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1、2023/3/21,1,第5章 多媒体计算机硬件,5.1视频信息采集和显示设备5.1图形图像输入设备5.3其他多媒体设备5.4多媒体存储设备5.5磁存储介质5.6光存储介质,2023/3/21,2,5.1视频信息采集和显示设备,5.1.1视频采集卡5.1.2摄像头5.1.3多媒体投影仪,2023/3/21,3,5.1.1视频采集卡,视频采集卡的作用：是将模拟摄像机、录像机、LD视盘机、电视机输出的视频信号等输出的视频数据或者视频音频的混合数据输入电脑，并转换成电脑可辨别的数字数据，存储在电脑中，成为可编辑处理的视频数据文件。原理上，视频采集就是将视频源的模拟信息通过处理转变成数字信息，并将数字
2、信息存储在电脑硬盘上的过程，这种模拟数字转换是通过视频采集卡上的采集芯片进行的。,2023/3/21,4,5.1.1视频采集卡,通常在采集过程中，还对数字信息进行一定形式的实时压缩处理，较高档的采集卡依靠特殊的处理芯片进行硬件实时数据压缩处理；而那些没实时硬件压缩功能的卡，也可通过电脑上的CPU进行被称为软件压缩的处理。按照其用途可分为广播级视频采集卡、专业级视频采集卡、民用级视频采集卡，它们档次的高低主要是采集图像的质量不同。,2023/3/21,5,5.1.2 摄像头,摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头两大类。数字摄像头，是用于直接和计算机连接使用的数字摄像头；模拟摄像头，要配合视频捕捉卡一
3、起使用并加以压缩后，将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号才可以到计算机上运用。按感光器件类别来分，现在市场上摄像头使用的大多为CCD和CMOS两种，其中CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）是应用在摄像、图像扫描方面的高端技术组件，CMOS则大多应用在一些低端视频产品中。,2023/3/21,6,5.1.2 摄像头,像素是摄像头最重要的参数，体现了摄像头的基本性能。像素是指感光元件上的光敏单元的数量，光敏单元越多，摄像头捕捉到的图像分辨率也就越高，画面当然也就越越清晰。可以利用摄像头的最大分辨率来计算摄像头的像素值，例如一款摄像头的最大分辨率为640480
4、，那么像素就是640480=307200，即30万像素。,2023/3/21,7,5.1.2 摄像头,真实像素和插值像素之间的区别：插值像素是指摄像头的像素原本没有那么高，但是经过软件插值处理后，获得较的高像素值。分辨率和帧数的匹配摄像头的视频捕获能力现在数字摄像头捕获画面的最大分辨率为704576，在这种分辨下至今还没有任何数字摄像头能达到30帧/秒的捕获效果，因而画面会产生跳动现象。,2023/3/21,8,5.1.2 摄像头,市场上常见的摄像头,2023/3/21,9,5.1.3多媒体投影仪,阴极射线管CRTCRT是 Cathode Ray Tube的缩写，该技术是出现最早，应用最广泛的
5、一种投影成像技术，它做为一种最成熟的投影技术，具有显示色彩丰富，色彩还原性好，分辨率高，几何失真调节能力强，可以长时间连续工作的特点,2023/3/21,10,5.1.3多媒体投影仪,液晶显示LCDLCD是Liquid Crystal Display的缩写，又称为液晶显示，是一种液晶显示投影技术。该技术利用了液晶分子的光电效应，运用电场作用让液晶分子的排列发生变化，从而导致液晶的光学特性发生改变（主要是透光率和反射率这两种变化），最后产生出不同灰度层次及多达1670百万种色彩的图像。,2023/3/21,11,5.1.3多媒体投影仪,数字光路处理器DLPDLP是Digital Light Pr
6、ocessing的缩写，又称为数字光路处理器，该技术的最大特点就是数字优势，可以大大提高图像的灰度等级，使图像噪声消失并稳定画面质量，在图像定位上也比以往精确了许多。该种技术还具有反射优势，采用反射式的DMD（Digital Micromirror Device）数字微镜器件之后，成像器件的总光效率得到了很大提高，对比度、亮度、均匀性都非常出色。,2023/3/21,12,5.1.3多媒体投影仪,反射式液晶LCOSLCOS是Liquid Crystal on silicon的缩写，又称为反射式液晶。理论上，反射式液晶投影技术可以实现更高的亮度和分辨率，并且在成本上会有明显降低。但目前为止，LC
7、OS技术还处于发展之中，相应的产品也还未能形成市场规模。,2023/3/21,13,5.1.3多媒体投影仪,投影仪的几个重要的技术参数：1.分辨率：投影仪的分辨率分为物理分辨率和压缩分辨率，决定图像清晰程度的是物理分辨率，决定投影机的适用范围的是压缩分辨率。目前市场上应用最多的为SVGA（分辨率800600）和XGA（1024768）2.亮度：是指投影仪的光输出，以光通量（光源在单位时间内向周围空间辐射出的使人眼产生感觉的能量）来表示，单位用ANSI流明来表示。,2023/3/21,14,5.1.3多媒体投影仪,3.灯泡寿命：也是重要指标之一。按照一般使用频率足够正常使用3年以上。灯泡种类有：
8、金属卤素灯,UHE灯泡,UHP高能灯。4.颜色：是指投影仪投射图像所能表现的颜色数量。24位真彩色。5.均匀度：均匀度是与亮度相关的概念。投出画面的中间亮度与周围亮度的比值。一般将中间定义为100%。,2023/3/21,15,5.1.3多媒体投影仪,6.对比度：对比度指的是投影仪投射图像中黑与白的比值，也就是从黑到白的渐变层次。7.画面尺寸：画面尺寸是指投出的画面对角线的尺寸。8.吊顶功能：为了使用方便，不少用户会将投影仪安装在天花板上。,2023/3/21,16,5.1.3多媒体投影仪,9.背投功能：也有不少用户会将投影仪安装在背透幕的后面进行投影。10.水平扫描频率：水平扫描频率又叫行频
9、。投影仪的水平扫描频率都有一个范围。11.垂直扫描频率：垂直扫描频率又叫帧频或显示图像的刷新率。,2023/3/21,17,5.2图形图像信息输入设备,5.2.1扫描仪5.2.2数码相机,2023/3/21,18,5.2.1扫描仪,扫描仪是多媒体应用系统中一个主要的输入设备，主要用于扫描文字、表格和图形图像。扫描仪的技术原理主要是把把图形图像、文字信息转成数字信息并转化成二进制形式存储于计算机中。根据扫描仪获取图像彩色信息能力，分为彩色扫描仪和黑白扫描仪。,2023/3/21,19,5.2.1扫描仪,扫描仪的工作原理扫描仪内部基本组成部件是光源、光学透镜、感光元件，模拟/数字转换器。描图像时一
10、次扫描一行，光线从物体上反射回来，通过透镜射进到感光元件。感光元件将光线转换成模拟电压信号，并且标出每个象素的灰度级，再由模拟/数字转换器将模拟电压信号转换为数字信号，每种颜色使用8、10或12位来表示，每扫描一行就得到原稿X方向一行的信息，随着Y方向的移动，通过扫描图像专用格式Twain格式保存在电脑里。,2023/3/21,20,5.2.1扫描仪,目前扫描仪所使用的感光器件有三种：光电倍增管，电荷耦合器（CCD），接触式感光器件（CIS）。光电倍增管实际上是一种电子管，感光材料主要是金属铯的氧化物及其他一些活性金属（主要是镧系金属）氧化物的搀杂物，用这种材料制成的光电阴极，在光线的照射下能
11、够发射电子，经栅极加速放大后冲击阳极，形成电流。性能好，成本高，扫描速度慢。专业滚筒式扫描仪上。,2023/3/21,21,5.2.1扫描仪,电荷耦合器（CCD）是Charge Coupled Device的缩写，称为电荷耦合器件，它是利用微电子技术制成的表面光电器件来实现光电转换的。接 触 式 感 光 器 件（CIS）是 Contact ImageSensor的缩写，又称为接触式感光元件。CIS采用一种触点式图像感光元件来进行感光，一般是硫化镉。体积小，质量轻，成本低。清晰度达不到标称指标；不能扫描立体物体，寿命短。,2023/3/21,22,5.2.1扫描仪,扫描仪接口的分类扫描仪的接口是
12、指与电脑主机的联接方式，扫描仪按接口类型分为SCSI(Small Computer System Interface)、EPP(Enhanced ParallelPort)、USB和1394等四种，目前使用较多的为USB接口。,2023/3/21,23,5.2.1扫描仪,扫描仪的分类按扫描版面大小可分为A3和A4幅面扫描仪；按扫描速度可分为高速、中速和低速；从扫描仪的历史上来说，扫描仪可以分为：手持式扫描仪、馈纸式扫描仪、平板式扫描仪、大幅面扫描仪、底片扫描仪、笔式扫描仪、条码扫描仪、实物扫描仪和3D扫描仪。,2023/3/21,24,5.2.1扫描仪,手持式扫描仪：这种扫描仪诞生于1987年
13、，是当年使用比较广泛的扫描仪品种，必须由用户手动控制。价格低廉，方便携带，但扫描精度不高，幅面不大。如图：加拿大Planon公司DocuPen 700手持扫描仪,2023/3/21,25,5.2.1扫描仪,馈纸式扫描仪：又称为小滚筒式扫描仪。工作时镜头固定，通过移动要扫描的物体来扫描。馈纸式扫描仪诞生于20世纪90年代初，近一两年中又出现了一些新型产品，这类产品体积很小，并采用内置电池供电。如图：清华紫光 F18A 馈纸式扫描仪,2023/3/21,26,5.2.1扫描仪,滚筒式扫描仪：滚筒式扫描仪主要的特点就是幅面大，尤其适合工程图纸输入领域。它通过旋转滚筒的进纸方式来工作，主要应用于专业领
14、域。使用的感光器件为光电倍增管。如图：一款A4幅面滚筒式扫描仪fi-5110EOX2,2023/3/21,27,5.2.1扫描仪,平板式扫描仪：又称为台式扫描仪，如下图所示这种扫描仪诞生于1984年，是目前市场上的主流产品。其特点是如复印机一样放在桌上使用。,2023/3/21,28,5.2.1扫描仪,大幅面扫描仪：一般指扫描幅面为A0幅面以上的扫描仪，适用于地图、建筑机械CAD、线条图和工程图纸等各类技术图纸的扫描。光学分辨率一般为200dpi或400dpi。如图：一款清华紫光大幅面扫描仪,2023/3/21,29,5.2.1扫描仪,底片扫描仪：又称胶片扫描仪。其扫描胶片效果是平板扫描仪不能
15、比拟的，主要任务就是用来扫描正片、负片和透明片，扫描幅面从135底片到46英寸甚至更大，光学分辨率最低也在1000dpi以上，一般可以达到2700dpi的水平。如图：BenQ底片扫描仪,2023/3/21,30,5.2.1扫描仪,条码扫描仪：又称为条码阅读器，主要用于条码的扫描识别，不能用来扫描文字和图像。主要应用在大型超市、图书管等部门。如图所示。,2023/3/21,31,5.2.1扫描仪,实物扫描仪：平板扫描仪也具有扫描实物的能力。结构原理类似数码相机，不过是固定结构。分辨率远远高于市场上常见的数码相机。3D扫描仪：生成的文件是能够精确描述物体三维结构的一系列坐标数据，输入3DMAX中即
16、可完整地还原出物体的3D模型。由于只记录物体的外形，因此无彩色和黑白之分。笔式扫描仪：主要用于文字识别，又称为扫描笔,2023/3/21,32,5.2.1扫描仪,扫描仪的主要技术参数：1.分辨率：也叫扫描精度。它主要是表示扫描仪对图像细节表现的能力，常用dpi来表示，即每英寸长度上扫描图像所含有像素点的个数。2.灰度级：它是表示灰度图像的亮度层次范围的指标，反映了扫描时由暗到亮层次范围的多少，具体地说就是扫描仪从纯黑到纯白之间平滑过渡的能力。,2023/3/21,33,5.2.1扫描仪,3.色彩位数：色彩位数是扫描仪对采样来的每一个像素点提供的不同通道的数字化位数的叠加值，能够反映出扫描图像的
17、色彩逼真度，色彩位数越多，图像表达越真实。4.扫描速度：即扫描一定的图像所需要的时间。每分钟100页，60-100页，20-60页。5.扫描幅面：即扫描对象的最大尺寸。A4，A3,2023/3/21,34,5.2.2数码相机,数码相机的工作原理:内部基本组成部件包括:图像传感器件(CCD或 CMOS)、模拟/数字转换器件(ADC)、数字信号处理器件(DSP)、输出接口、液晶显示器（LCD）和电子存储卡等器件。首先通过镜头接收光线，然后图像传感器件(CCD或CMOS)将所接收的光线转换成电信号，然后按照计算机的要求使用模拟/数字转换器件(ADC)进行模拟信号到数字信号的转换。接下来数字信号处理器
18、件(DSP)对数字信号进行压缩并转化为特定的图像格式，例如JPEG格式。最后，图像文件被存储到电子存储卡中。,2023/3/21,35,5.2.2数码相机,市场上常见的数码相机外形图,2023/3/21,36,5.2.2数码相机,数字相机的主要技术参数：1.像素数：所谓像素数，可以理解为在摄影元件上设置的像栅格一样的东西。而光线的颜色和强度则能够以这种栅格为单位接收到相机中。所以，栅格越细，也就是说像素越多，照片的颗粒就越细。2.分辨率：数字相机分辨率的高低决定了所拍摄影像最终所能打印出高质量画面的大小，或在计算机显示器上所能显示画面的大小。（注意两个分辨率概念：一个是CCD分辨率一个拍摄图像
19、的最高分辨率。）,2023/3/21,37,5.2.2数码相机,3.颜色深度：颜色深度又叫色彩位数，用来表示数字相机的色彩分辨能力。4.反应速度与连拍速度：按下数码相机的快门后拍摄下一张需要等待的时间和连续拍摄的速度。5.存储媒体种类及存储能力：内置存储式和可移动存储媒体6.信号的输出形式:RS-232,USB接口,视频输出口7.变焦倍率和光圈值:镜头方面，变焦倍率和光圈值最关键。对于数码相机来说，变焦倍率越大，远景拍摄就越方便。,2023/3/21,38,5.3其他多媒体设备,5.3.1打印机5.3.2触摸屏5.3.3手柄5.3.4机顶盒,2023/3/21,39,5.3.1打印机,打印机从
20、打印原理上来说大致分为针式打印机、喷墨打印机、激光打印机（包括黑白和彩色激光打印机），当然，还有一些不常接触的如热转印打印机、热蜡式打印机、热升华打印机等等。,2023/3/21,40,5.3.1打印机,1.针式打印机（DotMatrix Printer）：也称撞击式打印机，打印头是由多支金属撞针组成，撞针排列成一直行。当指定的撞针到达某个位置时，便会弹射出来，在色带上打击一下，让色素印在纸上做成其中一个色点，配合多个撞针的排列样式，便能在纸上打印出文字或图形。,2023/3/21,41,5.3.1打印机,2.喷墨打印机（InkJet Printer）：使用大量的喷嘴，将墨点喷射到纸张上。喷嘴
21、的数量越多，且墨点细小，打印的图片就越清晰。结构简单，设备体积小，可靠性好，价格便宜；工作噪音小，打印速度很高，分辨率高，图像、字迹清晰；可实现高品质彩色照片打印，彩色效果逼真。对纸张要求较高，耗材较贵。,2023/3/21,42,5.3.1打印机,3.激光打印机（LASER Printer）：利用碳粉附着在纸上而成像，其工作原理主要是利用激光打印机内的一个控制激光束的硒鼓，借着控制激光束的开启和关闭，当纸张在硒鼓间卷动时，上下起伏的激光束会在磁鼓产生带电核的图像区，此时打印机内部的碳粉会受到电荷的吸引而附着在纸上形成文字或图形。,2023/3/21,43,5.3.1打印机,打印机的基本技术特
22、性1.分辨率：单位是dpi（代表每英寸能打印多少点）。分辨率越高，代表在一定范围内像素越多，图像自然越清晰。2.打印速度：单位是ppm(代表每分钟能打几页)3.打印接口：EPP（Enhanced Parallel Port：增强型并行接口）接口，传输速率是1MB/秒。主流的接口是提供USB（Universal Serial Bus）接口，最大传输速率为12MB/秒4.噪声,2023/3/21,44,5.3.2触摸屏,触摸屏原理触摸屏系统一般包括两个部分：传感器和触摸屏控制器。基本原理是用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置以坐标形式由触摸屏控制器检测，并通过接口（如RS-
23、232串行口）送到CPU。从而确定输入的信息。,2023/3/21,45,5.3.2触摸屏,触摸屏根据探测原理和方式来分类，可分为4大类：电阻式、红外线式、电容感应式和表面声波式。1.电阻压力触摸屏：电阻压力触摸屏的屏幕表面有两层导电层，中间用隔离点隔开，原理是当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。,2023/3/21,46,5.3.2触摸屏,2.红外感应触摸屏：红外触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。红外触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一
24、一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。,2023/3/21,47,5.3.2触摸屏,3.表面声波触摸屏：利用声波发射及接收原理，在屏幕上有X、Y轴向发射器及接收器，它们实现电信号与声波之间的转换，当人体触摸屏幕的时候，通过该点的声波信号被阻挡，其波形形成一个衰减，控制器通过分析接收到的衰减信号而确认被触摸的位置。4.电容感应触摸屏：是利用人体的电流感应进行工作的。,2023/3/21,48,5.3.2触摸屏,触摸屏基本技术特性主要包括下面四个方面：连接接口；串行口RS-232或接口卡，模拟鼠标驱动程序。检测与
25、定位；反应速度，可靠性，稳定性和寿命。透明性能；透明度，色彩失真度，反光性和清晰度。绝对坐标系统。漂移,2023/3/21,49,5.3.3手柄,电脑手柄是电脑游戏必不可少的设备之一。大多数情况下，手柄可以按照其形状和针对游戏的不同进行下面的分类：普通手柄，也就是标准手柄。飞行游戏手柄。这类手柄特点就是让用户充分体验飞行员的快感，外型也大都如飞机的操纵杆。赛车类手柄。这种手柄外型如同汽车的驾驶系统。一个方向盘上设计着几个用于切换视角和鸣笛的按钮，而在方向盘的下面又安装了一部可以挂档的杆，部分产品还会另外配备一套脚踏板，用来模拟油门和刹车。,2023/3/21,50,5.3.4 机顶盒,数字机顶
26、盒（STB，Set-Top-Box）是交互式电视系统中不可缺少的重要组成部分，它是普通电视与宽带传输之间的桥梁，通过它用户可在普通电视上收看高清晰度图像以及进行视频点播（VOD，Video On Demand）、家庭购物等服务。因此，设计性能卓越、功能完备的数字机顶盒对发展交互式电视具有重大意义。数字机顶盒是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，通过对数字化压缩的图像声音信号进行解码还原，产生模拟视频和声音信号，以提供给观众高质量的电视节目。,2023/3/21,51,5.3.4 机顶盒,数字机顶盒由四大子系统组成：1.控制子系统：控制系统或系统微处理器是数字机顶盒的核心，它由 CPU、
27、ROM、RAM组成。2.信号处理子系统：由单片或多片专用芯片组成。3.网络接口子系统：用来实现与视频服务器的全双工通信，针对不同的接入网，采用相应的接口。4.用户接口及扩展接口子系统：与红外遥控器、面板、游戏控制器等外设进行通信。事实上，一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成。,2023/3/21,52,5.3.4 机顶盒,数字机顶盒实现功能：数字机顶盒的基本功能是接收和解码数字电视广播。此外，围绕数字机顶盒的数字视频、数字信息与交互式应用三大核心功能开发了多种增值业务，包括：电子节目指南EPG(Electronic Program Guide)高速数据广播软件在线升级因特网接入和电子邮
28、件有条件接收，其核心是加扰和加密。,2023/3/21,53,5.4 多媒体存储设备,5.4.1磁存储系统5.4.2光存储系统5.4.3闪存(Flash Memory),2023/3/21,54,5.4.1 磁存储系统,硬盘也称为温盘，主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。硬盘的工作原理：利用特定的磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据，写的操作正好与此相反。,！,2023/3/21,55,5.4.1 磁存储系统,2023/3/21,56,5.4
29、.1 磁存储系统,硬盘的性能指标主要包括：转速：以每分钟多少转来衡量硬盘的转速，单位是RPM（Round Per Minute或者Revolution Per Minute）。容量：硬盘上信息的存储是以圆的形式存在的，每一个圆就是一个磁道，半径方向单位长度内的磁道数目称为道密度Dt，而沿圆周单位长度上的信息比特数称为位密度Db，面密度Da为道密度与位密度的乘积，即Da=Dt Db，Da越大表明一个盘片上能存储的信息量就越大。,2023/3/21,57,5.4.1 磁存储系统,平均寻道时间：指的是磁头到达目标数据所在磁道的平均时间，它直接影响硬盘的随机数据传输速度。最主要的决定因素是磁头动力臂的
30、运行速度。缓存：硬盘内部的高速存储器。缓存容量越大就可以容纳越多预读数据。系统等待时间被缩短。传输速度（transfer rate）：分为内传输速度与外传输速度，内传输速度是从硬盘到缓存的传输速度，外传输速度是从缓存到通信接口的传输速度。硬盘接口：硬盘根据接口的不同可以分成IDE硬盘和SCSI硬盘。,2023/3/21,58,5.4.1 磁存储系统,硬盘一般都是在主机内部固定，除此之外还有活动硬盘，按其不同的连接方式分为两大类：机架内置式活动硬盘：内置于机箱的5英寸机架上，运转电力由机箱电源提供。,2023/3/21,59,5.4.1 磁存储系统,外置式活动硬盘：外置于机箱之外，由外接DC电源
31、供电，通过USB或1394火线接口与计算机连接。,2023/3/21,60,5.4.2 光存储系统,光存储技术光存储技术的产品化形式是由光盘驱动器和光盘片组成的光盘驱动系统。驱动器读写头是用半导体激光器和光路系统组成的光头，记录介质采用磁光材料。,2023/3/21,61,5.4.2 光存储系统,光存储技术原理 改变一个存储单元的性质，使其性质的变化反映出被存储的数据；识别这种性质的变化，就可以读出存储数据。光存储单元的性质，例如反射率、反射光极化方向等均可以改变，它们对应着存储二进制数据0(不变)1(改变)，光电检测器能够通过检测出光强和光极性的变化来识别信息。高能量激光束可以聚焦成约1微米
32、的光斑，因此光存储技术比其他存储技术有更高的容量。,2023/3/21,62,5.4.2 光存储系统,光盘系统的特点与硬盘相比，具有可拆卸性；容量相当；驱动器较贵，但盘片便宜；读写速度慢。与磁带相比，具有容量大、随机存取性强的优点。激光头与介质无接触，不受环境影响而退磁，信息保存时间长，可达30年以上。,2023/3/21,63,5.4.2 光存储系统,光盘系统技术指标容量 光盘盘片的容量平均存取时间 在光盘上找到需要读写信息的位置所需时间数据传输率接口标准及格式规范等,2023/3/21,64,5.4.2 光存储系统,存储容量指它所能读写的光盘盘片的容量。光盘容量又分为格式化容量和用户容量，
33、采用不同的格式和不同驱动器，光盘格式化后容量不同。一般用户容量比格式化容量要少，因为光盘还需要存放有关控制、校验等信息。,2023/3/21,65,5.4.2 光存储系统,平均存取时间是在光盘上找到需要读写的信息的位置所需要的时间。指从计算机向光盘驱动器发出命令，到光盘驱动器可以接受读写命令为止的时间。一般取光头沿半径移动全程1/3长度所需要的时间为平均寻道时间，盘片旋转一周的一半时间为平均等待时间，两者加上读写光头稳定时间就是平均存取时间。,2023/3/21,66,5.4.2 光存储系统,数据传输率有多种定义方式：一种是指从光盘驱动器送出的数据率，可以定义为单位时间内光盘的光道上传送的数据
34、比特数，这与光盘转速、存储密度有关。另一种定义是指控制器与主机间的传输率，它与接口规范、控制器内的缓冲器大小有关。,2023/3/21,67,5.4.2 光存储系统,光盘的分类CD-ROM只读光盘WORM一次写多次读光盘Rewritable可重写光盘,2023/3/21,68,5.4.2 光存储系统,CD-ROM最常用的光盘系统，直径约12cm，因为它容量大，约650MB，价格便宜，市场上颇受用户的欢迎。CD-ROM光盘是由母盘压模制成的，一旦复制成形，永久不变，用户只能读出信息。CD-ROM采用激光调制方式记录信息，将信息以凹坑和凸区的形式记录在螺旋形光道上。,2023/3/21,69,5.
35、4.2 光存储系统,WORM一次写多次读光盘WORM光盘在使用前首先要进行格式化，形成格式化信息区和逻辑目录区，利用激光照射介质，使介质变异，利用激光不同的变化，使其产生一连串排列的“点”，从而完成写的过程。引入文件分配表的概念，在光盘的根目录下面是用户定义的逻辑目录，逻辑目录对应文件管理区。在逻辑目录建立同时，用户可以根据需要，对其中重要数据进行加密。一旦写入就不能再更改。,2023/3/21,70,5.4.2 光存储系统,Rewritable可重写光盘可重写光盘或称可擦写光盘是最理想的光盘类型，也是最有应用前途的光盘类型。它像硬盘一样可读写，利用浮动磁光头在磁光盘上进行磁场调制，可进行高速
36、重写磁光记录。,2023/3/21,71,5.4.2 光存储系统,只读光盘读原理只读光盘上的信息是沿着盘面螺旋形状的信息轨道以凹坑和凸区的形式记录的。它既可以记录模拟信息(如Laser Vision系统)，也可以记录数字信号(如CD-DA)。,2023/3/21,72,5.4.2 光存储系统,在螺旋形光道上以凹坑和凸区表示的信息,2023/3/21,73,5.4.2 光存储系统,只读光盘工作原理,2023/3/21,74,5.4.2 光存储系统,在光盘上记录模拟信息模拟信号先进行频率调制(FM)，声音信号加在经过频率调制的视频信号上，所得到的综合信号经过双向限幅，再转换成光盘上长度不等的凹坑和
37、凸区，边缘之间的长度反映了视频信号频率的高低和声音信号的频率和幅度。,2023/3/21,75,5.4.2 光存储系统,在光盘上写/读数字信息光道上凹坑或凸区的长度是0.3微米的整数倍。凹凸交界的正负跳变沿均代表数字“1”，两个边缘之间代表数字“0”，“0”的个数是边缘之间长度决定的。通过光学探测仪器产生光电检测信号，从而读出“0”、“1”数据。数字信号记录的优点是抗干扰能力强，由于盘片损坏或变脏而造成的读出错误也容易得到纠正。,2023/3/21,76,5.4.2 光存储系统,光盘盘片结构，CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW通称光盘盘片结构，原理较类似。光盘盘片结构
38、主要由印刷层、保护层、反射层、染料层和塑料基底组成。,2023/3/21,77,5.4.2 光存储系统,光盘数据记录格式及其容量计算：光盘是以连续的螺旋形轨道来存放数据的，螺旋轨道由里向外被划分为许多长度相等的块，每个块的容量大小相同，存放有纠错编码的数据时容量为2048B，不带纠错编码的数据时容量为2352B。光盘上的数据块如下图所示通常又被划分为4个部分：同步字段（12B）、标题字段（4B）、用户数据段（2048B）和辅助数据段（288B）组成。,2023/3/21,78,5.4.2 光存储系统,其中同步字段主要功能是使信息同步；标题字段主要指出本数据块的编号和工作模式；辅助数据段根据工作
39、模式的不同放的内容不同，模式为1放的是纠错编码，用户数据就为2048B，模式为2时放的是用户数据，这时用户数据增大为2048B288B2036B。,2023/3/21,79,5.4.2 光存储系统,数据块的编号以分/秒/帧方式，1个扇区为1块，75块为1秒，60秒为1分。如光道中第10000个块的地址为2分13秒25段，也就是光道地址。通常情况下，几种光盘的块容量如下表：,2023/3/21,80,5.4.2 光存储系统,光盘数据存储量如何计算：光盘数据存储量=光盘扇区数*每扇区数据存储量光盘扇区数=光盘存储音乐的时间*单位时间内播放的扇区数，单位时间内播放的扇区数=75块/秒例：一张数据光盘
40、CD-ROM，它的模式为 1，安全容量=60分*60秒/分*75扇区/秒*2048字节=527MB 最大容量=74分*60秒/分*75扇区/秒*2048字节=650MB,？,2023/3/21,81,5.4.2 光存储系统,CDROM标准,2023/3/21,82,5.4.2 光存储系统,可重写光盘的擦写原理光盘记录方式可分为两大类：1.磁光式 2.相变式,2023/3/21,83,5.4.2 光存储系统,磁光式擦写原理 当前国际上较流行的是磁光式，该盘普遍采用玻璃盘基上再加四层膜结构组成，它是以稀土过渡金属非晶体垂直磁化膜作为记录介质光学膜和保护膜的多层夹心结构。两种磁光写操作方法 1.居里
41、点记录(稀土铁合金膜介质)2.补偿点记录(稀土钴合金膜介质),2023/3/21,84,5.4.2 光存储系统,磁光写的过程用激光照射光盘垂直膜面磁化方向上的磁化物质，并对其垂直磁化。利用磁性物质居里点热磁效应，在某一方向饱和式磁化，用激光对需要存储信息“1”的单元区域加热，使其温度超过居里点，失去磁性。在盘的另一面上施加一个外磁场，使被照单元反向磁化，这样该单元磁化方向与其他未照射单元方向相反，从而生产一个信息存储状态“1”，而其他未经照射单元相当于存储信息“0”。信息擦去过程与写过程刚好相反，即恢复原来的磁化方向。,2023/3/21,85,5.4.2 光存储系统,相变式擦写原理利用记录介
42、质的两个稳态之间的互逆相结构的变化来实现信息的记录和擦除。两种稳态是反射率高的晶态和反射率低的非晶态(玻璃态)。写过程是把记录介质的信息点从晶态转变为非晶态。擦过程是写过程的逆过程，即把激光束照射的信息点从非晶态恢复到晶态。,2023/3/21,86,5.4.2 光存储系统,DVD光盘MPEG-2的视频质量是广播级质量，为解决其MPEG-2数据存储问题，研制了DVD并于1995年完成标准化方案。DVD盘片尺寸与CD相同，容量最高的双层双面盘可达17GB。单面单层DVD盘能够存储4.7GB的数据，存储133分钟的MPEG-2视频，其分辨率与现在电视相同，并配备Dolby AC-3/MPEG-2音
43、频质量的声音和不同语言的字幕。,2023/3/21,87,5.4.2 光存储系统,表3.1 DVD系列标准与CD系列标准,2023/3/21,88,5.4.2 光存储系统,从外观和尺寸上看，DVD盘和CD-ROM盘没什么差别，直径均为120mm，厚度为1.2mm；新的DVD播放机能够播放已有的CD激光唱片和VCD。不同点：DVD光道之间的间距由原来的1.6m缩小到0.74m，而记录信息的最小凹坑凸区长度由原来的0.83m缩小到0.4m，这是DVD盘存储容量提高到4.7GB的主要原因。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合高密度的需要，它采用效率较高的8比特到16比特+(EFM
44、 PLUS)调制方式，DVD校验系统采用更可靠的RS-PC(Reed Solomon Product Code)。DVD播放机也采用波长更短(由780nm减小至635/650nm)的激光源来提高聚焦激光束的精度。,2023/3/21,89,5.4.3 闪存Flash RAM,闪存盘是目前常用的移动存储设备，可用于存储任何格式数据文件和在电脑间方便地交换数据。闪存盘采用闪存存储介质（Flash Memory）和通用串行总线（USB）接口，具有轻巧精致、使用方便、便于携带、容量较大、安全可靠、等特征。容量上，闪存盘的容量从16MB到2GB可选。读写速度上，闪存盘采用USB接口，读写速度比软盘高许多。稳定性上，闪存盘没有机械读写装置，避免了移动硬盘容易碰伤、跌落等原因造成的损坏。,2023/3/21,90,5.4.3 闪存Flash RAM,闪存Flash RAM,
