第10讲光盘的发展与制作 第四章光盘存储技术 41光盘技术的发展与应用 42 CD ROM光盘系统 4.2.1光盘制作原理与方法 光盘驱动方式与光道结构 2.信息存储原理与调制编码 3.光盘制作的基本过程 4.2.2 CD ROM的物理存储格式 1. CD ROM盘片的物理结构 2.数据的扇区结构和帧结构 3.一组典型数据计算
第10讲 光盘的发展与制作 第四章 光盘存储技术 4.1 光盘技术的发展与应用 4.2 CD_ROM光盘系统 4.2.1 光盘制作原理与方法 1.光盘驱动方式与光道结构 2.信息存储原理与调制编码 3.光盘制作的基本过程 4.2.2 CD_ROM的物理存储格式 1.CD_ROM盘片的物理结构 2.数据的扇区结构和帧结构 3.一组典型数据计算
第四章光盘存储技术 多媒体硬件基础和核心技术;解决巨量数据存储的关键设备 41光盘技术的发展与应用 存储设备发展阶段:纸带,磁带,磁盘,光盘 发展趋势:大容量,高速度,小型化,低价格 411光盘技术的发展概况 1.发展梗概 ①1978年12月,荷兰 Philips公司正式推出模拟激光视盘LV ②1982年3月, Philips/日本Sony推出数字音频光盘CDDA ③1985年, Philips&Sony推出紧凑只读光盘 CD ROM ④1986年4月, Philips&Sony推出交互式光盘系统CDI ⑤1987年3月,RCA公司推出交互式数字视频系统DVI
第四章 光盘存储技术 多媒体硬件基础和核心技术；解决巨量数据存储的关键设备 4.1 光盘技术的发展与应用 存储设备发展阶段：纸带，磁带，磁盘，光盘 发展趋势：大容量，高速度，小型化，低价格 4.1.1 光盘技术的发展概况 1.发展梗概 ① 1978年12月，荷兰Philips公司正式推出模拟激光视盘LV ② 1982年3月，Philips／日本Sony推出数字音频光盘CD_DA ③ 1985年，Philips & Sony推出紧凑只读光盘CD_ROM ④ 1986年4月，Philips & Sony推出交互式光盘系统CD_I ⑤ 1987年3月，RCA公司推出交互式数字视频系统DVI
模拟视盘IV(1978) 数字唱盘CDDA(1982)→CmV(1987)→VD(199)→DⅦD(199 WORM(1982) 计算机光盘 CD ROM(983)→CDR(199)→C①DRN(09…) Photo CD(1992) 交互式光盘CDI(198)→DⅥI(1987,RCA;→189,lmel/BN
2基本分类 音频光盘(CDDA) 只谈型视频光盘(,cmDv;Ym,DⅦD;CDL,D 照片光盘( Photo cD) 光盘(CD 计算机光盘(CDRO 次写光盘(CDR) 可写型 可重写光盘(CDRV:磁光盘MD,相变光盘PD
2. 基本分类
412光盘应用特征 (1)存储容量大:基本容量,播放时间,存储结构等 ①CD_DA标准容量550MB,单面,播放60min ② CD ROM标准容量650MB,单面,播放72min ③DⅦ容量=(8~30)倍C容量,可存135~470分钟的视频 单面单层4.7G,单/双8.6G,双/单9.4G,双/双17G (2)传输速率高:数据传输速率遵从P×150Kbps规范; 150Kbps为基速,P为倍速参数(P=1,2,…n) DVD光驱速率在1.3~10.7Mbps范围内可变,1.3Mbps为基速 (3)兼容性能好:可阅读符合IS09660标准格式的任何光盘数据 (4)性能价格比高:单位存储量的光盘制造成本远低于磁盘 (5)使用寿命长:信息保存时间长达30~50年以上
4.1.2 光盘应用特征 (1)存储容量大：基本容量，播放时间，存储结构等 ① CD_DA标准容量550MB，单面，播放60min ② CD_ROM标准容量650MB，单面，播放72min ③ DVD容量=(8～30)倍CD容量，可存135～470分钟的视频 单面单层4.7G, 单／双8.6G, 双／单9.4G, 双／双17G (2)传输速率高：数据传输速率遵从P×150Kbps规范； 150Kbps为基速，P为倍速参数（P = 1，2，…n） DVD光驱速率在1.3～10.7Mbps范围内可变，1.3Mbps为基速 (3)兼容性能好：可阅读符合ISO9660标准格式的任何光盘数据 (4)性能价格比高：单位存储量的光盘制造成本远低于磁盘 (5)使用寿命长：信息保存时间长达30～50年以上
42 CD ROM光盘系统 4.2.1光盘制作原理与方法 1.光盘驱动方式与光道结构 盘旋转驱动方式:①恒角速CAV方式(磁盘和早期LV盘) ②恒线速CLV方式(CDDA和 CD ROM等) 光盘终点 扇区2 扇区K 扇区0 区1 扇区i 光道起点 光道0 光道K a.CAV盘:同七光道 b.CIV盘:螺旋线光道
4.2 CD_ROM光盘系统 4.2.1 光盘制作原理与方法 1.光盘驱动方式与光道结构 盘旋转驱动方式：① 恒角速CAV方式（磁盘和早期LV盘） ② 恒线速CLV方式（CD_DA和CD_ROM等）
(1)CAV盘特点:0光道在外圈,由外向内逐层标识 扇区长度从内圈到外圈逐层增加,类似磁盘; 读盘从内到外,盘片旋转角速度保持不变 (2)CLV盘特点:光道起/止点由内向外; 扇区长度沿螺旋线均匀分布, 每360°一圈定义为一条物理光道,总长20000条,约5KM 驱动器读盘从内到外,但盘转速与光头所处半径成反比 即光头越远离盘中心则角速度越低 (充分利用存储空间,信息紧凑存放,存储容量大; 但数据结构很复杂) CD ROM光盘尺寸: ①5英寸盘;②3英寸盘
(1)CAV盘特点：0光道在外圈，由外向内逐层标识； 扇区长度从内圈到外圈逐层增加，类似磁盘； 读盘从内到外，盘片旋转角速度保持不变 (2)CLV盘特点：光道起／止点由内向外； 扇区长度沿螺旋线均匀分布， 每360°一圈定义为一条物理光道，总长20000条，约5KM； 驱动器读盘从内到外，但盘转速与光头所处半径成反比， 即光头越远离盘中心则角速度越低 （充分利用存储空间，信息紧凑存放，存储容量大； 但数据结构很复杂） CD_ROM光盘尺寸： ① 5英寸盘；② 3英寸盘
2.信息存储原理与调制编码 关键思路:①用通道码来物理地记录数字化(0,1)信息 ②用信号调制编码方法实现原始数据与通道码间的转换 (1)调制编码方法 ①软磁盘采用改进调频制编码MFM ② CD ROME等大多数光盘采用8到14调制编码EFM ③DVD光盘采用8到16位调制编码EFM+(调制效率更高) 通过调制编码后,原始数据变成通道码,以供刻录 (2)通道码结构:通过刻录机,在光盘表面进行烧蚀和刻槽 形成凹坑和凸区一通道位串,用来记录原始信息 0的个数代表凹坑和凸区的长度(0.278um的整数倍); 长度L与倍数T的约束关系为3T≤L≤11T
2.信息存储原理与调制编码 关键思路：① 用通道码来物理地记录数字化（0，1）信息 ② 用信号调制编码方法实现原始数据与通道码间的转换 (1)调制编码方法 ① 软磁盘采用改进调频制编码MFM ② CD_ROM等大多数光盘采用8到14调制编码EFM ③ DVD光盘采用8到16位调制编码EFM+（调制效率更高） 通过调制编码后，原始数据变成通道码，以供刻录 (2)通道码结构：通过刻录机，在光盘表面进行烧蚀和刻槽， 形成凹坑和凸区 — 通道位串，用来记录原始信息 0的个数代表凹坑和凸区的长度（0.278um的整数倍）； 长度L与倍数T的约束关系为 3T ≤ L ≤ 11T
(3)调制编码与通道码的作用关系 凹坑平坦区 0 凸区(平坦区y 光盘的 (区分状态) 光道截面 凹坑 负跳沿 1 调制信号 正跳沿 (记录信息) 通道位串00100100010010000100100001001000100100 读出信号 问题描述:记录信息的1值之间,如何掺0以区分信息表示状态 ①光驱中物镜透射孔径为0.45um,而0值区长度为0.278um; 故分辨出正负跳沿至少要在两个连续1值之间掺入两个0值 ②考虑调制信号同步,算出两个通道位1之间不超过10个0位 ③调制编码长度约束条件是:2个“0”码≤R≤10个“0”码
(3)调制编码与通道码的作用关系 问题描述：记录信息的1值之间，如何掺0以区分信息表示状态 ① 光驱中物镜透射孔径为0.45um，而0值区长度为0.278um； 故分辨出正负跳沿至少要在两个连续1值之间掺入两个0值 ② 考虑调制信号同步，算出两个通道位1之间不超过10个0位 ③ 调制编码长度约束条件是：2个“0”码 ≤ RL ≤ 10个“0”码
解决方案: ①8位数据的二进制编码种数为28=256 ②14位通道位的编码种数为214=16384, 其中满足0行程要求的有267种 ③在合并通道位时,267种码中有10种不满足0行程限制, 故剔除,得257种 ④任选一种码不用,就筛选出表示8位数据的256种通道码 结论:①在满足通道位插0行程限制的条件下, 表示8位数据编码的最少通道位是14; 这就是8-14调制编码(EFM)算法 ②为保证两个14位通道码相连时的0行程和位串同步要求, 可在两个通道码之间插入3位合并位(17位通道码表示)
解决方案： ① 8位数据的二进制编码种数为 2 8 ＝256 ② 14位通道位的编码种数为 2 14= 16384， 其中满足0行程要求的有267种 ③ 在合并通道位时，267种码中有10种不满足0行程限制， 故剔除，得257种 ④ 任选一种码不用，就筛选出表示8位数据的256种通道码 结论： ① 在满足通道位插0行程限制的条件下， 表示8位数据编码的最少通道位是14； 这就是8-14调制编码（EFM）算法 ② 为保证两个14位通道码相连时的0行程和位串同步要求， 可在两个通道码之间插入3位合并位（17位通道码表示）