多媒体技术第9章 光盘存储技术

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1.与磁盘的磁道比较 磁盘存放数据的磁道是同心环。磁 盘片转动的角速度是恒定的(CAV) 采用同心环磁道的好处之一是控制 简单,便于随机存取,缺点是存储器 没有达到应有的存储容量 。
9.2.2 CD盘的光道结构
2. CD盘光道结构采用的是螺旋型光道,
一张CD盘的光道长约为5公里。CD 盘转动的线速度是恒定的,用CLV表 示。 由于采用了恒定线速度,因此内 外光道的记录密度一样,盘片的存储 容量得到充分利用,但随机存储特性 变得较差,控制也较复杂。
第九章 多媒体光盘存储技术
9.2.3 数据是怎样写入到CD盘上的
9.2 CD工作原理
CD盘上的数据是用压模冲压而成的,而压模是用原版盘 制成的。 在制作原版盘时,是用编码后的二进制数据去调制聚焦 激光束,如果写入的数据为“0”,就不让激光束通过,写 入“1”时,就让激光束通过,或者相反。在制作原版盘的 玻璃盘上涂有感光胶,曝了光的地方经化学处理后就形成 凹坑,没有曝光的地方保持原样,二进制信息就以这样的 形式刻录在原版盘上。在经过化学处理后的玻璃盘表面上 镀一层金属,用这种盘去制作母盘,然后用母盘制作压模, 再用压模去大批量复制。成千上万的CD盘就是用压模压出 来的,所以价格才这样便宜。
9.1.3 部分CD产品简介
1.CD-DA
激光数字音频光盘,1981年制定了它的规 范—红皮书,又称为CD,CD-DA盘直径为12厘米, 每片盘能播放74分钟高质量的音乐节目。
2.CD-ROM
计算机只读光盘。1985年制定了它的规范,主 要用于计算机外存储器,最初CD-ROM只含计算机 可读的文字信息,现在可存储声音、图形、视频、 动画等。CD-ROM光盘直径12厘米,容量为650MB。
9.3.1 激光唱盘标准摘要
光学系统: 激光波长780 nm 聚焦深度± 2 μm 信号格式: 通道数 2个 16位线性量化 采样频率 44.1 kHz 通道位速率4.3218 Mb/s 数据位速率1.9409 Mb/s 数据:通道位8:17 错误校正码 CIRC 调制方式 EFM
第九章 多媒体光盘存储技术
9.2.4数据是怎样从CD盘读出的
3. 激光器发出的激光经过几个 透镜聚焦后到达光盘,从光盘 上反射回来的激光束沿原来的 光路返回,到达激光束分离器 后反射到光电检测器,由光电 检测器把光信号变成电信号, 再经过电子线路处理后还原成 原来的二进制数据。
说明: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,凹坑和非凹的长度代表0的个数。
9.1.3 部分CD产品简介
7.V-CD
是Video CD的简称,意为视频小型光盘。 1993年制定了VCD1.1的标准。
1994年又在VCD1.1的基础上增加了播放控制 (屏幕菜单) 和高清晰度图像等功能,制定了VCD2.0标准。
VCD标准采用了CD-ROM/XA数据格式,因此可在配 置了CD-ROM驱动器的PC基础上播放,普通的CD唱机 增加VCD解码板也可播放VCD。 VCD盘可连续播放74分钟的录像节目。其图像优于VHS 录像质量,伴音质量可达到CD的效果。
第九章 多媒体光盘存储技术
9.1 CD简历
9.1.1 CD发展的三部曲
1. LD-激光视盘 20世纪70年代初,荷兰飞利浦公司开始 研究利用激光来记录和重放信息。 1972年9月展示了长时间播放电视节目的 光盘系统。 1978年光盘播放机正式投放市场并命名 为LV.
9.1.1 CD发展的三部曲
1. LD-激光视盘
第九章 多媒体光盘存储技术
本章要点 CD简历 CD的工作原理 CD-AUDIO DVD简介 VCD与DVD播放机结构
第九章 多媒体光盘存储技术
如何记录“0”和“1”,如何提高单 位面积上的记录密度是计算机工业中 的一个非常重要的技术研究和开发课 题。 光记录是20世纪70年代的重大发明, 是80年代世界上的重大技术开发项目, 是90年代得到广泛应用的技术 。
9.3.3声音数据的通道编码
2.为什么要把8位数转换成14位数
理论分析和实验证明,把“0”的游程长度最短 限制在2个,而最长限制在10,光盘上的信号就能 够可靠读出。即:2个“1”之间至少要有2个“0” 最多不超过10个“0”。 因为,8位数据有256种代码,14位通道位有16 384种代码。通过计算机的计算,在这16 384种代 码中有267种代码能够满足“0”游程长度的要求. 在这267种代码中,其中有10种代码在合并通道代 码时限制游程长度仍有困难,再去掉一个代码, 这样就得到了与8位数据相对应的256种通道码。
9.1.3 部分CD产品简介
8.LD
激光视盘,又称影碟,因此视频播放机 又称影碟机。 视盘的直径一般为30cm、也有20cm的。 根据其信号录制方式,LD分为两种,一种 是标准播放视盘(CAV),这种视盘单面播放 时间为30分钟。另一种是长时间播放视盘 (CLV),其单面播放时间为60分钟。
第九章 多媒体光盘存储技术
第九章 多媒体光盘存储技术
9.3 CD-AUDIO
9.3.3声音数据的通道编码 1.声音转换成用“1”和“0”表示的数字信号之
后,并不是直接把它们记录到盘上。物理盘上记 录的数据和真正的声音数据之间需要做变换处理, 这种处理统称为通道编码。 采用通道编码的目的主要是两个:一是为了改 善信号质量,使得读出信号的频带变窄。其次是 为了在接收端能够从信号本身提取自同步信号。
又称LCD,直径较大,为12英寸。 两面都记录信息 ,记录模拟信号。 模拟信号经过频率调制、线性叠加, 然后进行限幅放大。 限幅后的信号以0.5微米宽的凹坑长短 来表示。
9.1.1 CD发展的三部曲
2. CD-DA激光唱盘
1982年Philips公司和Sony公司开发出存 储数字声音的光盘,即数字激光唱盘 (Compact Disc-Digital Audio,CD-DA) 。 CD-DA激光唱盘系统首先把模拟的音响 信号进行PCM数字化处理,再经过通道编 码之后记录到盘上。 专门为光盘制定了标准,就是闻名世界 的“红皮书”标准。
9.1.3 部分CD产品简介
3.CD-V
带视频的激光唱片,1987年出现,它是 CD-DA和LD相结合的产物,同CD-G 一样在影碟机上使用。
4.CD-I
交互式光盘:用于交互式计算机多媒体 CD-I系统中。1987年制定了它的规范,CD -I只能由CD-I播放机播放。
9.1.3 部分CD产品简介
9.2 CD工作原理
9.2.1 CD盘片结构 1.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 。
9.2.1 CD盘片结构
2. CD盘的外径为120mm,内径为15mm,重 量为14克~18克。激光唱盘分3个区:导入 区、导出区和声音数据记录区。
第九章 多媒体光盘存储技术
9.2 CD工作原理 9.2.2 CD盘的光道结构
9.1 CD简历
9.1.2光盘的成长历程





Hale Waihona Puke Baidu
20世纪七十年代初,Philips 1972.9 展示播放电视节目的光盘系统 1978. 正是投放市场光盘播放机 LV 1982 CD-DA 红皮书标准 数字声音 1985 CD-ROM 推向市场,ISO9660标准 1986 CD-I数字化文图声像动画等,CD-G静止图像和音乐节目 CD-V 模拟的电视图像和数字化的声音 1992 CD-I FMV 数字化电影电视等节目,OK-CD卡拉OK节目 1993 VCD 数字化电影电视节目
9.3.2 采用频率和样本大小
9.3 CD-AUDIO
1. 44.1KHz的由来?: 人耳朵(因人而异)能听到的声音信号频率范 围是20~20000Hz,为了避免高于20000Hz的高频信 号干扰采样,在进行采样之前,需要对输入的声音 信号进行滤波.考虑到滤波器在20000Hz的地方大 约有10%的衰减,所以可以用22000Hz的2倍频率作 为声音信号的采样频率.但是,为了能够与电视信 号同步,PAL电视的场扫描为50 Hz,NTSC电视的场 扫描为60Hz,所以取50和60的整数倍,选用了44 100 Hz作为激光唱盘声音的采样标准。
9.1 CD简历
9.1.3 部分CD产品标准 • 红皮书 CD-DA 音乐节目 74分钟 • 黄皮书 CD-ROM 文图声像等多媒体节目 650M • 绿皮书 CD-I 文图声像等多媒体节目 760M • 橙皮书 CD-R 读写文图声像等多媒体节目 • 白皮书 Video-CD 影视节目 70分钟(MPEG-I) • 红皮书+ CD-V模拟电视数字声音 5-6分钟电视20 分钟声音 • 蓝皮书 LD 影视节目 200分钟 直径12英寸
9.3.3声音数据的通道编码
2.激光唱盘使用的通道编码叫做8到14比特调制编码
(eight to fourteen modulation,EFM)。
1.为什么要做通道编码
在数字记录中, 有连续多个字节的全”0” 或者全“1” 信号要记录到盘上,如果不作通道编码读出时的输出信号 就是一条直线,电子线路就很难区分有多少个“0”或者多 少个“1”信号。而对于没有规律的数字信号,读出的信息 就很不可靠。 通道编码实际上就是要在连续的“0”插入若干个“1”, 而在连续的“1”之间插入若干个“0”,并对“0”和“1”的 连续长度数目即“行[游]程长度”加以限制。
9.1.1 CD发展的三部曲 3. CD-ROM
从CD-DA过渡到CD-ROM需要解决 的两个重要问题:
① 计算机如何寻找盘上的数据,即如何划 分盘上的地址问题。 ② 把CD盘作为计算机的存储器时,要求它 的错误率(10-12)远远小于声音数据的错误率(10-9) .
1985年CD-ROM成功推向市场,专门 制定了“黄皮书(Yellow)标准” 。
9.3.3声音数据的通道编码
2.为什么要把8位数转换成14位数
实际在通道码合并时,为了满足游程长度的 要求,在通道码之间再增加了3位来确保读出信号 的可靠性,于是在激光唱盘中8位的数据就转换成 了17位的通道代码。
第九章 多媒体光盘存储技术
9.3 CD-AUDIO
9.3.4 CD盘如何批量生产
激光唱盘(CD-DA)、数字激光视盘(V-CD)和CDROM的制作过程都相同,大致分成三个阶段: 原版盘预制作。 原版盘制作。 大批量复制。
9.3.2 采用频率和样本大小
2.激光唱盘音乐信号的样本位数是16。16位 的样本能够表达的动态范围就大于96 dB。 3. 数字化的模拟声音在激光唱盘上一秒钟的 存储空间为:
1秒 × 44 100样本/秒 × 2字节/样本 × 2(左右 两个通道) = 176.4 千字节
4.声道数
数字激光唱盘采样两个声道(立体声)的规格.
第九章 多媒体光盘存储技术
9.2.4数据是怎样从CD盘读出的
9.2 CD工作原理
1.CD盘上的数据要用CD驱动器来阅读。 CD驱动器由光学读出头、光学读出头驱动机构、 CD盘驱动机构、控制线路以及处理光学读出头读 出信号的电子线路等组成。
9.2.4数据是怎样从CD盘读出的
2. 光学读出头是CD系统的核心部 件之一,它由光电检测器、透 镜、激光束分离器、激光器等 元件组成。
5.CD-R
可录式光盘。1989年制定了它的规范。 它可多次在空余部分写入数据,适合于小 规模单一发行的CD制品或数据备份,资料 存档等。
9.1.3 部分CD产品简介
6.Photo-CD 相片光盘。1992年制定了它的规范。 Photo-CD是专为存储数字化的35mm相 片设计的,一张光盘可多次录入约100张左 右的相片,必要时还可以还原成底片。 Photo-CD光盘可在CD-I、CD-ROM/ XA和Photo-CD播放机上播放。
第九章 多媒体光盘存储技术
9.3 CD-AUDIO
9.3.1 激光唱盘标准摘要 技术指标: 播放时间 74分钟 旋转方向 顺时针 旋转速度1.2m/s~1.4m/s 光道间距1.6 μm 记录区46 mm~117 mm 数据信号区50 mm~116 mm 材料为折射率为1.55的任何材料 最小凹坑长度0.833 μm ~0.972 μm 最大凹坑长度3.05 μm ~3.56 μm 凹坑深度~0.11 μm凹坑宽度~0.5 μm
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