第十四章只讀光盤存儲(chǔ)器14.1CD簡歷14.2CD的工作原理14.3CD-Audio14.4DVD簡介14.5DVD的規(guī)格14.6DVD的存儲(chǔ)容量是怎樣提高的14.7VCD與DVD播放機(jī)的結(jié)構(gòu)本章要點(diǎn)本章將從CD到DVD的發(fā)展過程中所接受的一些技術(shù)作一個(gè)介紹。14.1CD簡歷一、CD的發(fā)展1978年推出光盤播放機(jī)(LV：LaserVision)；1982年P(guān)hilips公司和Sony公司推出數(shù)字激光唱盤(CompactDisc-DigitalAudio，CD-DA)，制定了“紅皮書(RedBook)標(biāo)準(zhǔn)”；接受很多地址編號(hào)和錯(cuò)誤校正技術(shù)的“黃皮書(YellowBook)標(biāo)準(zhǔn)”；國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(InternationalStandardsOrganization，ISO)制定了文件交換標(biāo)準(zhǔn)-ISO9660標(biāo)準(zhǔn)；1985年前后成功地推出CD-ROM。14.1CD簡歷二、CD系列產(chǎn)品

標(biāo)準(zhǔn)名稱

盤的名稱

應(yīng)用目的

播放時(shí)間

顯示的圖像

RedBook

(紅皮書)

CD-DA

存儲(chǔ)音樂節(jié)目

74分鐘

YellowBook

(黃皮書)

CD-ROM

存儲(chǔ)文圖聲象等多媒體節(jié)目

存儲(chǔ)650MB的數(shù)據(jù)

動(dòng)畫、靜態(tài)圖像、運(yùn)動(dòng)圖像

GreenBook

(綠皮書)

CD-I

存儲(chǔ)文圖聲象等多媒體節(jié)目存儲(chǔ)多達(dá)760MB的數(shù)據(jù)

動(dòng)畫、靜態(tài)圖像

OrangeBook

(橙皮書)

CD-R

讀/寫入文圖聲象等多媒體節(jié)目

WhiteBook

(白皮書)

VideoCD

存儲(chǔ)影視節(jié)目

70分鐘

(MPEG-1)

數(shù)字影視

(MPEG-1)質(zhì)量

RedBook+

(紅皮書+)

CD-Video

存儲(chǔ)模擬電視數(shù)字聲音

5～6分鐘(電視)

20分鐘(聲音)

模擬電視圖像數(shù)字聲音

CD-Bridge

PhotoCD

存儲(chǔ)照片

靜態(tài)圖像

BlueBook

(藍(lán)皮書)

LD(LaserDisc)

存儲(chǔ)影視節(jié)目

200分鐘

模擬電視圖像

14.2CD的工作原理

一、CD盤片結(jié)構(gòu)CD盤主要由愛護(hù)層、反射激光的鋁反射層、刻槽和聚碳酸脂襯墊組成，如圖所示14.2CD的工作原理CD盤的外徑為120mm，重量為14克～18克。激光唱盤分3個(gè)區(qū)：導(dǎo)入?yún)^(qū)、導(dǎo)出區(qū)和聲音數(shù)據(jù)記錄區(qū)

14.2CD的工作原理

二、CD盤的光道結(jié)構(gòu)

恒定角速度(CAV)和恒定線速度(CLV)軟磁盤存放數(shù)據(jù)的磁道是同心環(huán)，如圖(b)所示，磁盤片轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是恒定的，通常用CAV(constantangularvelocity)表示。14.2CD的工作原理CD盤光道的結(jié)構(gòu)與磁盤磁道的結(jié)構(gòu)不同，它的光道不是同心環(huán)光道，而是螺旋型光道，CD唱盤的光道長度大約為5公里，如圖(a)所示。CD盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度在光盤的內(nèi)外區(qū)是不同的，而它的線速度是恒定的，就是光盤的光學(xué)讀出頭相對(duì)于盤片運(yùn)動(dòng)的線速度是恒定的，通常用CLV(constantlinearvelocity)表示。優(yōu)點(diǎn)：充分利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量缺點(diǎn)：隨機(jī)存儲(chǔ)特性較差，限制也比較困難14.2CD的工作原理三、數(shù)據(jù)是怎樣寫入到CD盤上的

磁盤的記錄原理稱為磁記錄，它利用磁鐵的兩個(gè)極性(南極和北極)來記憶“1”和“0”兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的。光盤的記錄原理雖然都稱為光記錄，但記錄方式是不一樣的。14.2CD的工作原理磁光盤(magnetoopticaldisc，MOD)利用磁的記憶特性，借助激光來寫入和讀出數(shù)據(jù)相變光盤(phasechangedisc，PCD)利用反射率不同來記憶“1”和“0”激光唱盤利用在盤上壓制凹坑的機(jī)械方法，利用凹坑的邊緣來記錄“1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分記錄“0”，運(yùn)用激光來讀出14.2CD的工作原理CD盤上的數(shù)據(jù)是用壓模(stamper)沖壓而成的，而壓模是用原版盤(masterdisc)制成的。在制作原版盤時(shí)，是用編碼后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)去調(diào)制聚焦激光束，假如寫入的數(shù)據(jù)為“0”，就不讓激光束通過，寫入“1”時(shí)，就讓激光束通過，或者相反。曝了光的地方經(jīng)化學(xué)處理后就形成凹坑，沒有曝光的地方保持原樣，二進(jìn)制信息就以這樣的形式刻錄在原版盤上。然后運(yùn)用原版盤去制作母盤(motherdisc)，然后用母盤制作壓模，再用壓模去大批量復(fù)制。14.2CD的工作原理四、數(shù)據(jù)是怎樣從CD盤讀出的CD驅(qū)動(dòng)器由光學(xué)讀出頭、光學(xué)讀出頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、CD盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、限制線路以及處理光學(xué)讀出頭讀出信號(hào)的電子線路等組成。光學(xué)讀出頭由光電檢測器、透鏡、激光束分別器、激光器等元件組成，它的結(jié)構(gòu)如圖所示。14.2CD的工作原理

光盤上壓制了很多凹坑，激光束在凹坑部分反射的光的強(qiáng)度，要比從非凹坑部分反射的光的強(qiáng)度來得弱，光盤就是利用這個(gè)極其簡潔的原理來區(qū)分“1”和“0”的。凹坑的邊緣代表“1”，凹坑和非凹坑的平坦部分代表“0”，凹坑的長度和非凹坑的長度都代表有多少個(gè)“0”。14.3CD-Audio一、接受頻率和樣本大小人耳朵(因人而異)能聽到的聲音信號(hào)頻率范圍是20～20000Hz，考慮到濾波器在20000Hz的地方大約有10%的衰減，所以可以用22000Hz的2倍頻率作為聲音信號(hào)的采樣頻率。同時(shí)為了能夠與電視信號(hào)同步，PAL電視的場掃描為50Hz，NTSC電視的場掃描為60Hz，所以取50和60的整數(shù)倍，選用了44100Hz作為激光唱盤聲音的采樣標(biāo)準(zhǔn)。14.3CD-Audio激光唱盤音樂信號(hào)的樣本位數(shù)是16。樣本數(shù)的大小也表示信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，16位的樣本能夠表達(dá)的動(dòng)態(tài)范圍就大于96dB。在激光唱盤上一秒鐘的聲音須要占據(jù)的存儲(chǔ)空間為：1秒44100樣本/秒2字節(jié)/樣本2(左右兩個(gè)通道)=176.4千字節(jié)14.3CD-Audio二、聲道數(shù)早期的立體聲接受兩個(gè)聲道(軌)，當(dāng)聲音轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后，計(jì)算機(jī)很簡潔處理多聲道信號(hào)。例如，MPEG-2數(shù)字影視標(biāo)準(zhǔn)和杜比AC-3都接受5＋1個(gè)聲音通道，即左、中、右3個(gè)主聲道，左后、右后兩個(gè)環(huán)場聲道，以及一個(gè)次低音聲道。14.3CD-Audio三、聲音數(shù)據(jù)的通道編碼聲音轉(zhuǎn)換成用“1”和“0”表示的數(shù)字信號(hào)之后，并不是干脆把它們記錄到盤上。物理盤上記錄的數(shù)據(jù)和真正的聲音數(shù)據(jù)之間須要做變換處理，這種處理統(tǒng)稱為通道編碼。激光唱盤運(yùn)用的通道編碼叫做8到14位調(diào)制編碼(eighttofourteenmodulation，EFM)。這種編碼的含義就是把一個(gè)8位(即1個(gè)字節(jié))的數(shù)據(jù)用14位來表示。14.3CD-Audio1.為什么要做通道編碼為了改善讀出信號(hào)的質(zhì)量，使得讀出信號(hào)的頻帶變窄為了在記錄信號(hào)中提取同步信號(hào)通俗說來，通道編碼事實(shí)上就是要在連續(xù)的“0”插入若干個(gè)“1”，而在連續(xù)的“1”之間插入若干個(gè)“0”，并對(duì)“0”和“1”的連續(xù)長度數(shù)目即“行[游]程長度”加以限制。14.3CD-Audio2.為什么要把8位數(shù)轉(zhuǎn)換成14位數(shù)試驗(yàn)證明，當(dāng)把“0”的游程長度最短限制在2個(gè)，而最長限制在10，光盤上的信號(hào)就能夠牢靠讀出。14位通道位有16384種代碼。通過計(jì)算機(jī)的計(jì)算，在這16384種代碼中有267種代碼能夠滿足上述要求。此外，當(dāng)通道碼合并時(shí)，為了滿足游程長度的要求，在通道碼之間再增加了3位來確保讀出信號(hào)的牢靠性，于是在激光唱盤中8位的數(shù)據(jù)就轉(zhuǎn)換成了17位的通道代碼。14.3CD-Audio14.3CD-Audio四、CD盤如何批量生產(chǎn)

CD盤的制作大致分成三個(gè)階段。1.原版盤預(yù)制作(Premastering)，或者稱為母盤預(yù)制作對(duì)于激光唱盤，把制作好的音樂節(jié)目轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的CD-DA格式，而對(duì)于V-CD盤，把影視節(jié)目轉(zhuǎn)換成V-CD標(biāo)準(zhǔn)記錄格式。

14.3CD-Audio2.原版盤制作(Mastering)，或者稱為母盤制作

把符合CD-DA或者V-CD標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)經(jīng)過一個(gè)EFM(Eight-to-FourteenModulation)編碼器變成串行數(shù)據(jù)流；把一片涂有光敏電阻的玻璃盤在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上進(jìn)行光刻。

14.3CD-Audio(3)對(duì)光刻的玻璃盤進(jìn)行化學(xué)處理，盤上曝了光的區(qū)域被腐蝕掉形成凹坑，沒有曝光的區(qū)域就被保留下來，“0”、“1”信號(hào)就以凹坑和非凹坑的形式記錄在螺旋形光道上。(4)對(duì)經(jīng)過化學(xué)處理的玻璃盤進(jìn)行化學(xué)電鍍生成金屬原版盤，稱為父盤(fatherdisc)，通過父盤再制作母盤(motherdisc)，然后由母盤制作出子盤(sondisc)，子盤就是壓模(stamper)。3.大批量復(fù)制V-CD的盤基是用聚碳酸脂塑料做的，聚碳酸脂加熱之后注入盤模里，壓模就把它上面的數(shù)據(jù)壓制到正在冷卻的塑料盤上，然后在盤上濺射一層鋁，用于讀出數(shù)據(jù)時(shí)反射激光束，最終涂一層愛護(hù)漆和印制標(biāo)牌。14.3CD-AudioDVD原名是DigitalVideoDisc的縮寫，意思是“數(shù)字電視光盤(系統(tǒng))”，后又把DigitalVideo

Disc更改為DigitalVersatileDisc。

MPEG-2的技術(shù)成熟，促成了DVD的問世。DVD的特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量比現(xiàn)在的CD盤大得多，最高可達(dá)到17GB。一片DVD盤的容量相當(dāng)于現(xiàn)在的25片CD-ROM(650MB)，而DVD盤的尺寸與CD相同。

14.4DVD簡介

14.5DVD的規(guī)格

DVD和CD一樣，除了DVD-Video之外還將會(huì)有4個(gè)成員，它們的標(biāo)準(zhǔn)文件用BookA，BookB，...，BookE來標(biāo)識(shí)，如表所示。DVD(DigitalVersatileDisc)CD(CompactDisc)BookA:DVD-ROMCD-ROMBookB:DVD-VideoVideoCDBookC:DVD-AudioCD-AudioBookD:DVD-RecordableCD-RBookE:DVD-RAMCD-MO14.5DVD的規(guī)格DVD的存儲(chǔ)容量DVD盤的類型存儲(chǔ)容量(GB)MPEG-2Video的播放時(shí)間(分鐘)單面單層(只讀)4.7 133單面雙層(只讀)8.5 240單層雙面(只讀)9.4 266雙層,雙面(只讀)17

單層雙面(DVD-R)6.6 215單層雙面(DVD-RAM)5.2 14714.5DVD的規(guī)格DVD-Video規(guī)格技術(shù)內(nèi)容技術(shù)規(guī)格數(shù)據(jù)傳輸率可變速率，平均速率為4.69Mb/s(最大速率為10.7Mb/s)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)聲音標(biāo)準(zhǔn)NTSC：DolbyAC-3或LPCM,可選用MPEG-2AudioPAL：MPEGMUSICAM*5.1或LPCM,可選用DolbyAC-3通道數(shù)多達(dá)8個(gè)聲音通道和32個(gè)字幕通道14.6DVD的存儲(chǔ)容量是怎樣提高的

盤片直徑：均為120mm

盤片厚度：均為1.2mm，雙面DVD，0.6mm/面光道間距：1.6m→0.74m

最小凹凸坑長度：0.83m→0.4m

14.6DVD的存儲(chǔ)容量是怎樣提高的加大盤的數(shù)據(jù)記錄區(qū)域：DVD盤的記錄區(qū)域從CD盤的86cm2提高到86.6cm2

14.6DVD的存儲(chǔ)容量是怎樣提高的提高DVD存儲(chǔ)容量的另一個(gè)重要措施是運(yùn)用盤片的兩個(gè)面來記錄數(shù)據(jù)，以及在一個(gè)面上制作好幾個(gè)記錄層。單面單層單面雙層14.6DVD的存儲(chǔ)容量是怎樣提高的調(diào)制方式：CD存儲(chǔ)器接受8-14(EFM)加3位合并位的調(diào)制方式DVD則接受效率比較高的8-16＋(EFMPLUS)的方式錯(cuò)誤校正方法：CD存儲(chǔ)器接受里德-索洛蒙碼(Cross-InterleavedReed-SolomonCode,CIRC)DVD接受里德-索洛蒙乘積碼(Reed-solomonProduct－likeCode，RSPC)接受新的算法之后錯(cuò)誤檢測碼和錯(cuò)誤校驗(yàn)碼的信息位的數(shù)目可以減小，糾錯(cuò)碼的數(shù)據(jù)傳輸率也將從25%減小到13%。14.7VCD與DVD播放機(jī)的結(jié)構(gòu)

一、簡介

1992年10月Karaoke(卡拉OK)CD規(guī)格1993年10月VideoCD1.11994年7月VideoCD2.014.7VCD與DVD播放機(jī)的結(jié)構(gòu)把數(shù)字電視放到盤上與計(jì)算機(jī)把數(shù)據(jù)放到CD-ROM盤上一樣，也涉及兩個(gè)基本概念：①物理格式規(guī)定信息存到CD盤上的方法，例如盤區(qū)的劃分、光道的劃分、扇區(qū)的大小、尋址的方法、錯(cuò)誤的檢測和校正等等。②邏輯格式又稱為文件格式，它是規(guī)定數(shù)據(jù)文