第十四章-只读光盘存储器要点.ppt
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1、第第第第十四十四十四十四章章章章 只只只只读读读读光光光光盘盘盘盘存存存存储储储储器器器器 14.1 14.1 CDCD简历简历 14.2 14.2 CDCD的工作原理的工作原理 14.3 14.3 CD-Audio CD-Audio 14.4 DVD14.4 DVD简介简介14.5 14.5 DVDDVD的规格的规格 14.6 14.6 DVDDVD的存储容量是怎样提高的的存储容量是怎样提高的 14.7 14.7 VCDVCD与与DVDDVD播放机的结构播放机的结构 本章本章本章本章要点要点要点要点 本章将从本章将从CDCD到到DVDDVD的发展过程中所采用的发展过程中所采用的一些技术作一个
2、介绍。的一些技术作一个介绍。14.1 14.1 14.1 14.1 CDCDCDCD简历简历简历简历 一、一、一、一、CDCDCDCD的发展的发展的发展的发展 19781978年推出光盘播放机年推出光盘播放机(LV(LV:L L L Laser aser V V V Vision)ision);19821982年年PhilipsPhilips公司和公司和SonySony公司公司推出推出数字激光唱数字激光唱盘盘(Compact Disc-Digital AudioCompact Disc-Digital Audio,CD-DA)CD-DA),制定了制定了“红红皮皮书书(Red Book)Red
3、Book)标标准准”;采用采用很多地址很多地址编编号号和和错误错误校正技校正技术术的的“黄皮黄皮书书(Yellow Book)Yellow Book)标标准准”;国国际标际标准化准化组织组织(I I I International nternational S S S Standards tandards O O O Organizationrganization,ISO)ISO)制定了文件交换标准制定了文件交换标准-ISO 9660ISO 9660标标准准;19851985年前后成功地年前后成功地推出推出CD-ROMCD-ROM。14.1 14.1 14.1 14.1 CDCDCDCD简历简
4、历简历简历二、二、二、二、CDCDCDCD系列系列系列系列产产产产品品品品 标准名称 盘的名称 应用目的 播放时间 显示的图像 Red Book(红皮书)CD-DA 存储音乐节目 74分钟 Yellow Book(黄皮书)CD-ROM 存储文图声象等多媒体节目 存储650 MB的数据 动画、静态图像、运动图像 Green Book(绿皮书)CD-I 存储文图声象等多媒体节目存储多达760 MB的数据 动画、静态图像 Orange Book(橙皮书)CD-R 读/写入文图声象等多媒体节目 White Book(白皮书)Video CD 存储影视节目 70分钟(MPEG-1)数字影视(MPEG-1
5、)质量 Red Book+(红皮书+)CD-Video 存储模拟电视数字声音 56分钟(电视)20分钟(声音)模拟电视图像数字声音 CD-Bridge Photo CD 存储照片 静态图像 Blue Book(蓝皮书)LD(LaserDisc)存储影视节目 200分钟 模拟电视图像 14.2 14.2 14.2 14.2 CDCDCDCD的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理 一、一、一、一、CDCDCDCD盘盘盘盘片片片片结结结结构构构构 CDCD盘盘主要由保主要由保护层护层、反射激光的、反射激光的铝铝反射反射层层、刻、刻槽和聚碳酸脂槽和聚碳酸脂衬垫组衬垫组成,如成,如图图所示所示 14.
6、2 14.2 14.2 14.2 CDCDCDCD的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理CDCD盘的外径为盘的外径为120 120 mmmm,重量为重量为1414克克1818克。激光唱克。激光唱盘分盘分3 3个区:导入区、导出区和声音数据记录区个区:导入区、导出区和声音数据记录区 14.2 14.2 14.2 14.2 CDCDCDCD的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理 二、二、二、二、CDCDCDCD盘的光道结构盘的光道结构盘的光道结构盘的光道结构 恒定角速度恒定角速度(CAV)CAV)和恒定线速度和恒定线速度(CLV)CLV)软软磁磁盘盘存放数据的磁道是同心存放数据的磁道是同心环环
7、,如,如图图(b)b)所示,所示,磁磁盘盘片片转动转动的角速度是恒定的,通常用的角速度是恒定的,通常用CAV(constant angular velocity)CAV(constant angular velocity)表示表示。14.2 14.2 14.2 14.2 CDCDCDCD的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理 CDCD盘盘光光道道的的结结构构与与磁磁盘盘磁磁道道的的结结构构不不同同,它它的的光光道道不不是是同同心心环环光光道道,而而是是螺螺旋旋型型光光道道,CDCD唱唱盘盘的的光光道道长长度度大大约约为为5 5公公里里,如如图图(a)a)所所示示。CDCD盘盘转转动动的的角角
8、速速度度在在光光盘盘的的内内外外区区是是不不同同的的,而而它它的的线线速速度度是是恒恒定定的的,就就是是光光盘盘的的光光学学读读出出头头相相对对于于盘盘片片运运动动的的线线速速度度是是恒恒定的,通常用定的,通常用CLV(constant linear velocity)CLV(constant linear velocity)表示。表示。优点:充分利用优点:充分利用数据存数据存储储容量容量缺点:缺点:随机存随机存储储特性特性较较差,控制也比差,控制也比较较复复杂杂 14.2 14.2 14.2 14.2 CDCDCDCD的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理三、三、三、三、数据是怎数据是怎数
9、据是怎数据是怎样样样样写入到写入到写入到写入到CDCDCDCD盘盘盘盘上的上的上的上的 磁磁盘盘的的记录记录原理称原理称为为磁磁记录记录,它它利用磁利用磁铁铁的两的两个极性个极性(南极和北极南极和北极)来来记忆记忆“1”1”和和“0”0”两个二两个二进进制数的。制数的。光光盘盘的的记录记录原理原理虽然都虽然都称称为为光光记录记录,但记录方,但记录方式是不一样的。式是不一样的。14.2 14.2 14.2 14.2 CDCDCDCD的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理磁光磁光盘盘(magneto optical discmagneto optical disc,MOD)MOD)利用磁的利用磁
10、的记记忆忆特性,借助激光来写入和特性,借助激光来写入和读读出数据出数据相相变变光光盘盘(phase change discphase change disc,PCD)PCD)利用反射率不利用反射率不同来同来记忆记忆“1”1”和和“0”0”激光唱激光唱盘盘利用在利用在盘盘上上压压制凹坑的机械制凹坑的机械办办法,利用法,利用凹坑的凹坑的边缘边缘来来记录记录“1”1”,而凹坑和非凹坑的平坦部分,而凹坑和非凹坑的平坦部分记录记录“0”0”,使用激光来,使用激光来读读出出14.2 14.2 14.2 14.2 CDCDCDCD的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理CDCD盘盘上的数据是用上的数据是用压
11、压模模(stamperstamper)冲冲压压而成的,而而成的,而压压模是用原版模是用原版盘盘(master disc)master disc)制成的。在制作原版制成的。在制作原版盘盘时时,是用,是用编码编码后的二后的二进进制数据去制数据去调调制聚焦激光束,制聚焦激光束,如果写入的数据如果写入的数据为为“0”0”,就不,就不让让激光束通激光束通过过,写入,写入“1”1”时时,就,就让让激光束通激光束通过过,或者相反。曝了光的地方,或者相反。曝了光的地方经经化学化学处处理后就形成凹坑,没有曝光的地方保持原理后就形成凹坑,没有曝光的地方保持原样样,二,二进进制信息就以制信息就以这样这样的形式刻的形
12、式刻录录在原版在原版盘盘上。上。然后使用然后使用原版原版盘去制作母盘去制作母盘盘(mother disc)mother disc),然后用然后用母盘制作压模,再用压模母盘制作压模,再用压模去大批量复制。去大批量复制。14.2 14.2 14.2 14.2 CDCDCDCD的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理四、四、四、四、数据是怎样从数据是怎样从数据是怎样从数据是怎样从CDCDCDCD盘读出的盘读出的盘读出的盘读出的 CDCD驱动器由光学读出头、光学读出头驱动机构、驱动器由光学读出头、光学读出头驱动机构、CDCD盘驱动机构、控制线路以及处理光学读出头读出盘驱动机构、控制线路以及处理光学读出
13、头读出信号的电子线路等组成。信号的电子线路等组成。光学读出头由光电检测器、光学读出头由光电检测器、透镜、激光束分离器、激光器等透镜、激光束分离器、激光器等元件组成,它的结构如图所示。元件组成,它的结构如图所示。14.2 14.2 14.2 14.2 CDCDCDCD的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理 光盘上压制了许多凹坑,激光束在凹坑部分反射的光的强度,要比从非凹坑部分反射的光的强度来得弱,光盘就是利用这个极其简单的原理来区分“1”和“0”的。凹坑的边缘代表“1”,凹坑和非凹坑的平坦部分代表“0”,凹坑的长度和非凹坑的长度都代表有多少个“0”。14.3 14.3 14.3 14.3 CD
14、-Audio CD-Audio CD-Audio CD-Audio 一、一、一、一、采用频率和样本大小采用频率和样本大小采用频率和样本大小采用频率和样本大小 人耳朵人耳朵(因人而异因人而异)能听到的声音信号频率范围能听到的声音信号频率范围是是202020 000 20 000 HzHz,考虑到滤波器在考虑到滤波器在20 000 20 000 HzHz的地的地方大约有方大约有10%10%的衰减,所以可以用的衰减,所以可以用22 000 22 000 HzHz的的2 2倍频倍频率作为声音信号的采样频率。率作为声音信号的采样频率。同时同时为为了能了能够够与与电视电视信号同步,信号同步,PALPAL电
15、视电视的的场扫场扫描描为为50 50 HzHz,NTSCNTSC电视电视的的场扫场扫描描为为60 60 HzHz,所以取所以取5050和和6060的整数倍,的整数倍,选选用了用了44 100 44 100 HzHz作作为为激光唱激光唱盘盘声音声音的采的采样标样标准。准。14.3 14.3 14.3 14.3 CD-AudioCD-AudioCD-AudioCD-Audio 激光唱激光唱盘盘音音乐乐信号的信号的样样本位数是本位数是1616。样样本数的本数的大小也表示信号的大小也表示信号的动态动态范范围围,1 16 6位的位的样样本能本能够够表达表达的的动态动态范范围围就大于就大于96 96 dB
16、dB 。在在激激光光唱唱盘盘上上一一秒秒钟钟的的声声音音需需要要占占据据的的存存储储空空间为间为:1 1秒秒 44 10044 100样样本本/秒秒 2 2字字节节/样样本本 2(2(左右两个左右两个通道通道)=176.4)=176.4 千字千字节节 14.3 14.3 14.3 14.3 CD-AudioCD-AudioCD-AudioCD-Audio二、二、二、二、声道数声道数声道数声道数 早期的早期的立体声立体声采用采用两个声两个声道道(轨轨),当,当声音声音转换转换成数字信成数字信号之后,号之后,计计算机很容易算机很容易处处理理多多声道信号。声道信号。例如,例如,MPEG-2MPEG-
17、2数字数字影影视标视标准和杜比准和杜比AC-3AC-3都采用都采用5 51 1个声音通道,即左、中、右个声音通道,即左、中、右3 3个主声道,左后、右后两个个主声道,左后、右后两个环环场场声道,以及一个次低音声道。声道,以及一个次低音声道。14.3 14.3 14.3 14.3 CD-AudioCD-AudioCD-AudioCD-Audio三、三、三、三、声音数据的通道声音数据的通道声音数据的通道声音数据的通道编码编码编码编码 声音声音转换转换成用成用“1”1”和和“0”0”表示的数字信号之后,表示的数字信号之后,并不是直接把它并不是直接把它们记录们记录到到盘盘上。物理上。物理盘盘上上记录记
18、录的数的数据和真正的声音数据之据和真正的声音数据之间间需要做需要做变换处变换处理,理,这这种种处处理理统统称称为为通道通道编码编码。激光唱激光唱盘盘使用的通道使用的通道编码编码叫做叫做8 8到到1414位位调调制制编码编码(eight to fourteen modulationeight to fourteen modulation,EFM)EFM)。这这种种编码编码的含的含义义就是把一个就是把一个8 8位位(即即1 1个字个字节节)的数据用的数据用1414位来位来表示。表示。14.3 14.3 14.3 14.3 CD-AudioCD-AudioCD-AudioCD-Audio1.1.1.
19、1.为为为为什么要做通道什么要做通道什么要做通道什么要做通道编码编码编码编码 为为了了改改善善读读出出信信号号的的质质量量,使使得得读读出出信信号号的的频频带带变变窄窄 为为了在了在记录记录信号中提取同步信号信号中提取同步信号 通通俗俗说说来来,通通道道编编码码实实际际上上就就是是要要在在连连续续的的“0”0”插插入入若若干干个个“1”1”,而而在在连连续续的的“1”1”之之间间插插入入若若干干个个“0”0”,并并对对“0”0”和和“1”1”的的连连续续长长度度数数目目即即“行行 游游 程程长长度度”加加以以限制。限制。14.3 14.3 14.3 14.3 CD-AudioCD-AudioC
20、D-AudioCD-Audio2.2.2.2.为为为为什么要把什么要把什么要把什么要把8 8 8 8位数位数位数位数转换转换转换转换成成成成14141414位数位数位数位数 实实验验证证明明,当当把把“0”0”的的游游程程长长度度最最短短限限制制在在2 2个个,而最而最长长限制在限制在1010,光,光盘盘上的信号就能上的信号就能够够可靠可靠读读出。出。1414位位通通道道位位有有16 16 384384种种代代码码。通通过过计计算算机机的的计计算算,在在这这16 16 384384种种代代码码中中有有267267种种代代码码能能够够满满足足上上述述要求。要求。此此外外,当当通通道道码码合合并并
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- 第十四 只读 光盘 存储器 要点
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