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文档简介
1、多媒体技术基础(第三版)第十四章光盘存储,张奇复旦大学计算机科学技术学院,2011年5月,2020年7月5日,第十四章光盘存储,2/48, 第十四章光盘存储目录14.1 CD光盘14.1.1 CD工业史重要的14.1.2 CD系列产品14.1.3 CD光盘的结构14.1.4数据如何写入CD光盘14.1.5数据如何写入CD光盘光盘标准摘要14.2 CD-Audio 14.2.1采样频率和采样尺寸14.2.2声道数14.2.3音频数据的声道代码14.2.4 CD光盘是如何量产的14.3 DVD光盘14.3 DVD光盘VD标准14.3.3 DVD的存储容量如何提高了14.4 VCD和DVD播放器14
2、.4.1 VCD简档14.4.2 VCD播放器的基本结构14.4.3 DVD播放器的基本结构14.5 HD DVD和BD光盘14.5 .1 HD DVD和BD 14.5.2 HD DVD和BD的技术规格,2020年7月5日,第14章光盘存储器,3/48,14.1.1 CD光盘,14.1.1 CD工业史上的大规模模拟光盘系统的诞生20世纪70年代初期荷兰飞利浦公司的研究人员表示1978年正式投入市场,一名叫LV(Laser Vision )的光盘播放器开始了利用激光记录信息的革命。 其诞生对人类文明进步的影响,不亚于纸的发明给人类带来的贡献。 2020年7月5日,第14章光盘内存、4/48、14
3、.1cd光盘(续1 )、数字激光光盘的诞生约从1978年开始,研究者将语音信号变成了用“1”和“0”表示的二进制数,并且, 在以塑料为基础的金属光盘上记录的1982年飞利浦和索尼成功地将记录了数字声音的光盘投入市场,塑料金属光盘因小型而被命名为光盘,并且该光盘的标准也被制定。 这就是世界着名的“红皮书”规格。 此光盘也被称为数字激光光盘(Compact Disc-Digital Audio,CD-DA )光盘,2020年7月5日,第14章光盘存储器,5/48,14.1 CD光盘(续2 ),CD-ROM的诞生是CD 但是,要从CD-DA迁移到CD-ROM,需要解决两个重要问题:计算机如何在磁盘上
4、搜索数据,以及如何分割磁盘上的地址。 因为歌曲是以歌曲为单位记录的,所以一张光盘上也记录了约20首歌曲,平均每首歌曲占用30 MB左右的空间。 因为存储一个文件不一定需要大的存储区域,所以需要在CD盘上写入很多地址号码的错误率:在将CD盘用作计算机的存储器的情况下,其错误率(10-12 )远远大于声音数据的错误率(10-9 ) 因为当时的CD-DA技术不能满足这一要求,所以1984年索尼和飞利浦就利用纠错技术发布了CD-ROM的物理格式标准。 被称为黄书标准,2020年7月5日,第14章磁盘存储,6/48,14.1 CD光盘(续3) ISO 9660标准的诞生黄书标准只是解决了硬件制造商的制造
5、标准问题,存储计算机数据的物理格式无关也就是说,计算机文件是如何存储在CD-ROM中的,文件是如何在不同系统之间交换的等问题已经得到解决。因此,在众多努力下制定了文件交换标准,之后国际标准化组织(ISO )命名为ISO 9660标准,2020年7月5日,第14章光盘存储,7/48,14.1 CD光盘(续4 ),14.1.2 CD系列产品在1981年记录参见图14-1,CD-da (紧凑光盘数字音频) CD-g (图形) CD-v (视频) CD-r om的CD-I (交互式) CD-fmv (全功能制造过程、材料、制造设备等相同,只要根据不同的应用目的保存不同种类的数据,就能在2020年7月5
6、日、第14章光盘存储装置、8/48、14-1 CD光盘(续5 )、图14-1 CD产品系列、2020年7月5日、第14章14-1 CD光盘(续6 )、14.1.3 CD盘结构盘的构成部分参照图14-2保护层; 挖沟的聚碳酸酯垫的两种反射层铝反射层:银白色,被称为“银盘”,只读光盘金反射层:金色,被称为“金盘”,可记录光盘,被称为CD-R (CD-Recordable )的盘的外形尺寸为图14-3。 重量约1418g的激光光盘分为三个区域:导入、导出和声音数据记录区域,2020年7月5日第14章光盘内存,10/48,14.1 CD光盘(续7 ),图14-2 CD光盘的结构,图14-3 CD光盘的
7、11/48,14.1 cd光盘(续8 ),轨道结构,CD光盘的轨道结构和光盘轨道的结构比较,2020年7月5日,第14章光盘存储器12/48, 14.1cd盘(续9 )和14.1.4-5 CD盘的记录原理数据记录原理磁光盘(MOD )利用磁存储特性通过激光执行数据相变盘的写入和读取的PCD 用激光特殊材料用加热前后反射率不同的存储1和0只读CD盘在光盘上按压坑的机械方法记录数据,用0激光读取在图14-5的坑的边缘记录1坑和非坑的平坦部分,图14-5、2020年7月5日参照14.1cd盘(续10 ) (引用Encarta Premium DVD 2006 )图14-5原始盘制作图像,图14-7
8、CD盘的读取原理,2020年7月5日,第14章盘存储器,14/48,14. 14.1.6 CD激光盘的标准概要:、2020年7月5日,第14章光盘存储, 15/48,14.1 CD光盘(续12 ),2020年7月5日,第14章光盘存储器,16/48,14.2 CD-audio,14.2.1频率和样本尺寸的采样频率为44 100 Hz的普通的考虑到滤波器在2000hz处有大约10%的衰减,考虑将22 000 Hz的两倍作为采样频率与电视信号的场扫描频率同步地避免相互干扰,PAL电视的场扫描为50 Hz,NTSC为60 Hz和50 位的动态范围约为20lg2 6.02 dB,16位能够表现的动态范
9、围为96 dB以上的记录盘上1秒钟的声音所占用的存储空间为1秒44 100样本/秒2字节/样本2 (左右2通道)=176.4. 第十四章光盘存储器、17/48、14.2cd-audio (续1 )、14.2.2声道数立体声为2声道的长时间,立体声为2声道(轨道)。 初期存储声音的媒体是接触式的唱片,唱片的v沟最多只能记录2频道的模拟信号。 为此,开发和采用了多声道设备,包括后一个录音机、调频广播、视频,甚至数字激光盘,两声道大小的环绕声中,很多剧场一直采用四声道以上的音频声道。在语音被转换为数字信号之后,计算机出现更多语音声道和更真实的语音效果,诸如压缩、摇摄、环绕声音。 例如,MPEG-2数
10、字电影标准和杜比数字均采用51个声音通道,即左、中、右三个主通道的左后、右后两个环绕和重低音通道,2020年7月5日,第14个14.2cd-audio (续2 )、14.2.3音频数据的通道码是将用户数据转换为适合于存储或传输介质的代码的过程1 .为什么生成通道码并从信号本身提取自同步信号记录连续多字节的全部“0”。 如果不进行通道编码而记录到盘上,则如果读出信号是直线,则电子电路将几个0或1缩小读出信号的频带,例如,对于不规则的数字信号, 读出时信号宽度和频率的变化范围宽的电子电路在区分“0”和“1”的信道编码的本质为连续“0”(或“1”)之间插入几个“1”(或“0”)来限制作为“0”和“1
11、”的连续长度的数的“行程长度”, 2020年7月5日,第14章光盘存储器,19/48 14.2 CD-Audio (续3 )为什么要将8位转换成14位/17位的理论分析和实验必须对在物理设备中存储或传输的所有数字信号进行信道编码“0”的行程长度最短为2个,最长为10个以下,即,2个“1”之间的“0”至少为2个,最多为10个以下,证明能够可靠地从8比特读出光盘上的信号有8位256种代码,在14位信道位中有16 384种代码,其中267种代码能满足“0”行程长度的要求。 在267种代码中,10种代码在集成信道代码时还难以限制行程长度,如果删除另一个,则对应于8比特的256种信道代码获得从14比特到
12、17比特满足行程长度的请求, 在通道代码之间追加3位来确保读取信号的可靠性,从而将8位的数据转换为17位的注意:在DVD光盘技术中,在将3位的合并位变更为2位并直接插入到重新设计的代码表中时,1字节的数据是16位的串DVD的存储容量提高了,2020年7月5日,第14章光盘存储器,21/48,14.2 CD-audio (续4 ),图14-8激光光盘上的音频数据的编码过程,2020年7月5日,第14章光盘存储器,21/48 14.2.4 CD光盘如何生产激光光盘(CD-DA )、数字激光光盘(VCD )和CD-ROM是一样的, 大致分为三个阶段1 .预母盘或预母盘将音乐节目转换为激光光盘的标准C
13、D-DA格式,将视频节目转换为“红皮书”或VCD光盘的标准记录格式被称为原始光盘制作(Mastering )和原始光盘制作频道。 当使用EFM编码器对遵守CD-DA或VCD格式的数据进行编码并添加3位来改善读/写信号的质量时,8位并行数据被转换为物理信道上的17位串行数据,并于2020年7月5日14.2cd-audio (续5 ),光刻:把涂有感光性电阻的玻璃盘放置在旋转台上,进行光刻。 参照图14-9,来自激光光源的激光束通过激光调制器时受到串行数据的控制,如果数据“0”不通过激光束,则受光电阻不曝光的数据“1”通过激光束,受光电阻曝光,在玻璃板上长化学处理:化学处理光刻玻璃盘。盘上的曝光区
14、域被蚀刻而形成坑,残留未曝光的区域,“0”和“1”的信号以坑和坑的形式记录在螺旋轨道上,图14-9的光刻系统的示意图,2020年7月5日,第14章光盘存储器,2 电镀:对化学处理过的玻璃盘实施化学电镀,生成金属原版盘,通过称为母盘的母盘制作原盘,制作原盘,即压模原盘的整个过程如图14-10、图14-10原盘盘VCD的制作过程第十四章光盘存储器,24/48 14.2 CD-Audio (续7 ),3 .大容量复制VCD的光盘基础是用聚碳酸酯塑料制成的,所以大多数的大容量复制设备在用塑料注射成型机的聚碳酸酯加热后,注入到光盘模具中, 压模将其上的数据冲压到冷却中的塑料光盘上,在光盘上溅射铝,读取数据时反射激光束,涂上保护涂料,印刷铭牌,2020年7月5日第14章光盘存储器,25/48,14.3.1 dv 说到DVD,前者的两个国际财团的产物是1995年索尼和飞利浦电子dv领导的国际基金会和Toshiba和Time Warner Entertainment领导的国际基金会分别不兼容的高密度CD(HDCD ) 提交了标准的同年10月二大财团光盘的设计是Toshiba/Time Warner的方案,光盘中存储的数据代码是Sony/根据飞利浦公司的提案,最终单面单DVD光盘的存储容量为4.7 GB单面双光盘的容量为8.5 GB单面单光盘的存储为133分钟的MPEG-2电影,这是与具备
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