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1、第12章 光盘存储器,2,光盘存储器,第12章 光盘存储器目录,12.1 CD光盘12.1.1 CD工业史上的大事12.1.2 CD盘的结构12.1.3 数据是怎样写入到CD盘上的12.1.4 数据是怎样从CD盘读出的12.1.5 CD激光唱盘标准摘要12.2 CD-Audio12.2.1 采样频率和样本大小12.2.2 声道数12.2.3 声音数据的通道编码12.2.4 CD盘如何批量生产,12.3 DVD光盘12.3.1 DVD光盘是什么12.3.2 DVD的规格12.3.3 DVD的存储容量是怎样提高的12.4 VCD与DVD播放机12.4.1 VCD简介12.4.2 VCD播放机的基本
2、结构12.4.3 DVD播放机的基本结构12.5 HD DVD与BD光盘12.5.1 HD DVD与BD光盘是什么12.5.2 HD DVD与BD技术规范,3,光盘存储器,12.1 CD光盘,1、模拟光盘系统的诞生20世纪70年代初期，荷兰飞利浦(Philips)公司的研究人员开始研究利用激光来记录和重放信息1972年9月向全世界展示了长时间播放电视节目的光盘系统，这就是1978年正式投放市场并命名为LV的光盘播放机,如何记录0、1如何提高记录密度,12.1.1 CD工业史上的大事,4,光盘存储器,12.1 CD光盘(续1),2、数字激光唱盘的诞生大约从1978年开始，研究人员把声音信号变成用
3、“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用Compact Disc命名，还为这种光盘制定了标准，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 Disc-Digital Audio，CD-DA)盘,5,光盘存储器,12.1 CD光盘(续2),3、CD-ROM的诞生 作为计算机的存储设备，要解决两个重要问题：地址问题：计算机如何寻找盘上的数据，即如何划分盘上的地址。记录歌曲时是按一首歌作单位，一片盘也就记录20首左右的歌曲，每首歌平均占用30 MB左右的空间。存储一个文件不一定都要那么大的存储空间，因此需在CD盘上写入很多的
4、地址编号误码率：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技术不能满足这一要求，因此还要采用错误校正技术,1984年Sony和Philips发布了CD-ROM物理格式标准，称为黄皮书(Yellow Book)标准,6,光盘存储器,12.1 CD光盘(续3),4、CD系列产品自1981年激光唱盘上市以后，开发了一系列CD产品,CD-G(Graphics),CD-G(Video),CD-I FMV(Full Motion Video),CD-I(Interactive),1.CD-DA 存放数字化的音乐节目2CD-G 存放静止图像和音乐节目3CD-V
5、 存放模拟的电视图像和数字化的声音4CD-ROM 存放数字化的文、图、声、象等5CD-I 存放数字化的文、图、声、象(静止的)、动画等6CD-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8Video CD 存放数字化的电影、电视等节目,7,光盘存储器,8,光盘存储器,12.1 CD光盘(续4),12.1.2 CD盘的结构 1、盘片结构,两种反射层：1、铝反射层：银白色 称为“银盘”，只读2、金反射层：金色 称为“金盘”，可刻录,激光唱盘分为3个区：导入、导出和声音数据记录区,9,光盘存储器,12.1 CD光盘(续5),2、光道结构,CD盘的光道结构与磁盘磁
6、道的结构比较,10,光盘存储器,12.1 CD光盘(续6),12.1.3-4 数据是怎样写入和读出的 数据记录原理：1、磁光盘-利用磁的记忆特性，借助激光来写入和读出数据2、利用激光特殊材料在加热前后的反射率不同记忆1和03、盘上压制凹坑的机械办法记录数据,凹坑的边缘记录的是1凹坑和非凹坑的平坦部分记录的是0 凹坑的前沿和后沿代表1 凹坑和非凹坑的长度代表0的个数,11,光盘存储器,12.1 CD光盘(续7),图12-4 原版盘制作示意图,图12-6 CD盘的读出原理,读出数据时：激光束在凹坑部分反射强度弱 在非凹坑部分反射强度强光强度有跳变时-信号有变化,12,光盘存储器,12.2 CD-A
7、udio,12.2.1 采用频率和样本大小1、采样频率为44 100 Hz感知声音信号的频率范围为2020000 Hz对频率高于20000 Hz的信号进行滤波。考虑到滤波器在20000Hz处约有10%的衰减，故用22000Hz的2倍作为采样频率考虑与电视信号场扫描频率同步以避免相互干扰，PAL电视的场扫为50Hz，NTSC为60Hz，取50和60的整数倍，选用44100 Hz2、样本精度为16位样本位数表示信号的动态范围。一位(bit)的动态范围约为20lg2 6.02 dB，16位能够表达的动态范围大于96 dB3、在激光唱盘上1秒钟的声音需要占据的存储空间为,1秒 44 100样本/秒 1
8、6位 2(双声道)=1.4112Mbps,13,光盘存储器,12.2 CD-Audio(续1),12.2.2 声道数立体声 早期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个声道的模拟信号 这就使后来的录音机、调频广播、录像机、甚至连数字激光唱盘都采用两个声道的规格环绕声有多个声道 声音转换成数字信号后，计算机很容易处理，如压缩、偏移(Pan)、环绕音响效果(surround sound)等，更多的声音通道和更逼真的音响效果已经出现,14,光盘存储器,12.2 CD-Audio(续2),12.2.3 声音数据的通道编码将用户数据转换成适合存储或传输媒体的代码的过程1.为什么要做
9、通道编码(1)从信号本身提取自同步信号 例如，有要记录连续多个字节的全“0”或全“1”信号，如不做通道编码就记录到盘上，读出的信号是一条直线，电子线路就很难区分有多少个“0”或“1”(2)改善信号质量使读出信号的频带变窄例如，对于没有规律的数字信号，读出时的信号幅度和频率的变化范围都很大，电子线路就很难把“0”和“1”区分开,通道编码的本质：在连续“0”(或“1”)之间插入若干个“1”(或“0”)对“0”和“1”的连续长度数目即“行游程长度”加以限制凡在物理设备上存储或传输的数字信号都要通道编码,15,光盘存储器,12.2 CD-Audio(续3),2、为什么要把-1个字节（8位）的数据用14
10、/17位表示 以前的技术：把“0”的游程长度最短为2个而最长不超过10个，光盘上的信号就能够可靠读出从8位到14位从14位到17位书P204,图12-8 激光唱盘上声音数据编码的过程,16,光盘存储器,12.2 CD-Audio(续4),12.2.4 CD盘如何批量生产1.母盘预制作将数据转换成相应的编码 2.母盘制作通道编码：把符合CD-DA或VCD格式的数据经过EFM编码器编码，再附加3位用来改善读/写信号的质量，于是8位并行数据就转换成物理通道上的17位串行数据 光刻：如数据“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
11、曝光区和非曝光区。,17,光盘存储器,12.2 CD-Audio(续5),化学处理：盘上曝了光的区域被腐蚀后形成凹坑，没有曝光的区域就被保留下来，“0”和“1”信号就以凹坑和非凹坑的形式记录在螺旋形光道上 电镀：金属原版盘，称为父盘父盘=母盘=子盘（即压模）大批量复制,图12-10 原版盘VCD的整个制作过程,18,光盘存储器,12.3 DVD光盘,12.3.1 DVD光盘是什么Digital Video Disc的缩写,19,光盘存储器,12.3 DVD光盘(续),1.使用波长较短的激光是提高容量的关键,图12-11 DVD盘和CD盘之间的差别,12.3.3 DVD的存储容量是怎样提高,CD
12、采用波长为780 nm的红外光。DVD采用波长为635/650 nm的激光源,光道间距和凹凸坑的长度和宽度做得更小，总的容量可提高到4.486倍,1、光道比较密集-比较长2、凹凸坑长度变小,20,光盘存储器,12.3 DVD光盘(续6),加大光盘的数据记录区域。DVD盘的记录区域从CD盘的86 cm2提高到86.6 cm2，见图12-12。总容量提高了1.9%,图12-12 增加记录面积,2.加大光盘的记录区域,CD：116-50cmDVD：116-48cm,3.使用双面和多层记录 书P209,4.改进调制和纠错方法,提高接受盘片反射光的能力，加大了光学读出头的数值孔径,21,光盘存储器,12
13、.4 VCD与DVD播放机,数字电视存放在盘片物理格式：规定数据如何放在光盘上，包括物理扇区地址、数据类型、数据块大小、错误检测和校正码等逻辑格式：又称为文件格式，规定文件在盘上的排列和组织，包括文件的目录结构、文件大小以及所需盘片数目等事项,VCD、DVD播放系统,1、软件播放器2、VCD、DVD播放机+电视机,22,光盘存储器,VCD、DVD播放机基本结构,1、驱动器（加载器）-读盘、以恒定线速度读取2、数字信号处理器将脉冲信号转换解码器使用数据3、MPEG解码器分解数字声音和视像数据、产生电视信号给电视机、声音给立体声设备（DVD还有附属图形处理）-选择观看的缩小图示4、微控制器操作、显示遥控器命令等,23,光盘存储器,12.5 HD DVD与BD光盘(续2),HD DVD与BD技术规范 high definition DVD高清晰度DVD blue-ray DISC-蓝波盘,容量达到数十GB的关键：采用波长较短的蓝紫色激光和加大了数值孔径,24,光盘存储器,12.5 HD DVD与BD光盘(续1),图12-17 CD，DVD，HD DVD和BD盘的主要异同点,25,光盘存储器,12.5 HD DVD与BD光盘(续3),表12-7 BD与HD DVD的性能比较,
