第三章多媒体多媒体光盘存储系统

由于光盘成本上的差别 ，CD-R 一般不适于大量 制作的产品，但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也可以多次写入数据，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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•3.2 光盘的标准
3.2.1 CD-DA 标准
CD-DA（Compact Disk –Digital Audio数字式 激光唱盘）主要用于存储数字化的高保真立体 声音乐。
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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 得光盘以统一的格式存储只读的信息 。 CD-ROM 是在 CD-DA之后产生的 ，尽管两者之间有许多相似之处，但是 它们有一个根本区别：音频CD只能存放音乐，而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，对误码率有一定的要求，所以在 CDDA的基础上又增加了一层错误检测和错误校正。 黄皮书只定义了计算机数据在光盘上的物理存储的格式， 但计算机数据在外存储器上都是以文件形式存储的，而黄 皮书并未定义 CD-ROM的逻辑结构，即文件结构。为解决 这个问题，国际标准化组织 (ISO) 于1988年制定ISO 9660标准，这是一个为CD-ROM盘上的文件系统而定义的 标准，它定义了CD-ROM光盘上通用的信息交换的文件规 范，该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。 第三章多媒体多媒体光盘存储系统
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 Video CD（简称VCD）是由JVC、Philips等公司于1993 年联合制定的数字电视视盘技术规格，称之为白皮书 (White Book) 。它用来描述光盘上存放采用 MPEG-1（活 动图像专家组）标准编码的全动态图像及其相应声音数据 的光盘格式，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。它可以在一张普 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 标准有着密切的关系。MPEG1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 信网络上的和视频网络上的视频信号发送都可以使 用 .VCD 按照 MPEG - 1 标准对音 、 视频数据进行压缩以 后，提高了存储空间的有效利用率，使一张盘片能存放74 分钟的活动图像与伴音。 第三章多媒体多媒体光盘存储系统
➢ 多次可写光盘存储器 这种光盘允许用户一次或多次写入数据，并可随时往 盘上追加数据，直到盘满为止。
➢ 可擦写光盘存储器 这种光盘具有磁盘一样的可擦写性，可多次写入或修 改光盘上的数据，更适合作为计算机的新型标准外存 设备，目前有磁光和相变和两种类型。
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3.1.3 光盘驱动器
3.2.6 DVD 新一代光盘存储介质
DVD（Digital Video Disc，数字视频光盘）是继 上述光盘产品之后的新一代光盘存储介质。与以 往的光盘存储介质相比，DVD采用波长更短的红 色激光、更有效的调制方式和更强的纠错方法， 具有更高的道密度和位密度，并支持双层双面结 构。在与 CD 大小相同的盘片上，DVD 可以提供 相当于普通 CD 8～25 倍的存储量、以及 9倍以上 的读取速度 。DVD 与新一代音频 、视频处理技 术相结合，可提供近乎完美的声音和影像。它与 计算机结合，可提供新的海量存储介质。
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3.2.4 Photo-CD标准 Photo-CD意为照片光盘，该标准由柯达公司和Philips公 司采用 CD-ROM XA标准开发的另一种系统 ，Photo CD是 一种可记录光盘( CD-R ) ，它作为存储彩色图片的新载体 而成为CD-ROM在摄影领域的成功应用，此技术将传统的 像片冲洗技术与数字图像处理 ，数字显示相结合 ，利用 CD 光盘的巨大存储能力 ，为使用者提供了一种长期保存 大量珍贵资料的途径，是摄影领域里的一次革命。它带来 的其他好处还有：
DVD（右图）比CD（左图）有更高的道密度和位密度
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在音频方面，DVD可以采用的标准较多， 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。
第三章多媒体多媒体光 盘存储系统
2020/12/7
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• 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，称为光盘。 因为它是通过光学方式来记录和读取二进制信 息的。光盘是一种数字式记录存储器，具有一 切存储介质的优点，如大容量、耐用、易保存、 标准化等。
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– 3.采用非接触方式读/写信息
图3-3 光头不与光盘片直接接触
图3-4 光盘可以长 • 对于只读型光盘，不必但心文件会被误删除，更不
必忧虑受到病毒的侵扰。如果使用得当，一张光盘 上的信息可保存长达几十年甚至更长。
3.2.3 CD-R标准
CD-R(Compact Disk Recordable:可记录光盘) 是一种可刻录多次的光盘。基于橙皮书的CD-R空 白光盘实际上没有记录任何信息，一旦按照某种 文件格式并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 盘片上，这时的 CD-R空白盘就可以变成CD-DA、CD-R 或 VCD光 盘的形式。
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，光盘在光驱中将以 恒定线速度旋转，为有效提高对光盘 的读取速度，光驱在工作时有CLV和 CAV两种方式。
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在 CLV（Constant Line Velocity，恒定线速度）方 式下 ，单位距离的光道上所储存的信息容量是相 等的，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，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，内圈转得慢些，外圈 转得快些，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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– 光盘在存储多媒体信息方面具有以下主要的特 点。 • 1.记录密度高
CD光盘的表面的存储位（凹痕） DVD光盘的表面的存储位（凹痕）
图3-1 DVD比CD提供了更大的存储容量
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– 2.存储容量大
图3-2 一张光盘可存放16万页A4开本的文本信息资料
Photo CD 作为一种特殊的光盘格式，它存储图片的过程 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 照片存贮到 Photo CD盘片上。Photo CD的图片存取方便且 不会褪色变质，还可以配以文字说明、音乐及语言解说。 Photo CD可以使用专用的播放机，在彩色电视机上进行显示。
– 5.不同平台可以互换 • 光盘上的信息按照标准格式记录，即使在不同的硬
件或软件平台上，光盘中的信息也可以被正确读出。
– 6.取代传统媒体存储介质 • 光盘可以同时存储计算机程序、文字、音乐、图形、
影像、等多种媒体信息。
– 7．价格低廉 • 与磁带、磁盘相比，光盘是目前第计三章算多媒机体多数媒体据光盘最存储便系统宜
2×150KB/s，依此类推，n倍速为n×150KB/s。
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。这些光盘都各有自己的标准，需要相应的光驱 才能访问。因此在谈到读光盘驱动器时，要注意说明它对 哪些光盘是适用的。
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目前的高倍速光驱大多采用了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CD-ROM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 密度也是不同的，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。
3.1.2 光盘的类型
按照数据存放格式和类型，光盘可分为许多不同 的类型，通常指下列光盘的总称：包括CD-DA、 CD-ROM、CD-R、CD-R/W、Photo-CD、V-CD、 DVD等。 按光盘的读/写性能来讲，可以分为3种类型：
➢ 只读型光盘存储器 数据是用压模方法压制而成的，用户只能读取上面的 数据。
CD-R盘与CD-ROM盘相比有许多共同之处，它 们的主要差别在于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CDROM盘上的凹坑是用金属压模压出的。
第三章多媒体多媒体光盘存储系统
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在视频与音频处理上，DVD都达到了当今的 最高水准。对视频信号的处理，DVD采用的 都是MPEG-2 压缩编码标准。目前的DVD 能 满足现行电视标准 ，单面单层的DVD视盘能 够存储１３３分钟的电影 ，其水平清晰度可 以达480线，因此DVD的画面质量是相当高 的。DVD采用MPEG2作为视频压缩技术，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。
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• CD-ROM驱动器的工作原理
图3-5 光盘驱动器工作原理
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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。 但是记录在 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。
➢ 可以在计算机上剪辑这些相片，或与计算机提供的其 它图像资料相互融合，增加照片的生动性。
➢ 可以通过多媒体的环境将这些相片转存或输出到其他 设备上，如电视机、录像机、计算机屏幕、投影仪和 打印机等。
➢ 由于光盘相对于照像底片而言，不易霉变，也不会褪 色。所以永久保存也能保证相片的彩色质量。
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必须使用专门的设备，才能从光盘中读取数据，这种 设备就是光盘驱动器，简称光驱或光盘机。
就普遍使用的 CD-ROM光驱而言，高倍速的驱动器已 经普及，并出现了32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CD-ROM的数据传送速度是