多媒体技术原理及应用(马华东第二版)第四章
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2020/7/6
磁光写的过程
• 用激光照射光盘垂直膜面磁化方向上的磁化物质， 并对其垂直磁化。
• 利用磁性物质居里点热磁效应,在某一方向饱和式磁 化,用激光对需要存储信息“1”的单元区域加热,使 其温度超过居里点,失去磁性。在盘的另一面上施加 一个外磁场,使被照单元反向磁化,这样该单元磁化方 向与其它未照射单元方向相反,从而生产一个信息存 储状态“1”,而其它未经照射单元相当于存储信息 “0”。
凸交界的正负跳变沿均代表数字“1”，两个边缘 之间代表数字“0”,“0”的个数是边缘之间的长 度决定的。 • 通过光学探测仪器产生光电检测信号，从而读出 “0”、“1”数据。 • 数字信号记录的优点是抗干扰能力强，由于盘片 损坏或变脏而造成的读出错误也容易得到纠正。
2020/7/6
EFM编码
• 为了提高读出数据可靠性,减少误读率,存储数 据采用EFM(Eight to Fourteen Modulation)编码, 即将1字节的8位编码为14位的光轨道位, 并在 每14位之间插入3位“合并位” 以确保“1”码 间至少有2个“0”码, 但最多有10个“0”码。
2020/7/6
CD-DA • 1981年制定红皮书 (Red Book)，即CD-DA
(Digital Audio)激光数字音频光盘的规范。这 个标准是CD的最基本标准。
2020/7/6
CD-ROM • 1985年制定黄皮书(Yellow Book), 经修订,
1988年正式作为国际标准ISO9660, 1991年
又推出了ISO 9660Ⅱ。
2020/7/6
CD-V(Video) • 从红皮书发展而来, 在影碟机上使用, 视频信息
可以输出到电视机。
2020/7/6
可录CD • 可录CD(Recordable Compact Disk)盘的橙
皮书(Orange Book)标准。可录CD分为两类, 即CD-MO和CD-WO。CD-MO称为磁光盘,可 重写；CD-WO又称CD-R, 这种盘一旦用户写
2020/7/6
在光盘上记录模拟信息 • 模拟信号先进行频率调制(FM)，声音信号加在
经过频率调制的视频信号上，所得到的综合信 号经过双向限幅，再转换成光盘上长度不等的 凹坑和凸区，边缘之间的长度反映了视频信号 频率的高低和声音信号的频率和幅度。
2020/7/6
在光盘上写/读数字信息 • 光道上凹坑或凸区的长度是0.3微米的整数倍。凹
(4)存取时间 200～400ms (5)误码率 1/1012～1/1016，采用复杂的纠错
编码技术降低了误码率。 (6)体 积 光盘 驱 动器 的 大小 一 般为 4 1 mm(H)×
146mm(W)×206mm(D) (7)接口 采用SCSI接口、IDE接口和AT总线接
口。接口可以集成在音频板、视频板或主机板 上，也可以是一块单独的板。
帧2
…
2020/7/6
1扇区
8位 33字节
EFM调制
14 3 588个 通道位
帧97
• CD-ROM同样是把光轨道分为等长的扇区,使用 分、秒、扇区的数据编址方法, 采用常线速伺 服方式。它与CD-DA的不同主要在每个扇区中 数据格式的不同。
• CD-ROM光盘有两种格式: Mode1和Mode2。
• 在逻辑目录建立同时, 用户可以根据需要, 对其中 重要数据进行加密。
2•020/7一/6 旦写入就不能再更改。
Rewritable可重写光盘
• 可重写光盘或称可擦写光盘是最理想的光盘类 型，也是最有应用前途的光盘类型。它像硬盘 一样可读写，利用浮动磁光头在磁光盘上进行
磁场调制，可进行高速重写磁光记录。
2020/7/6
数据传输率,可以定
义为单位时间内光盘的光道上传送的数据比 特数, 这与光盘转速、存储密度有关。 • 另一种定义是指控制器与主机间的传输率, 它 与接口规范、控制器内的缓冲器大小有关。
2020/7/6
光盘的分类
• CD-ROM只读光盘 • WORM一次写多次读光盘 • Rewritable可重写光盘
–驱动器读写头是用半导体激光器和光路系 统组成的光头,记录介质采用磁光材料。
2020/7/6
• 光存储技术原理 改变一个存储单元的性质， 使其性质的变化反映出被存储的数据;识别这种 性质的变化, 就可以读出存储数据。
• 光存储单元的性质, 例如反射率、反射光极化 方向等均可以改变, 它们对应着存储二进制数 据0(不变)、1(改变), 光电检测器能够通过检测 出光强和光极性的变化来识别信息。
2020/7/6
只读光盘读原理
• 只读光盘上的信息是沿着盘面螺旋形状的 信息轨道以凹坑和凸区的形式记录的。
• 它既可以记录模拟信息(如Laser Vision系 统)，也可以记录数字信号(如CD-DA)。
2020/7/6
001000100000100
0.6μm 1.6μm
坑深0.12μm
在螺旋形光道上以凹坑和凸区表示的信息
2020/7/6
CD-ROM • 第一代光盘系统，直径约12cm，因为它容量大，
约650MB，价格便宜，市场上颇受用户的欢迎。 • CD-ROM光盘是由母盘压模制成的，一旦复制成
形，永久不变，用户只能读出信息。 • CD-ROM工作特点采用激光调制方式记录信息，
将信息以凹坑和凸区形式记录在螺旋形光道上。
入数据就不能抹掉。
2020/7/6
CD-I • 1987年制定绿皮书(Green Book)规范用
于交互式多媒体CD-I系统中。 • 1992年推出第二代CD-I，可播放交互式
视频图象。
2020/7/6
CD-ROM XA(Extended Architecture) • 1988年, Philips、SONY及 Microsoft制定
• 高能量激光束可以聚焦成约1微米的光斑, 因此 光存储技术比其它存储技术有更高的容量。
2020/7/6
光盘系统的特点
• 与硬盘相比,具有可拆卸性; 容量相当; 驱动 器较贵,但盘片便宜; 读写速度慢。
• 与磁带相比, 具有容量大、随机存取性强的 优点。
• 激光头与介质无接触, 不受环境影响而退磁
• 信息擦去过程与写过程刚好相反，即恢复原来的磁 化方向。 2020/7/6
相变式擦写原理 • 利用记录介质的两个稳态之间的互逆相结构的
变化来实现信息的记录和擦除。两种稳态是反 射率高的晶态和反射率低的非晶态(玻璃态)。 • 写过程是把记录介质的信息点从晶态转变为非 晶态。 • 擦过程是写过程的逆过程，即把激光束照射的
CD-ROM扩展结构, 1991年又制定CD-ROM
XAⅡ规范, 对应于ISO9660Ⅱ。
2020/7/6
Photo-CD • 像片光盘, 1991年Philips和KODAK对外
发布Photo-CD, 1992年制定规范。用于存 放数字化的静态照片。
2020/7/6
Video CD
• 1993年制定的白皮书(White Book)规范,采用 MPEG压缩算法压缩动态图象。它能使Video CD 节 目 能 够 在 CD-I、CD-ROM/XA 和 Video CD播放机上播放。
2020/7/6
平均存取时间 • 是在光盘上找到需要读写的信息的位置所
需要的时间。 • 指从计算机向光盘驱动器发出命令, 到光盘
驱动器可以接受读写命令为止的时间。 • 一般取光头沿半径移动全程1/3长度所需要
的时间为平均寻道时间,盘片旋转一周的一 半时间为平均等待时间,两者加上读写光头 稳定时间就是平均存取时间。
多媒体技术原理及 应用(马华东第二版)
第四章
2020/7/6
4.1.1 多媒体信息存储的特点
• 多媒体信息存在和表现的形式
– 正文 包括文字和数据 – 向量图形 图元组成的图形 – 位图图象 – 数字化声音和高保真音响 – 数字化视频
2020/7/6
4.1.2 光盘存储原理
• 光存储技术
–光存储技术的产品化形式是由光盘驱动器 和光盘片组成的光盘驱动系统。
信息点从非晶态恢复到晶态。
2020/7/6
4.1.3 光盘标准
2020/7/6
光盘发展历史
• 1972年9月5日Philips公司向国际新闻界展示 了长时间播放电视节目的光盘系统，在光盘上 记录的是模拟电视信号(Laser Vision)。
• 1978年, SONY生产的影碟机正式投放市场, 光盘的直径为30厘米, 一片双面盘的播放时间 可达2小时。
2020/7/6
可重写光盘的擦写原理
• 光盘记录方式可分为两大类：
– 磁光式 – 相变式
2020/7/6
磁光式擦写原理 • 当前国际上较流行的是磁光式，该盘普遍采用
玻璃盘基上再加四层膜结构组成，它是以稀土 —过渡金属非晶体垂直磁化膜作为记录介质光 学膜和保护膜的多层夹心结构。 • 两种磁光写操作方法居里点记录(稀土—铁合 金膜介质) • 补偿点记录(稀土—钴合金膜介质)
2020/7/6
CD-ROM的性能指标
(1)容量 约为650MB。 (2)数据传送速率 最初推出为150KB/S, 称为
单速, 后又推出倍速(300KB/S),四速(600 KB/S), …, 48X等光驱。 (3)存储缓冲器 早期为64KB，目前常用的为 128KB或256KB。
2020/7/6
2020/7/6
WORM一次写多次读光盘
• WORM光盘在使用前首先要进行格式化, 形成格 式化信息区和逻辑目录区, 利用激光照射介质, 使 介质变异, 利用激光不同的变化, 使其产生一连串 排列的“点”, 从而完成写的过程。
• WORM光盘引入文件分配表的概念,在光盘的根 目录下面是用户定义的逻辑目录, 逻辑目录对应文 件管理区。
• 1979年, Philips公司发表了激光唱机 (Compact Disk Player)。
2020/7/6
光盘的规范和标准
• CD-DA • CD-ROM • CD-V(Video) • 可录CD • CD-I • CD-ROM XA(Extended Architecture) • Photo-CD • Video CD
2020/7/6
(8)MTBF(Mean Time Between Failures) 平 均无故障时间约为25000小时左右。
(9)兼容性 支持Photo-CD和CD-ROM XA。
2020/7/6
光盘的规范及格式
• CD-DA规范及格式 • CD-ROM规范及格式 • CD-I光盘的数据格式 • 激光视盘
• 错误的检测和校正采用的是CIRC(Cross Interleave Reed-Solomon Code)码。
2020/7/6
扇区的结构图
C&D 1B
音频数 校验 据12B 4B
音频数 校验 据12B 4B
同步位
24位
合 并 位
3位
8位 8位 8位 …
14 3 14 3 14 3 …
1帧
帧0
帧1
，信息保存时间长, 可达30年以上。
2020/7/6
光盘系统技术指标 • 容量 光盘盘片的容量 • 平均存取时间 在光盘上找到需要读写
信息的位置所需时间 • 数据传输率 • 接口标准及格式规范等
2020/7/6
存储容量
• 指它所能读写的光盘盘片的容量。 • 光盘容量又分为格式化容量和用户容量，
采用不同的格式和不同驱动器, 光盘格式化 后容量不同。 • 一般用户容量比格式化容量要少,因为光盘 还需要存放有关控制、校验等信息。
• 光道总长度为74分, 即可存放74分钟高音质非 压缩的音频信号。
2020/7/6
• CD-DA每个扇区的音频数据分为许多称为帧 的单元, 每帧共有33个字节。
• 一帧中每个通道有6个音频数据，有左右2个通 道，每个通道的样本值是16位的数据，共24 个字节。一帧中有8个校验字节和1个“控制与 显示(C&D)”字节。
2020/7/6
CD-DA规范及格式
• CD-DA即激光唱盘, 光盘的物理规格为直径 12cm,内径1.5cm,厚度0.12cm, 重量14克。 这种光盘常采用常线速(Const Linear Velocity,CLV)伺服方式, 逆时针旋转。
• 其螺旋线光道上等长分段, 每段称为一个扇区 。每个扇区都存放一定量数据块, 并以一个特 定的地址标记,其单位为“分”、“秒”、“扇 区”,即1分=60秒,1秒=75扇区。
2020/7/6
磁光写的过程
• 用激光照射光盘垂直膜面磁化方向上的磁化物质， 并对其垂直磁化。
• 利用磁性物质居里点热磁效应,在某一方向饱和式磁 化,用激光对需要存储信息“1”的单元区域加热,使 其温度超过居里点,失去磁性。在盘的另一面上施加 一个外磁场,使被照单元反向磁化,这样该单元磁化方 向与其它未照射单元方向相反,从而生产一个信息存 储状态“1”,而其它未经照射单元相当于存储信息 “0”。
凸交界的正负跳变沿均代表数字“1”，两个边缘 之间代表数字“0”,“0”的个数是边缘之间的长 度决定的。 • 通过光学探测仪器产生光电检测信号，从而读出 “0”、“1”数据。 • 数字信号记录的优点是抗干扰能力强，由于盘片 损坏或变脏而造成的读出错误也容易得到纠正。
2020/7/6
EFM编码
• 为了提高读出数据可靠性,减少误读率,存储数 据采用EFM(Eight to Fourteen Modulation)编码, 即将1字节的8位编码为14位的光轨道位, 并在 每14位之间插入3位“合并位” 以确保“1”码 间至少有2个“0”码, 但最多有10个“0”码。
2020/7/6
CD-DA • 1981年制定红皮书 (Red Book)，即CD-DA
(Digital Audio)激光数字音频光盘的规范。这 个标准是CD的最基本标准。
2020/7/6
CD-ROM • 1985年制定黄皮书(Yellow Book), 经修订,
1988年正式作为国际标准ISO9660, 1991年
又推出了ISO 9660Ⅱ。
2020/7/6
CD-V(Video) • 从红皮书发展而来, 在影碟机上使用, 视频信息
可以输出到电视机。
2020/7/6
可录CD • 可录CD(Recordable Compact Disk)盘的橙
皮书(Orange Book)标准。可录CD分为两类, 即CD-MO和CD-WO。CD-MO称为磁光盘,可 重写；CD-WO又称CD-R, 这种盘一旦用户写
2020/7/6
在光盘上记录模拟信息 • 模拟信号先进行频率调制(FM)，声音信号加在
经过频率调制的视频信号上，所得到的综合信 号经过双向限幅，再转换成光盘上长度不等的 凹坑和凸区，边缘之间的长度反映了视频信号 频率的高低和声音信号的频率和幅度。
2020/7/6
在光盘上写/读数字信息 • 光道上凹坑或凸区的长度是0.3微米的整数倍。凹
(4)存取时间 200～400ms (5)误码率 1/1012～1/1016，采用复杂的纠错
编码技术降低了误码率。 (6)体 积 光盘 驱 动器 的 大小 一 般为 4 1 mm(H)×
146mm(W)×206mm(D) (7)接口 采用SCSI接口、IDE接口和AT总线接
口。接口可以集成在音频板、视频板或主机板 上，也可以是一块单独的板。
帧2
…
2020/7/6
1扇区
8位 33字节
EFM调制
14 3 588个 通道位
帧97
• CD-ROM同样是把光轨道分为等长的扇区,使用 分、秒、扇区的数据编址方法, 采用常线速伺 服方式。它与CD-DA的不同主要在每个扇区中 数据格式的不同。
• CD-ROM光盘有两种格式: Mode1和Mode2。
• 在逻辑目录建立同时, 用户可以根据需要, 对其中 重要数据进行加密。
2•020/7一/6 旦写入就不能再更改。
Rewritable可重写光盘
• 可重写光盘或称可擦写光盘是最理想的光盘类 型，也是最有应用前途的光盘类型。它像硬盘 一样可读写，利用浮动磁光头在磁光盘上进行
磁场调制，可进行高速重写磁光记录。
2020/7/6
数据传输率,可以定
义为单位时间内光盘的光道上传送的数据比 特数, 这与光盘转速、存储密度有关。 • 另一种定义是指控制器与主机间的传输率, 它 与接口规范、控制器内的缓冲器大小有关。
2020/7/6
光盘的分类
• CD-ROM只读光盘 • WORM一次写多次读光盘 • Rewritable可重写光盘
–驱动器读写头是用半导体激光器和光路系 统组成的光头,记录介质采用磁光材料。
2020/7/6
• 光存储技术原理 改变一个存储单元的性质， 使其性质的变化反映出被存储的数据;识别这种 性质的变化, 就可以读出存储数据。
• 光存储单元的性质, 例如反射率、反射光极化 方向等均可以改变, 它们对应着存储二进制数 据0(不变)、1(改变), 光电检测器能够通过检测 出光强和光极性的变化来识别信息。
2020/7/6
只读光盘读原理
• 只读光盘上的信息是沿着盘面螺旋形状的 信息轨道以凹坑和凸区的形式记录的。
• 它既可以记录模拟信息(如Laser Vision系 统)，也可以记录数字信号(如CD-DA)。
2020/7/6
001000100000100
0.6μm 1.6μm
坑深0.12μm
在螺旋形光道上以凹坑和凸区表示的信息
2020/7/6
CD-ROM • 第一代光盘系统，直径约12cm，因为它容量大，
约650MB，价格便宜，市场上颇受用户的欢迎。 • CD-ROM光盘是由母盘压模制成的，一旦复制成
形，永久不变，用户只能读出信息。 • CD-ROM工作特点采用激光调制方式记录信息，
将信息以凹坑和凸区形式记录在螺旋形光道上。
入数据就不能抹掉。
2020/7/6
CD-I • 1987年制定绿皮书(Green Book)规范用
于交互式多媒体CD-I系统中。 • 1992年推出第二代CD-I，可播放交互式
视频图象。
2020/7/6
CD-ROM XA(Extended Architecture) • 1988年, Philips、SONY及 Microsoft制定
• 高能量激光束可以聚焦成约1微米的光斑, 因此 光存储技术比其它存储技术有更高的容量。
2020/7/6
光盘系统的特点
• 与硬盘相比,具有可拆卸性; 容量相当; 驱动 器较贵,但盘片便宜; 读写速度慢。
• 与磁带相比, 具有容量大、随机存取性强的 优点。
• 激光头与介质无接触, 不受环境影响而退磁
• 信息擦去过程与写过程刚好相反，即恢复原来的磁 化方向。 2020/7/6
相变式擦写原理 • 利用记录介质的两个稳态之间的互逆相结构的
变化来实现信息的记录和擦除。两种稳态是反 射率高的晶态和反射率低的非晶态(玻璃态)。 • 写过程是把记录介质的信息点从晶态转变为非 晶态。 • 擦过程是写过程的逆过程，即把激光束照射的
CD-ROM扩展结构, 1991年又制定CD-ROM
XAⅡ规范, 对应于ISO9660Ⅱ。
2020/7/6
Photo-CD • 像片光盘, 1991年Philips和KODAK对外
发布Photo-CD, 1992年制定规范。用于存 放数字化的静态照片。
2020/7/6
Video CD
• 1993年制定的白皮书(White Book)规范,采用 MPEG压缩算法压缩动态图象。它能使Video CD 节 目 能 够 在 CD-I、CD-ROM/XA 和 Video CD播放机上播放。
2020/7/6
平均存取时间 • 是在光盘上找到需要读写的信息的位置所
需要的时间。 • 指从计算机向光盘驱动器发出命令, 到光盘
驱动器可以接受读写命令为止的时间。 • 一般取光头沿半径移动全程1/3长度所需要
的时间为平均寻道时间,盘片旋转一周的一 半时间为平均等待时间,两者加上读写光头 稳定时间就是平均存取时间。
多媒体技术原理及 应用(马华东第二版)
第四章
2020/7/6
4.1.1 多媒体信息存储的特点
• 多媒体信息存在和表现的形式
– 正文 包括文字和数据 – 向量图形 图元组成的图形 – 位图图象 – 数字化声音和高保真音响 – 数字化视频
2020/7/6
4.1.2 光盘存储原理
• 光存储技术
–光存储技术的产品化形式是由光盘驱动器 和光盘片组成的光盘驱动系统。
信息点从非晶态恢复到晶态。
2020/7/6
4.1.3 光盘标准
2020/7/6
光盘发展历史
• 1972年9月5日Philips公司向国际新闻界展示 了长时间播放电视节目的光盘系统，在光盘上 记录的是模拟电视信号(Laser Vision)。
• 1978年, SONY生产的影碟机正式投放市场, 光盘的直径为30厘米, 一片双面盘的播放时间 可达2小时。
2020/7/6
可重写光盘的擦写原理
• 光盘记录方式可分为两大类：
– 磁光式 – 相变式
2020/7/6
磁光式擦写原理 • 当前国际上较流行的是磁光式，该盘普遍采用
玻璃盘基上再加四层膜结构组成，它是以稀土 —过渡金属非晶体垂直磁化膜作为记录介质光 学膜和保护膜的多层夹心结构。 • 两种磁光写操作方法居里点记录(稀土—铁合 金膜介质) • 补偿点记录(稀土—钴合金膜介质)
2020/7/6
CD-ROM的性能指标
(1)容量 约为650MB。 (2)数据传送速率 最初推出为150KB/S, 称为
单速, 后又推出倍速(300KB/S),四速(600 KB/S), …, 48X等光驱。 (3)存储缓冲器 早期为64KB，目前常用的为 128KB或256KB。
2020/7/6
2020/7/6
WORM一次写多次读光盘
• WORM光盘在使用前首先要进行格式化, 形成格 式化信息区和逻辑目录区, 利用激光照射介质, 使 介质变异, 利用激光不同的变化, 使其产生一连串 排列的“点”, 从而完成写的过程。
• WORM光盘引入文件分配表的概念,在光盘的根 目录下面是用户定义的逻辑目录, 逻辑目录对应文 件管理区。
• 1979年, Philips公司发表了激光唱机 (Compact Disk Player)。
2020/7/6
光盘的规范和标准
• CD-DA • CD-ROM • CD-V(Video) • 可录CD • CD-I • CD-ROM XA(Extended Architecture) • Photo-CD • Video CD
2020/7/6
(8)MTBF(Mean Time Between Failures) 平 均无故障时间约为25000小时左右。
(9)兼容性 支持Photo-CD和CD-ROM XA。
2020/7/6
光盘的规范及格式
• CD-DA规范及格式 • CD-ROM规范及格式 • CD-I光盘的数据格式 • 激光视盘
• 错误的检测和校正采用的是CIRC(Cross Interleave Reed-Solomon Code)码。
2020/7/6
扇区的结构图
C&D 1B
音频数 校验 据12B 4B
音频数 校验 据12B 4B
同步位
24位
合 并 位
3位
8位 8位 8位 …
14 3 14 3 14 3 …
1帧
帧0
帧1
，信息保存时间长, 可达30年以上。
2020/7/6
光盘系统技术指标 • 容量 光盘盘片的容量 • 平均存取时间 在光盘上找到需要读写
信息的位置所需时间 • 数据传输率 • 接口标准及格式规范等
2020/7/6
存储容量
• 指它所能读写的光盘盘片的容量。 • 光盘容量又分为格式化容量和用户容量，
采用不同的格式和不同驱动器, 光盘格式化 后容量不同。 • 一般用户容量比格式化容量要少,因为光盘 还需要存放有关控制、校验等信息。
• 光道总长度为74分, 即可存放74分钟高音质非 压缩的音频信号。
2020/7/6
• CD-DA每个扇区的音频数据分为许多称为帧 的单元, 每帧共有33个字节。
• 一帧中每个通道有6个音频数据，有左右2个通 道，每个通道的样本值是16位的数据，共24 个字节。一帧中有8个校验字节和1个“控制与 显示(C&D)”字节。
2020/7/6
CD-DA规范及格式
• CD-DA即激光唱盘, 光盘的物理规格为直径 12cm,内径1.5cm,厚度0.12cm, 重量14克。 这种光盘常采用常线速(Const Linear Velocity,CLV)伺服方式, 逆时针旋转。
• 其螺旋线光道上等长分段, 每段称为一个扇区 。每个扇区都存放一定量数据块, 并以一个特 定的地址标记,其单位为“分”、“秒”、“扇 区”,即1分=60秒,1秒=75扇区。
2020/7/6