3多媒体光盘存储系统

图3-1 通过专用的打印设备可输出Photo CD照片
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3.2.5
Video CD(简称VCD) ，是由JVC、Philips等公司于 1993年联合制定的数字视盘技术规格，称为白皮书(White Book) 。用来描述存放采用MPEG-1标准编码的全动态图 像及其伴音的数据光盘格式，是继CD-DA、CD-ROM、 CD-ROM XA和CD-I之后又一个有很强应用前景的光盘产 品。它可在一张普通的CD光盘上录制 70 分钟的全屏幕、 全动态的视频与音频数据及相关的处理程序。同激光视盘 (LD)相比，它体积小、价格便宜且有很好的音、视频质量 和很好的兼容性。 VCD 的出现与 MPEG-1 标准有着密切关系。MPEG-1 是一个专用于处理活动影像的标准，也是一个与特定应用 对象无关的通用标准，从CD-ROM 上的交互系统到电信 网络、视频网络上的视频信号发送都可使用。 VCD 按照 MPEG - 1 标准对音 、 视频数据进行压缩后，提高了存 储空间的有效利用率。
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3.2
光盘的标准
3.2.1 CD-DA 标准
CD-DA (Compact Disc-Digital Audio)，称之 为数字激光唱盘或CD唱盘，1982年Sony和 Philips公司合作开发了数字光盘音响系统并制定 了CD唱盘标准。因为该标准出版时采用了红色封 面，因而也称为红皮书标准。 CD唱盘是CD家族中第一个成员，其标准成 为以后各种新的CD标准的基础。
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3.1.2 光盘的类型
通常所说的光盘，包括CD-DA、CD-ROM、CD-R、 CD-R/W、Photo-CD、V-CD、DVD等。 按光盘的读/写性能，可分3种类型： 只读型光盘存储器 数据用压模方法压制而成，用户只能读上面的数据。 多次可写光盘存储器 允许多次写入数据，可随时往盘上追加数据，直到盘 满为止。 可擦写光盘存储器 具有磁盘一样的可擦写性，可多次写入或修改光盘上 数据，更适合作为计算机新型标准外存设备，目前有 磁光和相变和两种类型。
图3-5 光束探测器根据光强度的变化（凸凹的变化）来分辨0或1
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3.3.2
CD-R光盘结构与记录信息原理
CD－R的结构
CD－R盘片直径为12cm，可存储650MB的数据或74 分钟CD质量的音乐或VHS质量的视频。CD－R盘片 共由5层组成。其记录层的主要成分是涂有特殊性质 的有机染料，这些染料在激光作用下会产生变化， 以达到记录数据的目的。
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目前高倍速光驱大多采用CAV(Constant Angular Velocity，恒定角速度)技术。在CAV方式下，不管是 内圈还是外圈，激光头始终以恒定的角速度旋转CDROM盘片，这和硬盘驱动器的操作方式十分相似。 恒定的转速对于电机来说比较容易实现，由于不需 要在随机寻道时经常地改变电机的转速，因此，随 机读取性能会得到很大的改善。不过，在CAV方式 下，光盘内外圈转动的线速度是不相等的，因此内 外光道的数据记录密度也不同，光盘的存储空间没 有充分利用。正是由于CLV与CAV技术各有优劣， 于是一些光驱采用CLV+CAV技术，在内圈采用 CLV 方式以保证其具有足够的传输速率，在外圈则采用 CAV的方式，以提高可靠性。
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Photo CD 存储图片的过程大致可分为：将拍摄 的胶片冲洗成负片后，在工作站上使用彩色扫描仪 输入计算机，采用专门的图像压缩技术，把每一幅 图片以不同的分辨率压缩，然后使用 CD-R刻盘机 将彩色照片存储到 Photo CD盘片上。还可配以文字 说明、音乐及语言解说。Photo CD可使用专用的播 放机，在彩色电视机上进行显示。
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在恒定线速度CLV(Constant Line Velocity)方式 下 ，单位距离的光道上所储存的信息容量相等，因 而可以充分利用盘片的空间，增加了存储容量。但 这样一来，激光头每旋转一圈所读取的数据量不同， 内圈数据少，外圈数据多。因此在 CLV方式下，当 激光头移动到不同的轨道时，电机也必须以不同的 转速旋转，内圈转得快些，外圈转得慢些，以维持 单位距离信息读取时间一致。对于高速光驱来讲， CLV方式容易造成光驱耐用性的降低。
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考虑到成本，CD-R 不适于大量制作的产品， 但在对于少量制作时它呈现许多优越性。例如， CD-R 的制作成本低，制作一张光盘的费用基本 上就是材料费 ，省去了传统工艺中母盘制作的大 量开销，是数据永久备份的廉价手段；CD-R 可 以多次写入数据，不必一次将盘写满；CD-R 还 可以作为提供给生产厂家用来大批量生产CD盘片 的样品母盘。CD-R的另外一个重要特性是它可以 像其他CD光盘一样在普通的CD-ROM驱动器上使 用。
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3.1.3
光盘驱动器
从光盘中读取数据的设备，简称光驱或光盘机。 就普遍使用的 CD-ROM光驱而言，高倍速驱动 器已经普及，并出现了64倍速或更高倍速的光驱。 这里所说的倍数是指光盘的数据传输率，单倍速的 CD-ROM的数据传送速度是150KB/s，双倍速的CDROM的数据传送速度是2×150KB/s，依此类推。 CD-ROM光盘驱动器既能读 CD-ROM盘，也能 读其他如CD-DA、CD-R和VCD等光盘，但它不能读 DVD等特殊形式的光盘。这些光盘有各自标准。
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可擦写光盘机根据其记录原理的不同，有磁光 驱动器MO和相变驱动器PD。记录在 MO 或PD盘 片上的数据无法在广泛使用的CD-ROM驱动器上读 取，因此难以实现数据交换和数据分发。
3.1.4
光驱读取光盘的两种方式
CD-ROM 光盘信息组织和其地址编码与软盘、 硬盘不一样，由于它的光道是螺旋形的光道，光盘 在光驱中通常以恒定线速度旋转。 为有效提高对光盘的读取速度，光驱有CLV和 CAV两种工作方式。
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DVD在视、音频处理上达到了当今的最高水准。 对视频信号处理，DVD采用MPEG-2 压缩编码标准。 目前DVD 能满足现行电视标准 ，单面单层的DVD 视盘能存储133分钟的电影，其水平清晰度可达480 线。DVD对视频图像进行冗余量处理，以实现无明 显失真的视频图像压缩。
图3-2 DVD（右图）比CD（左图）有更高的道密度和位密度
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3.2.3
CD-R标准
可记录光盘CD-R(Compact Disk Recordable) 是一种可多次刻录的光盘。基于橙皮书的CD-R空白 光盘上没有记录任何信息，按照某种文件格式通过 刻写程序和设备，可以将需要长期保存的数据写入 空白的 CD-R 盘上，这时的CD-R空白盘可变成CDDA、CD-ROM 或 VCD光盘的形式。 CD-R盘与CD-ROM盘相比有许多共同之处， 其主要差别在于CD-R盘上增加了一层有机染料作为 记录层。当写入激光束聚焦到记录层上时，染料被 加热后烧溶，形成一系列代表信息的凹坑。这些凹 坑与 CD-ROM盘上的凹坑类似，但CD-ROM盘上的 凹坑是用金属压模压出的。
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CD 校准波片 分光片 衍射波片 激光光束 聚光物镜 多光束探测器
图3-4 从光盘上读出数据示意图
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多光束探测器实际上是一个数据解码器，将反射的光信号 解码成 “0 ”和“ 1 ”的电信号。解码时，若信号是“从凹 到凸或从凸到凹的变化过程”, 即光强度由高到低或由低到高 的变化，则用“ 1 ” 表示。若信号是持续一段时间连续不变 的光强度，则表示“0 ” ，所以“0 ”表示两个变化过程之 间的长度。
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3.2.2 CD-ROM标准 该标准从 CD-DA 发展而来(又称黄皮书标准)， 该标准使得光盘以统一格式存储只读信息 。 CDROM和CD-DA有许多相似之处，但有一个根本区别： 音频CD只能存放音乐，CD-ROM可以存放文本、图 形、声音、视频及动画 。CD-ROM中存放的是计算 机数据，对误码率有一定要求，所以在 CD-DA基础 上增加了错误检测和错误校正。 黄皮书只定义了数据在光盘上的物理存储格式， 但计算机数据在外存储器上是以文件形式存储的，而 黄皮书未定义 CD-ROM的逻辑结构，即文件结构。 为此，国际标准化组织于1988年制定ISO 9660标准， 定义了CD-ROM光盘上通用的信息交换的文件规范， 由于其通用性和相对的独立性，ISO 9660很快成为 CD-ROM光盘上最为重要的文件格式。
第3章 多媒体光盘存储系统
3.1
光盘存储系统
光盘存储系统由光盘和光盘驱动器组成。 3.1.1 光盘及其特点
CD(Compact Disc)意为高密盘，因为它是 通过光学方式来记录和读取二进制信息的。所 以称为光盘。 光盘是一种数字式记录存储器，具有大容 量、耐用、易保存、标准化等优点。
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光盘存储多媒体信息有以下主要特点。 记录密度高 存储容量大 采用非接触方式读/写信息 信息保存时间长 不同平台可以互换 多种媒体融合 价格低廉
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在音频方面，DVD可采用的标准较多，既可是 MPEG-1立体声、MPEG-2环绕立体声，也可是杜 比(Dolby)AC-3。立体声一般是指具有二个声音通 道的。而具有三个以上的通道的就称为环绕声。杜 比AC-3是一种高效、高性能的声音编码系统，该 声音系统在放音时，前面有左、中、右三个通道， 后侧面有二个独立的环绕声通道，前方中间还有 200Hz以下的低音专用通道，因频带窄而称为0.1 通道。所以AC-3又称为5.1通道。
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பைடு நூலகம்3.3
光盘的结构与记录信息的原理
3.3.1 只读光盘结构与记录信息的原理
只读光盘的结构
以CD-ROM为例，其物理结构如图 3-3所示。 光盘最上面一层是标签层，印有光盘名称及制 造商商标 ；第二层是保护层 ；第三层是反射层， 目的是提高盘片的反射率 ；第四层是记录层 ， 在其上压制出凹痕光道用来记录数据 ；最下层 是用聚碳酸脂压制出来的透明衬底。 只读光盘用机械办法在盘上压制凹坑，用凹 坑的边缘来记录 “1”，凹坑和非凹坑的平坦部 分记录 “0”，使用激光来读出。
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