CD盘结构及刻录原理

1、CD盘结构及刻录原理CD是Compact Disc的简称，是小型、紧凑的盘片。CD的外径120mm，厚度1.2mm。光轨(Track) 光轨，是光碟上一种资料记录的单位。光盘上储存的信息资料是按一定规则排列的，其形状像一条条轨道，称为光轨。光轨由内至外呈螺旋线形状。数据光盘内从目录 (TOC，Table of Contents)中记录起始地址的多个连续的逻辑扇区为一轨。而音频光盘内一首歌曲对应一条光轨，因此，有许多条光轨。光盘的光轨最多可达99条。 信息坑( pit )与岸( land )光轨上的凹陷下去的部分称为信息坑( pit )，没有凹陷的部分称为 岸( land ) ，又称陆地坑和岸都

2、是记录的信息。CD-R预先在盘片内压制了螺旋线形状的沟槽(Groove)，称为预刻槽，代替光学轨道的坑。刻录时，CD-R盘片的沟槽内有机染料在激光照射下，形成气泡，这便是岸(land)。气泡一旦形成，就不能恢复原状，因此，CD-R只能一次写入。EFM (Eight-to-Fourteen Modulation) 这些坑和岸是信号经过8位到14位编码调制(EFM，Eight to Fourteen Modulation)，再加上3位间隔代码，形成通道代码后刻录到光盘里的。这样处理能保证读取信号的准确性。光驱的激光头读取光盘数据时，坑和岸反射系数是一样的，因此都读成0，坑和岸的长度决定0的个数。坑

3、和岸的交界处，即坑的前后沿读为1。8位数据中有两位或两位以上的1，光盘无法实现存取。为此，需要将两个连续的1，至少要用两个0，最多10个0将它们分隔开。EFM就是将14位数据中提取256种不出现连续两个1的数据(通道码)与8位数据对应。为了避免相邻两个数据的通道码可能出现两个1，因此在通道码之间再加上3位合并码(DVD中用2位合并码)，形成17位通道码。这种通道码可直接用于刻录光盘。读取光盘时，将17位通道码经过解码系统转换为8位二进制数据。扇区(sector)或块(Block)CD的光轨分为许多扇区(或称为块)，标准速度 (单倍速) 下，光驱的激光头每秒读取75个扇区。光盘格式不同，每个扇区

4、中储存的信息(用户数据)也不相同。例如：光盘类型扇区中用户数据 (字节)CD-DA2352CD-ROM2048VIDEO CD2336CD的容量光盘中存储用户数据多少，称为CD容量，常用MB(兆字节)表示。一张标准CD-R盘片，用来记录数据时，其容量是650MB。现在也有大容量的，例如700MB。CD的容量也可以用时间来表示。在标准速度下，标准容量规定为74分钟。大容量的CD可播放80分钟(相当于700MB)。另外还有两种罕见的超大容量的CD，分别为90分钟和99分钟。CD-R常用两种方式来表示容量，例如盘面上标明74分钟，650MB。其实，用时间表示是准确的，而用MB的表示方法，只是作为数据

5、光盘使用时才正确，而作为其他类型的光盘使用时，其容量将超过650MB。我们举音频光盘、数据光盘和视频光盘三种典型CD为例，其扇区的字节数分别是：2352、2048和2336。那么，它们的容量分别是： 音频光盘：746075235210241024=746.93（MB）(注) 数据光盘650.39（MB） 视频光盘：746075233610241024=741.85（MB）注：式中光盘容量以74分钟来计量，每分钟60秒，每秒读75个扇区，音频光盘每个扇区2352Byte (字节)，1KB=1024B，1MB=1024KB。光轨的最小长度每条光轨的最小长度用

6、时间表示：4秒，即300个扇区。这个数值有时称为阀值。少于4秒的光轨，不能作为光轨，可能是条坏轨。区段(Session)，单区段(Single) / 多区段(Multi Session)区段，是光碟刻录的单位，包括Lead-In区、Program区和Lead-Out区三部分。每个区段都含有一个自己的目录文件，包含了本区段格式说明。多区段还包含前面区段的格式说明。单区段是一般的刻录方式，这种方式比较省空间。压制的光盘大多数是单区段光盘。多区段是光盘中含有两个或两个以上的区段，这种方式刻录比较方便，只要CD-R还有空间，便可以再次刻录。但多区段刻录时，区段之间需要留出大约30MB的间隔，因此，盘片

7、的空间比较浪费。压制的光盘中CD-Extra格式的光盘是有两个区段的光盘。导入区Lead-In Area位于区段最前面，储存着有关本光盘规格、每一轨的起始位置、长度等重要资料。每一个扇区的Lead-In Area长1分钟。导出区Lead-Out Area位于区段最后，表示结束，可供机器识别区段或整张光盘的长度。光盘的第一个区段的Lead-out Area长度为1分30秒，其他区段的Lead-out Area长度为30秒。音频光盘的物理格式红皮书定义了音频光盘的格式，它是其它光盘的基础。我们来看它的物理结构。音频光盘中扇区又叫做节(section)，一节分为98帧（frame）。每帧有36字节，

8、其中：同步信号3字节，子码通道1字节，用户数据24字节，P 、Q校正码各4字节。音频光盘的扇区物理格式：同步用户数据Q校验P校验用户数据294字节2352字节392字节392字节98字节（通道码）3234字节这里的同步信号只是表示一条光轨开始，它本身是通道码，它不需要EFM转换。所以，音频光盘的扇区中，各种数据总长是3234字节，其中用户数据是2352字节。黄皮书定义了数据光盘的格式。它的格式建立在红皮书的基础上，它把红皮书中用户数据2352字节，作为扇区字节总长CD-ROM的扇区物理格式：CD-ROMMode 1同步扇区头用户数据EDC空缺ECC124204848276CD-ROMMode

9、2同步扇区头用户数据1242336CD-ROMMode 2 Form 1同步扇区头子码通道用户数据EDCECC124820484276CD-ROMMode 2 Form 2同步扇区头子码通道用户数据ECC124823244扇区字节长度2352字节同步(Sync)同步(同步码)，扇区里的12字节区域，它包含同步信息，在16进制中，整个区域除第一个和最后一个字节外都为00 (音频光盘的同步码与其他光盘的同步码不同)。扇区头(Header)扇区头，又称扇区地址。有4字节，分别表示分(Min)、秒(Sec)、分秒(Frac)和光轨模式(Mode)。分秒可理解为扇区的单位名 称分秒分秒模式字节数1111

10、范 围标准：0074，最大： 9900590074Mode代码地址格式分秒分秒111标准：0074，最大：9900590074光盘中的地址、光轨间隔等都是用时间来表示的，1秒是75个扇区，将它们编号为00到74。秒的前后各有一个“冒号”，例如：12:02:24，读作“12分02秒24分秒”。子码通道 Sub-Codes channel (或子通道sub-channel)在音频光盘中，子码通道98字节平均分配给P,Q,R,S,T,U,V,W等8个子通道，每个子通道98位(bit)。子通道P：用来指示声音数据在何处开始。子通道Q：98bit，分为A,B,C,D,E五个区域。区 域ABCDE位 (比

11、特)2447216A：2bit。同步控制。B：4bit。数据类型标志。C：4bit。后面D区域数据标志。D：72bit。Q子通道的数据。在光盘的导入区，含有光盘的内容表TOC(Table Of Contents)，在光盘的其他区域，含有当前播放时间。E：16bit。用于错误检测CRC (Cyclic Redundancy Code)。子通道RW：一般音频光盘没有使用，用“0”填充。在CD-Text光盘中，用来记录演唱组，歌曲名，作者等信息。这些附加信息，不能在CD播放机读出，但可以在电脑中读出。在数据光盘中子通道有12字节，每个扇区有8个子通道：P, Q, R, S, T, U, V和W。子通

12、道P和Q包含了位置(时间)资料。子通道R到W则可存放使用者的资料。每张CD片最多存放20MB的资料。CD-G就是用它存放图形资料的CD片。交叉交插里德/索洛蒙码CIRC （Cross-Interleaved Reed-Solomon Code）这是音频光盘使用的校正码。它分别放置在“帧”的中间(Q校验)和末尾(P校验)。EDC (Error Diagnosis Code)错误侦测码。 ECC (Error Correction Code)错误校正码。间隙Gap：轨与轨之间的间隙，。又分为：post-gap：CD结尾或一条光轨结束后的一个短间隙(一般为2秒)，post gap与本光轨有相同的格式

13、，它确保轨改变之前所有数据被读出。Pre-gap：每条光轨前的一个短间隙(一般为2秒)，pre-gap与新的光轨有相同的格式，以便光驱有时间调整读取新轨。Packet：大小为64K bytes的资料存贮单位，定义在黄皮书中。Close Disc (Finalize Disc)： 将一片CD-R光碟片标示为不可再写入，即使该光碟片还未写满。Close Session (Fixation)：每个区段写完了都要经过Close Session的动作写入Lead-in及Lead-out，并且决定这张光盘是否仍可继续往下写。如果不经Close Session的动作，刻录的资料，只有刻录机能读出，一般的CD

14、-ROM是读不出的。目录TOC (Table of Contents）：目录，记录着关于光盘及光轨的资料。当Close Session时，目录会被写在Lead-In Area的Q子码通道里。包含光轨数，所有光轨的起始地址，整个CD的长度等数据。逻辑扇区 (Logical Sector)，逻辑块 (Logical Block)CD-ROMMode 1同步扇区头用户数据EDC空缺ECC124204848276物理扇区2352字节逻辑扇区2048字节CD-ROM的一个物理扇区除了同步、扇区头、错误检测和校正之外，剩下的2048字节作为用户数据域。2048字节(2 KB)的数据域定义为一个逻辑扇区(l

15、ogical sector)。每个逻辑扇区都有一个唯一的逻辑扇区号LSN (Logical Sector Number)。CD-ROM的第一个逻辑扇区是从物理地址000200开始，逻辑扇区号为LSN 0。逻辑扇区的地址也允许自定义，但要等于2n，n是一个正整数。每个逻辑扇区可以分成一个或多个逻辑块(Logical Block)。这样做对于在光盘盘上存放大量的小文件是很有用的。在一个由2048字节组成的逻辑扇区中，一个逻辑块的大小可以是512、1024或2048字节。但一个逻辑块的大小不超过逻辑扇区的大小。每个逻辑块有一个逻辑块号LBN (Logical Block Number)。第一个逻辑块号(LBN 0)是第一个逻辑扇区(LSN 0)中的第一块，依次为LBN1、2、3等等。在CD-ROM上，所有文件和其他重要的数据都按LBN寻址。逻辑扇区地址(LSA)，逻辑块地址(LBA)：光盘内有很多扇区，每个扇区都有唯一的地址，逻辑扇区地址不必和物理地址匹配，硬件使用的是物理地址，操作系统使用的是