8多媒體的存儲(chǔ)

1、4光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)1光記錄是20世紀(jì)70年代的重大發(fā)明，是80年代世界上的重大技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，是90年代得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)。 本章將從CD到DVD的發(fā)展過(guò)程中所采用的一些技術(shù)作一個(gè)介紹。 24.1 CD簡(jiǎn)歷 4.1.1 CD工業(yè)史上的幾件大事20世紀(jì)70年代初期，荷蘭飛利浦(Philips)公司, 1978年正式投放市場(chǎng)并命名為L(zhǎng)V(Laser Vision)的光盤(pán)播放機(jī)。 Philips公司和Sony公司終于在1982年成功地把這種記錄有數(shù)字聲音的盤(pán)推向了市場(chǎng) 。由于這種塑料金屬圓盤(pán)很小巧，所以用了英文Compact Disc來(lái)命名，這種盤(pán)又稱為數(shù)字激光唱盤(pán)(Compact Disc-Digita

2、l Audio，CD-DA)盤(pán)。 3從CD-DA過(guò)渡到CD-ROM有兩個(gè)重要問(wèn)題需要解決： 計(jì)算機(jī)如何尋找盤(pán)上的數(shù)據(jù)把CD盤(pán)作為計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器使用時(shí)，要求它的錯(cuò)誤率(10-12)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲音數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤率(10-9) 44.1.2 CD系列產(chǎn)品5CD-DA 存放數(shù)字化的音樂(lè)節(jié)目CD-G 存放靜止圖像和音樂(lè)節(jié)目 CD-V 存放模擬的電視圖像和數(shù)字化的聲音 CD-ROM 存放數(shù)字化的文、圖、聲、象等 CD-I 存放數(shù)字化的文、圖、聲、象(靜止的)、動(dòng)畫(huà)等 CD-I FMV 存放數(shù)字化的電影、電視等節(jié)目 卡拉OK CD 存放數(shù)字化的卡拉OK節(jié)目 Video CD 存放數(shù)字化的電影、電視等節(jié)目 Phot

3、o-CD 存放的主要是照片、藝術(shù)品 6標(biāo)準(zhǔn)名稱盤(pán)的名稱應(yīng)用目的播放時(shí)間顯示的圖像Red Book(紅皮書(shū))CD-DA存儲(chǔ)音樂(lè)節(jié)目74分鐘Yellow Book(黃皮書(shū))CD-ROM存儲(chǔ)文圖聲象等多媒體節(jié)目存儲(chǔ)650 MB的數(shù)據(jù)動(dòng)畫(huà)、靜態(tài)圖像、動(dòng)圖像Green Book(綠皮書(shū))CD-I存儲(chǔ)文圖聲象等多媒體節(jié)目存儲(chǔ)多達(dá)760 MB的數(shù)據(jù)動(dòng)畫(huà)、靜態(tài)圖像Orange Book(橙皮書(shū))CD-R讀/寫(xiě)入文圖聲象等多媒體節(jié)目White Book(白皮書(shū))Video CD存儲(chǔ)影視節(jié)目70分鐘MPEG-1數(shù)字影視(MPEG-1)質(zhì)量Red Book (紅皮書(shū)+)CD-Video存儲(chǔ)模擬電視數(shù)字聲音56分鐘電

4、視20分鐘聲音模擬電視圖像數(shù)字聲音CD-BridgePhoto CD存儲(chǔ)照片靜態(tài)圖像Blue Book (藍(lán)皮書(shū))LD(LaserDisc)存儲(chǔ)影視節(jié)目200分鐘模擬電視圖像74.2 CD的工作原理 4.2.1 CD盤(pán)片結(jié)構(gòu)CD盤(pán)主要由保護(hù)層、反射激光的鋁反射層、刻槽和聚碳脂襯墊組成，如圖所示。 8CD盤(pán)的外徑為120 mm，重量為14克18克。激光唱盤(pán)分3個(gè)區(qū)：導(dǎo)入?yún)^(qū)、導(dǎo)出區(qū)和聲音數(shù)據(jù)記錄區(qū)，如圖9-3所示。 94.2.2 CD盤(pán)的光道結(jié)構(gòu)恒定角速度(CAV)和恒定線速度(CLV) 軟磁盤(pán)存放數(shù)據(jù)的磁道是同心環(huán)，磁盤(pán)片轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是恒定的采用同心環(huán)磁道的好處之一是控制簡(jiǎn)單，便于隨機(jī)存取。10

5、CD盤(pán)光道的結(jié)構(gòu)是螺旋型光道，CD唱盤(pán)的光道長(zhǎng)度大約為5公里。它的線速度是恒定的，就是光盤(pán)的光學(xué)讀出頭相對(duì)于盤(pán)片運(yùn)動(dòng)的線速度是恒定的。由于采用了恒定線速度，所以內(nèi)外光道的記錄密度(比特?cái)?shù)/每英寸)可以做到一樣，這樣盤(pán)片就得到充分利用，可以達(dá)到它應(yīng)有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，但隨機(jī)存儲(chǔ)特性變得較差，控制也比較復(fù)雜。 114.2.3 數(shù)據(jù)是怎樣寫(xiě)入到CD盤(pán)上的激光唱盤(pán)利用在盤(pán)上壓制凹坑的機(jī)械辦法，利用凹坑的邊緣來(lái)記錄“1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分記錄“0”，使用激光來(lái)讀出。 CD盤(pán)上的數(shù)據(jù)是用壓模(stamper)沖壓而成的，而壓模是用原版盤(pán)(master disc)制成的。 12圖9-5 原版盤(pán)制作示意

6、圖 134.2.4 數(shù)據(jù)是怎樣從CD盤(pán)讀出的CD盤(pán)上的數(shù)據(jù)要用CD驅(qū)動(dòng)器來(lái)閱讀。CD驅(qū)動(dòng)器由光學(xué)讀出頭、光學(xué)讀出頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、CD盤(pán)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制線路以及處理光學(xué)讀出頭讀出信號(hào)的電子線路等組成。 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，凹坑和非凹的長(zhǎng)度代表的個(gè)數(shù)。 14圖9-7 CD盤(pán)的讀出原理 154.3 CD-Audio 4.3.1 采用頻率和樣本大小選用了44 100 Hz作為激光唱盤(pán)聲音的采樣標(biāo)準(zhǔn)。 激光唱盤(pán)音樂(lè)信號(hào)的樣本位數(shù)是16。 在激光唱盤(pán)上1秒鐘的聲音需要占據(jù)的存儲(chǔ)空間為：1秒44 100樣本/秒2字節(jié)/樣本2(左右兩個(gè)通道) = 176.4 千字節(jié) 164.3.

7、2 聲道數(shù)錄音機(jī)、調(diào)頻廣播、錄象機(jī)、甚至連數(shù)字激光唱盤(pán)都采樣兩個(gè)聲道的規(guī)格。 MPEG-2數(shù)字影視標(biāo)準(zhǔn)和杜比AC-3都采用51個(gè)聲音通道，即左、中、右3個(gè)主聲道，左后、右后兩個(gè)環(huán)場(chǎng)聲道，以及一個(gè)次低音聲道。 174.3.3 聲音數(shù)據(jù)的通道編碼采用通道編碼的目的主要是兩個(gè)，一是為了改善信號(hào)質(zhì)量，使得讀出信號(hào)的頻帶變窄。其次是為了在接收端能夠從信號(hào)本身提取自同步信號(hào)。激光唱盤(pán)使用的通道編碼叫做8到14比特調(diào)制編碼(eight to fourteen modulation，EFM)。這種編碼的含義就是把一個(gè)8個(gè)比特(即1個(gè)字節(jié))的數(shù)據(jù)用14比特來(lái)表示。 181.為什么要做通道編碼在數(shù)字記錄中要做通道

8、編碼的主要原因有兩個(gè)，一是為了改善讀出信號(hào)的質(zhì)量，二是為了在記錄信號(hào)中提取同步信號(hào)。通道編碼實(shí)際上就是要在連續(xù)的“0”插入若干個(gè)“1”，而在連續(xù)的“1”之間插入若干個(gè)“0”，并對(duì)“0”和“1”的連續(xù)長(zhǎng)度數(shù)目即“行游程長(zhǎng)度”加以限制。 192.為什么要把8位數(shù)轉(zhuǎn)換成14位數(shù)根據(jù)70年代的技術(shù)水平，把“0”的游程長(zhǎng)度最短限制在2個(gè)，而最長(zhǎng)限制在10，光盤(pán)上的信號(hào)就能夠可靠讀出。 2個(gè)“1”之間至少要有2個(gè)“0”最多不超過(guò)10個(gè)“0”。 204.3.4 CD盤(pán)如何批量生產(chǎn)激光唱盤(pán)(CD-DA)、數(shù)字激光視盤(pán)(V-CD)和CD-ROM的制作過(guò)程都相同，大致分成三個(gè)階段。 原版盤(pán)預(yù)制作(Premaste

9、ring)，或者稱為母盤(pán)預(yù)制作。 原版盤(pán)制作(Mastering)，或者稱為母盤(pán)制作。 大批量復(fù)制。 21224.4 DVD簡(jiǎn)介 DVD原名是Digital Video Disc的縮寫(xiě)，意思是“數(shù)字電視光盤(pán)(系統(tǒng))”，這是為了與Video CD相區(qū)別。 實(shí)際上DVD的應(yīng)用不僅僅是用來(lái)存放電視節(jié)目，它同樣可以用來(lái)存儲(chǔ)其他類型的數(shù)據(jù)，因此又把Digital Video Disc更改為Digital Versatile Disc，縮寫(xiě)仍然是DVD。23MPEG-2的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，為了解決MPEG-2 Video節(jié)目的存儲(chǔ)問(wèn)題，就促成了DVD的問(wèn)世。最終的單面單層DVD盤(pán)片應(yīng)該能夠存儲(chǔ)4.7 GB

10、(千兆字節(jié))的數(shù)據(jù)，單面雙層盤(pán)片的容量為8.5 GB；單面單層盤(pán)存儲(chǔ)133分鐘的MPEG-2 Video，其分辨率與現(xiàn)在的電視相同，并配備Dolby AC-3/MPEG-2 Audio質(zhì)量的聲音和不同語(yǔ)言的字幕。 AC-3是Audio Code Number 3的縮寫(xiě)。24DVD的特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量比現(xiàn)在的CD盤(pán)大得多，最高可達(dá)到17 GB。一片DVD盤(pán)的容量相當(dāng)于現(xiàn)在的25片CD-ROM(650 MB)，而DVD盤(pán)的尺寸與CD相同。254.5 DVD的規(guī)格 表4-3 DVD和CD系列 DVD(Digital Versatile Disc)CD(Compact Disc)Book A: DVD-R

11、OMCD-ROMBook B: DVD-VideoVideo CDBook C: DVD-AudioCD-AudioBook D: DVD-RecordableCD-RBook E: DVD-RAMCD-MO26表4-4 DVD的存儲(chǔ)容量 DVD盤(pán)的類型存儲(chǔ)容量(GB)MPEG-2 Video的播放時(shí)間(分鐘)單面單層(只讀)4.7133單面雙層(只讀)8.5240單層雙面(只讀)9.4266雙層,雙面(只讀)17單層雙面(DVD-R)6.6215單層雙面(DVD-RAM)5.214727表4-5 電視圖像規(guī)格 技術(shù)內(nèi)容技術(shù)規(guī)格數(shù)據(jù)傳輸率可變速率，平均速率為4.69 Mb/s(最大速率為10.

12、7 Mb/s)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)聲音標(biāo)準(zhǔn)NTSC：Dolby AC-3或LPCM, 可選用MPEG-2 AudioPAL： MPEG MUSICAM* 5.1或LPCM, 可選用Dolby AC-3通道數(shù)多達(dá)8個(gè)聲音通道和32個(gè)字幕通道284.6 DVD的存儲(chǔ)容量是怎樣提高的 一片DVD盤(pán)要能夠存儲(chǔ)多達(dá)17 GB的信息，需要采用許多新的技術(shù)。DVD所采用和將要采用的技術(shù)歸納在表9-6。 29DVDCD容量增益盤(pán)片直徑120 mm120 mm盤(pán)片厚度0.6 mm /面1.2 mm /面減小激光波長(zhǎng)635/650 nm780 nm4.486 =加大N.A.(數(shù)值孔徑)0.60.45(1.

13、6*0.83)/減小光道間距0.74 m1.6 m(0.74*0.40)減小最小凹凸坑長(zhǎng)度0.4 m0.83 m減小糾錯(cuò)碼的長(zhǎng)度RSPCCIRC修改信號(hào)調(diào)制方式8-168-14 加 31.0625 = 17/16加大盤(pán)片表面的利用率86.6平方厘米86 平方厘米1.019 = 86.6/86減小每個(gè)扇區(qū)字節(jié)數(shù)2048/2060字節(jié)/扇區(qū)2048/2352字節(jié)/扇區(qū)1.142 = 2352/206030不同的是DVD盤(pán)光道之間的間距由原來(lái)的1.6m縮小到0.74m，而記錄信息的最小凹凸坑長(zhǎng)度由原來(lái)的0.83m縮小到0.4m 31DVD盤(pán)的記錄區(qū)域從CD盤(pán)的86 cm2提高到86.6 cm2，如圖9-12所示，這樣記錄容量也就提高了1.9%。 32提高DVD存儲(chǔ)容量的另一個(gè)重要措施是使用盤(pán)片的兩個(gè)面來(lái)記錄數(shù)據(jù)，以及在一個(gè)面上制作好幾個(gè)記錄層 單面單層光盤(pán)單面雙層光盤(pán) 33DVD信號(hào)的調(diào)制方式和錯(cuò)誤校