多媒體儲存和獲取技術(shù)

1、MMTMMT第十講第十講 多媒體儲存和獲取技術(shù)多媒體儲存和獲取技術(shù)YANGZHOUDAXUE物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院9.1 9.1 多媒體計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)多媒體計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)1.1.多媒體計算機(jī)多媒體計算機(jī) 多媒體計算機(jī)需要計算機(jī)交互式地綜合處理聲、文、圖信息，多媒體計算機(jī)需要計算機(jī)交互式地綜合處理聲、文、圖信息，圖像和聲音信息數(shù)據(jù)量大，處理速度要求高。有三種方案：圖像和聲音信息數(shù)據(jù)量大，處理速度要求高。有三種方案：1 1 選用專用芯片、設(shè)計專用接口卡。選用專用芯片、設(shè)計專用接口卡。 例如視頻卡、聲卡、網(wǎng)卡等該方法就是多媒體個人計算機(jī)例如視頻卡、聲卡、網(wǎng)卡等該方法就是多媒體個人計算機(jī)

2、（MPCMPC）的標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)。）的標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)。2 2 設(shè)計專用芯片和軟件設(shè)計專用芯片和軟件3 3 把多媒體技術(shù)做到把多媒體技術(shù)做到CPUCPU芯片中芯片中多媒體系統(tǒng)：多媒體系統(tǒng)：CD-ICD-I系統(tǒng)：家用交互式多媒體系統(tǒng)系統(tǒng)：家用交互式多媒體系統(tǒng) DVIDVI系統(tǒng)：由美國普林斯頓系統(tǒng)：由美國普林斯頓David SanaoffDavid Sanaoff研究中心研究開發(fā)的交研究中心研究開發(fā)的交互式數(shù)字視頻系統(tǒng)互式數(shù)字視頻系統(tǒng)多媒體工作站多媒體工作站 2.2.多媒體計算機(jī)硬多媒體計算機(jī)硬件件9.29.2多媒體存儲多媒體存儲多媒體信息：多媒體信息：存在和表現(xiàn)有多種形式存在和表現(xiàn)有多種形式 常見的有：正

3、文、向量圖形、位圖、數(shù)字化聲音和高保真音常見的有：正文、向量圖形、位圖、數(shù)字化聲音和高保真音響、數(shù)字化視頻。響、數(shù)字化視頻。信息量大信息量大 多媒體信息即使經(jīng)過壓縮多媒體信息即使經(jīng)過壓縮, ,所需的存儲空間仍然十分可觀所需的存儲空間仍然十分可觀, ,傳傳統(tǒng)使用的計算機(jī)存儲設(shè)備如軟磁盤、磁帶等統(tǒng)使用的計算機(jī)存儲設(shè)備如軟磁盤、磁帶等, ,無法滿足大信息量無法滿足大信息量的要求。的要求。存儲器：存儲器：計算機(jī)的重要組成部分計算機(jī)的重要組成部分, ,一般分為內(nèi)存儲器和外存儲器。一般分為內(nèi)存儲器和外存儲器。 內(nèi)存儲器由只讀存儲器、隨機(jī)存儲器和高速緩沖存儲器內(nèi)存儲器由只讀存儲器、隨機(jī)存儲器和高速緩沖存儲器

4、 (cache) (cache) 組成。組成。 外存儲器分為數(shù)字式磁記錄設(shè)備外存儲器分為數(shù)字式磁記錄設(shè)備( (如磁盤、磁帶如磁盤、磁帶) )和模擬和模擬式磁記錄設(shè)備式磁記錄設(shè)備( (如錄音帶、錄像帶如錄音帶、錄像帶) )。 20 20世紀(jì)世紀(jì)7070年代研制出的光盤是滿足上述要求較為理想的年代研制出的光盤是滿足上述要求較為理想的存儲設(shè)備存儲設(shè)備, ,其中只讀式緊湊光盤其中只讀式緊湊光盤 (compact disc (compact discread only read only memory,CD-ROM)memory,CD-ROM)及其改進(jìn)的及其改進(jìn)的DVDDVD光盤是廣泛使用的多媒體信光盤

5、是廣泛使用的多媒體信息載體。息載體。 CD,DVD CD,DVD屬于光存儲技術(shù)，硬盤屬于磁儲存技術(shù)。屬于光存儲技術(shù)，硬盤屬于磁儲存技術(shù)。9.2.1.9.2.1.硬盤存儲：硬盤存儲：硬盤用磁性記錄技術(shù)記錄數(shù)據(jù)。磁性介質(zhì)很容易被擦去和重寫。硬盤用磁性記錄技術(shù)記錄數(shù)據(jù)。磁性介質(zhì)很容易被擦去和重寫。 上圖為硬盤內(nèi)部情況，可以看見轉(zhuǎn)盤、讀寫臂、讀寫頭、高上圖為硬盤內(nèi)部情況，可以看見轉(zhuǎn)盤、讀寫臂、讀寫頭、高速線性馬達(dá)。速線性馬達(dá)。 多數(shù)硬盤有多個盤面，且雙面讀寫。多數(shù)硬盤有多個盤面，且雙面讀寫。6 6讀寫頭讀寫頭 數(shù)據(jù)以磁道（數(shù)據(jù)以磁道（trackstracks）和扇區(qū)（）和扇區(qū)（sectorssecto

6、rs）的方式存儲在盤）的方式存儲在盤面的表面。磁道是一些同心圓，而扇區(qū)是磁道上的楔型區(qū)域。面的表面。磁道是一些同心圓，而扇區(qū)是磁道上的楔型區(qū)域。 磁道和扇區(qū)磁道和扇區(qū) 低級格式化：在磁盤盤面上建立磁道和扇區(qū)。低級格式化：在磁盤盤面上建立磁道和扇區(qū)。 高級格式化：建立文件存儲結(jié)構(gòu)到扇區(qū)上。高級格式化：建立文件存儲結(jié)構(gòu)到扇區(qū)上。硬盤性能指標(biāo)硬盤性能指標(biāo) 1 1轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 以每分鐘多少轉(zhuǎn)（以每分鐘多少轉(zhuǎn)（RPMRPM）為單位。）為單位。 2 2容量容量 硬盤的容量與盤片數(shù)、面密度關(guān)系密切，這兩項數(shù)值越大則硬盤的容量與盤片數(shù)、面密度關(guān)系密切，這兩項數(shù)值越大則容量越大。容量越大。3 3平均尋道時間平均尋道

7、時間 平均尋道時間指的是磁頭到達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)所在磁道的平均時間，平均尋道時間指的是磁頭到達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)所在磁道的平均時間，目前硬盤平均尋道時間大約為目前硬盤平均尋道時間大約為7 79 9毫秒。毫秒。 4 4緩存緩存 5 5傳輸速率（傳輸速率（transfer ratetransfer rate） 傳輸速率分為傳輸速率分為內(nèi)傳輸速率內(nèi)傳輸速率與與外傳輸速率外傳輸速率，以每秒，以每秒MBMB為單位。為單位。內(nèi)傳輸速率是從硬盤到緩存的傳輸速度。內(nèi)傳輸速率是從硬盤到緩存的傳輸速度。外傳輸速率是從緩存到通信接口的傳輸速度。外傳輸速率是從緩存到通信接口的傳輸速度。9.2.2.9.2.2.光存儲：光存儲：工作原理：

8、工作原理： 改變一個存儲單元的性質(zhì)改變一個存儲單元的性質(zhì), ,使其性質(zhì)的變化反映出被存儲的使其性質(zhì)的變化反映出被存儲的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù), ,識別這種性質(zhì)的變化識別這種性質(zhì)的變化, ,就可以讀出存儲數(shù)據(jù)。就可以讀出存儲數(shù)據(jù)。 光存儲單元的性質(zhì)光存儲單元的性質(zhì), ,例如反射率、反射光極化方向等均可以例如反射率、反射光極化方向等均可以改變改變, ,它們對應(yīng)于存儲二進(jìn)制數(shù)據(jù)它們對應(yīng)于存儲二進(jìn)制數(shù)據(jù)0(0(不變不變) )、1(1(改變改變),),光電檢測光電檢測器能夠通過檢測出光強和光極性的變化來識別信息。器能夠通過檢測出光強和光極性的變化來識別信息。 高能量激光束可以聚焦成約高能量激光束可以聚焦成約1m1m的

9、光斑的光斑, ,因此光存儲技術(shù)比因此光存儲技術(shù)比其他存儲技術(shù)具有更高的容量。其他存儲技術(shù)具有更高的容量。 光存儲技術(shù)的產(chǎn)品化形式是由光盤驅(qū)動器和光盤片組成的光存儲技術(shù)的產(chǎn)品化形式是由光盤驅(qū)動器和光盤片組成的光盤驅(qū)動系統(tǒng)。光盤驅(qū)動系統(tǒng)。 驅(qū)動器讀寫頭是用半導(dǎo)體激光器和光路系統(tǒng)組成的光頭驅(qū)動器讀寫頭是用半導(dǎo)體激光器和光路系統(tǒng)組成的光頭, ,記錄介質(zhì)采用磁光材料。記錄介質(zhì)采用磁光材料。光盤系統(tǒng)（光盤系統(tǒng)（光盤驅(qū)動器和光盤盤片光盤驅(qū)動器和光盤盤片 ）特點：）特點：與硬盤相比：與硬盤相比： 具有可拆卸性具有可拆卸性 容量相當(dāng)容量相當(dāng) 驅(qū)動器較貴驅(qū)動器較貴 盤片便宜盤片便宜 讀寫速度慢讀寫速度慢與磁帶相比

10、：與磁帶相比： 容量大容量大 隨機(jī)存取性強隨機(jī)存取性強 激光頭與介質(zhì)元接觸激光頭與介質(zhì)元接觸, ,不受環(huán)境影響而退磁不受環(huán)境影響而退磁, ,信息保存時間長信息保存時間長, ,可達(dá)可達(dá)3030年以上。年以上。 技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo): : 容量、平均存取時間、數(shù)據(jù)率、接口標(biāo)準(zhǔn)及格式規(guī)范等。容量、平均存取時間、數(shù)據(jù)率、接口標(biāo)準(zhǔn)及格式規(guī)范等。 存儲容量存儲容量 所能讀寫的光盤盤片的容量。又分為格式化容量和用戶容量所能讀寫的光盤盤片的容量。又分為格式化容量和用戶容量, ,采用不同的格式和不同驅(qū)動器采用不同的格式和不同驅(qū)動器, ,光盤格式化后容量不同。一般用光盤格式化后容量不同。一般用戶容量比格式化容量要少戶

11、容量比格式化容量要少, ,因為光盤還需要存放有關(guān)控制、校驗因為光盤還需要存放有關(guān)控制、校驗等信息。等信息。平均存取時間平均存取時間 在光盤上找到需要讀寫的信息的位置所需要的時間在光盤上找到需要讀寫的信息的位置所需要的時間, ,即從計即從計算機(jī)向光盤驅(qū)動器發(fā)出命令算機(jī)向光盤驅(qū)動器發(fā)出命令, ,到光盤驅(qū)動器可以接受讀寫命令為到光盤驅(qū)動器可以接受讀寫命令為止的時間。一般取光頭沿半徑移動全程止的時間。一般取光頭沿半徑移動全程1/31/3長度所需要的時間為長度所需要的時間為平均尋道時間平均尋道時間, ,盤片旋轉(zhuǎn)一周的一半時間為平均等待時間盤片旋轉(zhuǎn)一周的一半時間為平均等待時間, , 兩者兩者加上讀寫光頭的

12、穩(wěn)定時間就是平均存取時間。加上讀寫光頭的穩(wěn)定時間就是平均存取時間。 數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率 指從光盤驅(qū)動器讀取數(shù)據(jù)的速率指從光盤驅(qū)動器讀取數(shù)據(jù)的速率, , 可以定義為單位時間內(nèi)從可以定義為單位時間內(nèi)從光盤的光道上讀取數(shù)據(jù)的比特數(shù)光盤的光道上讀取數(shù)據(jù)的比特數(shù), ,與光盤轉(zhuǎn)速、存儲密度有關(guān)。與光盤轉(zhuǎn)速、存儲密度有關(guān)。 光盤類型：光盤類型：ROMROM只讀盤：只讀盤： 采用激光調(diào)制方式記錄信息，將信息以凹坑和凸區(qū)的形式采用激光調(diào)制方式記錄信息，將信息以凹坑和凸區(qū)的形式記錄在螺旋形光道上。光盤是由母盤壓模制成的，一旦復(fù)制成記錄在螺旋形光道上。光盤是由母盤壓模制成的，一旦復(fù)制成形永久不變，用戶只能讀出信息。形永久

13、不變，用戶只能讀出信息。WORMWORM一次性寫多次讀光盤一次性寫多次讀光盤WORM(write once read many) WORM(write once read many) 只能寫一次但可以多次瀆只能寫一次但可以多次瀆, ,一旦寫入就不能更改。一旦寫入就不能更改。Rewritable Rewritable 可重寫光盤可重寫光盤 可重寫光盤或稱可擦寫光盤是最理想的光盤類型可重寫光盤或稱可擦寫光盤是最理想的光盤類型, ,也是最有也是最有應(yīng)用前途的光盤類型。應(yīng)用前途的光盤類型。 目前可重寫光盤價格較貴。目前可重寫光盤價格較貴。防止沾污某些溶劑，造成鋁膜腐蝕。防止沾污某些溶劑，造成鋁膜腐蝕。

14、防止光盤劃傷。防止光盤劃傷。保護(hù)光盤不受強光照射，不存放在過熱、過冷或潮濕的地方。保護(hù)光盤不受強光照射，不存放在過熱、過冷或潮濕的地方。光盤必須放在專用的容器內(nèi)保存而不能堆放在一起。光盤必須放在專用的容器內(nèi)保存而不能堆放在一起。取盤時：取盤時： 光盤可用水或中性清潔劑清潔。光盤可用水或中性清潔劑清潔。從中心向邊緣擦拭，不能沿圓形軌邊擦拭。從中心向邊緣擦拭，不能沿圓形軌邊擦拭。光盤的壽命與用戶的維護(hù)有直接關(guān)系。光盤的壽命與用戶的維護(hù)有直接關(guān)系。 光盤的保養(yǎng)光盤的保養(yǎng)9.3 CD9.3 CD9.3.1 CD9.3.1 CD原理原理 CD CD（Compact DiscCompact Disc、高密

15、盤）、高密盤） Philips Philips公司，公司，2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代初，開發(fā)成功數(shù)字光盤音響系統(tǒng)年代初，開發(fā)成功數(shù)字光盤音響系統(tǒng)化學(xué)材料：化學(xué)材料： CD CD光盤采用聚碳酸脂（光盤采用聚碳酸脂（PolycarbonatePolycarbonate）制成，這種材料壽命）制成，這種材料壽命很長而且不易損壞，摩托車頭盔和防彈玻璃也是這種材料。很長而且不易損壞，摩托車頭盔和防彈玻璃也是這種材料。物理構(gòu)造：物理構(gòu)造： CDCD光盤上記錄的信息最小單元是比特（光盤上記錄的信息最小單元是比特（bitbit）。在聚碳酸脂材）。在聚碳酸脂材料上用凹痕和凸痕的形式記錄二進(jìn)制料上用凹痕和凸痕的形

16、式記錄二進(jìn)制“0”“0”和和“1”“1”。 再覆上一層薄反射層（鋁），最后再覆上一層透明膠膜保護(hù)層，再覆上一層薄反射層（鋁），最后再覆上一層透明膠膜保護(hù)層，并在保護(hù)層的一面印上標(biāo)記。并在保護(hù)層的一面印上標(biāo)記。 我們通常稱光盤的兩面分別為我們通常稱光盤的兩面分別為數(shù)據(jù)面數(shù)據(jù)面和和標(biāo)記面標(biāo)記面。 目前通常用的光盤直徑為目前通常用的光盤直徑為12cm12cm，厚度約為，厚度約為1mm1mm，中心孔直，中心孔直徑為徑為15mm15mm，重約，重約14-18g14-18g。 CDCD數(shù)據(jù)記錄和讀取方式數(shù)據(jù)記錄和讀取方式 二進(jìn)制數(shù)據(jù)以微觀的凹痕形式記錄在二進(jìn)制數(shù)據(jù)以微觀的凹痕形式記錄在螺旋軌道螺旋軌道（t

17、racktrack，光，光道）上，光道從盤的中心開始直到盤的邊緣結(jié)束，與磁盤的同心道）上，光道從盤的中心開始直到盤的邊緣結(jié)束，與磁盤的同心環(huán)型磁道不一樣。環(huán)型磁道不一樣。CDCD光盤光盤 磁盤磁盤 光道上凹凸交界的跳變沿均代表數(shù)字光道上凹凸交界的跳變沿均代表數(shù)字“1”“1”，兩個邊緣之間，兩個邊緣之間代表數(shù)字代表數(shù)字“0”“0”。“0”“0”的個數(shù)是由邊緣之間的長度決定。信息讀的個數(shù)是由邊緣之間的長度決定。信息讀取時，取時，CDCD機(jī)的激光頭發(fā)出一束激光照到機(jī)的激光頭發(fā)出一束激光照到CDCD盤的數(shù)據(jù)面并拾取反射盤的數(shù)據(jù)面并拾取反射回來的光信號判別記錄的是回來的光信號判別記錄的是“1”“1”或或

18、“0” “0” 。 激光照在光盤上時，如果是照在凸區(qū)上，將會有激光照在光盤上時，如果是照在凸區(qū)上，將會有70708080被被反射，這樣光頭就可以讀到反射信號。如果照在凹區(qū)上，則造成激反射，這樣光頭就可以讀到反射信號。如果照在凹區(qū)上，則造成激光散射，光散射，CDCD讀取頭無法接受到反射信號。讀取頭無法接受到反射信號?？勺x寫光盤的擦寫原理可讀寫光盤的擦寫原理 要實現(xiàn)光盤信息的重寫要實現(xiàn)光盤信息的重寫, ,必須恢復(fù)光盤介質(zhì)原來的性質(zhì)必須恢復(fù)光盤介質(zhì)原來的性質(zhì), , 擦去擦去原來信息原來信息, , 然后重新記錄新的信息?？煞譃閮深惾缓笾匦掠涗浶碌男畔??？煞譃閮深? ,即即磁光式磁光式和和相變相變式式。

19、磁光式（磁光式（MOMO，Magnet-OpticalMagnet-Optical）：）： 以稀土以稀土- -過渡金屬非晶體垂直磁化膜作為記錄介質(zhì)。過渡金屬非晶體垂直磁化膜作為記錄介質(zhì)。 磁光記錄技術(shù)的原理就是在高溫下磁介質(zhì)磁性會發(fā)生變換，并磁光記錄技術(shù)的原理就是在高溫下磁介質(zhì)磁性會發(fā)生變換，并且在冷卻之后一直保持這種變化且在冷卻之后一直保持這種變化( (記錄過程記錄過程) )，再次加熱可以將其恢，再次加熱可以將其恢復(fù)到原先的樣子復(fù)到原先的樣子( (擦除過程擦除過程) )。 相變式：相變式： 利用記錄介質(zhì)的兩個穩(wěn)態(tài)之間的互逆相結(jié)構(gòu)的變化來實現(xiàn)信利用記錄介質(zhì)的兩個穩(wěn)態(tài)之間的互逆相結(jié)構(gòu)的變化來實現(xiàn)

20、信息的記錄和擦除。兩種穩(wěn)態(tài)是反射率高的晶態(tài)和反射率低的非晶息的記錄和擦除。兩種穩(wěn)態(tài)是反射率高的晶態(tài)和反射率低的非晶態(tài)態(tài)( (玻璃態(tài)玻璃態(tài)) )。 寫過程是把記錄介質(zhì)的信息點從晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)。寫過程是把記錄介質(zhì)的信息點從晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)。 擦過程是寫過程的逆過程擦過程是寫過程的逆過程, ,即把激光束照射的信息點從非晶即把激光束照射的信息點從非晶態(tài)恢復(fù)到晶態(tài)。態(tài)恢復(fù)到晶態(tài)。 PDPD是是“相變式可重復(fù)擦寫光盤驅(qū)動器相變式可重復(fù)擦寫光盤驅(qū)動器”的縮寫：的縮寫：（Phase Change Rewritable Optical Disk DrivePhase Change Rewritable Opt

21、ical Disk Drive）” ” CD-DA(digital audio)CD-DA(digital audio)：紅皮書：紅皮書(Red Book) (Red Book) 激光數(shù)字音頻光盤的規(guī)范。這個標(biāo)準(zhǔn)是激光數(shù)字音頻光盤的規(guī)范。這個標(biāo)準(zhǔn)是CDCD的最基本的標(biāo)準(zhǔn)。的最基本的標(biāo)準(zhǔn)。CD-ROMCD-ROM：黃皮書：黃皮書 (Yellow Book), (Yellow Book), 19881988年正式作為國際標(biāo)準(zhǔn)年正式作為國際標(biāo)準(zhǔn)IS09660,1991IS09660,1991年又推出了年又推出了IS0966O IIIS0966O II。CD-V(video)CD-V(video)從紅

22、皮書發(fā)展而來從紅皮書發(fā)展而來, ,存儲模擬的視頻信息和數(shù)字化聲音存儲模擬的視頻信息和數(shù)字化聲音, ,在影碟機(jī)在影碟機(jī)上使用上使用, ,視頻信息可以輸出到電視機(jī)。視頻信息可以輸出到電視機(jī)?？射浛射汣D(recordable compact disc)CD(recordable compact disc)：橙皮書：橙皮書(Orange Book)(Orange Book)分為分為CD-MOCD-MO和和CD-WOCD-WO。CD-MOCD-MO指磁光盤指磁光盤, ,可重寫可重寫;CD-WO;CD-WO又稱又稱CD-R,CD-R,只只能一次寫入數(shù)據(jù)，不能抹掉。能一次寫入數(shù)據(jù)，不能抹掉。9.3.2.C

23、D9.3.2.CD標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)CD-ICD-I：綠皮書：綠皮書 (Green Book) (Green Book) 用于交互式多媒體用于交互式多媒體CD-ICD-I系統(tǒng)。系統(tǒng)。19921992年推出第二代年推出第二代CD-I, CD-I, 可播放交互可播放交互式視頻圖像。式視頻圖像。CD-ROM XA(Extended ArchitectureCD-ROM XA(Extended Architecture，CD-ROMCD-ROM擴(kuò)展結(jié)構(gòu)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)) )Philips,SONYPhilips,SONY及及MicrosoftMicrosoft制定。一般的制定。一般的CD-ROMCD-ROM將不同類的信

24、息將不同類的信息（聲音、圖像和文字）放在不同的軌上，（聲音、圖像和文字）放在不同的軌上，CD-ROM XACD-ROM XA克服了這一問克服了這一問題，可在統(tǒng)一軌中同時存放性質(zhì)不同的資料。題，可在統(tǒng)一軌中同時存放性質(zhì)不同的資料。Photo-CD Photo-CD 像片光盤像片光盤 19911991年年P(guān)hilipsPhilips和和kdak,1992kdak,1992年制定規(guī)范。用于存放數(shù)字靜態(tài)照片。年制定規(guī)范。用于存放數(shù)字靜態(tài)照片。Video CDVideo CD：白皮書：白皮書(White Book) (White Book) 采用采用MPEG-1MPEG-1壓縮算法壓縮動態(tài)圖像，可在普通

25、壓縮算法壓縮動態(tài)圖像，可在普通CD-ROMCD-ROM盤片上存儲盤片上存儲7474分鐘的全動態(tài)視頻圖像和分鐘的全動態(tài)視頻圖像和CDCD音質(zhì)的同步聲音。音質(zhì)的同步聲音。Video CDVideo CD節(jié)目能夠在節(jié)目能夠在 CD-I,CD-ROM XACD-I,CD-ROM XA和和Video CDVideo CD播放機(jī)上播放。播放機(jī)上播放。9.3.3.CD9.3.3.CD的批量制造的批量制造父盤父盤母盤母盤子盤子盤( (壓模壓模) ) CDCD盤盤9.3.4.CD9.3.4.CD使用的基本技術(shù)使用的基本技術(shù) 1 1EFMEFM編碼編碼 EFM EFM（Eight to Fourteen Modu

26、lationEight to Fourteen Modulation，8 8到到1414比特調(diào)制）編比特調(diào)制）編碼的含義就是把一個碼的含義就是把一個8 8比特比特( (即即1 1個字節(jié)個字節(jié)) )的數(shù)據(jù)用的數(shù)據(jù)用1414比特來表示。比特來表示。 根據(jù)根據(jù)2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代的技術(shù)水平，把年代的技術(shù)水平，把“0”“0”的游程長度最短限的游程長度最短限制在制在2 2個，而最長限制在個，而最長限制在1010，光盤上的信號就能夠可靠讀出。也就，光盤上的信號就能夠可靠讀出。也就是說，是說，2 2個個“1”“1”之間至少要有之間至少要有2 2個個“0”“0”最多不超過最多不超過1010個個“0”“

27、0”。 8 8位數(shù)據(jù)有位數(shù)據(jù)有256256種代碼，種代碼，1414位通道位有位通道位有1638416384種代碼。在這種代碼。在這1638416384種代碼中有種代碼中有267267種代碼能夠滿足種代碼能夠滿足“0”“0”游程長度的要求。再去游程長度的要求。再去掉掉1111個代碼，這樣就定義了與個代碼，這樣就定義了與8 8位數(shù)據(jù)相對應(yīng)的位數(shù)據(jù)相對應(yīng)的256256種種通道碼通道碼。 當(dāng)通道碼合并時，在通道碼之間再增加當(dāng)通道碼合并時，在通道碼之間再增加3 3位以確保讀出信號位以確保讀出信號的可靠性，于是在的可靠性，于是在CDCD中中8 8位的數(shù)據(jù)就轉(zhuǎn)換成了位的數(shù)據(jù)就轉(zhuǎn)換成了1717位的通道代碼。位

28、的通道代碼。 在在DVDDVD光盤技術(shù)中，把光盤技術(shù)中，把3 3位合并位改成位合并位改成2 2位。位。2.CRC2.CRC（Cyclic Redundancy CodeCyclic Redundancy Code，循環(huán)冗余碼），循環(huán)冗余碼） 屬于糾錯編碼屬于糾錯編碼3.RS3.RS（Reed-SolomonReed-Solomon，里德，里德- -索洛蒙）索洛蒙） 屬于糾錯編碼屬于糾錯編碼4.CIRC4.CIRC（Cross Interleaved Reed-Solomon CodeCross Interleaved Reed-Solomon Code，交叉，交叉RSRS碼）碼） 在用在用RS

29、RS編譯碼前后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行交插處理和交叉處理。其基本思編譯碼前后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行交插處理和交叉處理。其基本思想是把本該連續(xù)存放的數(shù)據(jù)錯開放，當(dāng)出現(xiàn)一片錯誤時，這些錯誤想是把本該連續(xù)存放的數(shù)據(jù)錯開放，當(dāng)出現(xiàn)一片錯誤時，這些錯誤就分散到各處，錯誤就容易得到糾正，這種技術(shù)就稱為交插就分散到各處，錯誤就容易得到糾正，這種技術(shù)就稱為交插(interleaving)(interleaving)技術(shù)。技術(shù)。 5 5.RSPC.RSPC（Reed-Solomon Product-like CodeReed-Solomon Product-like Code，Reed-Solomon Reed-Solomon Pr

30、oduct CodeProduct Code，里德索洛蒙乘積碼），里德索洛蒙乘積碼） 被被DVDDVD采用的糾錯編碼技術(shù)采用的糾錯編碼技術(shù)6 6CLV(Constant Linear VelocityCLV(Constant Linear Velocity，恒定線速度，恒定線速度) ) 使用使用CLVCLV技術(shù)的光驅(qū)特點是讀取光盤內(nèi)圈時轉(zhuǎn)速加快，保證在技術(shù)的光驅(qū)特點是讀取光盤內(nèi)圈時轉(zhuǎn)速加快，保證在讀取盤片內(nèi)外圈時有大致相同的傳輸速度。該技術(shù)是早期讀取盤片內(nèi)外圈時有大致相同的傳輸速度。該技術(shù)是早期CD-ROMCD-ROM的的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代高倍速標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代高倍速CD-R

31、OMCD-ROM驅(qū)動器。驅(qū)動器。7 7CAV(Constant Angular VelocityCAV(Constant Angular Velocity，恒定角速度，恒定角速度) ) 無論激光頭讀取光盤片外圈還是內(nèi)圈時，馬達(dá)都以相同的速度無論激光頭讀取光盤片外圈還是內(nèi)圈時，馬達(dá)都以相同的速度旋轉(zhuǎn)。特點是為了保持盤片的旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定，旋轉(zhuǎn)。特點是為了保持盤片的旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定，CD-ROMCD-ROM的數(shù)據(jù)傳輸速的數(shù)據(jù)傳輸速率是可變的，光驅(qū)在讀外道的速度比讀內(nèi)道的時候大得多。因此，率是可變的，光驅(qū)在讀外道的速度比讀內(nèi)道的時候大得多。因此，高速高速CD-ROMCD-ROM的倍速都是指光驅(qū)的倍速都是指光

32、驅(qū)“可以可以”達(dá)到的最高數(shù)據(jù)傳輸率。達(dá)到的最高數(shù)據(jù)傳輸率。 躁聲比較小。躁聲比較小。8 8PCAVPCAV(Partial Constant Angular Velocity(Partial Constant Angular Velocity，局部恒定角速度，局部恒定角速度) ) 把把CAVCAV和和CLVCLV合二為一，特點是當(dāng)激光頭讀盤片的外圈數(shù)據(jù)時，合二為一，特點是當(dāng)激光頭讀盤片的外圈數(shù)據(jù)時，旋轉(zhuǎn)速度保持不變，而大幅增加數(shù)據(jù)傳輸率；當(dāng)激光頭讀取內(nèi)圈數(shù)旋轉(zhuǎn)速度保持不變，而大幅增加數(shù)據(jù)傳輸率；當(dāng)激光頭讀取內(nèi)圈數(shù)據(jù)時，逐漸增加旋轉(zhuǎn)速度，使性能提高。據(jù)時，逐漸增加旋轉(zhuǎn)速度，使性能提高。 使用使用

33、PCAVPCAV技術(shù)的光驅(qū)，是目前技術(shù)的光驅(qū)，是目前CD-ROMCD-ROM的主流技術(shù)，能夠基本實的主流技術(shù)，能夠基本實現(xiàn)其標(biāo)稱倍速值。現(xiàn)其標(biāo)稱倍速值。9.49.4、DVDDVD DVD DVD原名原名:Digital Video Disc:Digital Video Disc，“數(shù)字電視光盤數(shù)字電視光盤”。后更改。后更改為為Digital Versatile DiscDigital Versatile Disc，“數(shù)字萬用光盤數(shù)字萬用光盤”。 1995 1995年，由年，由SonySony和和PhilipsPhilips公司領(lǐng)導(dǎo)的國際財團(tuán)與另一個由公司領(lǐng)導(dǎo)的國際財團(tuán)與另一個由ToshibaT

34、oshiba和和Time WarnerTime Warner公司領(lǐng)導(dǎo)的國際財團(tuán)分別提出了兩個不兼容公司領(lǐng)導(dǎo)的國際財團(tuán)分別提出了兩個不兼容的高密度的高密度CD(HDCDHigh Density Compact Disc)CD(HDCDHigh Density Compact Disc)規(guī)格。規(guī)格。 同年同年1010月，兩大財團(tuán)同意盤片的設(shè)計按月，兩大財團(tuán)同意盤片的設(shè)計按Toshiba/Time WarnerToshiba/Time Warner公司的方案，而盤上的存儲數(shù)據(jù)編碼按公司的方案，而盤上的存儲數(shù)據(jù)編碼按Sony/PhilipsSony/Philips公司的方案。公司的方案。 DVD DV

35、D儲存的視頻節(jié)目分辨率與現(xiàn)在的電視相同，并配備儲存的視頻節(jié)目分辨率與現(xiàn)在的電視相同，并配備Dolby Dolby AC-3/MPEG-2 AudioAC-3/MPEG-2 Audio質(zhì)量的聲音和不同語言的字幕。質(zhì)量的聲音和不同語言的字幕。 9.4.1.DVD9.4.1.DVD的容量的容量9.4.2.DVD9.4.2.DVD技術(shù)技術(shù) DVDDVD和和CDCD技術(shù)比較技術(shù)比較 DVD DVD盤光道之間的間距由盤光道之間的間距由CDCD的的1.6mm1.6mm縮小到縮小到0.74mm0.74mm，而，而記錄信息的最小凹凸坑長度由記錄信息的最小凹凸坑長度由CDCD的的0.83mm0.83mm縮小到縮小

36、到0.4mm0.4mm。 DVD DVD盤的記錄區(qū)域從盤的記錄區(qū)域從CDCD盤的盤的86cm86cm2 2提高到提高到86.6 cm86.6 cm2 2，記錄容，記錄容量也就提高了量也就提高了1.9%1.9%。 激光波長和數(shù)值孔徑激光波長和數(shù)值孔徑 一般而言，光盤片的記錄密度受限于讀出的光點大小，與激光一般而言，光盤片的記錄密度受限于讀出的光點大小，與激光波長波長，物鏡的數(shù)值孔徑，物鏡的數(shù)值孔徑NANA相關(guān)。要提高光盤的記錄密度和分辨率，相關(guān)。要提高光盤的記錄密度和分辨率，一般可使用一般可使用短波長激光短波長激光或或提高物鏡的數(shù)值孔徑提高物鏡的數(shù)值孔徑使光點縮小。使光點縮小。數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑(

37、NA)(NA) 數(shù)值孔徑簡寫數(shù)值孔徑簡寫NANA。與物鏡前透鏡與被檢物體之間介質(zhì)的折射。與物鏡前透鏡與被檢物體之間介質(zhì)的折射率（率（）和孔徑角（）和孔徑角（u u）有關(guān)。用公式表示如下：）有關(guān)。用公式表示如下： NA=sin(u/2) NA=sin(u/2)孔徑角又稱孔徑角又稱“鏡口角鏡口角”，是物鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有，是物鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度?？讖浇窃酱螅M(jìn)入物鏡的光通亮就越大。效直徑所形成的角度?？讖浇窃酱?，進(jìn)入物鏡的光通亮就越大。 分辨率分辨率 分辨率是指能被顯微鏡清晰區(qū)分的兩個物點的最小間距。其計分辨率是指能被顯微鏡清晰區(qū)分的兩個物點的最小間距

38、。其計算公式是算公式是=/NA=/NA，式中，式中為光線的波長。為光線的波長。9.4.3.DVD9.4.3.DVD盤的規(guī)格（面和層的概念）。盤的規(guī)格（面和層的概念）。最簡單的單面單層光盤結(jié)構(gòu)最簡單的單面單層光盤結(jié)構(gòu) 單面雙層光盤：單面雙層光盤：單面雙層盤的表層稱為第單面雙層盤的表層稱為第0 0層，最里層稱為第層，最里層稱為第1 1層。第層。第0 0層采用層采用了一種新的半透明了一種新的半透明(semi-transparent)(semi-transparent)薄膜涂層，可讓激光束薄膜涂層，可讓激光束透過表層到達(dá)第透過表層到達(dá)第1 1層。層。單面雙層單面雙層DVDDVD盤的容量可達(dá)到盤的容量可

39、達(dá)到8.5GB8.5GB。單面雙層光盤的結(jié)構(gòu)單面雙層光盤的結(jié)構(gòu)雙面雙層光盤的結(jié)構(gòu)雙面雙層光盤的結(jié)構(gòu)雙面雙層雙面雙層DVDDVD盤的容量可達(dá)到盤的容量可達(dá)到17GB17GB9.4.4.DVD9.4.4.DVD標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)9.59.5、藍(lán)光光盤和、藍(lán)光光盤和HD DVDHD DVD的競爭的競爭( (補充補充) ) 藍(lán)光光盤（藍(lán)光光盤（Blu-ray DiscBlu-ray Disc ）和）和HD DVDHD DVD（High Definition High Definition DVDDVD）都是采用波長較短）都是采用波長較短(405nm)(405nm)的藍(lán)色激光讀取和寫入數(shù)據(jù)。而的藍(lán)色激光讀取和寫入

40、數(shù)據(jù)。而普通普通DVDDVD采用的是采用的是650nm650nm的紅光。藍(lán)光擁有較短的光波長度，能儲的紅光。藍(lán)光擁有較短的光波長度，能儲存較密集的數(shù)據(jù)到盤片上。存較密集的數(shù)據(jù)到盤片上。 藍(lán)光光盤是目前最先進(jìn)的大容量光碟格式，能在一張單碟藍(lán)光光盤是目前最先進(jìn)的大容量光碟格式，能在一張單碟上存儲上存儲25GB25GB的文檔文件，是現(xiàn)有的文檔文件，是現(xiàn)有( (單碟單碟)DVD4.7GB)DVD4.7GB的的5 5倍。倍。HD-DVDHD-DVD單層容量為單層容量為15GB15GB。但是。但是HD-DVDHD-DVD與標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)DVDDVD共享部分構(gòu)共享部分構(gòu)造設(shè)計，造設(shè)計，DVDDVD制造商不需為規(guī)

41、格升級。制造商不需為規(guī)格升級。20022002年年2 2月月1919日，由索尼領(lǐng)導(dǎo)的全球九大電子企業(yè)宣布了藍(lán)光光盤開發(fā)計劃。日，由索尼領(lǐng)導(dǎo)的全球九大電子企業(yè)宣布了藍(lán)光光盤開發(fā)計劃。20022002年年8 8月月2929日，東芝和日，東芝和NECNEC提議將提議將HDHD DVDDVD作為下一代光盤格式的標(biāo)準(zhǔn)作為下一代光盤格式的標(biāo)準(zhǔn) 。20032003年年4 4月月1010日，全球首臺藍(lán)光錄像機(jī)日，全球首臺藍(lán)光錄像機(jī)“索尼索尼BDZ-S77”BDZ-S77”在日本上市。在日本上市。20042004年年1 1月月7 7日，東芝在日，東芝在CESCES 20042004上公開了第一款上公開了第一款H

42、DHD DVDDVD播放機(jī)原型，向下兼容播放機(jī)原型，向下兼容DVDDVD。20042004年年1 1月月1212日，惠普和戴爾決定支持藍(lán)光。日，惠普和戴爾決定支持藍(lán)光。20042004年年1111月月2929日，派拉蒙、環(huán)球、華納兄弟等好萊塢片商宣布支持日，派拉蒙、環(huán)球、華納兄弟等好萊塢片商宣布支持HDHD DVDDVD。20042004年年1212月月9 9日，迪斯尼宣布支持藍(lán)光。日，迪斯尼宣布支持藍(lán)光。20052005年年4 4月月2121日，索尼和東芝對單一格式進(jìn)行談判無果而終。日，索尼和東芝對單一格式進(jìn)行談判無果而終。20052005年年8 8月月1818日，獅門和環(huán)球音樂集團(tuán)宣布支持

43、藍(lán)光。日，獅門和環(huán)球音樂集團(tuán)宣布支持藍(lán)光。20052005年年9 9月月2727日，微軟和日，微軟和IntelIntel宣布支持宣布支持HDHD DVDDVD。20052005年年1010月月3 3日，派拉蒙宣布將同時提供藍(lán)光和日，派拉蒙宣布將同時提供藍(lán)光和HDHD DVDDVD格式的電影。格式的電影。20052005年年1212月月1616日，惠普宣布同時支持兩種格式。日，惠普宣布同時支持兩種格式。20062006年年1 1月月4 4日，比爾日，比爾蓋茨宣布蓋茨宣布XboxXbox 360360主機(jī)將提供主機(jī)將提供HDHD DVDDVD外置光驅(qū)。外置光驅(qū)。20062006年年3 3月月313

44、1日，東芝推出全球首款日，東芝推出全球首款HDHD DVDDVD播放機(jī)播放機(jī)HD-A1HD-A1。20072007年年3 3月月5 5日，中國版日，中國版HDHD DVDDVD規(guī)范規(guī)范C-HDC-HD DVD-ROMDVD-ROM v10.0v10.0獲批。獲批。20072007年年8 8月月2020日，派拉蒙和夢工廠宣布單獨支持日，派拉蒙和夢工廠宣布單獨支持HDHD DVDDVD。20072007年年1111月，東芝月，東芝HDHD DVDDVD播放機(jī)出現(xiàn)播放機(jī)出現(xiàn)9999美元超低促銷價。美元超低促銷價。20082008年年1 1月月4 4日，華納兄弟宣布不再支持日，華納兄弟宣布不再支持HD

45、HD DVDDVD，轉(zhuǎn)而獨立支持藍(lán)光。，轉(zhuǎn)而獨立支持藍(lán)光。20082008年年1 1月月1414日，東芝第三代日，東芝第三代HDHD DVDDVD播放機(jī)播放機(jī)HD-A3HD-A3零售價降至零售價降至150150美元。美元。20082008年年2 2月月1111日，日，NetFlixNetFlix和和BestBest BuyBuy宣布將逐漸淡出宣布將逐漸淡出HDHD DVDDVD格式產(chǎn)品。格式產(chǎn)品。20082008年年2 2月月1515日，沃爾瑪宣布將在六月起專營藍(lán)光格式產(chǎn)品。日，沃爾瑪宣布將在六月起專營藍(lán)光格式產(chǎn)品。20082008年年2 2月月1616日，日本日，日本NHKNHK電視臺報道稱

46、，東芝已經(jīng)停產(chǎn)電視臺報道稱，東芝已經(jīng)停產(chǎn)HDHD DVDDVD播放機(jī)。播放機(jī)。20082008年年2 2月月1919日，東芝宣布不再繼續(xù)開發(fā)日，東芝宣布不再繼續(xù)開發(fā)HDHD DVDDVD。20082008年年2 2月月2222日，日，為防止索尼藍(lán)光為防止索尼藍(lán)光DVDDVD壟斷，中國版壟斷，中國版HD DVDHD DVD堅持如期推出。堅持如期推出。藍(lán)光光盤藍(lán)光光驅(qū)9.69.6、多媒體信息獲取、多媒體信息獲取9.5.1.9.5.1.掃描儀掃描儀基本部件：基本部件： 移動架：掃描的過程中從一端移動到另一端。移動架：掃描的過程中從一端移動到另一端。 光源：熒光燈管，移動的過程中形成掃描線。光源：熒光

47、燈管，移動的過程中形成掃描線。 鏡子：將每條照亮的掃描線反射到鏡子：將每條照亮的掃描線反射到CCDCCD陣列上。陣列上。 CCD CCD （change-coupled device change-coupled device ，電荷耦合器件）陣列：掃描，電荷耦合器件）陣列：掃描儀的光傳感器它可以將照射在其上的光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號儀的光傳感器它可以將照射在其上的光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號 既包括計算機(jī)從自然界獲取多媒體信息也包括人從計算機(jī)既包括計算機(jī)從自然界獲取多媒體信息也包括人從計算機(jī)獲取多媒體信息。獲取多媒體信息。 簡單介紹掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、觸摸屏、顯示器和打印機(jī)。簡單介紹掃描儀、數(shù)碼相

48、機(jī)、觸摸屏、顯示器和打印機(jī)。工作原理：工作原理： 將反映圖像特征的光信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可接受的電信號。將反映圖像特征的光信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可接受的電信號。 掃描儀在工作時，首先由光源將光線照在圖稿上，產(chǎn)生表示圖掃描儀在工作時，首先由光源將光線照在圖稿上，產(chǎn)生表示圖像特征的投射光和反射光。像特征的投射光和反射光。 光學(xué)系統(tǒng)采集這些光線將其聚焦在光學(xué)系統(tǒng)采集這些光線將其聚焦在CCDCCD上，由上，由CCDCCD將光信號轉(zhuǎn)換將光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號成相應(yīng)電信號 然后對這些信號進(jìn)行然后對這些信號進(jìn)行A/DA/D轉(zhuǎn)換及處理，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字信號送轉(zhuǎn)換及處理，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字信號送往計算機(jī)。往計算機(jī)。 機(jī)械轉(zhuǎn)動機(jī)

49、構(gòu)在控制電路的控制下帶動裝有光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)在控制電路的控制下帶動裝有光學(xué)系統(tǒng)和CCDCCD的的掃描頭與圖稿進(jìn)行相對運動，將圖稿全部掃描一遍，一幅完整的掃描頭與圖稿進(jìn)行相對運動，將圖稿全部掃描一遍，一幅完整的圖像就輸入到計算機(jī)中了。圖像就輸入到計算機(jī)中了。 9.5.2.9.5.2.數(shù)碼相機(jī)數(shù)碼相機(jī) 數(shù)字相機(jī)使用數(shù)字相機(jī)使用CCDCCD陣列，把來自陣列，把來自CCDCCD陣列的電壓信號送到模數(shù)轉(zhuǎn)陣列的電壓信號送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器后，變換成圖像的像素值換器后，變換成圖像的像素值。存儲介質(zhì)：存儲介質(zhì)： 典型的存儲介質(zhì)由普通的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器、閃速存儲器典型的存儲介質(zhì)由普通的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器、閃速存儲器或小型硬盤組成?；蛐⌒陀脖P組成。成像：成像： 拍照時，進(jìn)入照相機(jī)鏡頭的光線聚焦在拍照時，進(jìn)入照相機(jī)鏡頭的光線聚焦在CCDCCD上，一個包含上上，一個包含上萬個細(xì)小彩色點的過