制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心5.1光存储技术概述光存储技术概述 n多媒体存储技术主要是指光存储技术多媒体存储技术主要是指光存储技术 n光存储系统由光盘驱动器和光盘（片）光存储系统由光盘驱动器和光盘（片）组成组成。光盘驱动器产生一束激光照射到光盘上，反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，并且被解码成数射光由一个光检波来接收，并且被解码成数据据 1制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心1.光存储的类型光存储的类型n光盘包括只读光盘、只写一次光盘和可擦写光盘包括只读光盘、只写一次光盘和可擦写光盘光盘3种，前两种都是属于不可擦除的种，前两种都是属于不可擦除的.n(1)CDROM只读光盘只读光盘 uCDROM是最常用的光盘，直径约是最常用的光盘，直径约12cm，容容量约量约650M(74min)。其工作特点是，采用激光调其工作特点是，采用激光调制方式记录信息，将信息以凹坑制方式记录信息，将信息以凹坑(pits)和凸区和凸区(lands)的形式记录在的形式记录在螺旋形光道螺旋形光道上。光盘是由上。光盘是由母盘压模制成的，一旦复制成形，永久不变，用母盘压模制成的，一旦复制成形，永久不变，用户只能读出信息。户只能读出信息。 2制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心3制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心(2)W0RM(2)W0RM一次写多次读光盘一次写多次读光盘 nW0RM(Write Once Read Many)W0RM(Write Once Read Many)光盘使用户能光盘使用户能够自己将数据、程序或节目记录到光盘上够自己将数据、程序或节目记录到光盘上 n实现方式实现方式: :u采用有机染料作为记录层，该层被激光加热时则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，这就形成了代表平面，这就形成了代表0 0和和1 1的两种状态。读取激的两种状态。读取激光照射在凹坑上时，反射光的光强降低光照射在凹坑上时，反射光的光强降低4制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心u也有的系统使用一层薄的金属记录层，当该金属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被写激光加热到170170时，它的物理特性由晶态时，它的物理特性由晶态( (高反射性高反射性) )转换到非晶态转换到非晶态( (低反射性低反射性) )，从而在光，从而在光盘轨道上产生了光反射系数高（未被加热过）与盘轨道上产生了光反射系数高（未被加热过）与低低( (加热过加热过) )两种不同的状态，使激光可读出数据。两种不同的状态，使激光可读出数据。 5制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心(3)Rewritable可重写光盘可重写光盘 n在可擦写光盘系统中，用户自己可以进行数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。据的写、读，擦除后并再次写入。n有多种不同方式的可擦写光盘，包括磁光系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。统、相变系统和染料化合物系统。u磁光记录磁光记录 w将磁介质的可擦写性与光的高记录密度结合在一起。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。记录波长短，所以记录密度比磁带高得多。 6制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心 磁光记录原理磁光记录原理 7制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心u相变光记录相变光记录 w采用的是一种具有晶体采用的是一种具有晶体/非晶体状非晶体状态可逆可逆转换特性的材特性的材料，料，记录时使用一种温度，而擦除使用一种温度，而擦除时采用另一种温度。采用另一种温度。对可擦写媒可擦写媒质，从晶体到非晶体的，从晶体到非晶体的变化一般用于化一般用于记录数据，其逆数据，其逆变过程用于擦除程用于擦除记录信息。信息。w用激光加用激光加热记录层，使聚焦点的温度略高于它的熔点，使聚焦点的温度略高于它的熔点而冷却凝固而冷却凝固时，就，就变成非晶体。由于非晶体状成非晶体。由于非晶体状态不不稳定，材料易于反定，材料易于反变，因此，当，因此，当该点加点加热到稍低于熔点到稍低于熔点的温度再冷却的温度再冷却时，就返回晶，就返回晶态，数据，数据则被擦除。被擦除。u相变技术用在相变技术用在CDRW、DVDRW和和DVDRAM中中 8制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心u染料化合物记录染料化合物记录 w记录层是由两是由两层含有不同吸含有不同吸垫材料的塑料基片构成。材料的塑料基片构成。把把对着入射光的一着入射光的一层称称为上上层，另一，另一层则称称为下下层。w上上层对波波长为840nm的光敏感，受的光敏感，受热后后则扩张；下；下层对此波此波长不敏感，是透明的，其物理性能不受不敏感，是透明的，其物理性能不受这种波种波长的激光影响。的激光影响。这样在激光照射点上，上在激光照射点上，上层受受热扩张、下下层不不变，于是上，于是上层则变形起形起皱。激光。激光扫过以后，以后，该点冷却，起点冷却，起皱面面则保留下来。保留下来。轨道上未被光照射的部道上未被光照射的部分仍保持分仍保持为平面，平面，这就形成反射系数不同的两种状就形成反射系数不同的两种状态，即即皱面和平面，将数据面和平面，将数据记录下来。下来。w下下层对波波长为780nm的光敏感，用的光敏感，用这种波种波长的激光照的激光照射射时，该层受受热变软，使上，使上层的的皱起面得以展平，原起面得以展平，原来来记录的数据的数据则被抹掉。被抹掉。9制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n现在现在120mm可擦写光盘可存储可擦写光盘可存储4.7GB，它的它的容量还会增加容量还会增加10倍，数据读取速率可达到倍，数据读取速率可达到10Mbs。使用更高的旋转速度和置于平行使用更高的旋转速度和置于平行轨道的多光头，可使速度达到轨道的多光头，可使速度达到500Mbs甚至甚至更高更高 10制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心(2)光存储系统的技术指标光存储系统的技术指标 n光存储系统的技术指标包括尺寸、容量、平光存储系统的技术指标包括尺寸、容量、平均存取时间、数据传输速率、误码率和平均均存取时间、数据传输速率、误码率和平均无故障时间等无故障时间等 n1.尺寸尺寸 u光盘的尺寸多种多样。光盘的尺寸多种多样。LV（Laser Vision）的直的直径为径为12英寸英寸(300mm)，CD激光唱盘和激光唱盘和CDROM为为4.72英寸英寸(120mm)，WORM一次写光盘为一次写光盘为14.12英寸和英寸和4.7英寸，可擦写光盘向小尺寸方向发展，英寸，可擦写光盘向小尺寸方向发展，主要尺寸为主要尺寸为4.7英寸和英寸和3.14英寸。英寸。 11制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n2.容量容量u光盘的容量包括格式化容量和用户容量。光盘的容量包括格式化容量和用户容量。u格式化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。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。序，都会影响格式化容量。u用户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。量空间，因此用户容量小于格式化容量。u光盘正朝着高密度、大容量和小体积的方向发展。光盘正朝着高密度、大容量和小体积的方向发展。u提高光盘存储容量的方法有多种，通常提高光盘存储容量的方法有多种，通常以提高位密度和以提高位密度和道密度来实现道密度来实现。其主要途径是。其主要途径是缩短所用激光的波长缩短所用激光的波长，利，利用用光斑边界记录取代光斑位记录或采用区位记录光斑边界记录取代光斑位记录或采用区位记录等方式。等方式。u74分钟（分钟（650M）、）、80分钟（分钟（700M）12制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n3.平均存取时间平均存取时间u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。息的位置并接收读写命令为止的一段时间。u平均存取时间等于平均存取时间等于平均寻道时间平均寻道时间和和平均等待时间平均等待时间的和。的和。u光学头沿半径移动全程光学头沿半径移动全程13长度所需的时间为长度所需的时间为平均寻道时间平均寻道时间。u盘片旋转半周的时间为盘片旋转半周的时间为平均等待时间平均等待时间。u目前大多数光盘驱动器的平均存取时间在目前大多数光盘驱动器的平均存取时间在200ms到到400ms之间之间 13制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n4数据传输速率数据传输速率 u数据传输速率一般是指单位时间内光盘驱动器送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。出的数据比特数。u该数值与光盘转速和存储密度有关。现在主要是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。对于技术研究工作。对于CDROM，其数据传输速其数据传输速率已从初期的率已从初期的150KBs(单倍速单倍速)提高到提高到6MBs(40倍速) 14制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n5.平均无故障时间平均无故障时间uCD-ROM的平均无故障时间的平均无故障时间(MTBP，Mean Time Between Failures)要求达到要求达到25000h 15制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心5.2 CD n1 CD技术的发展技术的发展 u光存储技术最早可追溯到光存储技术最早可追溯到20世纪世纪70年代初期。年代初期。u1972年年9月月5日日Philips公司向国际新闻界展示了长时间公司向国际新闻界展示了长时间播放电视节目的光盘系统，在光盘上记录的是模拟电视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（信号（Laser Vision）。）。u1978年，年，SONY生产的影碟机正式投放市场，光盘的直生产的影碟机正式投放市场，光盘的直径为径为30cm，一片双面盘的播放时间可达一片双面盘的播放时间可达2小时。小时。u1979年年，Philips公司发布了激光唱机公司发布了激光唱机(Compact disc player，CD Player)。u为了便于光盘的生产、使用和推广，几个主要光盘制造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公司和国际标准化组织制定了一些有关的规范和标准 16制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心u(1)CDDA：1981年制定年制定红皮皮书，即，即CDDA激光数字激光数字音音频光光盘的的规范。范。u (2)CD一一ROM：1985年制定年制定黄皮黄皮书，经修修订，1988年正年正式作式作为国国际标准准ISO9660u (3)CDV(Video)：存存储模模拟的的视频信息和数字化声音，信息和数字化声音，在影碟机上使用，在影碟机上使用，视频信息可以信息可以输出到出到电视机。机。u(4)可可录CD：可可录CD盘的的橙皮橙皮书标准。可准。可录CD分分为两两类，即即CDMO和和CDWO。CDMO称称为磁光磁光盘，可重写；，可重写；CDWO又称又称CDR，不能不能重写重写。u 17制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心u(5)CDI：1987年制定年制定绿皮皮书规范，用于交互式多媒体范，用于交互式多媒体CDI系系统中存中存储数字化的文字、数字化的文字、图形、声音、形、声音、图像等。像等。u (6)CDROM XA：1991年制定年制定CDROM XA II规范，范，对应于于ISO 9660 II。u (7)PhotoCD像片光像片光盘.1992年制定年制定规范。用于存放数范。用于存放数字化的静字化的静态照片。照片。u (8)Video CD 1993年制定的年制定的白皮书白皮书(White Book)规范，规范，采用采用MPEG一一1压缩算法压缩动态图像。它使压缩算法压缩动态图像。它使Video CD节节目能够在目能够在CDI，CDROM XA和和Video CD播放机上播播放机上播放放 18制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心19制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心2 CD-DA2 CD-DA nCD-DACD-DA激光唱盘的标准定义在激光唱盘的标准定义在19821982年发布的年发布的红皮书红皮书(Red Book)(Red Book)中，它源于中，它源于CD-Audio BookCD-Audio Book，后来成为后来成为IEC 908IEC 908标准标准 n激光唱激光唱盘、CD-ROMCD-ROM、数字激光数字激光视盘等等统称称为CDCD盘。CDCD盘主要由保主要由保护层、反射激光的、反射激光的铝反射反射层、刻槽和、刻槽和聚碳脂聚碳脂衬垫组成。成。n光光盘的直径的直径为120mm120mm，中中间孔直径孔直径为15mm15mm，厚度厚度为1.2mm1.2mm。光光盘的最里面部分不存的最里面部分不存储数据数据, ,这个区域把个区域把光光盘和旋和旋转的的动力力轴夹在一起。在一起。记录数据的区域有数据的区域有35.5mm35.5mm宽。引入区在数据区的最里面。引入区在数据区的最里面边缘部分，引部分，引出区在最外面。引入和引出区包含有非音出区在最外面。引入和引出区包含有非音频数据，数据，用来控制光用来控制光驱。20制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心21制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心名称名称技技术指指标名称名称技技术指指标播放播放时间7474分分钟旋旋转方向方向顺时针( (从从读出表面看出表面看) )旋旋转速度速度1.2m/s1.2m/s1.4m/s (1.4m/s (恒定恒定线速度速度) )光学系光学系统光道光道间距距1.6 m1.6 m激光波激光波长780nm (7 800 780nm (7 800 ) )盘片直径片直径120 mm120 mm聚焦深度聚焦深度 2 m 2 m盘片厚度片厚度1.2 mm1.2 mm信号格式信号格式中心孔直径中心孔直径15 mm15 mm通道数通道数2 2个个记录区区46 mm46 mm117 mm117 mm量化量化1616位位线性量化性量化数据信号区数据信号区50 mm50 mm116 mm116 mm采采样频率率44.1 kHz44.1 kHz材料材料折射率折射率为1.551.55的任何材料的任何材料通道位速率通道位速率4.3218 Mb/s4.3218 Mb/s最小凹坑最小凹坑长度度0.833m (1.2m/s)0.833m (1.2m/s)0.972m 0.972m (1.4m/s)(1.4m/s)数据位速率数据位速率1.9409 Mb/s1.9409 Mb/s最大凹坑最大凹坑长度度3.05m (1.2 m/s)3.05m (1.2 m/s)3.56 m 3.56 m (1.4m/s)(1.4m/s)数据：通道数据：通道位位8:178:17凹坑深度凹坑深度0.11 m0.11 m错误校正校正码CIRCCIRC凹坑凹坑宽度度0.5 m0.5 m调制方式制方式EFMEFM22制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n磁磁盘存放数据的磁道是同心存放数据的磁道是同心环，磁，磁盘片片转动的角速的角速度是恒定的，但在两条磁道上，磁度是恒定的，但在两条磁道上，磁头相相对于磁道的于磁道的线速度是不同的。控制速度是不同的。控制简单，便于随机存取，但外，便于随机存取，但外磁道的存磁道的存储空空间不能得到充分利用。不能得到充分利用。nCDCD盘光道的结构不是同心环，而是螺旋型轨道。盘光道的结构不是同心环，而是螺旋型轨道。CDCD盘转动的角速度在光盘的内外区是不同的，而它的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（线速度却是恒定的（CLVCLV）。）。这样内外光道的记录密这样内外光道的记录密度度( (比特数比特数/ /每英寸每英寸) )可以做到一样，盘片可得到充分可以做到一样，盘片可得到充分利用，但随机存储特性变得较差，控制也比较复杂利用，但随机存储特性变得较差，控制也比较复杂 23制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心nCD-DACD-DA的文件的文件结构构uCD-DACD-DA光道的特点是一个区光道的特点是一个区段，多条光道段，多条光道( (一个曲目，一个曲目，对应一条光道对应一条光道) )，不设目录，不设目录结构。图结构。图5-65-6是一张是一张CD-DACD-DA唱唱盘的光道结构，其中有一个盘的光道结构，其中有一个区段，区段，1717条光道，对应条光道，对应1717首首歌曲，没有目录结构。歌曲，没有目录结构。 24制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心3 CD-ROM3 CD-ROM nCD-ROMCD-ROM共有三种共有三种类型的光道：型的光道：u CD-DA CD-DA光道，用于存光道，用于存储声音数据。声音数据。u CD-ROM Mode 1 CD-ROM Mode 1，用于存用于存储计算机数据。算机数据。u CD-ROM Mode 2 CD-ROM Mode 2，用于存储声音数据、静态图用于存储声音数据、静态图像或电视图像数据。像或电视图像数据。 n不同类型的光道，存放数据的格式不同，有不同类型的光道，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不同的数据量和校验码从而有不同的误码率 25制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心nCD-ROMCD-ROM的扇区地址与磁盘的扇区地址不同的扇区地址与磁盘的扇区地址不同。u磁盘的扇区地址是用磁盘的扇区地址是用C-H-S (C-H-S (柱面号柱面号- -磁头号磁头号- -扇区号扇区号) )地地址系统来表示，而址系统来表示，而CD-ROMCD-ROM是用轨道号和计时系统中的分、是用轨道号和计时系统中的分、秒，扇区秒，扇区(75(75扇区扇区/ /秒秒) )来表示来表示 nCD-ROMCD-ROM可以用多个区段、多条光道。但由于区段之可以用多个区段、多条光道。但由于区段之间需要保留间需要保留13MB13MB的空间，造成的空间，造成CD-RCD-R盘片空间的浪费，盘片空间的浪费，因此，一般不采用多个区段刻录因此，一般不采用多个区段刻录 nCD-ROMCD-ROM文件标准叫文件标准叫ISO 9660ISO 9660，它是一个描述计算机它是一个描述计算机用的用的CD-ROMCD-ROM文件结构标准。解决文件存放在文件结构标准。解决文件存放在CD-ROMCD-ROM上，可以在不同系统之间进行交换等问题上，可以在不同系统之间进行交换等问题 26制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心4 CD-ROM/XA4 CD-ROM/XAn4 CD-ROM/XA4 CD-ROM/XA (CD-ROM Extended Architecture)uPhilips,Microsoft,SonyPhilips,Microsoft,Sony发布发布, ,是黄皮书的扩充是黄皮书的扩充. . u定定义了两种新的扇区形式：了两种新的扇区形式：u CD-ROM Mode 2CD-ROM Mode 2，XA FormatXA Format，Form 1Form 1：用于存用于存储计算机数据。算机数据。u CD-ROM Mode 2CD-ROM Mode 2，XA FormatXA Format，Form 2Form 2：存储存储压缩的声音、静态图像或电视图像数据。压缩的声音、静态图像或电视图像数据。 27制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心5 CD-R5 CD-Rn5 CD-R5 CD-R uOrange BookOrange Book是另一种是另一种CDCD光盘的标准，这种光盘的标准，这种CDCD盘叫做可录盘叫做可录CD-R(compact disk recordable) CD-R(compact disk recordable) 盘，它允许用户把自盘，它允许用户把自己创作的影视节目或者多媒体文件写到盘上。己创作的影视节目或者多媒体文件写到盘上。u可录可录CD盘分为以下两类：盘分为以下两类：u CD-MO (compact disk-magneto optical )盘，磁光盘。盘，磁光盘。用户可以把数据写到用户可以把数据写到MO盘上，盘上的数据可以抹掉，抹盘上，盘上的数据可以抹掉，抹掉后又可以重写。掉后又可以重写。u CD-WO(compact disk-write once)盘，这种盘又写成盘，这种盘又写成CD-R盘，用户可以把数据写到盘上，但是数据一旦写入，盘，用户可以把数据写到盘上，但是数据一旦写入，就不能把写入的数据抹掉。就不能把写入的数据抹掉。 28制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心Orange Book Part 2 (CD-WO盘盘)n这种盘在出厂时就已经在盘上刻录有槽，称为预刻这种盘在出厂时就已经在盘上刻录有槽，称为预刻槽，也就是物理光道的位置已经确定，是一片空白槽，也就是物理光道的位置已经确定，是一片空白盘。用户把多媒体文件写到盘上之后，就把内容表盘。用户把多媒体文件写到盘上之后，就把内容表(Table Of Contents，TOC)写到盘上。在写入写到盘上。在写入TOC之前，这种盘只能在专用的播放机上读；在之前，这种盘只能在专用的播放机上读；在TOC写写入之后，这种盘就可以在普通的播放机上播放。入之后，这种盘就可以在普通的播放机上播放。nOrange Book Part 2标准还定义了另一种标准还定义了另一种CD-WO盘，叫做盘，叫做Hybrid Disc(混合盘混合盘)。这种盘含有两种类。这种盘含有两种类型的记录区域：型的记录区域： 29制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心u（1）Pre-recorded Area(预记录区预记录区)，这个区域，这个区域的信息是按照的信息是按照Red Book、Yellow Book或或Green Book标准预先记录在盘上的，是一个只标准预先记录在盘上的，是一个只读区域。读区域。u（2）Recordable Area(可记录区可记录区)。这个区可。这个区可以把物理光道分成好几个记录段以把物理光道分成好几个记录段(multi-session)。每段由每段由3个区域组成：导入区个区域组成：导入区(Lead In)、 信息区信息区(Information)和导出区和导出区(Lead Out)，每一段要在导入区写入每一段要在导入区写入TOC(内容表内容表)。 30制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心6 VCD6 VCD n6 VCD6 VCD uVideo CD(VCD)Video CD(VCD)是由是由JVCJVC、PhilipsPhilips、MatsushitaMatsushita和和SonySony联联合定义的数字电视视盘技术规格，它于合定义的数字电视视盘技术规格，它于19931993年问世，盘年问世，盘上的声音和电视图像都是以数字的形式表示的。上的声音和电视图像都是以数字的形式表示的。u19941994年年7 7月发布了月发布了“Video CD Specification Version Video CD Specification Version 2.0”2.0”，并命名为并命名为White Book(White Book(白皮书白皮书) )。该标准描述的是。该标准描述的是一个使用一个使用CDCD格式和格式和MPEG-1MPEG-1标准的数字电视存储格式。标准的数字电视存储格式。Video CDVideo CD标准在标准在CD-BridgeCD-Bridge规格和规格和ISO 9660ISO 9660文件结构基础文件结构基础上定义了完整的文件系统，这样就使上定义了完整的文件系统，这样就使VCDVCD节目能够在节目能够在CD-CD-ROMROM、CD-ICD-I和和VCDVCD播放机上播放播放机上播放 31制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n光盘内有一个区段，多个光盘内有一个区段，多个光道。设有目录结构，即光道。设有目录结构，即VCDVCD文件系统。文件系统文件系统。文件系统放在第一条光道中。其后，放在第一条光道中。其后，每条光道对应一个视频片每条光道对应一个视频片段。在标准的视频光盘中，段。在标准的视频光盘中，音乐素材，要么融合在动音乐素材，要么融合在动态画面中，要么配有静止态画面中，要么配有静止图像，并以视频光盘格式图像，并以视频光盘格式保存保存 32制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心nVCD的数据主要通过的数据主要通过MPEG-l编码标准对音频和视编码标准对音频和视频编码。频编码。n其音频信号采用其音频信号采用44.1kHz的第二层标准进行编码。的第二层标准进行编码。n一张盘可以存储一张盘可以存储74min的活动图像和数字音频，两的活动图像和数字音频，两张光盘可以存储一部电影。张光盘可以存储一部电影。n视频解码器可以将视频信号以每秒视频解码器可以将视频信号以每秒25帧的帧的PAL或或SECAM(352288)制式播放。制式播放。n视频的比特速率为视频的比特速率为1.15Mbs，音频的比特速率为音频的比特速率为0.22Mbs。nVCD格式实际是格式实际是CDROMXA盘盘Form2中模式中模式2的格式，因此允许的格式，因此允许VCD在在CDROM光驱中播放，光驱中播放，但不能在但不能在CDDA音频播放器中播放。音频播放器中播放。 33制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心5.3 DVD5.3 DVD nDVDDVD原名是原名是Digital Video DiscDigital Video Disc，意思是意思是“数数字电视光盘字电视光盘( (系统系统)”)”。nDVDDVD不仅用来存放电视节目，同样可以用来存不仅用来存放电视节目，同样可以用来存储其他类型的数据，储其他类型的数据，DVDDVD在数据存储方面具有在数据存储方面具有其他媒质所无法比拟的容量和灵活性。其他媒质所无法比拟的容量和灵活性。n因此又把因此又把Digital Video DiscDigital Video Disc更改为更改为Digital Digital Versatile Disc(Versatile Disc(数字通用光盘数字通用光盘) )，缩写仍然，缩写仍然是是DVDDVD。 34制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心1 DVD1 DVD简介简介 nDVDDVD分类分类 nDVDDVD有有6 6种格式种格式标准：准：uBook ADVDROMBook ADVDROM( (只只读) )；uBook BDVDVideo(Book BDVDVideo(视频) )；uBook CDVDAudio(Book CDVDAudio(音音频) )；uBook DDVDR(Book DDVDR(可写一次可写一次) )；uBook EDVDRAM(Book EDVDRAM(随机存取存随机存取存储器器) )；uBook FDVDRW(Book FDVDRW(可重复擦写可重复擦写) )。n各种标准定义各种标准定义DVDDVD的物理特性、文件系统及各种特殊的物理特性、文件系统及各种特殊的应用和扩充。如视频应用、音频应用等。的应用和扩充。如视频应用、音频应用等。 35制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心DVDDVD的特点的特点nDVDDVD的特点是存储容量比现在的的特点是存储容量比现在的CDCD盘大得多。盘大得多。n单面单层单面单层DVDDVD盘片能够存储盘片能够存储4.7GB4.7GB的数据，的数据，n单面双层单面双层盘片的容量为盘片的容量为8.5GB8.5GB；n单层双面单层双面盘片的容量为盘片的容量为9.4GB9.4GBn双面双层双面双层可达到可达到17GB17GB，相当于相当于2525片片CD-ROM(650MB)CD-ROM(650MB)。n单面单层盘存储单面单层盘存储133133分钟的分钟的MPEG-2 VideoMPEG-2 Video，其分辨率其分辨率与现在的电视相同，并配备与现在的电视相同，并配备Dolby AC-3/MPEG-2 Dolby AC-3/MPEG-2 AudioAudio质量的声音和不同语言的字幕。质量的声音和不同语言的字幕。 36制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n双层结构使制造多样化，产生了双层结构使制造多样化，产生了4 4种只读光盘：种只读光盘：DVD-5DVD-5、DVD-9DVD-9、DVD-10DVD-10和和DVD-18DVD-18。当平均数当平均数据读取速度为据读取速度为4.8Mb4.8Mbs s时，它们的播放时间时，它们的播放时间大约分别为大约分别为133min133min、241min241min、266min266min和和482min482min。与名称对应，与名称对应，4 4种光盘的容量分别为种光盘的容量分别为4.7GB4.7GB，8.5GB,9.4GB8.5GB,9.4GB和和17GB17GB 37制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心DVDDVD的存储容量的存储容量DVDDVD盘的类型盘的类型存储容量存储容量(GB)(GB)MPEG-2 VideoMPEG-2 Video的播放时间的播放时间( (分钟分钟) )单面单层单面单层( (只读只读) )4.74.7133133单面双层单面双层( (只读只读) )8.58.5240240单层双面单层双面( (只读只读) )9.49.4266266双层双层, ,双面双面( (只读只读) )1717单层双面单层双面(DVD-R)(DVD-R)6.66.6215215单层双面单层双面(DVD-RAM)(DVD-RAM)5.25.214714738制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心DVDDVD的物理规格的物理规格 n从外观和尺寸来看，从外观和尺寸来看，DVDDVD光盘与光盘与CDCD光盘没有什光盘没有什么差别，直径均为么差别，直径均为120 mm(4.72120 mm(4.72英寸英寸) )，厚度，厚度为为1.2mm1.2mm；nCDCD只用一只用一层塑料基片，而塑料基片，而DVDDVD盘使用两使用两层O.6mmO.6mm厚的基片，数据厚的基片，数据层夹在中在中间，使数据受，使数据受到更好的保到更好的保护，薄的基片可以减少激光束跟，薄的基片可以减少激光束跟踪的踪的错误。 39制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心项目目DVDDVDCDCD盘片直径片直径120 mm120 mm120 mm120 mm盘片厚度片厚度0.6 mm /0.6 mm /面面1.2 mm /1.2 mm /面面减小激光波减小激光波长635/650 nm635/650 nm780 nm780 nm加大数加大数字字孔径孔径( (数据密度大数据密度大) )0.60.60.450.45减小光道减小光道间距距0.74 m0.74 m1.6 m1.6 m减小最小凹凸坑减小最小凹凸坑长度度0.4 m0.4 m0.83 m0.83 m减小减小纠错码的的长度度RSPCRSPCCIRCCIRC修改信号修改信号调制方式制方式8-168-168-14 8-14 加加 3 3加大加大盘片表面的利用率片表面的利用率86.686.6平方厘米平方厘米86 86 平方厘米平方厘米减小每个扇区字减小每个扇区字节数数2048/20602048/2060字字节/ /扇区扇区2048/23522048/2352字字节/ /扇区扇区40制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心UDF(UDF(通用文件系统通用文件系统) ) nUDFUDF文件格式其实是针对文件格式其实是针对ISO 9660ISO 9660的不足而推的不足而推出的文件格式。出的文件格式。CDCD光盘上存储数据的文件结光盘上存储数据的文件结构和目录形式在刻录之前就已确定，因此无构和目录形式在刻录之前就已确定，因此无法更改，也无法追加刻录新的数据。另外，法更改，也无法追加刻录新的数据。另外，操作系统无法识别操作系统无法识别CD-RCD-R和和CD-RWCD-RW，用户必须要用户必须要使用各种刻录软件才能进行使用各种刻录软件才能进行ISO9660ISO9660文件格式文件格式进行读写操作。进行读写操作。41制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n针对这一状况，国际标准化组织属下的光学存储技针对这一状况，国际标准化组织属下的光学存储技术协会（术协会（OSTAOSTA）于于19961996年发布了一种新的通用光盘年发布了一种新的通用光盘文件系统文件系统UDFUDF文件系统。文件系统。n它采用包刻录（它采用包刻录（Packet WritingPacket Writing）方式，允许在方式，允许在CD-RCD-R或或CD-RWCD-RW光盘上任意追加数据，为光盘上任意追加数据，为CD-RCD-R和和CD-RWCD-RW刻录机提供了类似于硬盘的随机读写特性。刻录机提供了类似于硬盘的随机读写特性。nUDFUDF的另一突出优点是可以防止出现缓存器欠载情的另一突出优点是可以防止出现缓存器欠载情况。在使用包刻写方式时，刻录机可以在缓存器积况。在使用包刻写方式时，刻录机可以在缓存器积累足够数据之前等待任意长的时间。累足够数据之前等待任意长的时间。n使用使用UDFUDF的软件可以像使用硬盘一样使用的软件可以像使用硬盘一样使用CD-RWCD-RW光盘。光盘。UDFUDF文件系统支持的操作系统为文件系统支持的操作系统为Windows9x/NTWindows9x/NT、OS/2OS/2、LinuxLinux、MAC OSMAC OS等操作系统等操作系统 42制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心3 DVD-Video3 DVD-Video nDVD-VideoDVD-Video是最早规定的是最早规定的DVDDVD格式，其典型应格式，其典型应用是存储用是存储5.15.1声道的数字化电影节目。声道的数字化电影节目。DVDDVD格格式的设计符合式的设计符合Studio Advisory CommitteeStudio Advisory Committee的的建议，建议，133min133min的数字视频节目、接近的数字视频节目、接近D1D1的广的广播图片质量、立体声或多声道数字音频、不播图片质量、立体声或多声道数字音频、不同画面比例、多至同画面比例、多至8 8种的语言声道、种的语言声道、3232种字幕、种字幕、父母管理选项和版权保护特征。父母管理选项和版权保护特征。 43制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心视频编码视频编码 nDVD-VideoDVD-Video标准使用标准使用MPEG-2MPEG-2数据压缩算法对视频节目数据压缩算法对视频节目进行编码进行编码 nMPEG-2MPEG-2允许不同的比特速率允许不同的比特速率 nDVD-VideoDVD-Video最大输出比特速率最大输出比特速率( (包括视频、音频及辅包括视频、音频及辅助数据助数据) )为为10.08Mb10.08Mbs s，平均比特速率为平均比特速率为3.5Mb3.5Mbs s。n采用采用MPEG-2MPEG-2，一个单层一个单层DVD-VideoDVD-Video光盘可存储光盘可存储133min133min的带有数字音频声道的数字视频节目。的带有数字音频声道的数字视频节目。n视频节目以视频节目以4 4：2 2：0 0分量逐行扫描形式存储，图像分分量逐行扫描形式存储，图像分辨率为辨率为720576720576 44制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心音频编码音频编码 nDVD-VideoDVD-Video标准的音频部分同时提供多声道和标准的音频部分同时提供多声道和立体声声道。立体声声道。nDVD-VideoDVD-Video可使用可使用8 8个独立的音频数据流。它个独立的音频数据流。它们可以是们可以是l l8 8个声道的线性个声道的线性PCM(LPCM)PCM(LPCM)，1 16 6个声道的杜比数字个声道的杜比数字5.15.1声道声道(5(5个主声道和个主声道和1 1个个低音声道低音声道) )，n还可是还可是l l8 8个声道的个声道的(5.1(5.1或或7.1)7.1)的的MPEG-2 MPEG-2 AACAAC音频。可以任意采用音频。可以任意采用DTSDTS，SDDSSDDS（索尼动索尼动态数字声音）或其他音频编码态数字声音）或其他音频编码 45制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心DVDDVD的播放的播放 nDVD-VideoDVD-Video播放器可播放播放器可播放DVD-AudioDVD-Audio和和DVD-DVD-VideoVideo光盘光盘 nDVD-VideoDVD-Video盘不能用盘不能用CDCD播放器播放。播放器播放。n有的有的DVD-VideoDVD-Video播放器提供分量视频输出，以播放器提供分量视频输出，以提供比复合视频信号高的图像质量。提供比复合视频信号高的图像质量。nDVD-VideoDVD-Video标准准还提供父母提供父母锁定功能。可以将定功能。可以将影影视节目目编码成不同版本，跳成不同版本，跳过限制的限制的场景景或采用另外替或采用另外替换的的场景和伴音。景和伴音。 46制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心地区码地区码n电影制片商想控制不同国家家庭影影制片商想控制不同国家家庭影视的的发行，因行，因为电影在各个影院的影在各个影院的发行并非同步行并非同步进行。因此他行。因此他们要要求求DVDDVD标准加入一些准加入一些编码，用来防止某些，用来防止某些盘片在某些片在某些地区播放。每台播放机被授予在其出售地区的一个地区播放。每台播放机被授予在其出售地区的一个给定定编码。对该地区不允地区不允许播放的播放的盘片，播放机拒片，播放机拒绝播放。就是播放。就是说在一个国家在一个国家购买的的盘片用在另一个片用在另一个国家国家购买的播放机可能无法播放。的播放机可能无法播放。n光盘可以有多个地区码，或者没有地区码，没有地光盘可以有多个地区码，或者没有地区码，没有地区码的光盘可以在所有的播放器上播放区码的光盘可以在所有的播放器上播放 47制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心5.45.4光盘制作光盘制作 n光盘的制作首先要根据制作的光盘类型，将数据转光盘的制作首先要根据制作的光盘类型，将数据转换成需要的格式。换成需要的格式。n对于批量制作，先要把一片涂有光敏电阻的玻璃盘对于批量制作，先要把一片涂有光敏电阻的玻璃盘在旋转平台上进行光刻，再对光刻的玻璃盘进行化在旋转平台上进行光刻，再对光刻的玻璃盘进行化学处理。盘上曝了光的区域被腐蚀掉形成凹坑，没学处理。盘上曝了光的区域被腐蚀掉形成凹坑，没有曝光的区域就被保留下来，有曝光的区域就被保留下来，“0”、“1”信号就信号就以凹坑和非凹坑的形式记录在螺旋形光道上。以凹坑和非凹坑的形式记录在螺旋形光道上。n对经过化学处理的玻璃盘进行化学电镀生成金属原对经过化学处理的玻璃盘进行化学电镀生成金属原版盘，称为父盘版盘，称为父盘(father disc)。n由父盘再制作母盘由父盘再制作母盘(mother disc)，然后由母盘制作然后由母盘制作出子盘出子盘(son disc)，子盘制作就是压模子盘制作就是压模(stamper) 48制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心1.数据光盘的制作数据光盘的制作 n准备工作准备工作u（1）制作光盘需要有一台刻录机，）制作光盘需要有一台刻录机，DVD刻录机可以刻录刻录机可以刻录CD-R光盘，但光盘，但CD刻录机不能刻录刻录机不能刻录DVD光盘。光盘。u（2）制作）制作CD要有相应软件要有相应软件u（3）准备数据。数据光盘对数据的格式没有要求，可以）准备数据。数据光盘对数据的格式没有要求，可以是任何计算机文件。是任何计算机文件。u估计数据量，估计数据量，74分钟的光盘容量分钟的光盘容量680M，80分钟的光盘容分钟的光盘容量量700M，数据量不要超过此值，最好留数据量不要超过此值，最好留10M左右的容量。左右的容量。u规划数据的目录，特别是多媒体演示光盘，一般可以按规划数据的目录，特别是多媒体演示光盘，一般可以按照以下原则将数据文件分目录存放照以下原则将数据文件分目录存放49制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心nNero简介简介nVideo Pack50普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材多媒体技术及应用多媒体技术及应用赵英良赵英良 冯博琴冯博琴 崔舒宁崔舒宁清华大学出版社2009精品课件精品课件！51普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材多媒体技术及应用多媒体技术及应用赵英良赵英良 冯博琴冯博琴 崔舒宁崔舒宁清华大学出版社2009精品课件精品课件！52制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心本章本章作业作业np152 n1、6、1153