第5章_多媒体存储技术
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相变技术用在CD—RW、DVD—RW和DVD—
RAM中
9 制作：计算机教研室
染料化合物记录
记录层是由两层含有不同吸垫材料的塑料基片构成。 把对着入射光的一层称为上层，另一层则称为下层。 上层对波长为840nm的光敏感，受热后则扩张；下层 对此波长不敏感，是透明的，其物理性能不受这种波 长的激光影响。这样在激光照射点上，上层受热扩张、 下层不变，于是上层则变形起皱。激光扫过以后，该 点冷却，起皱面则保留下来。轨道上未被光照射的部 分仍保持为平面，这就形成反射系数不同的两种状态， 即皱面和平面，将数据记录下来。 下层对波长为780nm的光敏感，用这种波长的激光照 射时，该层受热变软，使上层的皱起面得以展平，原 来记录的数据则被抹掉。
23
磁盘存放数据的磁道是同心环，磁盘片转动的角速Fra Baidu bibliotek
度是恒定的，但在两条磁道上，磁头相对于磁道的 线速度是不同的。控制简单，便于随机存取，但外 磁道的存储空间不能得到充分利用。 CD盘光道的结构不是同心环，而是螺旋型轨道。CD 盘转动的角速度在光盘的内外区是不同的，而它的 线速度却是恒定的（CLV）。这样内外光道的记录 密度(比特数/每英寸)可以做到一样，盘片可得到 充分利用，但随机存储特性变得较差，控制也比较 复杂
均存取时间、数据传输速率、误码率和平均 无故障时间等 1.尺寸
光盘的尺寸多种多样。LV（Laser
Vision）的直 径为12英寸(300mm)，CD激光唱盘和CD— ROM为4.72英寸(120mm)，WORM一次写光盘 为14.12英寸和4.7英寸，可擦写光盘向小尺寸方 向发展，主要尺寸为4.7英寸和3.14英寸。
制作：计算机教研室
光学系统 激光波长 780nm (7 800 Å)
盘片直径 盘片厚度
中心孔直径 记录区 数据信号区 材料 最小凹坑长度 最大凹坑长度 凹坑深度 凹坑宽度
聚焦深度
± 2 μm 信号格式
2个 16位线性量化 44.1 kHz 4.3218 Mb/s 1.9409 Mb/s 8:17 CIRC EFM
在可擦写光盘系统中，用户自己可以进行数
据的写、读，擦除后并再次写入。 有多种不同方式的可擦写光盘，包括磁光系 统、相变系统和染料化合物系统。
磁光记录
将磁介质的可擦写性与光的高记录密度结合在一起。 磁光记录使磁介质在垂直于光盘表面的方向上磁化， 磁微粒被放置于预先刻槽的光盘表面上。垂直记录使 记录波长短，所以记录密度比磁带高得多。
10 制作：计算机教研室
现在120mm可擦写光盘可存储4.7GB，它的
容量还会增加10倍，数据读取速率可达到 10Mb／s。使用更高的旋转速度和置于平行 轨道的多光头，可使速度达到500Mb／s甚 至更高
11 制作：计算机教研室
(2)光存储系统的技术指标
光存储系统的技术指标包括尺寸、容量、平
12 制作：计算机教研室
2.容量
光盘的容量包括格式化容量和用户容量。
格式化容量是指按某种光盘标准进行格式化后的容量。
采用不同的光盘标准就有不同的存储格式，容量也不一 样。如果改变每个扇区的字节数，或采用不同的驱动程 序，都会影响格式化容量。 用户容量是指盘片格式化后允许对盘片执行读写操作的 容量。由于格式、校正、检索等比特需要占用一定的容 量空间，因此用户容量小于格式化容量。 光盘正朝着高密度、大容量和小体积的方向发展。 提高光盘存储容量的方法有多种，通常以提高位密度和 道密度来实现。其主要途径是缩短所用激光的波长，利 用光斑边界记录取代光斑位记录或采用区位记录等方式。 13 74分钟（650M）、80分钟（700M ） 制作：计算机教研室
制作：计算机教研室
22 制作：计算机教研室
名称 播放时间 旋转方向 旋转速度 光道间距 74分钟
技术指标 顺时针(从读出表面看)
名称
技术指标
1.2m/s～1.4m/s (恒定线速度) 1.6 μ m
120 mm 1.2 mm 15 mm 46 mm～117 mm 50 mm～116 mm 折射率为1.55的任何材料 0.833μ m (1.2m/s)～0.972μ m (1.4m/s) 3.05μ m (1.2 m/s)～3.56 μ m (1.4m/s) ～0.11 μ m ～0.5 μ m 通道数 量化 采样频率 通道位速率 数据位速率 数据：通道 位 错误校正码 调制方式
制作：计算机教研室
4．数据传输速率
数据传输速率一般是指单位时间内光盘驱动器送
出的数据比特数。 该数值与光盘转速和存储密度有关。现在主要是 针对提高数据传输速率和缩短平均存取时间开展 技术研究工作。对于CD—ROM，其数据传输速 率已从初期的150KB／s(单倍速)提高到6MB／ s(40倍速)
5 制作：计算机教研室
也有的系统使用一层薄的金属记录层，当该金属
被写激光加热到170℃时，它的物理特性由晶态 (高反射性)转换到非晶态(低反射性)，从而在光 盘轨道上产生了光反射系数高（未被加热过）与 低(加热过)两种不同的状态，使激光可读出数据。
6 制作：计算机教研室
(3)Rewritable可重写光盘
19 制作：计算机教研室
20 制作：计算机教研室
2 CD-DA
CD-DA激光唱盘的标准定义在1982年发布的红皮书
(Red Book)中，它源于CD-Audio Book，后来成为 IEC 908标准 激光唱盘、CD-ROM、数字激光视盘等统称为CD盘。 CD盘主要由保护层、反射激光的铝反射层、刻槽和 聚碳脂衬垫组成。 光盘的直径为120mm，中间孔直径为15mm，厚度为 1.2mm。光盘的最里面部分不存储数据,这个区域把 光盘和旋转的动力轴夹在一起。记录数据的区域有 35.5mm宽。引入区在数据区的最里面边缘部分，引 出区在最外面。引入和引出区包含有非音频数据， 21 用来控制光驱。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
多媒体技术及应用
赵英良 冯博琴 崔舒宁
第5章 多媒体存储技术
清华大学出版社 2012
1
5.1光存储技术概述
多媒体存储技术主要是指光存储技术
光存储系统由光盘驱动器和光盘（片）组成。
光盘驱动器产生一束激光照射到光盘上，反 射光由一个光检波来接收，并且被解码成数 据
2 制作：计算机教研室
1.光存储的类型
光盘包括只读光盘、只写一次光盘和可擦写
光盘3种，前两种都是属于不可擦除的. (1)CD—ROM只读光盘
CD—ROM是最常用的光盘，直径约12cm，容量
约650M(74min)。其工作特点是，采用激光调制 方式记录信息，将信息以凹坑(pits)和凸区 (lands)的形式记录在螺旋形光道上。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。
17 制作：计算机教研室
(1)CD—DA：1981年制定红皮书，即CD—DA激光数字
音频光盘的规范。 (2)CD一ROM：1985年制定黄皮书，经修订，1988年正 式作为国际标准ISO9660 (3)CD—V(Video)：存储模拟的视频信息和数字化声音， 在影碟机上使用，视频信息可以输出到电视机。 (4)可录CD：可录CD盘的橙皮书标准。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，不能重写。
15 制作：计算机教研室
5.平均无故障时间
CD-ROM的平均无故障时间(MTBP，Mean
Time Between Failures)要求达到25000h
16 制作：计算机教研室
5.2 CD
1 CD技术的发展
光存储技术最早可追溯到20世纪70年代初期。 1972年9月5日．Philips公司向国际新闻界展示了长时间
磁盘的扇区地址是用C-H-S
(柱面号-磁头号-扇区号)地 址系统来表示，而CD-ROM是用轨道号和计时系统中的分、 秒，扇区(75扇区/秒)来表示
CD-ROM可以用多个区段、多条光道。但由于区段之 间需要保留13MB的空间，造成CD-R盘片空间的浪费， 因此，一般不采用多个区段刻录 CD-ROM文件标准叫ISO 9660，它是一个描述计算机 用的CD-ROM文件结构标准。解决文件存放在CD-ROM 上，可以在不同系统之间进行交换等问题
24 制作：计算机教研室
CD-DA的文件结构
CD-DA光道的特点是一个区
段，多条光道(一个曲目， 对应一条光道)，不设目录 结构。图5-6是一张CD-DA唱 盘的光道结构，其中有一个 区段，17条光道，对应17首 歌曲，没有目录结构。
25 制作：计算机教研室
3 CD-ROM
CD-ROM共有三种类型的光道：
27 制作：计算机教研室
4 CD-ROM/XA (CD-ROM Extended Architecture)
Philips,Microsoft,Sony发布,是黄皮书的扩充.
定义了两种新的扇区形式： · CD-ROM
Mode 2，XA Format，Form 1：用于存 储计算机数据。 · CD-ROM Mode 2，XA Format，Form 2：存储压 缩的声音、静态图像或电视图像数据。
7 制作：计算机教研室
磁光记录原理
8 制作：计算机教研室
相变光记录
采用的是一种具有晶体/非晶体状态可逆转换特性的材 料，记录时使用一种温度，而擦除时采用另一种温度。 对可擦写媒质，从晶体到非晶体的变化一般用于记录 数据，其逆变过程用于擦除记录信息。 用激光加热记录层，使聚焦点的温度略高于它的熔点 而冷却凝固时，就变成非晶体。由于非晶体状态不稳 定，材料易于反变，因此，当该点加热到稍低于熔点 的温度再冷却时，就返回晶态，数据则被擦除。
· CD-DA光道，用于存储声音数据。
· CD-ROM
Mode 1，用于存储计算机数据。 · CD-ROM Mode 2，用于存储声音数据、静态图像 或电视图像数据。
不同类型的光道，存放数据的格式不同，有
不同的数据量和校验码从而有不同的误码率
26 制作：计算机教研室
CD-ROM的扇区地址与磁盘的扇区地址不同。
3.平均存取时间
平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出命
令开始，到光盘驱动器在光盘上找到读／写的信 息的位置并接收读／写命令为止的一段时间。 平均存取时间等于平均寻道时间和平均等待时间 的和。 光学头沿半径移动全程1／3长度所需的时间为 平均寻道时间。 盘片旋转半周的时间为平均等待时间。 目前大多数光盘驱动器的平均存取时间在 200ms到400ms之间 14
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30cm，一片双面盘的播放时间可达2小时。 1979年，Philips公司发布了激光唱机(Compact disc player，CD Player)。 为了便于光盘的生产、使用和推广，几个主要光盘制造 公司和国际标准化组织制定了一些有关的规范和标准
3 制作：计算机教研室
4 制作：计算机教研室
(2)W0RM一次写多次读光盘
W0RM(Write Once Read Many)光盘使用户能
够自己将数据、程序或节目记录到光盘上 实现方式:
采用有机染料作为记录层，该层被激光加热时则
熔化，并形成了一个凹坑，未被加热的点仍然是 平面，这就形成了代表0和1的两种状态。读取激 光照射在凹坑上时，反射光的光强降低
18 制作：计算机教研室
(5)CD—I：1987年制定绿皮书规范，用于交互式多媒体
CD—I系统中存储数字化的文字、图形、声音、图像等。 (6)CD—ROM XA：1991年制定CD—ROM XA II规范， 对应于ISO 9660 II。 (7)Photo—CD像片光盘.1992年制定规范。用于存放数 字化的静态照片。 (8)Video CD 1993年制定的白皮书(White Book)规范， 采用MPEG一1压缩算法压缩动态图像。它使Video CD 节目能够在CD—I，CD—ROM XA和Video CD播放机上 播放
RAM中
9 制作：计算机教研室
染料化合物记录
记录层是由两层含有不同吸垫材料的塑料基片构成。 把对着入射光的一层称为上层，另一层则称为下层。 上层对波长为840nm的光敏感，受热后则扩张；下层 对此波长不敏感，是透明的，其物理性能不受这种波 长的激光影响。这样在激光照射点上，上层受热扩张、 下层不变，于是上层则变形起皱。激光扫过以后，该 点冷却，起皱面则保留下来。轨道上未被光照射的部 分仍保持为平面，这就形成反射系数不同的两种状态， 即皱面和平面，将数据记录下来。 下层对波长为780nm的光敏感，用这种波长的激光照 射时，该层受热变软，使上层的皱起面得以展平，原 来记录的数据则被抹掉。
23
磁盘存放数据的磁道是同心环，磁盘片转动的角速Fra Baidu bibliotek
度是恒定的，但在两条磁道上，磁头相对于磁道的 线速度是不同的。控制简单，便于随机存取，但外 磁道的存储空间不能得到充分利用。 CD盘光道的结构不是同心环，而是螺旋型轨道。CD 盘转动的角速度在光盘的内外区是不同的，而它的 线速度却是恒定的（CLV）。这样内外光道的记录 密度(比特数/每英寸)可以做到一样，盘片可得到 充分利用，但随机存储特性变得较差，控制也比较 复杂
均存取时间、数据传输速率、误码率和平均 无故障时间等 1.尺寸
光盘的尺寸多种多样。LV（Laser
Vision）的直 径为12英寸(300mm)，CD激光唱盘和CD— ROM为4.72英寸(120mm)，WORM一次写光盘 为14.12英寸和4.7英寸，可擦写光盘向小尺寸方 向发展，主要尺寸为4.7英寸和3.14英寸。
制作：计算机教研室
光学系统 激光波长 780nm (7 800 Å)
盘片直径 盘片厚度
中心孔直径 记录区 数据信号区 材料 最小凹坑长度 最大凹坑长度 凹坑深度 凹坑宽度
聚焦深度
± 2 μm 信号格式
2个 16位线性量化 44.1 kHz 4.3218 Mb/s 1.9409 Mb/s 8:17 CIRC EFM
在可擦写光盘系统中，用户自己可以进行数
据的写、读，擦除后并再次写入。 有多种不同方式的可擦写光盘，包括磁光系 统、相变系统和染料化合物系统。
磁光记录
将磁介质的可擦写性与光的高记录密度结合在一起。 磁光记录使磁介质在垂直于光盘表面的方向上磁化， 磁微粒被放置于预先刻槽的光盘表面上。垂直记录使 记录波长短，所以记录密度比磁带高得多。
10 制作：计算机教研室
现在120mm可擦写光盘可存储4.7GB，它的
容量还会增加10倍，数据读取速率可达到 10Mb／s。使用更高的旋转速度和置于平行 轨道的多光头，可使速度达到500Mb／s甚 至更高
11 制作：计算机教研室
(2)光存储系统的技术指标
光存储系统的技术指标包括尺寸、容量、平
12 制作：计算机教研室
2.容量
光盘的容量包括格式化容量和用户容量。
格式化容量是指按某种光盘标准进行格式化后的容量。
采用不同的光盘标准就有不同的存储格式，容量也不一 样。如果改变每个扇区的字节数，或采用不同的驱动程 序，都会影响格式化容量。 用户容量是指盘片格式化后允许对盘片执行读写操作的 容量。由于格式、校正、检索等比特需要占用一定的容 量空间，因此用户容量小于格式化容量。 光盘正朝着高密度、大容量和小体积的方向发展。 提高光盘存储容量的方法有多种，通常以提高位密度和 道密度来实现。其主要途径是缩短所用激光的波长，利 用光斑边界记录取代光斑位记录或采用区位记录等方式。 13 74分钟（650M）、80分钟（700M ） 制作：计算机教研室
制作：计算机教研室
22 制作：计算机教研室
名称 播放时间 旋转方向 旋转速度 光道间距 74分钟
技术指标 顺时针(从读出表面看)
名称
技术指标
1.2m/s～1.4m/s (恒定线速度) 1.6 μ m
120 mm 1.2 mm 15 mm 46 mm～117 mm 50 mm～116 mm 折射率为1.55的任何材料 0.833μ m (1.2m/s)～0.972μ m (1.4m/s) 3.05μ m (1.2 m/s)～3.56 μ m (1.4m/s) ～0.11 μ m ～0.5 μ m 通道数 量化 采样频率 通道位速率 数据位速率 数据：通道 位 错误校正码 调制方式
制作：计算机教研室
4．数据传输速率
数据传输速率一般是指单位时间内光盘驱动器送
出的数据比特数。 该数值与光盘转速和存储密度有关。现在主要是 针对提高数据传输速率和缩短平均存取时间开展 技术研究工作。对于CD—ROM，其数据传输速 率已从初期的150KB／s(单倍速)提高到6MB／ s(40倍速)
5 制作：计算机教研室
也有的系统使用一层薄的金属记录层，当该金属
被写激光加热到170℃时，它的物理特性由晶态 (高反射性)转换到非晶态(低反射性)，从而在光 盘轨道上产生了光反射系数高（未被加热过）与 低(加热过)两种不同的状态，使激光可读出数据。
6 制作：计算机教研室
(3)Rewritable可重写光盘
19 制作：计算机教研室
20 制作：计算机教研室
2 CD-DA
CD-DA激光唱盘的标准定义在1982年发布的红皮书
(Red Book)中，它源于CD-Audio Book，后来成为 IEC 908标准 激光唱盘、CD-ROM、数字激光视盘等统称为CD盘。 CD盘主要由保护层、反射激光的铝反射层、刻槽和 聚碳脂衬垫组成。 光盘的直径为120mm，中间孔直径为15mm，厚度为 1.2mm。光盘的最里面部分不存储数据,这个区域把 光盘和旋转的动力轴夹在一起。记录数据的区域有 35.5mm宽。引入区在数据区的最里面边缘部分，引 出区在最外面。引入和引出区包含有非音频数据， 21 用来控制光驱。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
多媒体技术及应用
赵英良 冯博琴 崔舒宁
第5章 多媒体存储技术
清华大学出版社 2012
1
5.1光存储技术概述
多媒体存储技术主要是指光存储技术
光存储系统由光盘驱动器和光盘（片）组成。
光盘驱动器产生一束激光照射到光盘上，反 射光由一个光检波来接收，并且被解码成数 据
2 制作：计算机教研室
1.光存储的类型
光盘包括只读光盘、只写一次光盘和可擦写
光盘3种，前两种都是属于不可擦除的. (1)CD—ROM只读光盘
CD—ROM是最常用的光盘，直径约12cm，容量
约650M(74min)。其工作特点是，采用激光调制 方式记录信息，将信息以凹坑(pits)和凸区 (lands)的形式记录在螺旋形光道上。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。
17 制作：计算机教研室
(1)CD—DA：1981年制定红皮书，即CD—DA激光数字
音频光盘的规范。 (2)CD一ROM：1985年制定黄皮书，经修订，1988年正 式作为国际标准ISO9660 (3)CD—V(Video)：存储模拟的视频信息和数字化声音， 在影碟机上使用，视频信息可以输出到电视机。 (4)可录CD：可录CD盘的橙皮书标准。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，不能重写。
15 制作：计算机教研室
5.平均无故障时间
CD-ROM的平均无故障时间(MTBP，Mean
Time Between Failures)要求达到25000h
16 制作：计算机教研室
5.2 CD
1 CD技术的发展
光存储技术最早可追溯到20世纪70年代初期。 1972年9月5日．Philips公司向国际新闻界展示了长时间
磁盘的扇区地址是用C-H-S
(柱面号-磁头号-扇区号)地 址系统来表示，而CD-ROM是用轨道号和计时系统中的分、 秒，扇区(75扇区/秒)来表示
CD-ROM可以用多个区段、多条光道。但由于区段之 间需要保留13MB的空间，造成CD-R盘片空间的浪费， 因此，一般不采用多个区段刻录 CD-ROM文件标准叫ISO 9660，它是一个描述计算机 用的CD-ROM文件结构标准。解决文件存放在CD-ROM 上，可以在不同系统之间进行交换等问题
24 制作：计算机教研室
CD-DA的文件结构
CD-DA光道的特点是一个区
段，多条光道(一个曲目， 对应一条光道)，不设目录 结构。图5-6是一张CD-DA唱 盘的光道结构，其中有一个 区段，17条光道，对应17首 歌曲，没有目录结构。
25 制作：计算机教研室
3 CD-ROM
CD-ROM共有三种类型的光道：
27 制作：计算机教研室
4 CD-ROM/XA (CD-ROM Extended Architecture)
Philips,Microsoft,Sony发布,是黄皮书的扩充.
定义了两种新的扇区形式： · CD-ROM
Mode 2，XA Format，Form 1：用于存 储计算机数据。 · CD-ROM Mode 2，XA Format，Form 2：存储压 缩的声音、静态图像或电视图像数据。
7 制作：计算机教研室
磁光记录原理
8 制作：计算机教研室
相变光记录
采用的是一种具有晶体/非晶体状态可逆转换特性的材 料，记录时使用一种温度，而擦除时采用另一种温度。 对可擦写媒质，从晶体到非晶体的变化一般用于记录 数据，其逆变过程用于擦除记录信息。 用激光加热记录层，使聚焦点的温度略高于它的熔点 而冷却凝固时，就变成非晶体。由于非晶体状态不稳 定，材料易于反变，因此，当该点加热到稍低于熔点 的温度再冷却时，就返回晶态，数据则被擦除。
· CD-DA光道，用于存储声音数据。
· CD-ROM
Mode 1，用于存储计算机数据。 · CD-ROM Mode 2，用于存储声音数据、静态图像 或电视图像数据。
不同类型的光道，存放数据的格式不同，有
不同的数据量和校验码从而有不同的误码率
26 制作：计算机教研室
CD-ROM的扇区地址与磁盘的扇区地址不同。
3.平均存取时间
平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出命
令开始，到光盘驱动器在光盘上找到读／写的信 息的位置并接收读／写命令为止的一段时间。 平均存取时间等于平均寻道时间和平均等待时间 的和。 光学头沿半径移动全程1／3长度所需的时间为 平均寻道时间。 盘片旋转半周的时间为平均等待时间。 目前大多数光盘驱动器的平均存取时间在 200ms到400ms之间 14
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30cm，一片双面盘的播放时间可达2小时。 1979年，Philips公司发布了激光唱机(Compact disc player，CD Player)。 为了便于光盘的生产、使用和推广，几个主要光盘制造 公司和国际标准化组织制定了一些有关的规范和标准
3 制作：计算机教研室
4 制作：计算机教研室
(2)W0RM一次写多次读光盘
W0RM(Write Once Read Many)光盘使用户能
够自己将数据、程序或节目记录到光盘上 实现方式:
采用有机染料作为记录层，该层被激光加热时则
熔化，并形成了一个凹坑，未被加热的点仍然是 平面，这就形成了代表0和1的两种状态。读取激 光照射在凹坑上时，反射光的光强降低
18 制作：计算机教研室
(5)CD—I：1987年制定绿皮书规范，用于交互式多媒体
CD—I系统中存储数字化的文字、图形、声音、图像等。 (6)CD—ROM XA：1991年制定CD—ROM XA II规范， 对应于ISO 9660 II。 (7)Photo—CD像片光盘.1992年制定规范。用于存放数 字化的静态照片。 (8)Video CD 1993年制定的白皮书(White Book)规范， 采用MPEG一1压缩算法压缩动态图像。它使Video CD 节目能够在CD—I，CD—ROM XA和Video CD播放机上 播放