机存取、保存寿命长、工作稳定可靠、轻便易携带等一系列优点。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第5页/共75页11.1.2光盘存储技术的发展光盘存储技术的发展经历了三代，每一代都包括盘体技术和建立在光盘载体之上的应用格式两个方面。图11-2CD光盘样例在存储方式方面，先后推出了CD-ROM（只读型）、CD-R（可记录型）、CD-RW（可重写型）、CD-MO（磁光CD，可随机存储）等具有不同存储方式的技术标准和光盘产品，如图11-2。

第一代是采用780nm红外激光束的低密度光存储技术——CD存储技术，时间跨度从1978年到1998年约20年时间，技术主要推动者是荷兰的Philips公司和日本的SONY公司。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第6页/共75页在应用格式方面，先后推出了基于CD盘体技术的不同应用光盘格式，如CD-DA、CD-I、CD-G、Photo-CD、VCD、SVCD等，解决数字音乐、数字视频、数字照片以及计算机数据的存储问题。第一代光盘的商标标识为艺术化的“Compactdisc”字样，在其下方标注具体应用类型，图11-3给出了五个常见商标图案。CD-DAVCDCD-RCD-RWSVCD图11-3CD光盘应用的不同商标标识主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第7页/共75页

第二代是采用650nm红色激光束的中密度光盘存储技术——DVD存储技术，时间跨度从1995年到2001年约6年时间，这一阶段的技术发展特点是，技术竞争加剧，主要技术推动者是以SONY公司和TOSHIBA公司为代表的两大阵营。在盘体技术和存储方式方面，先后推出了DVD-ROM、DVD-R、图11-4DVD光盘样例DVD-RW、DVD-RAM、DVD+R、DVD+RW等不同存储方式技术标准和光盘产品，如图10-4。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第8页/共75页为了增加存储容量，还在盘体结构方面发展出了单面单层、单面双层、双面单层和双面双层等多种规格，使存储容量从4.7GB提高到17GB。在应用格式方面，主要是基于DVD盘体技术的DVD-Audio和DVD-Video两种格式标准，解决高保真数字音乐和高分辨率（720×576）数字视频的存储问题。图11-5DVD光盘应用的不同商标第二代光盘的商标标识为艺术化的“DVD”字样，在其下方标注具体应用类型，图11-5给出了DVD-Audio和DVD-Video的商标图案。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第9页/共75页

第三代是采用405nm蓝紫色激光束的高密度光存储技术——蓝光存储技术，相应的大容量光盘简称为蓝光光盘。蓝光存储技术的研发始于21世纪初，是目前大容量存储的最新技术，主要技术推动者是以索尼、飞利浦为代表的蓝光光盘联盟（BDA）和以东芝、NEC、三洋为代表的HDDVD促进社团两大阵营，因而，第三代蓝光光盘存储也有两大技术标准。蓝光光盘协会推出的技术标准称为蓝光（Blue-rayDisc，BD）技术标准，2002年发布，采用该标准的光盘被命名为BD光盘。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第10页/共75页图11-6BD和HDDVD光盘和标识图11-7蓝光存储片源的两大阵营

“东芝阵营”推出的技术标准称为HDDVD标准，2003年发布并得到了DVD论坛的及时批准，采用该标准的光盘被命名为HDDVD光盘,同时可使用DVD论坛的“DVD商标”。图11-6是同属蓝光的BD和HDDVD光盘及标识。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第11页/共75页11.1.3影响光盘技术发展的四大联盟

影响光盘技术发展的四大联盟分别是：“DVD论坛”、“DVD+RW联盟”、“蓝光光盘协会”和“HDDVD促进社团”。

DVD论坛（DVDForum）是一个专门制定和推广DVD技术标准的企业联盟组织，成立于1997年4月，前身是1995年底成立的DVD社团（DVDConsortium），发起成员主要有日立、松下、三菱、飞利浦、先锋、索尼、汤姆逊、时代-华纳、东芝和JVC等十家研发第二代光盘存储技术的企业。DVD论坛的官方网址是：/forum.shtml，主页如图11-8所示。DVD论坛在DVD技术标准制订和技术发展方面产生了巨大影响，但随着第三代光盘存储技术的发展和激烈竞争，2007年以后，该机构已经名存实亡了。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第12页/共75页图11-8DVD论坛主页主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第13页/共75页DVD+RW联盟（DVD+RWAlliance）是为了对抗DVD论坛批准的DVD-R和DVD-RW标准而成立的，主要成员包括索尼、飞利浦和惠普等公司，主要目的是独立研发和推广自己的DVD刻录规范，并于1999年和2001年先后发表了它们的可记录和可重写技术，分别命名为DVD+RW技术标准和DVD+R技术标准。DVD+RW联盟的官方网址是，主页如图11-9所示

。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第14页/共75页图11-9DVD+RW联盟主页主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第15页/共75页

蓝光光盘协会（Blu-rayDiscAssociation），简称BDA，成立于2002年2月，主要成员包括三星、LG、飞利浦、夏普、索尼、松下、日立、先锋、汤姆逊、戴尔、惠普、三菱电子和TDK4等公司。目前已有250多家会员企业.推广蓝光光盘的中文官方网站为/cn.html，主页如图11-10所示。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第16页/共75页图11-10BD光盘推广主页主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第17页/共75页

HDDVD促进社团（HDDVDPromotionGroup）成立于2004年9月，主要成员有东芝、NEC、三洋、Memory-Tech等公司，致力于HDDVD标准的制定和及促进版权保护技术的完成情况。原官方网站地址为，在HDDVD的推广方面发挥了作用，但由于在与蓝光光盘的技术竞争中，逐渐处于劣势，该联盟已于2008年4月宣布解散。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第18页/共75页目前，典型的光盘共享系统主要有光盘塔、光盘库以及光盘镜像服务器等三种形式。11.1.4光盘存储系统及应用图11-11光盘塔样例1.光盘塔

光盘塔（CD-ROMTower）是最早推出的第一代光盘存储共享系统，它由多个SCSI接口的CD-ROM驱动器串联而成，光盘预先放置在CD-ROM驱动器中。使用者可直接访问光盘塔中的任何光盘，访问速度与单机光盘驱动器的访问速度相同。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第19页/共75页2.光盘库光盘库是一种可容纳大量光盘的网络共享设备，可分为两种：人工方式更换光盘和自动化的光盘库，自动化的光盘库可容纳几百片VCD、DVD光盘。用户访问光盘库时，自动换盘机构首先将CD-ROM驱动器中光盘取出并放置到盘架上的指定位置。光盘库的一个重要的特点是网络共享性，它与一台宿主服务器相连，一台宿主服务器可管理多达3套光盘库，在宿主服务器上安装一套光盘库管理软件就可以方便地管理光盘库。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第20页/共75页图11-12光盘库存储系统图示主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第21页/共75页3.光盘镜像服务器

光盘镜像服务器是一种将硬盘高速缓存技术和服务器技术相结合，专为光盘网络共享而设计的NAS（NetworkAttachedStorage，网络连接存储）光盘网络共享系统，它没有通用服务器那样复杂的操作系统和硬件连接，只完成用于光盘镜像服务的硬盘数据和客户机之间的数据传送，使客户机能以硬盘的访问速度来共享各类光盘上的信息资源，解决了光盘驱动器访问速度瓶颈问题，大大改善了光盘网络共享的性能。

主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第22页/共75页光盘镜像服务器将光盘的信息存储和读取功能分离，凭借硬盘的高速存取能力来共享光盘信息资源，因此光盘镜像服务器的访问速度要比光盘库或光盘塔快几十倍。光盘镜像服务器在容量和速度等性能指标方面均超过光盘库和光盘塔，但是其单位成本却大大低于光盘库和光盘塔。光盘镜像服务器给学校、图书馆、档案馆、设计院所、医院、公司和政府机关等用户提供了一种性价比很高的光盘网络共享解决方案，光盘镜像服务器目前已开始逐步取代光盘库和光盘塔，而成为光盘网络共享的主流产品。图11-13是一个采用光盘镜像服务器的医用NAS系统。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第23页/共75页图11-13带有光盘镜像服务的NAS系统主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第24页/共75页11.2光盘与光盘驱动器11.2.1光盘的分类

1．按应用格式分类按照应用格式，光盘可分为音频光盘、视频光盘、数据光盘和混合光盘四类。音频（Audio）光盘：此类光盘只存储音频信息，如CD-DA，DVD-Audio等。视频（Video）光盘：此类光盘只存储视频信息，如VideoCD，DVD-Video等。数据（Data）光盘：此类光盘可存储各类电脑数据，可用作硬盘数据的备份。混合（Mixed）光盘：这是早期的光盘格式，按照轨道分别存储光盘标准允许的不同类型数据，目前已经基本淘汰。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第25页/共75页2.按访问方式分类只读光盘可记录光盘可擦写光盘3.按物理特性分类CD系列低密度光盘中密度DVD光盘高密度DVD光盘

主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第26页/共75页表11-1CD、DVD、大容量DVD光盘主要技术参数列表主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第27页/共75页4．按照设计规格分类按照读写面设计规格，光盘可分为单面和双面；按照记录层数设计规格，光盘又可分为单层、双层和多层。两者组合，可形多种光盘规格。11.2.2光盘格式标准1.CD-DA光盘2.CD-ROM光盘3.CD-I光盘4.CD-R光盘5.Video-CD光盘6.Photo-CD光盘7.CD-RW光盘8.DVD系列光盘9.高密度DVD系列光盘主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第28页/共75页表11-2各种光盘主要信息表主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第29页/共75页11.2.3CD-ROM的物理结构与信息存取1.CD-ROM的结构

从外观看，CD-ROM是一张反光圆盘，外径120mm，内径15mm，厚1.2mm，有两个面，一面印有光盘标识，称为印刷面，一面光滑呈银白色，是可读取数据的一面，从数据面到印刷面，分别由盘体基垫、刻录槽、反射层和保护层四部分组成。图11-15CD-ROM盘片的结构主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第30页/共75页

由于制造光盘时选用的反射层材料不同，使光盘的数据面呈不同颜色，通常见到的主要有金、绿、蓝三种颜色，分别称为金盘、绿盘和蓝盘。CD-ROM光盘的数据记录面从内径向外径被分成三个区，分别是导入区（Lead-In）、数据记录区（Data）和导出区（Lead-Out），图11-16CD-ROM盘片区域划分如图11-16所示，这使得CD-ROM光盘的数据记录区域为86cm2,存储容量为0.65MB。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第31页/共75页2.数据存取CD-ROM是只读光盘，其数据来自母盘，是在光盘生产线上通过专门设备“压制”到光盘记录层上的，其文件结构遵循ISO9660标准。读出CD-ROM光盘数据时，由于凹凸不平的信息面对激光束的反射强度不同，凹坑部分反射的光强弱，非凹部分反射的图11-17读数据原理示意图光强强。人们就是利用这个原理来读出记录在CD-ROM光盘上的“1”和“0”信号。具体处理时是用光道上凹凸交界的跳变沿表示数码“1”，两个边缘之间代表数字“0”，“0”的个数由边缘之间的长度决定。如图11-17所示。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第32页/共75页11.2.4CD-R的物理结构与信息存取1.CD-R的结构CD-R的物理结构与CD-ROM的相似，不同之处在于，在制造CD-R时，预先在盘体基垫上预置螺旋线的槽，在槽的表面涂有一层特殊性质的有机染料，形成记录层，反射层一般用金或银等金属材料（而不是铝），如图11-18所示。当写入激光束聚焦到记录层上时，染料被迅速加热，产生烧溶、变形、气化或图11-18CD-R盘片结构分解，形成一系列稳定（不可逆）的记录信息点，这些记录信息点与CD-ROM的凹坑类似，从而达到记录数据的目的。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第33页/共75页2.数据的写入与读出

CD-R采用不同强度的激光束来写入和读出数据，并且写入过程是不可逆的。写入数据时，写入装置（刻录机）用一束较强的激光束照射CD-R，此时，记录层的染料被加热，其中有一部分被溶解形成凹坑，信息就被“烧灼”到盘的记录层上，从而完成数据的写入。读出数据时，采用较弱激光束，读出信号的识别原理与CD-ROM的相同。刻有内容的CD-R与CD-ROM光盘完全兼容。CD-R盘片只能一次性写入数据。CD-R的文件结构同样遵循ISO9660标准。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第34页/共75页11.2.5CD-RW的物理结构与信息存取1.采用相变擦写技术的CD-RW光盘

图11-18相变CD-RW盘结构新买的相变CD-RW光盘中没有数据信息，记录层材料处于结晶状态，数据写入时使用高功率的激光束（短时间）照射记录层，使记录层材料迅速溶化，在迅速冷却后就变为非结晶状态，完成写入过程；数据擦除时使用中等功率的激光束对记录层信息（非结晶状态）进行相对长时间的照射，使之慢慢达到结晶的温度而转换回原来的结晶状态，完成数据擦除。读出数据时，利用结晶状态和非结晶主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第35页/共75页状态反射率不同的特性来检测“0”、“1”信号。写入信息的CD-RW光盘可在具有Multiread功能的普通CD-ROM或DVD-ROM驱动器上读出。

2.采用磁光技术的CD-RW又称磁光盘（MO）或CD-RAM，它采用激光和磁场共同作用来存储和读取信息。MOD的结构

磁光层用来记录二进制信息，因而又称为记录层，它是由很薄的对温度极为敏感的磁性材料制成的磁合金，被夹在透明聚碳酸酯和玻璃之间，这些磁性物质在高温下可以磁化。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第36页/共75页当向MOD写入数据时，激光束照射到垂直磁化的记录层上，当被照射记录层的温度达到一定值（约300℃）时，通过外加磁场的作用改变记录层的磁化方向，从而在盘片上写入数据，这种方式称为热磁写入。从MOD读出数据时，则使用不会使MOD的信息存储磁场发生变化的弱激光束，经分光棱镜根据反射光折射的方向不同来识别数据。要进行数据重写时，需经过“擦”和“写”两步，先利用中功率激光照射介质段区中的所有数据，使段区中的数据点都沿着与介质表面垂直的方向均匀磁化，即恢复原始状态；再根据要求用高功率激光写入数据。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第37页/共75页MOD盘片的可改写次数在50万次以上，寿命也在30年以上，所以可称为永久使用的磁盘。11.2.6DVD-ROM的物理结构与信息存取DVD盘片由两张厚度为0.6

mm的基片粘合而成,可以制成双面盘片来提高记录容量。DVD-ROM有单面单层（4.7

GB）、单面双层（8.5

GB）、双面单层（9.4

GB）及双面双层（17

GB）四种结构。为了提高DVD盘片的存储容量，还采取了提高盘面利用率、减少纠错码长度、修改信号调制方式以及减少每个扇区字节数等技术措施。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第38页/共75页11.2.7BD-ROM的物理结构与信息存取BD-ROM采用波长（λ）为405nm的激光束光源，物镜的数值孔径为0.85um，使得单面单层BD光盘容量达到27GB。BD-ROM沿用了DVD-ROM的外形尺寸，但在结构上做了重大改进，整个盘体由基垫（Substrate）、记录层（RecordedLayer）图11-21BD-ROM光盘的结构示意和保护层（CoverLayer）构成。基垫和记录层厚1.1mm，透明保护层厚0.1mm，主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第39页/共75页由于减小了保护层的厚度，使得记录层的数据容易受到破坏，因此具体实现时，BD采用了新的保护外套（NewHardCoat）技术，在保护层上增加2umd的硬保护外套，从而更好地保护光盘数据。同DVD光盘的多层结构一样，BD-ROM光盘也有双层结构，存储容量为54GB。图11-22BD-ROM光盘的刨面结构这种结构有利于解决由于减小激光束波长和提高物镜的数值孔径而引起的“光轴与光盘记录面的倾斜角允许范围变小”的问题。由于读取信息时激光不通过基垫，基垫就不需要有透明性。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第40页/共75页11.2.8光盘驱动器表11-3光盘驱动器访问方式与光盘格式对照表CD-ROM驱动器CD-RW驱动器DVD-ROM驱动器DVD-RW驱动器MO驱动器BD驱动器主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第41页/共75页11.3光盘存储的主要技术11.3.1数据读取技术

光头的组成：由激光器、激光束分离器、光电检测器、准直透镜、对物透镜等元件组成。图11-22光学读出头的基本结构激光器一般由激光二极管来充当，负责发出激光束；激光束分离器一般由分光棱镜充当，负责分离激光器发出的激光束和从光盘反射回来的激光束；主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第42页/共75页光电检测器一般由光电二极管来充当，负责还原读出的数据信号和根据读出信号回控光驱的伺服机构；准直透镜负责将激光器发出的发散激光束变成平行激光束；对物透镜负责将平行激光束聚焦到光盘信息面的信息位（凹痕或凸痕）上。读取光盘时，激光器发出的激光经过准直透镜变成平行光束，再经过对物透镜聚焦后到达光盘，从光盘上反射回来的激光束沿原来的光路返回，到达激光束分离器后反射到光电检测器，由光电检测器把光信号变成电信号，一方面可以通过该信号控制光驱的伺服机构，已达到准确聚焦和读取，另一方面可经过电子线路的译码处理后还原成原来的二进制数据。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第43页/共75页11.3.2数据写入技术数据写入的基本过程：通过ECC对要写入的数据进行误差检测与校正，然后通过数据编码模块进行信号调制，形成光介质要求的调制信号，最后将调制信号传输给激光头的驱动装置，以产生所需功率的激光束，激光束聚焦到光盘表面，通过高温使光盘记录层产生（或不产生）凹痕，达到写入数据的目的。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第44页/共75页11.3.3数据编码技术理论上，光盘介质是通过记录层的“凹”坑和“凸”痕来记录二进制数码“0”和“1”的，实际上并非如此，具体技术实现是用凹凸变化的边沿表示“1”，不变化的部分（凹坑或平面）表示“0”，这种在光盘上记录二进制数据的方法所形成的记录格式称作相变记录。图11-24光盘上数字“0”和“1”的表示主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第45页/共75页按照这种记录方法，在写入连续的多个“1”时，就意味着凹凸变化多次，这不仅会导致激光束的发射处于频繁的开通、关闭状态，还会使凹坑长度变短，使光盘的制造工艺变得复杂甚至难以实现；在读取数据时，很短的凹坑不利于信号的识别，导致数据不稳定，长距离的凹坑或平面也会影响读取设备的跟踪能力。正确记录并读出数据，需要制定相应规则，禁止数据中有连续的“1”，又能根据光头的识别能力把连续“0”的个数限制在一定范围，使数据能够可靠写入和读出。20世纪70年代的技术水平，连续“0”的个数最少2个最多10个，也就是说，两个“1”之间至少要有2个“0”最多不超过10个“0”。这样，光盘上的信号就能够可靠读出。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第46页/共75页CD光盘采用了EFM（EighttoFourteenModulation）编码技术，这是一种8到14比特调制的编码技术，能把8位数据转换成符合要求的14位记录编码（通道码）。8位数据有256个编码，14位可有16384个编码，通过计算机的计算，16384个代码中有267个代码能够满足连续“0”个数控制的要求，从中选择256个最合适的编码，就可建立8位数据与14位通道码之间的代码转换表，通过查表完成编码和解码过程。为了解决两个通道码合并后出现连续“0”个数不符合要求的情况，又特意增加了3位编码，称作合并位，当两个通道码合并时，在通道码之间加入合并码，以确保信号的可靠性，于是在CD光盘中8位的数据就转换成了17位的代码。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第47页/共75页十进制数8位二进制数14位EFM编码0000000000100100010000010000000110000100000000200000010100100001000003000000111000100010000040000010001000100000000………100000101010010001000000………12810000000010010001000011291000000110000100100001………2551111111100100000010010表11-4数据与EFM编码对照表图11-25CD光盘数据编码过程图示主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第48页/共75页

需要说明的是，在DVD光盘技术中，把3位合并位改成了2位，并把它们直接插入到重新设计的码表中，这样一个字节的数据就转换成16位的通道位，这也是提高DVD的存储容量的一种途径。11.3.4数据存储方式内外光道一圈的长度是不同的，如果采用相同记录密度，光道一圈所存储的信息量也就不同，越靠近内径，数据量越少，越靠近外径，数据量越多；如果采用差异记录密度，内圈较密，外圈较疏，可使光道一圈所存储的信息量相同，但光盘数据记录区域的利用率不高。具体的数据读取技术有如下两种：CLV方式和CAV方式主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第49页/共75页1.

CLV方式

CLV（ConstantLinearVelocity）是一种以恒定线速度方式读写光盘的技术，其特点是，内外光道信息存储密度相同但信息量不同，当光头读（写）光盘上不同光道的数据时，驱动光盘的电机以不同的角速度旋转（从内向外角速度逐渐减小），确保光头在不同光道读（写）信息具有相同的线速度，这样可在内外光道写入/读取相同密度的数据。由于光道内径小于外径，因此，外光道将比内光道存储更多的信息量。CLV技术的缺点是，由于驱动光盘的电机转速随光道径值的变化而不断调整，使光盘驱动器的耐用性降低。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第50页/共75页2.

CAV方式

CAV（ConstantAngularVelocity）是一种以恒定角速度方式读写光盘的技术，其特点是，内外光道存储的信息量相同但信息密度不同，当光头读（写）光盘上不同光道的数据时，光盘驱动电机都以相同的角速度旋转，由于光道内径小于外径，激光头在外光道上的线速度将小于其在内光道上的线速度，因此，外光道的信息存储密度就小于内光道的信息存储密度。CAV技术的优点是，光盘旋转角速度不变，驱动电机寿命长，光驱噪声小，缺点是光盘数据记录区域利用率不高。通常，CLV方式比CAV方式的信息存储量大一倍左右。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第51页/共75页由于CLV和CAV各有优劣之处，目前的光盘驱动器，一般采用CAV和CLV混合技术，称为PCAV（PartialConstantAngularVelocity）,这是一种局部恒定角速度技术，当访问靠近内侧光道数据时，用CAV方式，当访问靠近外侧光道数据时，使用CLV方式。PCAV是光盘驱动器的主流技术。11.3.5光盘存储的主要技术指标

存储容量光盘上所有存储的二进制数据位的总和主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第52页/共75页可用公式

来表示，式中：

η：表示读（写）光斑直径在正常读（写）数据时所覆盖的数据位的数目，也就是读（写）光斑直径长度在信道上所能分辨的位数，它与写数据时所采用的数据编码技术有关；

A：表示光盘信息面的有效记录面积，光盘物理尺寸确定后，该参数就是一个常数；

d：表示经物镜聚焦后的读（写）数据激光束（读写光斑）的直径，在数值上：，k为系数，λ为激光束的波长，NA为物镜的数值孔径；

r：表示光道间距，它由光头伺服机构中径向定位步进电机所决定。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第53页/共75页2.数据传输率数据传输率（t）可定义为单位时间内通过光盘上某点的数据位数，在数值上等于位密度与光盘某光道的线速度（V）的乘积，用公式：来表示。3.信噪比

信噪比（S/N）是衡量光盘驱动器读写可靠性的主要指标，它在数值上等于有效信号与噪声的比，单位是分贝（dB）。

主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第54页/共75页4.读写时间读取时间（T）可定义为从激光头收到读（写）信息指令到光头正确读出（写入）信息所用的时间，它依赖于光盘驱动器的驱动伺服机构，在数值上等于粗略定位时间（t0）、精密定位时间（t1）与读（写）信息处理时间（t2）之和。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第55页/共75页11.3.6光盘存储的技术特点具有兼容性。支持多种存储方式。记录密度不断提高。根据光盘存储原理，光盘的信息记录密度由信息记录光斑直径、最短坑长、光道间距以及记录区域面积所决定，而光斑直径与激光束波长成正比、与物镜的数值孔径（NumericalAperture，NA）成反比。因此，缩短激光束波长和加大物镜的数值孔径，可以有效提高信息的记录密度。存储容量不断增大。数据传输率不断提高。图11-26CD、DVD、HDDVD和BD光盘记录密度图示主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第56页/共75页11.4光盘刻录技术光盘刻录技术是面向普通用户的光盘制作技术，涉及到不同规格的光盘刻录机（如CD-RW驱动器、DVD-RW驱动器、BD-RW驱动器等）、各类不同规格的刻录光盘（CD-R、DVD-R、BD-R、BD-RE等）、多媒体电脑、光盘文件格式、光盘刻录软件等多项设备和专业知识，其目的是将数据内容以不同的文件系统格式存储（刻录）到空光盘上。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第57页/共75页11.4.1光盘文件的逻辑格式常用的光盘文件格式主要有以下几种：1.ISO-9660格式ISO-9660简称ISO，是由国际标准化组织在1985年制定的，当前唯一通用的光盘文件系统，任何类型的计算机都支持它，所有的刻录软件也都支持它。也就是说，要想刻录一张所有光盘驱动器都能读取的光盘，就必须使用ISO-9660或与其兼容的文件系统格式，如果使用了其它格式，所刻录的光盘就只能在本刻录机或其他支持所选文件格式的光盘驱动器上使用。详细内容见11.4.2。2.DOS格式DOS格式是ISO-9660Level1的一种扩展，可以使用一些符号字符并支持DOS环境。目前已经较少使用。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第58页/共75页3.RockRidge格式RockRidge格式是针对UNIX系统的ISO-9660文件系统，文件名支持大小写字母、符号字符以及长文件名。由于兼容ISO-9660，所以即使操作系统不支持RockRidge，也可以通过ISO-9660查看。4.HFSHFS是苹果公司制定的用于MAC系列机的光盘文件系统，全称为混合文件系统（HybridFileSystem）。不支持DOS、Windows9x/NT等其他操作系统。5.Joliet格式Joliet格式是微软公司自定义的光盘文件系统，也是ISO-9660的一种扩展，支持Windows9x/NT和DOS，在Windows9x/NT下文件名可显示64个字符，并可使用中文。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第59页/共75页6.Romeo格式Romeo格式是Adaptec公司自定义的光盘文件系统，支持Windows9x/NT，文件名最多可有128个字符，并可使用中文，但不支持DOS。7.UDF格式UDF是统一光盘格式（UniversalDiscFormat）的缩写。它采用标准的封装写入技术（PW，PacketWriting）将CD-R当作硬盘来使，用户可以在光盘上修改和删除文件。其基本原理是在进行刻录时先将数据打包，并在内存中临时建立一个特殊的文件目录表，同时接管系统对光盘的访问。8.CD-RFS格式CD-RFS格式是索尼公司自定义的一种与UDF类似的文件系统，也使用PW技术，其全称为可记录光盘文件系统（CD-RecordableFileSystem）。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第60页/共75页11.4.2ISO9660标准ISO9660标准分级定义CD-ROM的逻辑结构，包括逻辑块、逻辑扇段、文件、记录、目录、卷和卷集等多级结构，其中

文件可以分成若干段，灵活存储，

目录用于说明文件和文件段的位置，说明光盘上所包含的全部文件，其结构为层次型，类似MS一DOS的目录结构。

卷描述符用于描述一个卷及其内容和它与卷集内其它卷的关系，它也包含着有关对读盘系统的要求以及盘兼容性级别等信息。ISO9660标准虽然是为CD-ROM光盘制订的，但许多类型的光盘包括数字视频光盘DVD都遵守这一标准。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第61页/共75页1.卷与卷集ISO9660标准规定，单片CD-ROM盘的存储空间称为卷，卷集则包含有多个卷。卷空间分为系统区和数据区两个区域，从逻辑扇区0（LSN0）到逻辑扇区15（LSNl5）共16个扇区为系统区，具体内容没有规定；从逻辑扇区16（LSNl6）开始到最后一个逻辑扇区为数据区，数据区用来记录卷描述符、文件目录、路径表、文件数据等内容。

主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第62页/共75页2.路径表路径表是由一种叫路径索引的隐式分层目标结构发展而来的。这种结构的特点是利用索引值来访问所有的目录。路径表由许多路径表记录组成。字节位置记录域1目标表示符的长度(LEN_DI)2扩展属性记录的长度3～6存放目录的地址7～8父目录号9～(8+LEN_DI)目标表示符9+LEN_DI填充域表11-5路径表记录主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第63页/共75页3.目录同磁盘文件系统一样，CD-ROM采用分层目录结构，并且规定目录层次的最大深度为8层。用这样的目录结构可以组织大量的文件。由于保存在CD-ROM中的文件都为只读属性，所以没有采用显式而是采用隐式分层目录结构。但同时也把目录当作文件看待，并且把整个目录包含在了一个或几个文件中，形成目录文件

。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第64页/共75页4.文件文件是光盘数据存储的基本单位，每个文件可分为一个或多个文件段(filesector)来存储，每个文件段放在由多个按顺序编号的逻辑块组成的文件空间中，这样的文件空间又称为文件域。一个大的文件可以分成多个文件段，分别保存在多片CD-ROM盘的文件域中，一个中等大小的文件也可以分成几个文件段，保存在同一片CD-ROM盘的多个文件域中，不过并不要求这些文件域是连续的

。5.逻辑扇区、逻辑块和物理扇区主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第65页/共75页11.4.3光盘刻录的系统环境对媒体计算机的性能主要从两个方面检查：一是系统的数据传输率，包括硬盘的数据传输率和CPU的数据处理能力，如果是刻录CD类光盘或DVD光盘，一般的多媒体个人电脑的硬件性能就可以满足刻录要求；如果是刻录高密度DVD光盘（如BD光盘），要求多媒体个人电脑系统的数据传输率就要达到36Mb/s以上，也就是说，系统所用硬盘的数据率要高，而且保证提供连续、稳定的读取速度，CPU也要有较高的数据处理能力，一般要用双核CPU，否则很有可能就发生缓存欠载而影响刻录质量，甚至刻坏光盘。二是系统的可用存储空间，包括内存可用空间和硬盘可用空间，如果是刻录DVD光盘，最小4.7GB最大17GB的硬盘映像。主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第66页/共75页空间是必需的，如果是刻录高密度DVD光盘（如BD光盘），可用硬盘空间要求更高，因为一张BD的容量就要25GB~50GB。软件方面主要强调所用刻录软件对要刻录光盘格式的支持能力，比如是否支持BD光盘刻录等，常用的Nero、Power2Go和ImgBurn都支持BD光盘的刻录。操作系统对光盘文件格式的支持能力也需要考虑，是否支持UDF等。最低配置推荐配置CPUIntelPentiumDuoE2140以上IntelCore2DuoE7400AMDSempron64X22100+以上AMDPhenomX38650内存1GB以上2GB以上光驱蓝光刻录机蓝光刻录机硬盘主流500GB硬盘主流1TB硬盘以上操作系统WindowsXPSP2WindowsVistaSP1或Windows7表11-6BD光盘刻录的环境要求主讲人：杨帆第十一章光盘存储技术与光盘刻录第67页/共75页11.4.4光盘刻录软件简介1.Power2Go

Power2Go是Cy