多媒体光存储系统资料.ppt

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1、Chap7多媒体光存储系统Chap 7 多媒体光存储系统多媒体光存储系统本章内容:7.1光存储技术概述7.2CD_ROM光存储系统7.3CD-R/RW的原理和结构7.4CD文件系统结构7.5DVD技术7.1 光存储技术概述 1、多媒体光存储器的优点存储密度高、容量大存储面密度可达 108B/cm2;一张CD-ROM盘片,外径120mm，容量可达680MB.工作稳定、寿命长非接触式读写信息：不会产生信息衰减，保护激光头抗电磁干扰。便于携带、价格低廉 2、CD技术的发展1972年9月，荷兰Philips 公司展示了长时间播放电视节目的光盘系统，这就是1978年投入市场的光盘播放机LV（Laser

2、Vision）。1982年，Philips公司和Sony公司成功的把记录有数字声音的盘推向市场，命名为CD-DA（Compact Disk-Digital Audio)，即数字激光唱盘。1985年，Philips公司和Sony公司开始将这种技术用于计算机的外围存储设备，于是出现了CD-ROM。3、光存储系统的分类、光存储系统的分类光存储系统=光盘驱动器+光盘盘片光盘光存储系统音频光盘（激光唱盘）视频光盘（影碟盘）计算机用光盘只读型光驱：即CD-ROM驱动器一次可写型光驱：“光盘刻录机”可擦写型光驱：“可擦写光盘刻录机”从应用角度CD-ROM盘片CD-R盘片CD-RW盘片4、目前市场上的CD产品

3、及标准卡拉OK-CD（1992）VCD（1993）CD-ROM（1985）CD-I（1986）CD-IFMV（1992）CD-DA（1981）CD-G（1986）CD-V（1989）CD-ROM：作为计算机的辅助存储器，存储计算机使用的数据部分CD产品标准标准名称盘的名称应用目的播放时间显示的图像红皮书CD-DA存储音乐节目74分钟黄皮书CD-ROM存储文图声像等多媒体节目存储650MB的数据动画、静态图像、动图像绿皮书CD-I存储文图声像等多媒体节目存储多达760MB的数据动画、静态图像橙皮书CD-R读/写入文图声像等多媒体节目白皮书VideoCD存储影视节目70分钟（MPEG-1）数字影视

4、（MPEG-1）质量红皮书+CD-Video存储模拟电视数字声音5-6分钟（电视）20分钟（声音）模拟电视图像数字声音CD-BridgePhotoCD存储照片静态图像蓝皮书LD（LaserDisc）存储影视节目200分钟模拟电视图像5、光盘、光盘系统的技术指标 衡量一个光盘系统特性的主要技术指标包括存储容量、平均存取时间、数据传输率、接口标准等。(1).存储容量存储容量 指能存储在光盘中的信息容量。目前光盘常用的容量为680MB。(2).数据传输率数据传输率 指单位时间内光盘驱动器读取出的数据量。该数值与光盘转速和存储密度有关。对于CD-ROM，初期150kb/s(基本计量单位)64倍速（9.

5、375Mb/s）(3).平均存取时间平均存取时间 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需读写的信息的位置并接受读写命令为止的一段时间。越小越好，一般95ms(4).接口标准接口标准 目前常用的光盘驱动器接口标准有SCSI、IDE和USB三种。SCSI接口型数据传输快，需配备相应的SCSI控制卡；IDE接口的光驱使用方便、价格便宜，应用最广泛；USB便于携带、安装，但数据传输率要比SCSI和IDE接口低。(5).缓存大小 缓存大小是衡量光盘驱动器性能的重要技术指标之一。光驱读取数据时，先将数据暂时存储到缓存中，再进行传输。缓存越大，一次读取的数据量就越大，获

6、取数据的速度越快。7.2 CD-ROM光盘系统 CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)系统包括CD-ROM驱动器和CD-ROM盘片两部分。CD-ROM盘片是多媒体信息的载体；CD-ROM驱动器通过连线与计算机相连，主要任务是完成对CD-ROM盘片上的数据读取。1.盘片结构盘片结构第一层：涂漆的保护层第二层：铝反射层第三层：刻槽第四层：聚碳酸脂压制成型的透明衬底保护层铝反射层刻槽聚碳酸酯衬垫银盘金盘2.光道结构光道结构（a）CD盘的光道（b）磁盘的磁道光道是螺旋形光道恒定线速度同心环的磁道恒定角速度120mm117mm116mm50mm46mm15mm导出区声

7、音数据记录区导入区凹.凸区间写在一根单向的螺旋线上，螺旋线从近孔的地方出发，一直到盘边，共22188圈（每毫米约600圈），长度可达5.6km！1.2mm重量14-18g由于CD旋转方式是采用“恒定线速度”方式，读取其靠近中心时，转速快，靠近边沿时转速慢。于是，对于数据单元（图中的扇形），在半径不同的地方密度能保持相同。好处：内外光道的记录密度好处：内外光道的记录密度 一样，盘片得到充分利用，一样，盘片得到充分利用，可以达到应有的存储容量。可以达到应有的存储容量。缺点：控制也比较复杂缺点：控制也比较复杂 随机存取特性差随机存取特性差光道的间距为1.6m，光道宽度为0.6m，凹坑深约为0.12m

8、。3.数据怎样写到数据怎样写到CD盘上的盘上的CD盘压模母盘原版盘原版盘制作（见光刻系统示意图）；母盘、压模制作原版盘母盘压模由压模制作CD盘化学电镀父盘压模压制聚碳酸酯注入盘模溅射铝涂保护层光刻系统示意图光刻系统示意图 激光源激光源计计算算机机控控制制的的串行数据串行数据反光镜反光镜透镜透镜激光调制器激光调制器 反光镜反光镜透镜透镜光光敏敏电阻电阻激光束激光束玻璃玻璃通道编码通道编码是什么？物理盘上数据和真正数据之间要作变换处理。为什么要做通道编码？为什么8位14位？实践得出的编码规则：2个“1”之间至少要有2个“0”；最多不超过10个“0”。14位、16384种代码、267种代码满足“0”

9、游程长度要求。3位合并位用于合并通道码时，满足游程程度的要求。为了改善读出信号的质量为了在记录信号中提取同步信号激光唱片上声音数据编码的过程8位数据11101000111000101011101014位调制数据00010010000010100100010000100001000010010001000010010000100001001000100001000100010000100100100加合并位010000100100000100001001000100001000100010000100100100盘上的凹坑4.数据怎样从数据怎样从CD盘读出盘读出CD盘上的数据要用CD驱动器读出1

10、CD驱动器的种类：内置式和外置式2CD驱动器的工作原理工作过程（见工作原理图）CD驱动器包括控制系统和光学读出头。控制系统：聚焦伺服系统、径向光道跟踪伺服系统、光盘转速控制系统。光学读出头是CD系统的核心部件，由激光源、光电检测器、光学部件等元件组成。激光 扫描信息轨道 信息聚焦根据反射光变化 注意：凹坑和非凹坑本身并不代表“0”或“1”，而是凹坑端部的前沿和后沿代表“1”，其它代表“0”。1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0光盘底板激光束7.3 CD-R/RW的原理和结构的原理和结构1.CD-R/RW的特点所谓光盘刻录和可擦写光盘刻录是指在CD-ROM基础上发展起来的两种C

11、D存储技术。CD-R盘片+CD-RW盘片CD-R驱动器+CD-RW驱动器。CD-R（CD-Recordable）指的是一种允许对CD进行一次性刻写的特殊存储技术，拥有一次写入多次读取的特点。CD-RW（CDReWritable）则允许对CD进行多次重复擦写，不过这种擦写只能在专用的CD-RW盘片上使用，而且擦写次数有限，CD-RW盘片价格也不便宜。2.CD-R/RW与与CD-ROM盘的差别盘的差别CD-R中增加了一层有机染料作为记录层，受热溶解形成代表信息的凹坑。CD-RW中增加了可改写的染色层，具有热转换性。而CD-ROM中的凹坑不是染料溶解后形成的，而是用压模压出的。CD-R/RW中的反射

12、层是金涂层。CD-ROM中是铝涂层。CD-R/RW驱动器中使用光学头比CD-ROM中的复杂。3.CD-R/RW的写入和读取原理的写入和读取原理刻录CD-R盘的原理如下：刻录机首先对写激光进行聚焦，然后照射、烧熔有机染料，形成光痕。刻录CD-RW盘的原理如下：采用高能激光，使染料层转换为低反射的非结晶状态，实现数据写入；采用中能激光，使染料层转换为高反射率的结晶状态，实现数据擦写；由于CD-RW盘片具有这种热转换性，因此可以反复改变记录层的晶体状态，达到多次重写的目的，但因为材料的因素，晶体状态改变的次数有限。4.主要技术指标主要技术指标（1）CD-R刻录机1）刻录速度：光盘刻录机在向CD-R盘

13、片上写入数据时所能达到的最大倍速值。2）读取速度：光盘刻录机在以CD-ROM形式读取普通光盘数据时，所能达到的最大倍速值。（2）CD-RW刻录机1）刻录速度2）读取速度3）复写速度：指CD-RW刻录机向光盘写入数据时的最大倍速值。所谓“复写”是指光盘刻录机对CD-RW盘片的数据层进行烧结，抹除原有数据，然后再写入数据。刻录机的使用5.CD-R刻录机的选择 衡量CD-R刻录机性能的技术指标主要包括它所支持的CD数据格式种类、刻录方式、读速度、缓存器大小、平均无故障时间和数据错误率等。(1).数据格式数据格式。在选购前，首先应弄清要刻录什么格式的盘，再选择刻录机的类型及配套刻录软件。(2).刻录方

14、式刻录方式。CD-R刻录机的刻录方式有整盘刻录、轨道刻录和多段刻录三种。(3).刻录机的写入速度刻录机的写入速度。刻录机的写入速度可分为1X(单倍速)、2X(双倍速)和4X(四倍速)等。(4).(4).缓存区缓存区(Buffer)(Buffer)的容量。的容量。(5).(5).平均无故障时间平均无故障时间(MTBF)(MTBF)。(6).(6).数据可靠性数据可靠性。7.4 CD7.4 CD文件系统结构文件系统结构一个完整的一个完整的CD-ROM文件系统有文件系统有3个主要部分组成：个主要部分组成：（1）逻辑格式（）逻辑格式（logical format）：它是文件格式的同义词。逻辑格式是确定

15、）：它是文件格式的同义词。逻辑格式是确定盘上的数据应该如何组织，以及存放在什么地方。盘上的数据应该如何组织，以及存放在什么地方。（2）源软件）源软件(origination software):他是把数据写到逻辑格式的软件，按逻辑他是把数据写到逻辑格式的软件，按逻辑格式把要存到盘上的文件进行装配，所以源软件又称格式把要存到盘上的文件进行装配，所以源软件又称“写写”软件。软件。（3）目的软件）目的软件(destination software）：他是把数据从逻辑格式读出来，并）：他是把数据从逻辑格式读出来，并 且把数据转换成文件，因此目的软件又称为且把数据转换成文件，因此目的软件又称为“读读”软

16、件。软件。CD-ROM的逻辑格式可归纳为两个部分：的逻辑格式可归纳为两个部分：（1）卷结构：）卷结构：定义一套结构用来提供整片定义一套结构用来提供整片CD-ROM盘所含的信息，称卷结构。盘所含的信息，称卷结构。单片单片CD-ROM称一卷。称一卷。把存放单个应用软件的多片把存放单个应用软件的多片CD-ROM成为一个卷集。成为一个卷集。（2）文件结构：文件结构：定义一套结构用来描述和配置放到盘上的文件，成为文件结构。核心是目录结定义一套结构用来描述和配置放到盘上的文件，成为文件结构。核心是目录结构。为构。为CD-ROM提议的目录结构大体有五类：提议的目录结构大体有五类：多文件显式分层结构（多文件显

17、式分层结构（multiple-file explicit hierarchies）；）；单文件显式分层结构（单文件显式分层结构（single-file explicit hierarchies）；）；散列路径名目录（散列路径名目录（hashed path name directories）；）；索引路径名目录（索引路径名目录（indexed path name directories)；组合前面四种结构中的组合前面四种结构中的2种或者种或者2种以上的混合结构。种以上的混合结构。SYNCHEARDER 2048字节的用户数据字节的用户数据EDCECC（由一个或多个逻辑块组成）（由一个或多个逻辑块

18、组成）逻辑扇区逻辑扇区物理扇区物理扇区物理扇区与逻辑扇区、逻辑块的概念物理扇区与逻辑扇区、逻辑块的概念文件：文件：每个文件可分为一节或多个文件节。一个文件节放在有序多个逻辑块组成的文件空间里。文件标识符由文件名、扩展名、文件版本号组成。目录：目录：CD-ROM采用了隐式分层目录结构。限定分层深度为8级。路径表：路径表：由于CD-ROM寻找时间长，采用路径表。这种结构是利用索引值来访问所有的目录。卷：卷：CD-ROM盘上可以存放信息的区域称为卷空间。-分为两个区：系统区和数据区。-每卷数据区的开头是卷描述符Lead-inArea（导入区）Track1(光道1）Track2(光道2）Track3(

19、光道3）TrackK(光道K）TrackK+1(光道K+1）TrackN(光道N）Lead-outarea（导出区）Track1：专用VCD数据光道Track2-99(Max.)Track2-K:MPEG-Audio/videoTrack TrackK+1-N：CD-DATrackProgramArea（节目区）VCD盘的组织结构7.5DVD技术DVD（Digital Video Disc数字电视光盘/Digital Versatile Disc 数字万用光盘）存储容量和宽带都明显高于CD；4.7G-17G，25张CD，单面单层DVD可播放133min MPEG-1的电视质量是家用录像机的质量

20、，MPEG-1技术的成熟促成了VCD的诞生、产业的形成和市场的成熟；MPEG-2的电视质量是广播级的质量，由于广播级数字电视的数据量非常大，为了解决MPEG-2 Video节目的存储问题，就促成了DVD的问世。DVD(digitalversatiledisc)CD(compactdisc)BookA:DVD-ROMCD-ROMBookB:DVD-VideoVideo-CDBookC:DVD-AudioCD-AudioBookD:DVD-RecordableCD-RBookE:DVD-RAMCD-MODVD系列和CD系列DVD盘的类型存储容量/GBMPEG-2Video的播放时间/min单面单层

21、(只读)4.7133单面双层（只读）8.5240单层双面（只读）9.4266双层双面（只读）17单层双面（DVD-R)6.6215单层双面面（DVD-RAM）5.2147DVD的存储容量HDCD（高密度CD）技术摘要名称DVDCD盘片直径120mm120mm盘片厚度0.6mm/面1.2mm/面容量增益减小激光波长635/650nm780nm4.4886=加大N.A.（数值孔径）0.60.45（1.6*0.83）/减小光道间距0.7m 1.6m（0.74*0.40）减小最小凹凸坑长度0.4m0.83m减小纠错码的长度RSPCCIRC修改信号调制方式8-168-14加31.0625=17/16加大盘片表面的利用率86.6861.019=86.6/86减小每个扇区字节数2048/2060字节/扇区2048/2352字节/扇区1.142-2352/2060本章小结本章小结本章讲授多媒体数据存储的大容量存储技术光存储技术，重点介绍了CD_ROM光存储系统、CD盘片的结构、CD文件系统结构和DVD技术。讨论题讨论题1、一张CD-ROM和一张单层单面的DVD分别可以存储4.5分钟CD音质的未压缩的歌曲多少首？2、一张CD-ROM和一张单层单面的DVD分别可以存储分辨率为2048*1536的真彩色未压缩的BMP图像多少张？