第十一章光存儲(chǔ)技術(shù)

第十一章光存儲(chǔ)技術(shù)第一節(jié)

光存儲(chǔ)技術(shù)概述

如何記錄“0”和“1”，如何提高單位面積上的記錄密度是計(jì)算機(jī)工業(yè)中的一個(gè)非常重要的技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)課題。在半個(gè)世紀(jì)中，科學(xué)家和工程技術(shù)人員開(kāi)發(fā)了許多的記錄技術(shù)，從電子管到半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，從磁記錄到光記錄都取得了輝煌的成就。光記錄是20世紀(jì)70年代的重大發(fā)明，是80年代世界上的重大技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，是90年代得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)。

文本動(dòng)畫(huà)圖形影像聲音一、光存儲(chǔ)的類(lèi)型1.只讀型光存儲(chǔ)系統(tǒng)只讀型光盤(pán)包括LV和CD-ROM等。CD-ROM（CompactDisc-ReadOnlyMemory）只讀式壓縮光盤(pán)，其技術(shù)來(lái)源于激光唱盤(pán)，形狀也類(lèi)似于激光唱盤(pán)，能夠存儲(chǔ)650MB左右的數(shù)據(jù)。用戶只能從CD-ROM讀取信息，而不能往盤(pán)上寫(xiě)信息。只讀型光存儲(chǔ)系統(tǒng)只讀型光驅(qū)只讀型光盤(pán)2.一次寫(xiě)型光存儲(chǔ)系統(tǒng)一次寫(xiě)（WORM）光存儲(chǔ)系統(tǒng)可一次寫(xiě)入，任意多次讀出。與CD-ROM相比，它具有由用戶自己確定記錄內(nèi)容的優(yōu)點(diǎn)。一次寫(xiě)型光驅(qū)一次寫(xiě)型光盤(pán)3.可重寫(xiě)型光存儲(chǔ)系統(tǒng)可重寫(xiě)光盤(pán)（E-R/W，Rewritable或Erasable）像硬盤(pán)一樣可任意讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。分為兩種磁光型（MagneticOptical，簡(jiǎn)稱(chēng)MO）相變型（PhaseChange，簡(jiǎn)稱(chēng)PC）兩種形式?？芍貙?xiě)型光存儲(chǔ)系統(tǒng)磁光型可重寫(xiě)光驅(qū)相變型可重寫(xiě)光驅(qū)與光盤(pán)二、光存儲(chǔ)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)1.尺寸LV的直徑為12英寸（300mm）CD激光唱盤(pán)和CD-ROM為4.72英寸（120mm）WORM一次寫(xiě)光盤(pán)為14.12英寸和5.25英寸可擦寫(xiě)光盤(pán)向小尺寸方向發(fā)展，主要尺寸為5.25英寸和3.5英寸。2.容量

(1)格式化容量

格式化容量是指按某種光盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行格式化后的容量。

如對(duì)于SONY的SMO-D501光盤(pán)，若格式化使每個(gè)扇區(qū)為1024B，格式化容量是325MB，而采用每扇區(qū)為512B，格式化容量只有297MB。

(2)用戶容量

用戶容量是指盤(pán)片格式化后允許對(duì)盤(pán)片執(zhí)行讀寫(xiě)操作的容量。

CD-ROM的容量為550MB和680MB。由于光盤(pán)外圈5mm區(qū)容易出錯(cuò)，所以有些CD-ROM的容量標(biāo)為550MB。

3.平均存取時(shí)間平均存取時(shí)間是指從計(jì)算機(jī)向光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出命令開(kāi)始，到光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器在光盤(pán)上找到需讀/寫(xiě)的信息的位置并接受讀/寫(xiě)命令為止的一段時(shí)間。平均尋道時(shí)間光學(xué)頭沿半徑移動(dòng)全程1/3長(zhǎng)度所需的時(shí)間為平均尋道時(shí)間。平均等待時(shí)間盤(pán)片旋轉(zhuǎn)半周的時(shí)間為平均等待時(shí)間。把平均尋道時(shí)間、平均等待時(shí)間和讀/寫(xiě)光學(xué)頭穩(wěn)定時(shí)間相加，就得到平均存取時(shí)間。

4.數(shù)據(jù)傳輸率

數(shù)據(jù)傳輸率

數(shù)據(jù)傳輸率一般是指單位時(shí)間內(nèi)光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器送出的數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)。該數(shù)值與光盤(pán)轉(zhuǎn)速和存儲(chǔ)密度有關(guān)。CD-ROM，其數(shù)據(jù)傳輸率已從初期的150KB/s提高到6MB/s。同步傳輸率、異步傳輸率和

DMA傳輸率

數(shù)據(jù)傳輸率也指控制器與主機(jī)之間的傳輸速率。它與接口規(guī)范和控制器內(nèi)的緩沖器大小有關(guān)。SCSI接口的同步傳輸率為4MB/s，異步傳輸率為1.5MB/s。AT總線規(guī)定的DMA方式的傳輸率為1MB/s。突發(fā)傳輸率

光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器或控制器中都包含有一個(gè)64K、256K或512K的緩沖存儲(chǔ)器。為了提高數(shù)據(jù)傳輸率，讀數(shù)據(jù)過(guò)程中先把數(shù)據(jù)存入緩沖器，再進(jìn)行集中傳送；如果下次讀取同一內(nèi)容，就不必從光盤(pán)上去讀取，直接把緩沖器中的數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)就可以了，這種傳輸率稱(chēng)為突發(fā)傳輸率。持續(xù)傳輸率

當(dāng)傳送的數(shù)據(jù)量很大時(shí)，緩沖器就起不到提高傳輸率的作用了，這時(shí)的傳輸率稱(chēng)為持續(xù)傳輸率。

5.誤碼率

采用復(fù)雜的糾錯(cuò)編碼可以降低誤碼率。存儲(chǔ)數(shù)字或程序?qū)φ`碼率的要求高，存儲(chǔ)圖像或聲音數(shù)據(jù)對(duì)誤碼率的要求較低。CD-ROM

要求的誤碼率為10-12—10-16。6.平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)

MeanTimeBetweenFailures，要求達(dá)到25000小時(shí)。

三、光存儲(chǔ)格式標(biāo)準(zhǔn)和類(lèi)型什么是CD-DACD-DA（CD-DigitalAudio）是為激光數(shù)字音頻唱盤(pán)制定的規(guī)格。它是CD標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)文本，屬于紅皮書(shū)（RedBook）規(guī)格。什么是CD-ROMCD-ROM邏輯格式，1988年正式作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS09660，黃皮書(shū)（YellowBook）。什么是CD-GCD-G（CD-Graphics）是1985年出現(xiàn)的遵循紅皮書(shū)規(guī)格的光盤(pán)，主要用于存儲(chǔ)靜止畫(huà)面。什么是CD-WORMCD-WORM（CD-WriteOnceReadMany）屬于藍(lán)皮書(shū)（BlueBook）規(guī)格，實(shí)現(xiàn)了光盤(pán)的一次寫(xiě)多次讀的功能。什么是CD-ICD-I（CD-Interactive）屬于綠皮書(shū)（GreenBook）規(guī)格。它在CD-ROM規(guī)格的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了音頻、視頻和計(jì)算機(jī)程序方面的規(guī)定。1988年出現(xiàn)了CD-I交互式光盤(pán)系統(tǒng)，1992年底出現(xiàn)了第二代CD-I，可播放互動(dòng)式電影。什么是CD-VCD-V（CD-Video）與CD-G一樣，是紅皮書(shū)標(biāo)準(zhǔn)的延伸，用于影碟機(jī)，其視頻信號(hào)可以輸出到電視機(jī)上。什么是CD-ROMXA(ExtendedArchitecture)它是Philips、SONY和Microsoft制定的CD-ROM擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。CD-ROMXA擴(kuò)充了對(duì)數(shù)字音頻信號(hào)的編碼，目的是為了彌補(bǔ)推出CD—I規(guī)格帶來(lái)的問(wèn)題。該規(guī)格也稱(chēng)為黃皮書(shū)的第二組標(biāo)準(zhǔn)。

什么是CD-RCD-R（CD-Recordable）屬于橙皮書(shū)（OrangeBook）規(guī)格。它在黃皮書(shū)的基礎(chǔ)上增加了可寫(xiě)入的多種CD格式標(biāo)準(zhǔn)。是一種可刻錄光盤(pán)，可以多次在CD空余部分寫(xiě)入數(shù)據(jù)。什么是PhotoCDPhotoCD是一種像片光盤(pán)，允許多段追入記錄，屬于白皮書(shū)（WhiteBook）標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)格也稱(chēng)為黃皮書(shū)的第二組標(biāo)準(zhǔn)。光盤(pán)CD系列LVCD-ROMCD-GCD-DACD-VWORMPhoto-CDCD-RDVDVCDCD-ROMXADVICD-ICD-MO磁光（MOD）磁光（PCD）只寫(xiě)一次可重寫(xiě)只讀數(shù)字模擬數(shù)字聲音卡拉OK數(shù)字+模擬光盤(pán)的系列及它們之間的關(guān)系CD系列中產(chǎn)品之間的主要差別CD-DA存放數(shù)字化的音樂(lè)節(jié)目

CD-G存放靜止圖像和音樂(lè)節(jié)目

CD-V存放模擬的電視圖像和數(shù)字化的聲音

CD-ROM存放數(shù)字化的文、圖、聲、象等

CD-I存放數(shù)字化的文、圖、聲、象(靜止的)、動(dòng)畫(huà)等

CD-IFMV存放數(shù)字化的電影、電視等節(jié)目

卡拉OKCD存放數(shù)字化的卡拉OK節(jié)目

VideoCD存放數(shù)字化的電影、電視等節(jié)目

Photo-CD存放的主要是照片、藝術(shù)品

四、CD工業(yè)史大事記20世紀(jì)70年代初期，荷蘭飛利浦(Philips)公司的研究人員開(kāi)始研究利用激光來(lái)記錄和重放信息，并于1972年9月向全世界展示了長(zhǎng)時(shí)間播放電視節(jié)目的光盤(pán)系統(tǒng)，這就是1978年正式投放市場(chǎng)并命名為L(zhǎng)V(LaserVision)的光盤(pán)播放機(jī)。從此，利用激光來(lái)記錄信息的革命便拉開(kāi)了序幕。它的誕生對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)步的影響，不亞于紙張的發(fā)明對(duì)人類(lèi)的貢獻(xiàn)。

大約從1978年開(kāi)始，把聲音信號(hào)變成用“1”和“0”表示的二進(jìn)制數(shù)字，然后記錄到以塑料為基片的金屬圓盤(pán)上，歷時(shí)4年，Philips公司和Sony公司終于在1982年成功地把這種記錄有數(shù)字聲音的盤(pán)推向了市場(chǎng)。由于這種塑料金屬圓盤(pán)很小巧，所以用了英文CompactDisc來(lái)命名，而且還為這種盤(pán)制定了標(biāo)準(zhǔn)，這就是世界聞名的“紅皮書(shū)(RedBook)標(biāo)準(zhǔn)”。這種盤(pán)又稱(chēng)為數(shù)字激光唱盤(pán)(CompactDisc-DigitalAudio，CD-DA)盤(pán)。

由于CD-DA能夠記錄數(shù)字信息，很自然就會(huì)想到把它用作計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備。但從CD-DA過(guò)渡到CD-ROM有兩個(gè)重要問(wèn)題需要解決：①計(jì)算機(jī)如何尋找盤(pán)上的數(shù)據(jù)，也就是如何劃分盤(pán)上的地址問(wèn)題。因?yàn)橛涗浉枨鷷r(shí)是按一首歌作為單位的，一片盤(pán)也就記錄20首左右的歌曲，平均每首歌占用30多兆字節(jié)的空間。而用來(lái)存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，許多文件不一定都需要那么大的存儲(chǔ)空間，因此需要在CD盤(pán)上寫(xiě)入很多的地址編號(hào)。

②把CD盤(pán)作為計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器使用時(shí)，要求它的錯(cuò)誤率(10-12)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲音數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤率(10-9)，而用當(dāng)時(shí)現(xiàn)成的CD-DA技術(shù)不能滿足這一要求，因此還要采用錯(cuò)誤校正技術(shù)。于是就開(kāi)發(fā)了“黃皮書(shū)(Yellow)標(biāo)準(zhǔn)”。

經(jīng)過(guò)科學(xué)技術(shù)人員以及各行各業(yè)人員的共同努力，終于在1985年前后成功地把CD-ROM推向了市場(chǎng)，從此CD-ROM工業(yè)走上了康莊大道。第二節(jié)

CD的盤(pán)片結(jié)構(gòu)和讀取原理一、CD的盤(pán)片結(jié)構(gòu)

激光唱盤(pán)、CD-ROM、數(shù)字激光視盤(pán)等統(tǒng)稱(chēng)為CD盤(pán)。CD盤(pán)主要由保護(hù)層、反射激光的鋁反射層、刻槽和聚碳酸脂襯墊組成。保護(hù)層上印有標(biāo)識(shí)。鋁反射層提高盤(pán)片反射率。預(yù)刻槽用于光道徑向定位。代表信息的凹坑就壓在透明襯底上。CD-ROM盤(pán)的底視圖二、CD的盤(pán)結(jié)構(gòu)

CD盤(pán)的外徑為120mm，重量為14克～18克。激光唱盤(pán)分3個(gè)區(qū)：導(dǎo)入?yún)^(qū)、導(dǎo)出區(qū)和聲音數(shù)據(jù)記錄區(qū)。三、CD盤(pán)的光道結(jié)構(gòu)

1.恒定角速度(CAV)和恒定線速度(CLV)

以我們現(xiàn)在用的軟磁盤(pán)為例，軟磁盤(pán)存放數(shù)據(jù)的磁道是同心環(huán)，磁盤(pán)片轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是恒定的，通常用CAV(constantangularvelocity)表示，但在這一條磁道和另一條磁道上，磁頭相對(duì)于磁道的速度(稱(chēng)為線速度)是不同的。采用同心環(huán)磁道的好處之一是控制簡(jiǎn)單，便于隨機(jī)存取，但由于內(nèi)外磁道的記錄密度(比特/每英寸)不相同，外磁道的記錄密度低，內(nèi)磁道的記錄密度高，外磁道的存儲(chǔ)空間就沒(méi)有得到充分利用，因而存儲(chǔ)器沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的存儲(chǔ)容量。

CD盤(pán)光道的結(jié)構(gòu)與磁盤(pán)磁道的結(jié)構(gòu)不同，它的光道不是同心環(huán)光道，而是螺旋型光道，CD唱盤(pán)的光道長(zhǎng)度大約為5公里。CD盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度在光盤(pán)的內(nèi)外區(qū)是不同的，而它的線速度是恒定的，就是光盤(pán)的光學(xué)讀出頭相對(duì)于盤(pán)片運(yùn)動(dòng)的線速度是恒定的，通常用CLV(constantlinearvelocity)表示。由于采用了恒定線速度，所以內(nèi)外光道的記錄密度(比特?cái)?shù)/每英寸)可以做到一樣，這樣盤(pán)片就得到充分利用，可以達(dá)到它應(yīng)有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，但隨機(jī)存儲(chǔ)特性變得較差，控制也比較復(fù)雜。

在盤(pán)存儲(chǔ)器工業(yè)中，從CAV到CLV整整花了30多年的時(shí)間才得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在不僅CD-ROM存儲(chǔ)器采用CLV，而且磁光盤(pán)存儲(chǔ)器也開(kāi)始采用。

CD盤(pán)的道密度為160000TPI（TrackPerInch），遠(yuǎn)高于軟盤(pán)（135TPI）和硬盤(pán)（幾百個(gè)TPI）的道密度。相鄰螺旋形光道之間的距離為1.6um。光道寬度約為0.5~0.6um，總長(zhǎng)度約5km。光道上的凹坑和非凹坑長(zhǎng)度限制在3~11T（T=0.277um）之間，凹坑深度約為0.12um，凹坑總數(shù)可多達(dá)8億多個(gè)。四、CD盤(pán)的讀出原理光盤(pán)上壓制了許多凹坑，激光束在凹坑部分反射的光的強(qiáng)度，要比從非凹坑部分反射的光的強(qiáng)度來(lái)得弱，光盤(pán)就是利用這個(gè)極其簡(jiǎn)單的原理來(lái)區(qū)分“1”和“0”的。凹坑的邊緣代表“1”，凹坑和非凹坑的平坦部分代表“0”，凹坑的長(zhǎng)度和非凹坑的長(zhǎng)度都代表有多少個(gè)“0”。

需要強(qiáng)調(diào)的是，凹坑和非凹坑本身不代表１和０，而是凹坑端部的前沿和后沿代表１，凹坑和非凹的長(zhǎng)度代表０的個(gè)數(shù)。

五、CD驅(qū)動(dòng)器基本結(jié)構(gòu)

CD盤(pán)上的數(shù)據(jù)要用CD驅(qū)動(dòng)器來(lái)閱讀。CD驅(qū)動(dòng)器由光學(xué)讀出頭、光學(xué)讀出頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、CD盤(pán)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制線路以及處理光學(xué)讀出頭讀出信號(hào)的電子線路等組成。

光頭旋轉(zhuǎn)馬達(dá)聚焦、道跟蹤和定位司服EFM解調(diào)器去交插和內(nèi)插CLV控制CIRC錯(cuò)誤校正RAM同步檢測(cè)器反變頻器RAM控制器RAM錯(cuò)誤校正和系統(tǒng)管理系統(tǒng)控制接口主機(jī)CD-ROM盤(pán)數(shù)字信號(hào)處理反變頻及驅(qū)動(dòng)控制CD-ROM驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)方框圖光學(xué)讀出頭光學(xué)讀出頭是CD系統(tǒng)的核心部件之一，它由光電檢測(cè)器、透鏡、激光束分離器、激光器等元件組成。激光器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)幾個(gè)透鏡聚焦后到達(dá)光盤(pán)，從光盤(pán)上反射回來(lái)的激光束沿原來(lái)的光路返回，到達(dá)激光束分離器后反射到光電檢測(cè)器，由光電檢測(cè)器把光信號(hào)變成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電子線路處理后還原成原來(lái)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

光學(xué)讀出頭的基本結(jié)構(gòu)圖第三節(jié)

CD盤(pán)的物理格式和邏輯格式

一、通道碼與EFM調(diào)制聲音轉(zhuǎn)換成用“1”和“0”表示的數(shù)字信號(hào)之后，并不是直接把它們記錄到盤(pán)上。物理盤(pán)上記錄的數(shù)據(jù)和真正的聲音數(shù)據(jù)之間需要做變換處理，這種處理統(tǒng)稱(chēng)為通道編碼。

(把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合在介質(zhì)上存儲(chǔ)或傳輸?shù)奈锢肀磉_(dá)形式——通道碼)通道編碼不只是光盤(pán)需要，凡是在物理線路上傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)都需要進(jìn)行通道編碼。大家所熟悉的磁盤(pán)、磁帶、數(shù)字電話等都使用了不同算法的通道編碼技術(shù)。

激光唱盤(pán)使用的通道編碼叫做8到14比特調(diào)制編碼(eighttofourteenmodulation，EFM)。這種編碼的含義就是把一個(gè)8個(gè)比特(即1個(gè)字節(jié))的數(shù)據(jù)用14比特來(lái)表示。

這里有兩個(gè)問(wèn)題要回答，一是為什么要做通道編碼，二是為什么把8比特轉(zhuǎn)換成14比特。

1.為什么要用通道編碼

在數(shù)字記錄中要做通道編碼的主要原因有兩個(gè)：一是為了改善讀出信號(hào)的質(zhì)量；二是為了在記錄信號(hào)中提取同步信號(hào)。

例如，有連續(xù)多個(gè)字節(jié)的全”0”信號(hào)或者全“1”信號(hào)要記錄到盤(pán)上，如果不作通道編碼就把它們記錄到盤(pán)上，讀出時(shí)的輸出信號(hào)就是一條直線，電子線路就很難區(qū)分有多少個(gè)“0”或者多少個(gè)“1”信號(hào)。

而對(duì)于沒(méi)有規(guī)律的數(shù)字信號(hào)，讀出時(shí)的信號(hào)幅度和頻率的變化范圍都很大，電子線路很難把“0”和“1”區(qū)分開(kāi)，讀出的信息就很不可靠。

因此通俗說(shuō)來(lái)，通道編碼實(shí)際上就是要在連續(xù)的“0”之間插入若干個(gè)“1”，而在連續(xù)的“1”之間插入若干個(gè)“0”，并對(duì)“0”和“1”的連續(xù)長(zhǎng)度數(shù)目即“行[游]程長(zhǎng)度”加以限制。2.為什么要把8位數(shù)轉(zhuǎn)換成14位數(shù)

理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，把“0”的游程長(zhǎng)度最短限制在2個(gè)，而最長(zhǎng)限制在10，光盤(pán)上的信號(hào)就能夠可靠讀出。這條規(guī)則的意思是，2個(gè)“1”之間至少要有2個(gè)“0”最多不超過(guò)10個(gè)“0”。我們知道，8位數(shù)據(jù)有256種代碼，14位通道位有16,384種代碼。通過(guò)計(jì)算，在這16,384種代碼中有267種代碼能夠滿足“0”游程長(zhǎng)度的要求。在這267種代碼中，再去掉其中11種代碼，就得到了與8位數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的256種通道碼。

EFM通道合并位

當(dāng)通道碼合并時(shí)，為了滿足游程長(zhǎng)度的要求，在通道碼之間再增加了3位來(lái)確保讀出信號(hào)的可靠性，于是在激光唱盤(pán)中8位的數(shù)據(jù)就轉(zhuǎn)換成了17位的通道代碼。

在DVD光盤(pán)技術(shù)中，把3位合并位改成2位，并把它們直接插入到重新設(shè)計(jì)的碼表中，這樣一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)就轉(zhuǎn)換成16位的通道位，這也就提高了DVD的存儲(chǔ)容量。

激光唱盤(pán)上聲音數(shù)據(jù)編碼的過(guò)程

二、CD-DA盤(pán)的物理格式

通常，激光唱盤(pán)上的有許多首歌曲，一首歌曲安排在一條光道上。一條光道由許多節(jié)/扇區(qū)(section/sector)組成，一節(jié)由98幀(frame)組成。幀是激光唱盤(pán)上存放聲音數(shù)據(jù)的基本單元，它的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

激光唱盤(pán)聲音數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)

1.同步(SYNC)

每幀的開(kāi)頭都有24位同步位。這24位同步位不經(jīng)EFM調(diào)制，本身就是通道碼。任何數(shù)據(jù)經(jīng)EFM調(diào)制后都不會(huì)出現(xiàn)與同步碼字相同的碼。

具體的碼字是:

1000000000010000000000102.子碼(Subcode)

每幀都有這樣的一字節(jié)。

在CD-DA中稱(chēng)為子碼/控制和顯示(subcode/controlanddisplay)；

在CD-ROM中稱(chēng)為控制字節(jié)(ControlBytes)。

這字節(jié)的內(nèi)容主要提供盤(pán)地址信息。

3.聲音數(shù)據(jù)(AudioData)

在CD-DA中，立體聲有兩個(gè)通道，每次采樣有2個(gè)16位的樣本，左右通道的每個(gè)16位數(shù)據(jù)分別組成2個(gè)8位字節(jié)，6次采樣共24字節(jié)組成一幀。激光唱盤(pán)上聲音數(shù)據(jù)的采樣頻率為44.1kHz，每次對(duì)左右聲音通道各取一個(gè)16位的樣本，因此1秒鐘的聲音數(shù)據(jù)率就為

44.1×1000×2×16÷8=176400字節(jié)/秒

由于1幀存放24字節(jié)的聲音數(shù)據(jù)，所以1秒鐘所需要的幀數(shù):

176400÷24＝7350幀/秒

98幀構(gòu)成1節(jié)，也可以說(shuō)成1個(gè)扇區(qū)，所以1秒鐘所需要的扇區(qū)數(shù):

7350÷98＝75扇區(qū)/秒

1個(gè)扇區(qū)的聲音數(shù)據(jù)：98×(2×12)＝2352字節(jié)

1個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)：2352個(gè)聲音數(shù)據(jù)＋

2×392個(gè)EDC/ECC字節(jié)＋

98個(gè)控制字節(jié)＝3234字節(jié)

4.P,Q錯(cuò)誤校驗(yàn)碼由于CD-DA盤(pán)的原始誤碼率較高(約10-4)，須要采用糾錯(cuò)能力很強(qiáng)的交叉交插里德/索洛蒙碼(Cross-InterleavedRead-SolomonCode，CIRC)進(jìn)行糾錯(cuò)。因此，每幀有2×4字節(jié)的錯(cuò)誤校正碼分別放在中間和末端，稱(chēng)為Q校驗(yàn)碼和P校驗(yàn)碼，P校驗(yàn)是由(32，28)RS碼生成的校驗(yàn)碼；Q校驗(yàn)是由(28，24)RS碼生成的校驗(yàn)碼。

5.一幀數(shù)據(jù)的通道位數(shù)

編號(hào)字段名稱(chēng)通道位數(shù)合計(jì)(1)同步位(SYNC)24+327(2)子碼(Subcode)1×(14+3)17(3)數(shù)據(jù)(Data)12×(14+3)204(4)Q校驗(yàn)碼4×(14+3)68(5)數(shù)據(jù)(Data)12×(14+3)204(6)P校驗(yàn)碼4×(14+3)68合計(jì)

5886.激光唱盤(pán)的光道

在CD-DA中的物理光道是螺旋形，因此可以說(shuō)一片CD-DA盤(pán)只有一條物理光道。而這里所指的CD-DA光道應(yīng)該理解成邏輯光道比較合適。一條CD-DA光道有多個(gè)扇區(qū)組成，扇區(qū)的數(shù)目可多可少，而光道的長(zhǎng)度可長(zhǎng)可短，通常一首歌就組織成一條光道。

CD-DA的通道：P-W

CD-DA中定義了一個(gè)控制字節(jié)(ControlBytes)，或者叫做子碼(Subcode)。如前所述，每一幀有一個(gè)8位的控制字節(jié)，98幀組成8個(gè)子通道，分別命名為P、Q、R、S、T、U、V和W子通道。一條光道上所有扇區(qū)的子通道組成CD-DA的P、Q、…、W通道。98個(gè)控制字節(jié)(98*8位)組成8個(gè)子通道的結(jié)構(gòu)如下：8位P子通道(b8)Q子通道(b7)R子通道(b6)S子通道(b5)T子通道(b4)U子通道(b3)V子通道(b2)W子通道(b1)98字節(jié)的b8組成P子通道，98字節(jié)的b7組成Q子通道，依此類(lèi)推。通道P含有一個(gè)標(biāo)志，它用來(lái)告訴CD播放機(jī)光道上的聲音數(shù)據(jù)從什么地方開(kāi)始；

通道Q包含有運(yùn)行時(shí)間信息，CD播放機(jī)使用這個(gè)通道中的時(shí)間信息來(lái)顯示播放音樂(lè)節(jié)目的時(shí)間。

Q通道的98位的數(shù)據(jù)排列成如下的形式：

98位2位4位4位72位16位

2位：控制字節(jié)的部分同步位

4位：控制標(biāo)志，定義這條光道上的數(shù)據(jù)類(lèi)型

4位：說(shuō)明后面72位數(shù)據(jù)的標(biāo)志

72位：Q通道的數(shù)據(jù)。在盤(pán)的導(dǎo)入?yún)^(qū)(LeadIn)，含有盤(pán)的內(nèi)容表TOC(TableOfContents)；在其余的盤(pán)區(qū)，含有當(dāng)前的播放時(shí)間

16位：CRC(CyclicRedundancyCode)用于錯(cuò)誤檢測(cè)，CRC沒(méi)有錯(cuò)誤校正功能三、CD-ROM盤(pán)的物理格式Y(jié)ellowBook是Philips和Sony公司為CD-ROM(CompactDisc-ReadOnlyMemory)定義的標(biāo)準(zhǔn)，CD工業(yè)從此進(jìn)入了第二個(gè)階段。YellowBook在RedBook的基礎(chǔ)上增加了兩種類(lèi)型的光道，加上RedBook的CD-DA光道之后，CD-ROM共有三種類(lèi)型的光道：CD-DA光道，用于存儲(chǔ)聲音數(shù)據(jù)。CD-ROMMode1，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。CD-ROMMode2，用于存儲(chǔ)聲音數(shù)據(jù)、靜態(tài)圖像或電視圖像數(shù)據(jù)。

YellowBook和RedBook相比，它們的主要差別是RedBook中2352字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)作了重新定義，解決了把CD用作計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是計(jì)算機(jī)的尋址問(wèn)題，另一個(gè)是誤碼率的問(wèn)題，CD-ROM標(biāo)準(zhǔn)使用了一部分用戶數(shù)據(jù)當(dāng)作錯(cuò)誤校正碼，也就是增加了一層錯(cuò)誤檢測(cè)和錯(cuò)誤校正，使CD盤(pán)的誤碼率下降到10-12以下。

1.CD-ROMMode1

CD-ROMMode1把RedBook中的2352字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)重新定義為：

2352字節(jié)同步字節(jié)12字節(jié)扇區(qū)地址4字節(jié)用戶數(shù)據(jù)2048字節(jié)EDC4字節(jié)未用8字節(jié)ECC276字節(jié)同步字節(jié)：12字節(jié)，用于同步。扇區(qū)地址(Header)：4字節(jié)，定義該扇區(qū)的地址。用戶數(shù)據(jù)：2048字節(jié)，用于存放用戶數(shù)據(jù)。EDC：4字節(jié)，用于錯(cuò)誤檢測(cè)。如果檢測(cè)結(jié)果無(wú)差錯(cuò)，就不執(zhí)行這一層的錯(cuò)誤校正。未用：8字節(jié)。ECC：276字節(jié)，錯(cuò)誤檢測(cè)和校正碼。CD-ROM的扇區(qū)地址與磁盤(pán)的扇區(qū)地址不同。磁盤(pán)的扇區(qū)地址是用C-H-S(柱面號(hào)-磁頭號(hào)-扇區(qū)號(hào))地址系統(tǒng)來(lái)表示，而CD-ROM是用計(jì)時(shí)系統(tǒng)中的分、秒，以及特地為CD-ROM規(guī)定的扇區(qū)/分秒(1/75秒)來(lái)表示。CD-ROM用戶數(shù)據(jù)區(qū)的地址結(jié)構(gòu)如下：

4字節(jié)的扇區(qū)地址稱(chēng)為HEADER分(MIN)1字節(jié)0～74秒(SEC)1字節(jié)0～59分秒(FRAC)1字節(jié)0～74方式(Mode)1字節(jié)012.CD-ROMMode2

CD-ROMMode2把RedBook中的2352字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)重新定義為：

2352字節(jié)用戶數(shù)據(jù)2336字節(jié)同步字節(jié)12字節(jié)扇區(qū)地址4字節(jié)CD-ROMMode2與CD-ROMMode1相比，存儲(chǔ)的用戶數(shù)據(jù)多14%，但是由于沒(méi)有錯(cuò)誤檢測(cè)和錯(cuò)誤校正碼，因此在這種方式中，用戶數(shù)據(jù)的誤碼率比Mode1中的誤碼率要高。在Mode2的扇區(qū)地址中，方式(Mode)字節(jié)域中的值設(shè)置成02。四、CD-ROM盤(pán)的邏輯格式CD-ROM面對(duì)用戶的是文件，如文本文件、圖像文件、聲音文件、執(zhí)行文件等等，需要一個(gè)文件系統(tǒng)來(lái)管理，這樣就可使用戶把CD-ROM當(dāng)成一個(gè)文件集來(lái)看待。因此，僅有物理格式標(biāo)準(zhǔn)化還不夠，還需要有一個(gè)如何把文件和文件目錄放到CD-ROM盤(pán)上的邏輯格式標(biāo)準(zhǔn)，也就是文件格式。

1、ISO9660

通過(guò)許多軟硬件公司的共同的艱苦努力，在1988年正式公布了CD-ROM文件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，命名為“InformationProcessing：VolumeandFileStructureofCD-ROMforInformationInterchange”,可譯為“信息處理：用于信息交換的CD-ROM的卷和文件結(jié)構(gòu)”。

IBMPC兼容機(jī)的文件結(jié)構(gòu)為MS-DOS文件結(jié)構(gòu)，而AppleMacintosh計(jì)算機(jī)的文件結(jié)構(gòu)為分層結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)(HierarchicalFileSystem，HFS)。這兩種文件結(jié)構(gòu)不相同，文件不能通用。ISO9660標(biāo)準(zhǔn)既不是DOS的文件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，也不是HFS的文件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，而只是一個(gè)描述計(jì)算機(jī)用的CD-ROM文件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。因此，計(jì)算機(jī)要能夠讀ISO9660文件結(jié)構(gòu)的盤(pán)，其操作系統(tǒng)必需有支持軟件，該軟件通常在現(xiàn)有OS上進(jìn)行擴(kuò)展(Extension)。

Microsoft公司為讀取ISO9660文件而開(kāi)發(fā)的程序是MSCDEX(MicrosoftCD-ROMExtension)，它需要和CD-ROM驅(qū)動(dòng)器帶的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序聯(lián)合，DOS才能讀CD-ROM盤(pán)上的ISO9660文件。MSCDEX.EXE程序的主要功能就是把ISO9660文件結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成MS-DOS能識(shí)別的文件結(jié)構(gòu)。

在MS-DOS和MS-Windows環(huán)境下，IBMPC兼容機(jī)必需安裝MSCDEX.EXE和CD-ROM驅(qū)動(dòng)器帶的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序才能讀CD-ROM盤(pán)上的文件。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序要安裝在CONFIG.SYS文件中，而MSCDEX.EXE文件要安裝在AUTOEXEC.BAT文件中。在Windows95/98環(huán)境下不需要另外配置CONFIG.SYS和AUTOEXEC.BAT文件，它本身帶有MSCDEX.EXE和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，在安裝過(guò)程中會(huì)自動(dòng)安裝。

第四節(jié)

VCD標(biāo)準(zhǔn)

一、VideoCD標(biāo)準(zhǔn)概述CD-DA是20世紀(jì)80年代初的產(chǎn)品，盤(pán)上的音樂(lè)節(jié)目是以數(shù)字形式記錄的；LaserVision是70年代末的產(chǎn)品，盤(pán)上的電視圖像和聲音都是以模擬信號(hào)形式記錄的；CD-Video(CD-V)是1987年定義的，它是CD-DA和LV相結(jié)合的產(chǎn)物，盤(pán)上的聲音是數(shù)字的，而電視圖像仍然是模擬的。CD-V和LV常被人們稱(chēng)為激光視盤(pán)或激光影碟。VideoCD(VCD)是由JVC、Philips、Matsushita和Sony聯(lián)合定義的數(shù)字電視視盤(pán)技術(shù)規(guī)格，它于1993年問(wèn)世，盤(pán)上的聲音和電視圖像都是以數(shù)字的形式表示的。1994年7月發(fā)布了“VideoCDSpecificationVersion2.0”，并命名為WhiteBook(白皮書(shū))。該標(biāo)準(zhǔn)描述的是一個(gè)使用CD格式和MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電視存儲(chǔ)格式。二、VCD盤(pán)的組織

VCD盤(pán)由引導(dǎo)區(qū)(導(dǎo)入?yún)^(qū)和導(dǎo)出區(qū))和節(jié)目區(qū)兩部分組成。盤(pán)上的數(shù)據(jù)按光道來(lái)組織，光道數(shù)最多為99條。在節(jié)目區(qū)中的第一條光道(Track1)是一條專(zhuān)用VCD數(shù)據(jù)光道(SpecialVideoCDTrack)，其余的是MPEGAudio/Video光道。也可包含CD-DA光道，但必須在MPEG-Audio/Video光道之后。

Lead-inArea(導(dǎo)入?yún)^(qū))

Track1(光道1)Track1：專(zhuān)用VCD數(shù)據(jù)光道

Track2(光道2)Track2～99(Max.)

Track3(光道3)

ProgramArea…①Track2～K：MPEG-Audio/VideoTrack(節(jié)目區(qū))TrackK(光道K)

TrackK+1(光道K+1)

…②TrackK+1～N：CD-DATrack

TrackN(光道N)

Lead-outarea(導(dǎo)出區(qū))

三、VCD的文件目錄結(jié)構(gòu)VCD盤(pán)的文件系統(tǒng)是在ISO9660文件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)。VCD盤(pán)需要的目錄有：Rootdirectory0(根目錄0)，CDI，VCD和MPEGAV。VideoCD規(guī)范規(guī)定對(duì)文件目錄作了如下規(guī)定：①如果VCD盤(pán)包含卡拉OK基本信息區(qū)(KaraokeBasicInformationArea)，這個(gè)區(qū)域中的文件必須存放在KARAOKE目錄下。②如果VCD盤(pán)包含分段播放項(xiàng)目區(qū)(SegmentPlayItemArea)，這個(gè)區(qū)域中的文件必須存放在SEGMENT目錄下。③如果有擴(kuò)展的播放順序描述符(PlaySequenceDescriptor，PSD)文件，這個(gè)文件必須存放在EXT目錄下。④VCD信息區(qū)(VideoCDInformationArea)中的文件必須存放在VCD目錄下。⑤所有表示MPEGAudio/Video光道的文件都必須存放在MPEGAV目錄下。⑥所有表示CD-DA光道的文件都必須存放在CDDA目錄下。第五節(jié)DVD簡(jiǎn)介VCD和DVD都是光學(xué)存儲(chǔ)媒體，但DVD的存儲(chǔ)容量和帶寬都明顯高于CD。影視、聲音、計(jì)算機(jī)和光學(xué)記錄技術(shù)融合在一起將開(kāi)發(fā)出下一代的CD產(chǎn)品。DVD原名是DigitalVideoDisc的縮寫(xiě)，意思是“數(shù)字電視光盤(pán)(系統(tǒng))”，這是為了與VideoCD相區(qū)別。實(shí)際上DVD的應(yīng)用不僅僅是用來(lái)存放電視節(jié)目，它同樣可以用來(lái)存儲(chǔ)其他類(lèi)型的數(shù)據(jù)，因此又把DigitalVideoDisc更改為DigitalVersatileDisc，縮寫(xiě)仍然是DVD，Versatile的意思是多才多藝的意思。現(xiàn)在，當(dāng)我們談到DVD時(shí)，通常是指DigitalVideoDisc。

MPEG-1的電視質(zhì)量是家用錄象機(jī)的質(zhì)量，MPEG-1技術(shù)的成熟促成了VCD的誕生、產(chǎn)業(yè)的形成和市場(chǎng)的成熟；MPEG-2的電視質(zhì)量是廣播級(jí)的質(zhì)量，由于廣播級(jí)數(shù)字電視的數(shù)據(jù)量要比MPEG-1的數(shù)據(jù)量大得多，而CD-ROM的容量盡管有近700多兆字節(jié)，但也滿足不了存放MPEG-2Video節(jié)目的要求。MPEG-2的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，為了解決MPEG-2Video節(jié)目的存儲(chǔ)問(wèn)題，就促成了DVD的問(wèn)世。

最終的單面單層DVD盤(pán)片應(yīng)該能夠存儲(chǔ)4.7GB(千兆字節(jié))的數(shù)據(jù)，單面雙層盤(pán)片的容量為8.5GB；單面單層盤(pán)存儲(chǔ)133分鐘的MPEG-2Video，其分辨率與現(xiàn)在的電視相同，并配備DolbyAC-3/MPEG-2Audio質(zhì)量的聲音和不同語(yǔ)言的字幕。DVD的特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量比現(xiàn)在的CD盤(pán)大得多，最高可達(dá)到17GB。一片DVD盤(pán)的容量相當(dāng)于現(xiàn)在的25片CD-ROM(650MB)，而尺寸與CD相同。DVD所包含的軟硬件要遵照正在由計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子和娛樂(lè)公司聯(lián)合制定的規(guī)格，目的是為了能夠根據(jù)這個(gè)新一代的CD規(guī)格開(kāi)發(fā)出存儲(chǔ)容量大和性能高的兼容產(chǎn)品，用于存儲(chǔ)數(shù)字電視和多媒體軟件。一、DVD的規(guī)格

DVD和CD系列

DVD(DigitalVersatileDisc)CD(CompactDisc)BookA:DVD-ROMCD-ROMBookB:DVD-VideoVideoCDBookC:DVD-AudioCD-AudioBookD:DVD-RecordableCD-RBookE:DVD-RAMCD-MODVD的存儲(chǔ)容量

DVD盤(pán)的類(lèi)型存儲(chǔ)容量(GB)MPEG-2Video的播放時(shí)間(分鐘)單面單層(只讀)4.7133單面雙層(只讀)8.5240單層雙面(只讀)9.4266雙層,雙面(只讀)17

單層雙面(DVD-R)6.6215單層雙面(DVD-RAM)5.2147電視圖像規(guī)格

技術(shù)內(nèi)容技術(shù)規(guī)格數(shù)據(jù)傳輸率可變速率，平均速率為4.69Mb/s(最大速率為10.7Mb/s)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)聲音標(biāo)準(zhǔn)NTSC：DolbyAC-3或LPCM,可選用MPEG-2AudioPAL：MPEGMUSICAM*5.1或LPCM,可選用DolbyAC-3通道數(shù)多達(dá)8個(gè)聲音通道和32個(gè)字幕通道二、DVD的存儲(chǔ)容量是怎樣提高的

1.從外觀和尺寸方面來(lái)看，DVD盤(pán)與現(xiàn)在廣泛使