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1、第11章 只读光盘存储器CDROM简介CDCD概述概述 19721972年年9 9月，月，PhilipsPhilips公司推出播放电视节目的光公司推出播放电视节目的光盘系统，并于盘系统，并于19781978年投放市场（年投放市场（LVLV，模拟信号），模拟信号）19821982年，年，PhilipsPhilips和和SonySony公司推出数字声音的光公司推出数字声音的光盘盘CDCDDADA（红皮书标准）。（红皮书标准）。19851985年前后，年前后，CDCDROMROM推向市场（黄皮书标准）。推向市场（黄皮书标准）。目前市场上的CD产品CDCDDA(1981DA(1981年年)CDCDG(
2、1986G(1986年年)CDCDV(1989V(1989年年)CDCDROM(1985)CDROM(1985)CDI(1986)CD-I FMV(1992)I(1986)CD-I FMV(1992)卡拉卡拉OKOKCD(1992)Video-CD(1993CD(1992)Video-CD(1993)CD的工作原理 CDCD盘片的结构（图盘片的结构（图1 1）软盘的磁道和软盘的磁道和CDCD光道的区别：光道的区别：CDCD的光道于磁盘不同，采用的光道于磁盘不同，采用的是螺旋型光道，长约的是螺旋型光道，长约5km5km，以恒定线速度（，以恒定线速度（CLVCLV）转动，）转动，因此内外光道的记录
3、密度一样。因此内外光道的记录密度一样。CDCD盘上的数据用压模冲压而成（图盘上的数据用压模冲压而成（图2 2、图、图6 6）。）。从从CDCD盘中读取数据（图盘中读取数据（图3 3、图、图4 4）。凹坑的边缘代表）。凹坑的边缘代表“1”“1”，凹坑和非凹坑的平坦部分代表凹坑和非凹坑的平坦部分代表“0”“0”，凹坑的长度和非凹坑，凹坑的长度和非凹坑的长度代表有多少个的长度代表有多少个“0”“0”。CDCDAudioAudio的采样率为的采样率为44.1KHz44.1KHz，Why?Why?一秒钟的数据量为：一秒钟的数据量为：1 1秒秒4410044100样本样本/秒秒22字节字节/样本样本22声
4、道声道176.4176.4千字节千字节CD-ROM盘片结构（图1）图2CD-ROM驱动器的工作原理（图3）图4声音数据的通道编码声音数据的通道编码激光唱盘的通道编码，采用激光唱盘的通道编码，采用8 8到到1414位的调制编码（位的调制编码（EFMEFM），目的：），目的：(1)(1)改善读出信号的质量。改善读出信号的质量。(2)(2)在记录信号中提取同步信号在记录信号中提取同步信号。原理：原理：“0”“0”的游程长度最短限制在的游程长度最短限制在2 2个，个，而最长限制在而最长限制在1010个，光盘上的个，光盘上的信号就能可靠地读出。信号就能可靠地读出。8 8位数据有位数据有256256种代码
5、；种代码；1414位数据有位数据有1638416384种，其中有种，其中有267267种符合种符合“0”“0”游程规则，这其中又有游程规则，这其中又有1010种在合并种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，就得到通道代码时限制游程长度仍有困难，再去掉一个代码，就得到与与8 8位数据相对应的位数据相对应的256256种通道码。种通道码。此外，为满足游程长度的要求，在通道码之间再增加此外，为满足游程长度的要求，在通道码之间再增加3 3位来确保位来确保读出信号的可靠性，这样，激光唱盘中读出信号的可靠性，这样，激光唱盘中8 8位数据就变成了位数据就变成了1717位的位的通道的代码。通道
6、的代码。CDCD盘的批量生产盘的批量生产 母盘预制作（图母盘预制作（图5 5）母盘制作（图母盘制作（图6 6）大量复制（图大量复制（图2 2）图5图6DVD简介9595年初，业内人士曾经就年初，业内人士曾经就DVDDVD的标准问题展开了全球性的的标准问题展开了全球性的激烈讨论，形成了两大阵营：以索尼和菲利浦为代表的一激烈讨论，形成了两大阵营：以索尼和菲利浦为代表的一方提出了方提出了MMCDMMCD（Multimedia Compact DiscMultimedia Compact Disc）规格，而规格，而以东芝、松下联合日立、汤姆森公司为代表的一方提出了以东芝、松下联合日立、汤姆森公司为代表
7、的一方提出了SD(SD(Super Density VideoSuper Density Video DiscDisc)规格，双方于规格，双方于19951995年年9 9月达成妥协，形成了统一的规格标准，即月达成妥协，形成了统一的规格标准，即DVDDVD数字通用数字通用光盘（光盘（Digital Versatile DiscDigital Versatile Disc）。）。DVDDVD的的用用途途广广泛泛，不不仅仅可可用用于于影影视视娱娱乐乐、音音乐乐欣欣赏赏，还还可可用用于于多多媒媒体体计计算算机机的的数数据据存存贮贮等等领领域域。DVDDVD按按用用途途可可分分为为5 5种类型：种类型：
8、用于计算机数据存贮的只读光盘用于计算机数据存贮的只读光盘DVD-ROMDVD-ROM。家庭型影音光盘家庭型影音光盘DVD DVD MovieMovie 专供音乐欣赏的专供音乐欣赏的DVD DVD AudioAudio 可记录一次的可记录一次的DVD-RDVD-R 可多次读写的可多次读写的DVD-RAMDVD-RAMDVDDVD盘盘片片的的外外观观和和尺尺寸寸与与现现在在广广泛泛使使用用的的CDCD盘盘片片没没有有什什么么区区别别，直直径径均均为为1212cmcm，厚厚度度均均为为1.21.2mmmm。但但是是DVDDVD盘盘片片与与CDCD盘片具有显著的不同：盘片具有显著的不同：DVDDVD采
9、采用用双双面面光光盘盘结结构构，即即由由两两张张厚厚度度为为0.60.6mmmm的的盘盘片片背背靠靠背背粘粘合合而而成成，盘盘片片总总厚厚度度为为1.21.2mmmm。这这样样一一来来有有利利于于减减少少盘盘片片的的翘翘曲曲度，二来可以制成双面盘片来提高记录容量。度，二来可以制成双面盘片来提高记录容量。CDCD盘盘上上，记记录录信信息息的的最最小小凹凹凸凸坑坑长长度度为为0.830.83umum，各各条条光光道道间间的的间间距距为为1.61.6umum。DVDDVD盘盘上上，最最小小凹凹凸凸坑坑长长度度仅仅为为0.40.4umum，光光道道间间的的间间距距也也只只有有0.740.74umum。
10、这这两两项项措措施施就就使使得得DVDDVD盘盘片片的的容容量量变变成成CDCD盘盘片的片的4 4倍多。倍多。DVDDVD的的盘盘片片采采用用了了提提高高盘盘面面利利用用率率、减减少少纠纠错错码码长长度度（纠纠错错方方式式为为RS-PCRS-PC方方式式）、修修改改信信号号调调制制方方式式（调调制制方方式式是是EFM-PLUSEFM-PLUS）以以及及减减少少每每个个扇扇区区字字节节数数等等措措施施，来来提提高高存存储储容容量量，这这使使得得DVDDVD盘盘片片每每面面的的容容量量为为4.74.7GBGB，是是CDCD盘盘片片容容量量的的7 7倍倍多多。单单面面可可记记录录133133分分钟钟
11、的的MPEG2MPEG2的的音音、视视频频信信号号。由由于于DVDDVD盘盘片片的的最最小小凹凹凸凸坑坑长长度度以以及及光光道道间间距距都都比比CDCD盘盘小小得得多多，因因此此DVDDVD的的光光拾拾取取器器（激激光光头头）采采用用了了激激光光波波长长为为625625nmnm或或650650nmnm的的短短波波长长红红色色半半导导体体激激光光，而而CDCD采用的则是采用的则是780780nmnm的激光源。的激光源。CDCD盘片只使用一个面并只制作一个记录层；而盘片只使用一个面并只制作一个记录层；而DVDDVD盘片的两个面盘片的两个面以及在一个面上制作多个记录层来存储数据。从其结构上来看，以及
12、在一个面上制作多个记录层来存储数据。从其结构上来看，DVDDVD盘片可分为盘片可分为:单面单层：容量为单面单层：容量为4.74.7GBGB，如图如图7 7所示。所示。单面双层：容量为单面双层：容量为8.58.5GB.GB.双面单层：容量为双面单层：容量为9.49.4GB.GB.双面双层：容量为双面双层：容量为1717GBGB，如图如图8 8所示。所示。图7图8 对对于于双双层层DVDDVD盘盘片片来来说说，表表层层称称为为第第一一层层，最最里里面面层层称称为为第第二二层层。第第一一层层采采用用了了一一种种新新的的半半透透明明薄薄膜膜涂涂层层，它它既既能能将将一一部部分分激激光光反反射射回回去去
13、，又又可可以以将将剩剩下下的的激激光光透透过过到到达达第第二二层层，第第二二层层将将激激光光完完全全反反射射并并再再次次透透过过第第一一层层返返回回激激光光读读出出头头。为为了了能能分分别别读读取取到到两两层层数数据据，一一般般采采用用控控制制激激光光束束焦焦点点的的方方法法来来实实现现。当当激激光光束束聚聚焦焦在在第第一一层层时时，只只读读取取第第一一层层，聚聚焦焦在在第第二二层层时时，只只读读取取第第二二层层。在在从从第第一一层层向向第第二二层层聚聚焦焦转转换换的的过过程程中中，采采用用缓缓冲冲技技术术不不使使信信息息中中断断。对对于于单单层层结结构构的的DVDDVD盘盘片片，使使用用双双
14、层层结结构构激激光光强强度度会会有有所所减减弱弱，为为确确保保激激光光束束读读取取信信号号时时的的精精度度，双双层层结结构构的的盘盘片片容容量量就就不不可可能能尽尽其其所所用用，因因此此双双层层结结构构的的容容量量并并不不是是单单层层的两倍。的两倍。VCDVCD与与DVDDVD播放机的结构播放机的结构 VCDVCD机的基本结构机的基本结构 CDCD驱动器驱动器 MPEGMPEG解码器解码器 微控制器微控制器 DVDDVD机的基本结构机的基本结构 DVDDVD盘读出机构盘读出机构 DVD-DSPDVD-DSP 数字声音数字声音/电视图形解码器电视图形解码器 微处理器微处理器第12章 光盘存储器的
15、格式 逻辑格式逻辑格式 文件组织到光盘上，以及指定文件在文件组织到光盘上，以及指定文件在光盘上的物理位置。光盘上的物理位置。物理格式规定数据如何放在光盘上。物理格式规定数据如何放在光盘上。CDCD格式记载在标准文件中，包括：格式记载在标准文件中，包括：红皮书红皮书CD-DACD-DA 黄皮书黄皮书CD-ROMCD-ROM 橙皮书橙皮书CD-RCD-R 白皮书白皮书Video-CDVideo-CD激光唱盘标准红皮书CD-DA同步信号 控制/显示 声道数据(左)Q校验码 声道数据(右)P校验码 3字节 1字节 12字节 4字节 12字节 4字节24位 8位 8位 8位 8位 8位 。8位24 3
16、14 3 14 3帧0 帧1 。帧9736字节 588通道位激光唱盘声音数据的基本结构 同步：每帧的开头都有同步：每帧的开头都有2424位同步位，这位同步位，这2424位同步位无位同步位无需需EFMEFM调制。调制。控制和显示：控制和显示：1byte1byte，提供盘地址信息。，提供盘地址信息。6 6个音频数据，左右个音频数据，左右2 2个通道，每通道个通道，每通道1616位采样，共占位采样，共占2424字节。字节。每每1414位之间插入位之间插入3 3位位“合并位合并位”，再加上，再加上2424位同步位和位同步位和3 3位位“合并位合并位”，总共是：，总共是：33(14+3)+24+3=58
17、8 33(14+3)+24+3=588个通道位个通道位1 1秒钟的数据率：秒钟的数据率：44.110002(16/2)44.110002(16/2)176400176400字节字节1 1秒钟需要的帧数：秒钟需要的帧数：176400/24176400/24（字节（字节/帧）帧）=7350=7350帧帧9898帧构成一个扇区，每个扇区的用户数据是：帧构成一个扇区，每个扇区的用户数据是：622986229823522352字节字节1 1秒钟需要的扇区数：秒钟需要的扇区数：7350/98=757350/98=75扇区扇区 C CD-DAD-DA的通道：的通道：P-WP-WCD-ROM标准黄皮书CDCDROMROM在红皮书的基础上又增加了两种格式：在红皮书的基础上又增加了两种格式：Mode0Mode0：用于存储声音数据。：用于存储声音数据。Mode1Mode1：用于存储计算机数据。：用于存储计算机数据。Mode2Mode2：用于存储声音数据、静态图像或电视图像数：用于存储声音数据、静态图像或电视图像数据。据。ISO 9660简介文件系统的组成逻辑格式卷文件结构源软件目的软件