只读光盘存储器.docx

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1、参考文献和站点1. :/ee.mokwon.ac.kr/music/tutorials/mmbook/node31.html (扫瞄日期：1998 年 11月)2. :/ (扫瞄日期：1998 年 11 月)3. :/wwwam.hhi.de/mpeg-video/standards/ (扫瞄日期：1998 年 11 月)4. :/ c-cube /technology/mpeg.html (扫瞄日期：1998 年 11 月)5. :/fas.sfu.ca/cs/undergrad/CourseMaterials/CMPT365/material/notes/contents.html (扫瞄

2、日期 1998 年 3 月)6. ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N2459. MPEG-4 Overview - (Atlantic City Version). October 1998/Atlantic City7. Ming Liou. Overview of the p 64 Kbps Video Coding Standard. Communication of the ACM，Vol.34，No.4，Apr.19918. ISO/IEC. CD 11172，Coding of Moving Pictures and Associated Audio For Digi

3、talStorage Media at up to about 1.5 M b/s. 12/6/19919. Didier Le Gall. MPEG: A Video Compression Standard for Multimedia Applications. Communications of the ACM，Vol.34，No.4，Apr.199110. CCITT Recommendation. H.261，Video Codec for Audiovisual Service at p64 Kb/s.Aug.1990第 11 章 只读光盘存储器如何记录“0”和“1”，如何提高单

4、位面积上的记录密度是计算机工业中的一个格外重要的技术争论和开发课题。在半个世纪中，科学家和工程技术人员开发了很多的记录技术，从电子管到半导体存储器，从磁记录到光记录都取得了辉煌的成就。光记录是 20 世纪 70 年月的重大制造，是 80 年月世界上的重大技术开发工程，是 90 年月得到广泛应用的技术。本章将从 CD 到DVD 的进展过程中所承受的一些技术作一个介绍。11.1 CD 简历11.1.1 CD 工业史上的几件大事20 世纪 70 年月初期，荷兰飞利浦(Philips)公司的争论人员开头争论利用激光来记录和重放信息，并于 1972 年 9 月向全世界展现了长时间播放电视节目的光盘系统，

5、这就是1978 年正式投放市场并命名为LV(Laser Vision)的光盘播放机。从今，利用激光来记录信息的革命便拉开了序幕。它的诞生对人类文明进步的影响，不亚于纸张的制造对人类的奉献。大约从 1978 年开头，把声音信号变成用“1”和“0”表示的二进制数字，然后记录到以塑料为基片的金属圆盘上，历时4 年，Philips 公司和Sony 公司最终在 1982 年成功地把这种记录有数字声音的盘推向了市场。由于这种塑料金属圆盘很小巧，所以用了英文CompactDisc 来命名，而且还为这种盘制定了标准，这就是世界著名的“红皮书(Red Book)标准”。这种盘又称为数字激光唱盘(Compact

6、Disc-Digital Audio，CD-DA)盘。由于 CD-DA 能够记录数字信息，很自然就会想到把它用作计算机的存储设备。但从CD-DA 过渡到CD-ROM 有两个重要问题需要解决： 计算机如何查找盘上的数据，也就是如何划分盘上的地址问题。由于记录歌曲时是按一首歌作为单位的，一片盘也就记录20 首左右的歌曲，平均每首歌占用 30 多兆字节的空间。而用来存储计算机数据时，很多文件不肯定都需要那么大的存储空间，因此需要在CD 盘上写入很多的地址编号。 把CD 盘作为计算机的存储器使用时，要求它的错误率(10-12)远远小于声音数据的错误率(10-9)，而用当时现成的CD-DA 技术不能满足

7、这一要求，因此还要承受错误校正技术。于是就开发了“黄皮书(Yellow) 标准”。圆满的是，这个重要标准只解决了硬件生产厂家的制造标准问题，也就是存放计算机数据的 物理格式问题，而没有涉及规律格式问题，也就是计算机文件如何存放在CD-ROM 上，文件如何在不同的系统之间进展交换等问题。为此，在多方努力下又制定了一个文件交换标准， 后来国际标准化组织(International Standards Organization，ISO)把它命名为ISO 9660 标准。经过科学技术人员以及各行各业人员的共同努力，最终在 1985 年前后成功地把CD-ROM 推向了市场，从今CD-ROM 工业走上了康

8、庄大道。11.1.2 CD 系列产品自从 1981 年激光唱盘上市以来，开发了一系列 CD 产品，而且还在不断地开发的产品，VCD仅仅是其中的一个产品，如图 11-01 所示。图 11-01 目前市场上的CD 产品CD 原来是指激光唱盘，即CD-DA(Compact Disc-Digital Audio)，用于存放数字化的音乐节目，现在，通常把图 11-01 所列的CD-G(Graphics)、CD-V(Video)、CD-ROM、CD-I(Interactive)、CD-I FMV(Full Motion Video)、卡拉 OK(Karaoke)CD、Video CD等通称为 CD。尽管C

9、D 系列中的产品很多，但是它们的大小、重量、制造工艺、材料、制造设备等都一样，只是依据不同的应用目的存放不同类型的数据。它们之间的差异主要是：1. CD-DA 存放数字化的音乐节目2. CD-G 存放静止图像和音乐节目3. CD-V 存放模拟的电视图像和数字化的声音4. CD-ROM 存放数字化的文、图、声、象等5. CD-I 存放数字化的文、图、声、象(静止的)、动画等6. CD-I FMV 存放数字化的电影、电视等节目7. 卡拉OK CD 存放数字化的卡拉OK 节目8. Video CD 存放数字化的电影、电视等节目9. Photo-CD 存放的主要是照片、艺术品为了存放不同类型的数据，制

10、定了很多标准，这些标准如表11-01 所示。表 11-01 局部 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Red BookCD-DA存储音乐节目74 分钟(红皮书)Yellow BookCD-ROM存储文图声象等存储650 MB 的数动画、静态图像、(黄皮书)多媒体节目据动图像Green BookCD-I存储文图声象等存储多达 760 MB动画、静态图像(绿皮书)多媒体节目的数据Orange BookCD-R读/写入文图声象(橙皮书)等多媒体节目White BookVideo CD存储影视节目70 分钟数字影视(白皮书)(MPEG-1)(MPEG-1)质量Red Book +C

11、D-Video存储模拟电视56 分钟(电模拟电视图像(红皮书+)数字声音视)数字声音20 分钟(声音)CD-BridgePhoto CD存储照片静态图像Blue BookLD存储影视节目200 分钟模拟电视图像(蓝皮书)(LaserDisc)11.2 CD 的工作原理11.2.1 CD 盘片构造激光唱盘、CD-ROM、数字激光视盘等统称为CD 盘。CD 盘主要由保护层、反射激光的铝反射层、刻槽和聚碳脂衬垫组成，如图 11-02 所示。图 11-02 CD 盘片的构造CD 盘上有一层铝反射层，看起来是银白色的，所以人们把它称为“银盘”。还有一种正在大批量进入市场的盘称为CD-R(CD-Recor

12、dable)盘，它的反射层是金，所以又这种盘称为 “金盘”。CD 盘的外径为 120 mm，重量为 14 克18 克。激光唱盘分 3 个区：导入区、导出区和声音数据记录区，如图 11-03 所示。图 11-03 CD 盘的构造11.2.2 CD 盘的光道构造很多读者都可能听说过以下两个术语：恒定角速度(CAV)和恒定线速度(CLV)。现在就首先来 解释它们。以我们现在用的软磁盘为例，软磁盘存放数据的磁道是同心环，如图11-04(A) 所示，磁盘片转动的角速度是恒定的，通常用CAV(constant angular velocity)表示，但在这一条磁道和另一条磁道上，磁头相对于磁道的速度(称为

13、线速度)是不同的。承受同心环 磁道的好处之一是掌握简洁，便于随机存取，但由于内外磁道的记录密度(比特/每英寸)不 一样，外磁道的记录密度低，内磁道的记录密度高，外磁道的存储空间就没有得到充分利用， 因而存储器没有到达应有的存储容量。CD 盘光道的构造与磁盘磁道的构造不同，它的光道不是同心环光道，而是螺旋型光道，CD 唱盘的光道长度大约为 5 公里，如图 11-04(B)所示。CD 盘转动的角速度在光盘的内外区是不同的，而它的线速度是恒定的，就是光盘的光学读出头相对于盘片运动的线速度是恒定的， 通常用CLV(constant linear velocity)表示。由于承受了恒定线速度，所以内外光

14、道的记录密度(比特数/每英寸)可以做到一样，这样盘片就得到充分利用，可以到达它应有的数据 存储容量，但随机存储特性变得较差，掌握也比较简单。在盘存储器工业中，从CAV 到 CLV 整整花了 30 多年的时间才得以实现。现在不仅CD-ROM 存储器承受CLV，而且磁光盘存储器也开头承受。图 11-04 CD 盘的光道是螺旋型光道11.2.3 数据是怎样写入到CD 盘上的磁盘对大多数用户来说并不生疏，它的记录原理称为磁记录，是利用磁铁的两个极性(南极 和北极)来记忆“1”和“0”两个二进制数的。光盘的记录原理就不能一概而论，都称为光 记录，由于光盘这个名称已经很笼统了。现在在市场卖的磁光盘(mag

15、neto optical disc， MOD)和相变光盘(phase change disc，PCD)也被很多人简称为光盘，前者是利用磁的记忆特性，借助激光来写入和读出数据，后者是利用一种特别的材料，这种材料在激光加热前和加 热后它们的反射率不同，利用它们的反射率不同来记忆“1”和“0”，这是名副其实的光盘。激光唱盘既不同于磁光盘的记录原理，也不同于相变光盘的原理，而是利用在盘上压制凹坑 的机械方法，利用凹坑的边缘来记录“1”，而凹坑和非凹坑的平坦局部记录“0”，使用激光来读出。用户使用磁盘驱动器时，既可以把数据写入到盘上 ，又可以从盘上读出数据；磁光盘和相变光盘也同样有写入和读出两个功能，而

16、且可以在同一台磁盘驱动器上完成。可是CD 只读光盘就不是这样，用户只能读CD 盘上的数据不能自己把数据写到CD 盘上。CD 盘上的数据是用压模(stamper)冲压而成的，而压模是用原版盘(master disc)制成的。图 11-05 是制作原版盘的示意图。在制作原版盘时，是用编码后的二进制数据去调制聚焦激光束，假设写入的数据为“0”，就不让激光束通过，写入“1”时，就让激光束通过，或者相反。在制作原版盘的玻璃盘上涂有感光胶，曝了光的地方经化学处理后就形成凹坑，没有 曝光的地方保持原样，二进制信息就以这样的形式刻录在原版盘上。在经过化学处理后的玻 璃盘外表上镀一层金属，用这种盘去制作母盘(m

17、other disc)，然后用母盘制作压模，再用压模去大批量复制。成千上万的 CD 盘就是用压模压出来的，所以价格才这样廉价(版权费除外)。图 11-05 原版盘制作示意图11.2.4 数据是怎样从 CD 盘读出的CD 盘上的数据要用CD 驱动器来阅读。CD 驱动器由光学读出头、光学读出头驱动机构、CD 盘驱动机构、掌握线路以及处理光学读出头读出信号的电子线路等组成。光学读出头是CD 系统的核心部件之一，它由光电检测器、透镜、激光束分别器、激光器等元件组成，它的构造如图 11-06 所示。激光器发出的激光经过几个透镜聚焦后到达光盘，从光盘上反射回来的激光束沿原来的光路返回，到达激光束分别器后反

18、射到光电检测器，由光 电检测器把光信号变成电信号，再经过电子线路处理后复原成原来的二进制数据。图 11-06 光学读出头的根本构造图 11-07 是 CD 光盘的读出原理简化图。光盘上压制了很多凹坑，激光束在凹坑局部反射的光的强度，要比从非凹坑局部反射的光的强度来得弱，光盘就是利用这个极其简洁的原理来区分“1”和“0”的。凹坑的边缘代表“1”，凹坑和非凹坑的平坦局部代表“0”，凹坑的长度和非凹坑的长度都代表有多少个“0”。记忆“1”和“0”的道理就这么简洁，但在计算机工业中为了记录“1”和“0”，不知有多少科学家和工程技术人员为之奋斗终生。图 11-07 CD 盘的读出原理从图 11-06 和

19、图 11-07 可以看到，CD 存储器在工作时间学读出头与盘之间是不接触的，因此您不必担忧头和盘之间的磨损问题。这里需要强调的是，凹坑和非凹坑本身不代表和，而是凹坑端部的前沿和后沿代表， 凹坑和非凹的长度代表的个数。这些位就是前面介绍的“通道位”。利用这种方法比直接用凹坑和非凹坑代表原始二进制制数据的“”和“”更有效。这种技术可用图11-06 作进一步的说明。图中个凹坑和非凹坑代表了个通道位，这就更充分地利用了光盘外表积，使得存储容量大大提高。此外，承受这种技术也很简洁从读出信号中提取有用的同步脉冲信号。11.2.5 激光唱盘标准摘要激光唱盘的标准定义在 1982 年公布的红皮书(Red Bo

20、ok)中，它源于CD-Audio Book，后来成为 IEC 908 标准，这是全部其他CD 产品标准的根底。现将它的局部内容汇总在表11-02 中供查阅，下一章将进一步介绍激光唱盘的物理格式。表 11-02 激光唱盘标准摘要名称技术指标播放时间74 分钟旋转方向顺时针(从读出外表看)旋转速度1.2m/s1.4m/s (恒定线速度)光道间距1.6 m盘片直径120 mm盘片厚度1.2 mm中心孔直径15 mm记录区46 mm117 mm数据信号区50 mm116 mm材料折射率为 1.55 的任何材料最小凹坑长度0.833 m (1.2m/s)0.972 m (1.4m/s)最大凹坑长度3.0

21、5 m (1.2 m/s)3.56 m (1.4 m/s)凹坑深度0.11 m凹坑宽度0.5 m光学系统激光波长780 nm (7 800 )聚焦深度 2 m信号格式通道数2 个量化16 位线性量化采样频率44.1 kHz通道位速率4.3218 Mb/s数据位速率1.9409 Mb/s数据：通道位8:17错误校正码CIRC调制方式EFM11.3 CD-Audio11.3.1 承受频率和样本大小人耳朵(因人而异)能听到的声音信号频率范围是 2020 000 Hz，为了避开高于 20 000 Hz 的高频信号干扰采样，在进展采样之前，需要对输入的声音信号进展滤波。考虑到滤波器在20 000 Hz

22、的地方大约有 10%的衰减，所以可以用 22 000 Hz 的 2 倍频率作为声音信号的采样频率。但是，为了能够与电视信号同步，PAL 电视的场扫描为 50 Hz，NTSC 电视的场扫描为 60 Hz，所以取 50 和 60 的整数倍，选用了 44 100 Hz 作为激光唱盘声音的采样标准。激光唱盘音乐信号的样本位数是 16。实际上，样本数的大小也表示信号的动态范围。一位(bit)的动态范围约为 20log102 6.02 dB，所以 16 位的样本能够表达的动态范围就大于96 dB。模拟声音转换成数字之后，需要占据巨大的存储空间。在激光唱盘上一秒钟的声音需要占据的存储空间为：1 秒 44 1

23、00 样本/秒 2 字节/样本 2(左右两个通道) = 176.4 千字节11.3.2 声道数长期以来，立体声似乎就是两个声道(轨)，这是由于早期最重要的存储声音的媒体是接触式的唱片，唱片上的 V 形刻槽只能记录最多两条声道的模拟信号，这就使得后来的录音机、调频播送、录象机、甚至连数字激光唱盘都采样两个声道的规格。其实多声道的设备早已开发和承受，现在的很多剧院始终都还承受 4 个以上的声音通道。随着科学技术的进展，声音转换成数字信号之后，计算机很简洁处理，例如，压缩、偏移(Pan)、围绕音响效果(Surround Sound)等等，更多的声道和更逼真的音响效果已经在消灭。例如， MPEG-2

24、数字影视标准和杜比AC-3 都承受 51 个声音通道，即左、中、右 3 个主声道，左 后、右后两个环场声道，以及一个次低音声道。11.3.3 声音数据的通道编码声音转换成用“1”和“0”表示的数字信号之后，并不是直接把它们记录到盘上。物理盘上记录的数据和真正的声音数据之间需要做变换处理，这种处理统称为通道编码。通道编码不只是光盘需要，但凡在物理线路上传输的数字信号都需要进展通道编码。承受通道编码的目的主要是两个，一是为了改善信号质量，使得读出信号的频带变窄.。其次是为了为了在接收端能够从信号本身提取自同步信号。大家所生疏的磁盘、磁带、数字 等都使用了不同算法的通道编码技术。激光唱盘使用的通道编

25、码叫做 8 到 14 比特调制编码(eight to fourteen modulation，EFM)。这种编码的含义就是把一个 8 个比特(即 1 个字节)的数据用 14 比特来表示。这里有两个问题要答复，一是为什么要做通道编码，二是为什么把8 比特转换成 14 比特。1.为什么要做通道编码在数字记录中要做通道编码的主要缘由有两个，一是为了改善读出信号的质量，二是为了在记录信号中提取同步信号。例如，有连续多个字节的全”0”信号或者全“1”信号要记录到盘上，假设不作通道编码就把它们记录到盘上，读出时的输出信号就是一条直线，电子线路就很难区分有多少个“0”或者多少个“1”信号。而对于没有规律的数

26、字信号，读出时的信号幅度和频率的变化范围都很大，电子线路很难把“0”和“1”区分开，读出的信息就很不行靠。因此通俗说来，通道编码实际上就是要在连续的“0”插入假设干个“1”，而在连续的“1”之间插入假设干个“0”，并对“0”和“1”的连续长度数目即“行游程长度”加以限制。2.为什么要把 8 位数转换成 14 位数理论分析和试验证明，依据 70 年月的技术水平，把“0”的游程长度最短限制在2 个，而最长限制在 10，光盘上的信号就能够牢靠读出。这条规章的意思是，2 个“1”之间至少要有2 个“0”最多不超过 10 个“0”。我们知道，8 位数据有 256 种代码，14 位通道位有 16 384种

27、代码。通过计算机的计算，在这16 384 种代码中有 267 种代码能够满足“0”游程长度的要求。在这 267 种代码中，其中有 10 种代码在合并通道代码时限制游程长度仍有困难，再去掉一个代码，这样就得到了与 8 位数据相对应的 256 种通道码。此外，当通道码合并时，为了满足游程长度的要求，在通道码之间再增加了 3 位来确保读出信号的牢靠性，于是在激光唱盘中 8 位的数据就转换成了 17 位的通道代码。在DVD 光盘技术中，把 3 位合并位改成 2 位，并把它们直接插入到重设计的码表中，这样一个字节的数据就转换成 16 位的通道位，这也就提高了DVD 的存储容量。激光唱盘上的声音数据编码过

28、程如图11-08 所示。图 11-08 激光唱盘上声音数据编码的过程11.3.4 CD 盘如何批量生产激光唱盘(CD-DA)、数字激光视盘(V-CD)和 CD-ROM 的制作过程都一样，大致分成三个阶段。1. 原版盘预制作(Premastering)，或者称为母盘预制作。对于激光唱盘，把制作好的音乐节目转换成标准的CD-DA 格式，而对于 V-CD 盘，把影视节目转换成 V-CD 标准记录格式，这个过程也叫做预处理。CD-DA 格式在“红皮书”中有具体说明，V-CD 的标准记录格式在Video CD 2.0 标准(白皮书)中有具体说明，这项工作通常是由软件来完成，这种软件称为转换软件，或者称为

29、编码器(Encoder)。2. 原版盘制作(Mastering)，或者称为母盘制作。原版盘制作包括：(1) 把符合CD-DA 或者V-CD 标准格式的数据经过一个EFM(Eight-to-Fourteen Modulation)编码器变成串行数据流，也就是在11.3.3 中介绍的 8 到 14 调制，意思是把一个 8 比特的数据变成 14 比特的数据，再附加 3 比特用来改善读/写信号的质量，这样 8 比特的并行数据就转换成物理通道上的 17 比特串行数据。(2) 把一片涂有光敏电阻的玻璃盘在旋转平台上进展光刻。参看图11-09， 激光源发出的激光束通过激光调制器时受到串行数据的掌握，例如，数

30、据“0”就不让激光束通过，光敏电阻就不曝光；数据“1”就让激光束通过， 光敏电阻就曝光，这样在玻璃盘上就形成长短不同的曝光区和非曝光区。激 光调制器如同一个开关。图 11-09 光刻系统示意图(3) 对光刻的玻璃盘进展化学处理，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存下来，“0”、“1”信号就以凹坑和非凹坑的形式记录在螺旋形光道上。(4) 对经过化学处理的玻璃盘进展化学电镀生成金属原版盘，称为父盘(father disc)，通过父盘再制作母盘(mother disc)，然后由母盘制作出子盘(son disc)，子盘就是压模(stamper)。原版盘制作的整个过程如图 11-1

31、0 所示。图 11-10 V-CD 盘的整个制作过程3. 大批量复制。V-CD 的盘基是用聚碳酸脂塑料做的，因此大多数大批量复制设备是用塑料注射成型机。聚碳酸脂加热之后注入盘模里，压模就把它上面的数据压制到正在冷却的塑料 盘上，然后在盘上溅射一层铝，用于读出数据时反射激光束，最终涂一层保护漆和印制标牌。11.4 DVD 简介VCD 和DVD 都是光学存储媒体，但 DVD 的存储容量和带宽都明显高于CD。影视、声音、计算机和光学记录技术融合在一起将开发出下一代的CD 产品。DVD 原名是Digital Video Disc 的缩写，意思是“数字电视光盘(系统)”，这是为了与 Video CD 相

32、区分。实际上DVD 的应用不仅仅是用来存放电视节目，它同样可以用来存储其他类型的数据，因此又把Digital Video Disc 更改为Digital Versatile Disc，缩写仍旧是DVD， Versatile 的意思是多才多艺的意思。现在，当我们谈到DVD 时，通常是指Digital Video Disc。MPEG-1 的电视质量是家用录象机的质量，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 的电视质量是播送级的质量，由于播送级数字电视的数据量要比MPEG-1 的数据量大得多，而CD-ROM 的容量尽管有近700 多兆字节，但也满足不了存放

33、MPEG-2 Video 节目的要求。MPEG-2 的技术已经相当成熟，为了解决MPEG-2 Video 节目的存储问题， 就促成了DVD 的问世。在1995 年，一个由Sony 和Philips Electronics DV 公司领导的国际财团与另一个由Toshiba 和 Time Warner Entertainment 公司领导的国际财团分别提出了两个不兼容的高密度CD(High Density Compact Disc，HDCD)规格。同年 10 月，两大财团最终同意盘片的设计按Toshiba/Time Warner 公司的方案，而存储在盘上的数据编码则按Sony/Philips 公司

34、的方案。最终的单面单层DVD 盘片应当能够存储 4.7 GB(千兆字节)的数据，单面双层盘片的容量为 8.5 GB；单面单层盘存储 133 分钟的MPEG-2 Video，其区分率与现在的电视一样，并配备 Dolby AC-3/MPEG-2 Audio质量的声音和不同语言的字幕。AC-3 是 Audio Code Number 3 的缩写。DVD 的特点是存储容量比现在的CD 盘大得多，最高可到达17 GB。一片DVD 盘的容量相当于现在的 25 片 CD-ROM(650 MB)，而DVD 盘的尺寸与CD 一样。DVD 所包含的软硬件要遵照正在由计算机、消费电子和消遣公司联合制定的规格，目的是

35、为了能够依据这个一代的CD 规格开发出存储容量大和性能高的兼容产品，用于存储数字电视和多媒体软件。11.5 DVD 的规格当我们提到DVD 时，首先想到的是播放影视节目的DVD-Video。其实DVD 和CD 一样，除了DVD-Video 之外还将会有 4 个成员，它们的标准文件用Book A，Book B，. ，Book E 来标识，如表 11-03 所示。表 11-03 DVD 和 CD 系列DVD(Digital Versatile Disc) Book A: DVD-ROMBook B: DVD-Video Book C: DVD-AudioBook D: DVD-Recordable

36、 Book E: DVD-RAMCD(Compact Disc) CD-ROMVideo CD CD-Audio CD-RCD-MOToshiba/Time Warner公司定义的DVD 规格是SD(Super Density Digital Video Disc)，而 Sony/Philips 公司定义的DVD 规格是MMCD(Multimedia CD)，这两种高密度盘规格的统一是扩大光盘存储容量的一个里程碑。在理论上来说，DVD 的存储容量如表 11-04 所示。表 11-04 DVD 的存储容量DVD 盘的类型存储容量(GB)MPEG-2 Video 的播放时间(分钟)单面单层(只读)

37、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(DVD-RAM)5.2147DVD-Video 的规格如表 11-05 所示。DVD 盘上的电视都承受MPEG-2 的电视标准。NTSC 的声音承受Dolby AC-3 标准，MPEG-2 Audio 作为选用；PAL 和 SECAM 的声音承受MPEG-2 Audio 标准，Dolby AC-3 作为选用。表 11-05 电视图像规格技术内容技术规格数据传输率可变速率，平均速率为 4.69 Mb/s(最大速率为 10.7Mb/s)图像压缩标准 MPEG-2 标

38、准声音标准NTSC：Dolby AC-3 或 LPCM, 可选用MPEG-2 AudioPAL： MPEG MUSICAM* 5.1 或 LPCM, 可选用Dolby AC-3通道数多达 8 个声音通道和 32 个字幕通道*MUSICAM(Masking pattern adapted Universal Subband Integrated Coding And Multiplexing)11.6 DVD 的存储容量是怎样提高的如何提高存储器的存储容量和传输速率是存储工业中永恒的争论课题，很多科学家和工程技术人员始终献身于这个领域。一片 DVD 盘要能够存储多达 17 GB 的信息，需要承受

39、很多的技术。DVD 所承受和将要承受的技术归纳在表 11-06。表 11-06 HDCD 技术摘要盘片直径120 mmDVDCD120 mm容量增益盘片厚度0.6 mm /面1.2 mm /面减小激光波长635/650nm780nm4.486 =加大 N.A.(数值孔径)0.60.45(1.6*0.83)/减小光道间距0.74 m1.6 m(0.74*0.40)减小最小凹凸坑长度0.4 m0.83 m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加大盘片外表的利用率86.6 平方厘米86 平方厘米1.019 = 86.6/86减小每个扇区字节

40、数2048/2060 字节/扇区2048/2352 字节/扇区1.142 = 2352/2060从外观和尺寸方面来看，DVD 盘与现在广泛使用的CD 盘没有什么差异，直径均为 120 mm(4.75英寸)，厚度为1.2 mm；的DVD 播放机能够播放现在已经有的CD 激光唱盘上的音乐和VCD 节目。但不同的是DVD 盘光道之间的间距由原来的1.6m m 缩小到 0.74m m，而记录信息的最小凹凸坑长度由原来的 0.83m m 缩小到 0.4m m，这是DVD 盘的存储容量可提高到 4.7 GB 的主要缘由，它的容量是CD 的 7 倍，它们之间的差异如图 11-11 所示。图 11-11 DV

41、D 盘和CD 盘之间的差异常规的CD 播放机和CD-ROM 驱动器承受波长为 780 nm 的不行见红外光来读出盘上的信息。为了把光道距离和信息记录凹凸坑的长度和宽度做得更小，DVD 刻录机和播放机就需要承受波长更短的激光源，这是由于光学读出头的区分率和激光波长成正比。近年来有很多有关蓝色激光器的报道，但是要把它用到DVD 上还有漫长的路要走。更现实的技术是使用波长为635/650 nm 的激光源来代替在CD 驱动器中使用的 780 nm 红外光激光源。光学读出头的数值孔 NA(Numerical Aperture)也比较大，这样可以产生直径比较小的聚焦激光束。常规的CD 播放机和CD-ROM

42、 驱动器的光学读出头的数值孔径为0.45。为了提高接收盘片反射光的力量，也就是提高光学读出头的区分率，在 DVD 中就需要把NA 将由现在的 0.45 加大到 0.6。使用短波长的激光源和数值孔径比较大的光学元件之后，最小凹凸的长度可以从0.83 m m 减小到 0.4 m m，而光道间距从 1.6 m m 减小到 0.74 m m，总的容量可以提高到4.486 倍。加大盘的数据记录区域也是提高记录容量的有效途径。DVD 盘的记录区域从CD 盘的 86 cm2 提高到 86.6 cm2，如图 11-12 所示，这样记录容量也就提高了1.9%。图 11-12 增加盘的数据记录面积提高 DVD 存

43、储容量的另一个重要措施是使用盘片的两个面来记录数据，以及在一个面上制作好几个记录层，这无疑会大大增加DVD 盘的容量。在IBM 工作的科学家于 1994 年就声称他们能够制作 10 层的盘片。为了从最里面的记录层反射回足够强的光，一种称为CLC(cholesteric liquid crystal)的记录媒体可能被承受。常规的CD 盘只使用一个面，并且只制作一个记录层来记录信息，它的构造如图 11-13 所示。为了提高存储容量，消灭了另一种规格的DVD 盘，称为单面双层光盘，它的构造如图11-14 所示。单面双层盘的表层称为第 0 层，最里层称为第 1 层。第 0 层承受了一种的半透亮(sem

44、i-transmissive)薄膜涂层，可让激光束透过表层到达第1 层。开头工作时，激光束首先在第 1 层上聚焦和光道定位。当从第 0 层上读出信息过渡到从第 1 层上读出信息时，激光读出头的激光束马上重聚焦，电子线路中的缓冲存储器可确保从第0 层到第 1 层的平稳过渡，而不会使信息中断。单面双层DVD 盘的容量可到达 8.5 GB，而双面双层DVD 盘的容量可到达 17 GB。图 11-13 单面单层光盘的构造图 11-14 单面双层光盘的构造DVD 信号的调制方式和错误校正方法也做了相应的修正以适应高密度的需要，CD 存储器承受 8-14(EFM)加 3 位合并位的调制方式，而 DVD 则承受效率比较高的 8-16(EFM PLUS)的方式， 这是为了能够和现在的CD 盘兼容，也为了和将来的可重写的光盘兼容而承受的方式；CD 存储器承受的错误校正系统是里德-索洛蒙码(Cross-Interleaved Read-Solomon Code，CIRC)，而 DVD 承受里德-索洛蒙乘积码(Reed Solomon Productlike Code，RSPC)系统，它比CIRC 更牢靠。承受修