多媒体技术10.ppt

1、多媒体技术,主讲：刘胜钢,第八章光盘存储技术,8.1 概述,文 本,动 画,图 形,影 像,声 音,8.1 概述,如何记录“0”和“1”，如何提高单位面积上的记录密度是计算机工业中的一个非常重要的技术研究和开发课题； 电子管到半导体存储器，磁记录到光记录； 光记录是20世纪70年代的重大发明。,8.1 概述,60年代，美国就开始了利用激光束来记录“0”和“1”的数字信号的研究。 激光束聚焦在1um以下 不需要真空设备 60年代后期美国能量设备ECD公司开展激光束记录信息的材料研究。 相变(Phase Change)的材料，两种稳态,8.1 概述,70年代初期，荷兰Philips公司采用了另一种

2、用激光束来记录和检测信息的方法。 利用凹凸长短不同的表面来记录信息，利用凹凸表面对激光束的反射率不同来检测信息。 1972年9月，光盘直径30cm(12英寸)，双面光盘可播放两小时。,8.1.2 光盘工作原理 结构：覆盖层：刻有细槽，称为凹坑，其余为凸岸 反射层：在凹坑处能反射光线工作原理：在激光照射下, 凹坑与凸岸分别产生不同的光反射现象，从而编码成为01数码。,问题：,光盘光道的排列形式如何？ 光学头读取光道数据的运动方式怎样？ 凹面记录”0”还是凸面记录“0”？,8.1.2 光盘工作原理,光盘光道是螺旋线(总长约5千米)，光道密度为16000TPI(光道/英寸)，道宽 d1 = 0.6m

3、 ，道间距d2 = 1.6m，凹坑深度为0.12m，数据密度1 M bit/平方毫米。 光学头读取数据时以CLV(匀速线速度)方式运动，磁头以CAV方式运动。,8.1.3 光盘数据的通道编码(EFM),凹坑和凸岸的平坦部分代表”0”，凹坑的边缘代表”1”。 如果出现连续的1怎么表示？ 为了改善读出信号的质量和在记录中提取同步信号，光盘数字数据采用通道编码。,光存贮原理 光反射,8.1.3 通道编码(EFM),8.1.3 通道编码(EFM),在连续的“1”之间插入若干个“0”，在连续的“0”之间插入若干个“1”，并对“0”和“1”的游程长度加以限制。 “0”的游程长度最短2个，最长为10。 一个

4、字节8位的数据有256种代码，14位有16384种代码，满足“0”的游程长度要求的有267种。 14位通道码合并时，首位加1个“0”，末尾加2个“0”，8位数据最后转换成17位通道码。,8.2 光盘技术发展概述,80年代初Philips和索尼公司便共同为数字音乐光盘片制订标准。1982年3月开发成功CD-DA数字光盘音响系统(直径4.75英寸，12cm，红皮书标准)。 1985年，正式为CDROM制定了标准（黄皮书标准），从此CD-ROM在电脑的信息存储上获得了极为广泛的应用。 1986年和1987年先后推出了CD-I（绿皮书标准）和DVI系统。,8.2 光盘技术发展概述,CD-ROM是只读式

5、的，用户无法对数据进行备份和交换，因此研制可读写的光盘是光盘技术中一个非常重要的部分。 CD-R（CD Recordable）的标准（橙皮书标准）于 1990年由Philips公司制定。 CD-R最大的特点是与CD-ROM完全兼容。 最新的CD-R刻录机支持CD-UDF格式(通用磁盘格式)，用户无需使用刻录软件，就可像使用软驱一样直接对CD-R刻录机进行读写操作。,8.2 光盘技术发展概述,1995年4月， Philips公司提出相变可读写光盘驱动器CD-E，并得到许多公司支持。1996年更名为CD-RW(可读写CD标准)。 CD-RW兼容CD-ROM和CD-R。,8.3 光存储的特点,存储容

6、量大 产品标准化 使用寿命长 相容性能好 实用范围广,8.4 光盘数据的物理存储格式,物理格式规定数据如何放在光盘上，包括物理扇区地址、数据的类型、数据块的大小、错误检测、同步信息和校正码等。 以CD-DA（红皮书标准）数据的物理格式为例 一首歌曲放在一条逻辑光道上。一条光道由许多扇区(节section)组成，一节由98帧组成。帧是激光唱盘上存放声音数据的基本单元。,8.4 光盘数据的物理存储格式,同步(SYNC)：100000000001000000000010。 一扇区的有效声音数据98242352字节 单倍光速的数据率为多少？单倍光速一秒钟扫过多少扇区？,8.4 .2 CD-ROM数据的

7、物理存储格式,CD-ROM/XA定义了4种类型的扇区方式： CD-ROM Mode 1:存储计算机数据 CD-ROM Mode 2:存储压缩的声音数据、静态图像或电视图像数据 CD-ROM/XA Mode 2 Form 1:存储计算机数据 CD-ROM/XA Mode 2 Form 2:存储压缩的声音数据、静态图像或电视图像数据,8.4 .2 CD-ROM数据的物理存储格式,同步信号 12字节,扇区地址 4字节,用户数据 2048字节,EDC 4字节,未用 8字节,ECC 276字节,CD-ROM Mode 1 2352字节,同步信号 12字节,扇区地址 4字节,用户数据 2336字节,CD-

8、ROM Mode 2 2352字节,8.4 .3 VCD数据的物理存储格式,VCD盘由引导区(导入区和导出区)和节目区两部分组成，如图15-8（P288）。 盘上的数据按逻辑光道来组织，光道数最多为99条。 Track 1为专用数据光道 MPEG-Audio/Video光道 MPEG-Audio/Video扇区结构(P291图),8.5 CD-ROM光存储系统,光学头： 光学头（optical pickup）是CD-ROM驱动器的关键部件。 聚焦伺服： 为使激光束的聚点落在光盘的信息面上，CD-ROM驱动器采用自动聚焦伺服系统来实现。 EFM解调： 从聚焦司服系统输出的数据信号是经过EFM调制

9、后的信号，EFM解调过程是EFM调制过程的逆过程。,8.5 CD-ROM光存储系统,道跟踪伺服： 为了确保聚焦光束能沿着道间距为1.6um、凹坑宽为0.5um左右的螺旋形光道正确读出信息，CD-ROM采用径向光道跟踪技术，以克服光盘可能多达300um的偏心，使道跟踪精度达到0.1um。 CLV伺服： 由于CD-ROM盘要以恒定线速度（CLV）旋转，这就意味着，驱动光盘旋转的驱动马达的速度要随光头所处的位置而变化。,8.5.2 CD-R光存储系统,CD-R盘片的物理层次 CD-R光盘将反射用的铝层改用24K黄金层（也可以是纯银材料），另外再加上有机染料层和预置的轨道凹槽。,8.5.2 CD-R光

10、存储系统,CD-R的刻录和读取原理 CD-R刻录是将刻录光驱的写激光聚焦后，通过CD-R空白盘的聚碳酸脂（polycarbonate）层照射到有机染料（通常是箐蓝或酞箐蓝染料）的表面上，激光照射时产生的热量将有机染料烧熔，并使其变成光痕（mark）。 当CD-ROM驱动器读取CD-R盘上的信息时，激光将透过聚碳酸脂和有机染料层照射镀金层的表面，并反射到CD-ROM的光电二极管检测器上。光痕会改变激光的反射率，CD-ROM驱动器根据反射回来的光线的强弱来分辨数据0和1。,8.5.3 磁光MO存储系统,磁光盘是利用（激）光和磁进行数据读、写和擦除的一种光存储系统。 数据记录时使用激光和磁场； 读取

11、时仅用激光； 激光和磁场分别位于盘片的两面。 磁光盘的物理层次 磁光盘片用树脂做基盘，其上集积了保护层（氮化硅）、记录层（铽、铁钴合金）和反射层（铝合金）而构成。,8.5.3 磁光MO存储系统,磁光存储系统擦写原理 写入数据：利用凸透镜进行聚焦，将高功率激光以极小的光点照射在磁光盘记录层上，在其表面温度上升到约300的居里点时，用外部磁场改变其原磁化方向。然后中止激光光束让记录层冷却，形成不受外磁场影响的牢固记录层。 数据重写：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著与介质表面垂直的方向均匀磁化，即通过写入“0”来抹去原有数据。然后再根据要求用

12、高功率激光在“0”位置写入数据“1”，这样就完成了数据的重写。,8.5.3 磁光MO存储系统,磁光存储系统读原理 数据的读取是利用低功率激光探测盘片表面，通过分析反射回來的偏振光的偏振面方向是顺时针或是逆时针，来决定读取的数据是“1”还是“0”。,8.5.4 相变(PD)光存储系统,CD-RW 相变记录方式利用物质的状态变化即所谓的相变进行数据的读、写和擦除，相变型光盘用在基盘上沉积电介质层、相变记录层、冷却层和保护层等形成多层结构。,光存储系统的技术指标,尺寸 LD的直径为12英寸（300mm） CD激光唱盘和CD-ROM为4.72英寸（120mm） WORM一次写光盘为14.12英寸和5.

13、25英寸 可擦写光盘向小尺寸方向发展，主要尺寸为5.25英寸和3.5英寸。,光存储系统的技术指标,容量 格式化容量 格式化容量是指按某种光盘标准进行格式化后的容量。 对于SONY的SMO-D501光盘，若格式化使每个扇区为1024B，格式化容量是325MB，而采用每扇区为512B，格式化容量只有297MB。,光存储系统的技术指标,容量 用户容量 用户容量是指盘片格式化后允许对盘片执行读写操作的容量。 CD-ROM的容量为550MB和650MB。由于光盘外圈5mm区容易出错，所以有些CD-ROM 的容量标为550MB。,光存储系统的技术指标,平均存取时间 平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出

14、命令开始，到光盘驱动器在光盘上找到需读/写的信息的位置并接受读/写命令为止的一段时间。 平均寻道时间 光学头沿半径移动全程1/3长度所需的时间为平均寻道时间。,光存储系统的技术指标,平均存取时间 平均等待时间 盘片旋转半周的时间为平均等待时间。 把平均寻道时间、平均等待时间和读/写光学头稳定时间相加，就得到平均存取时间。,光存储系统的技术指标,数据传输率 数据传输率 数据传输率一般是指单位时间内光盘驱动器送出的数据比特数。该数值与光盘转速和存储密度有关。CD-ROM，其数据传输率已从初期的150KB/s提高到6MB/s。 同步传输率、异步传输率和DMA传输率 数据传输率也指控制器与主机之间的传

15、输速率。它与接口规范和控制器内的缓冲器大小有关。SCSI接口的同步传输率为4MB/s，异步传输率为1.5MB/s。AT总线规定的DMA方式的传输率为1MB/s。,光存储系统的技术指标,数据传输率 突发传输率 光盘驱动器或控制器中都包含有一个64K、256K或512K的缓冲存储器。为了提高数据传输率，读数据过程中先把数据存入缓冲器，再进行集中传送；如果下次读取同一内容，就不必从光盘上去读取，直接把缓冲器中的数据传送给主机就可以了，这种传输率称为突发传输率。,光存储系统的技术指标,数据传输率 持续传输率 当传送的数据量很大时，缓冲器就起不到提高传输率的作用了，这时的传输率称为持续传输率。,光存储系统的技术指标,误码率 采用复杂的纠错编码可以降低误码率。存储数字或程序对误码率的要求高，存储图像或声音数据对误码率的要求较低。CD-ROM要求的误码率为10-1210-16。 平均无故障时间 (MTBP) 要求达到25000小时。,4.1.8 DVD光存储系统,DVD(Digital Video Disk) 数字视频光盘或数字影盘 它利用MPEG 2的压缩技术来储存影像 DVD-ROM：电脑软件只读光盘 DVD-Video：家用的影音光盘 DVD-Audio：音乐盘片 DVD-