第8章 多媒体存储技术(new)

1、第八章第八章多媒体存储技术多媒体存储技术磁介质存储技术磁介质存储技术存储技术中的关键技术是数据的传送速度。磁介质的高速度的特点正好可以满足这种需要。因此，磁介质被广泛地使用在MPC、数据服务器、网络数据库中。 它的记录原理记录原理是利用磁铁的两个极性来记忆“1”和“0”两个二进制数。读写磁头读写磁头扇区扇区磁道磁道数字化的多媒体信息量非常大，要占用巨大的存储空间，光存储技术的发展为存储多媒体信息提供了保证。光盘存储器具有存储容量大、工作稳定、密度高、寿命长、介质可换、便于携带、价格低廉等优点，已成为多媒体信息存储普遍使用的载体。光介质存储技术光介质存储技术 光存储技术概述光存储技术概述 CD-

2、ROM CD-ROM光盘系统光盘系统 CD-R CD-R光盘刻录技术光盘刻录技术 CD-RW CD-RW光盘刻录技术光盘刻录技术 光存储技术概述光存储技术概述 光存储技术是通过激光在记录介质上进行读写数据的存储技术。 其基本原理是：利用激光改变一个存储单元的某种性质(如反射率、反射光极化方向等)，使其性质的变化反映被存储的二进制数0、1；在读取数据时，光电检测器识别性质状态的变化就可以读出存储的数据。 1系统的技术指标 2系统的组成 3光盘系统的分类 系统的组成系统的组成 光盘系统由光盘驱动器光盘驱动器和光盘盘片光盘盘片组成。光学存储的基本特点是用激光引导测距系统的精密光学结构取代硬盘驱动器的

3、精密机械结构。光盘驱动器的读写头读写头是用半导体激光器和光路系统组成的光学头，光盘盘片盘片采用磁光材料。驱动器驱动器采用一系列透镜和反射镜，将微细的激光束引导至一个旋转光盘上的微小区域。 系统的技术指标系统的技术指标衡量一个光盘系统特性的主要技术指标包括存储容量、平均存取时间、数据传输率、接口标准等。(1)(1)存储容量存储容量 存储容量是指能存储在光盘中的信息容量。目前光盘常用的容量为650MB。(2)(2)数据传输率数据传输率 数据传输率一般是指单位时间内光盘驱动器读取出的数据量。该数值与光盘转速和存储密度有关。对于CD-ROM，其数据传输率已从初期的单倍速(150KBs)提高到52倍速(

4、7800KBs)甚至更高。(3)(3)平均存取时间平均存取时间平均存取时间是指从计算机向光驱发出命令开始，到光驱在光盘上找到需读写的信息的位置并接受读写命令为止的一段时间。平均访问时间平均访问时间，又称平均寻道时间，是指CD-ROM光驱的激光头从原来位置移动到一个新指定的目标（光盘的数据扇区）位置并开始读取该扇区上的数据这个过程中所花费的时间。盘片旋转半周的时间为平均等待时间平均等待时间。平均寻道时间平均寻道时间 + + 平均等待时间平均等待时间 + + 读写光学头稳定时间读写光学头稳定时间 = = 平均存取时间。平均存取时间。(4)(4)接口标准接口标准目前常用的光盘驱动器接口标准有SCSI

5、和IDE两种。 SCSI接口型数据传输快，需配备相应的SCSI控制卡； IDE接口的光驱使用方便、价格便宜，是普通PC的标准接口。 CD-ROM CD-ROM光盘系统光盘系统 CD-ROM系统包括CD-ROM驱动器和CD-ROM盘片两部分。其中CD-ROM盘片是多媒体信息的载体；CD-ROM驱动器通过连线与计算机相连，主要任务是完成对CD-ROM盘片上的数据读取。 1CD-ROM盘的结构和读写原理 2CD-ROM盘的规格 3CD-ROM驱动器的安装与使用 4光盘的保养 CD-ROMCD-ROM盘片的结构和读写原理盘片的结构和读写原理CD-ROM盘片是用塑料压制成的圆盘，盘片的直径为120mm，

6、中心定位孔为15mm，厚度为1.2mm。CD-ROM盘片用单面存储数据，另一面用来印刷商标。它分为三个区:导入区、导出区和数据区。120mm117mm116mm导出区导出区 数据记录区数据记录区50mm46mm导入区导入区15mm 内 孔CD CD 盘片结构盘片结构保护层：涂漆防止信息被磨损、破坏反射层：一般是铝或银的反射层，反射来自光驱读写头的激光束刻录槽：光盘最关键部分，用来刻录和保存二进制数据信息。 光盘的性能就取决于该层的质量。聚碳酸酯基垫：盘体的基础,形成盘片强度和形状的关键激光束CD-ROM光盘的信息是沿着盘面由内向外螺旋形信息轨道(光道)的一系列凹坑的形式存储的。光道上不论内圈还

7、是外圈，各处的存储密度是一样的。光道的间距为1.6m，光道宽度为0.6m，光道上凹坑深约为0.12m。在CD-ROM盘片上记录信息时，使用功率较强的激光光源，将其聚集成1m的光，照射到介质表面上，并用输入数据来调制光的强弱。激光束会使介质表面的微小区域温度升高，从而产生微小的凹坑，于是改变了表面的反射性质，该过程叫做烧灼烧灼。 光盘上的数据是通过压制在光道上凹凸不平的小坑来记录数据的,凹坑的边缘记录”1”,而凹坑和非凹坑的平坦部分记录”0”,激光照射盘表面,激光束凹坑部分反射的光的强度,要比从非凹坑部分反射的光的强度弱,光盘就是利用这个原理来区分”1”和”0”的。其中凹坑的前、后边缘代表“1”

8、，凹坑和非凹坑的平坦部分代表“0”，凹坑的长度和非凹坑的长度都代表有多少个“0”。1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0光盘底板激光束 光盘系统的分类光盘系统的分类 按照光盘系统的读写能力，常用的光存储器件可分为三类：只读型、一次写入型、可重写型。(1)(1)只读型只读型(CD-ROM)(CD-ROM) CD-ROM光盘的内容是在制作光盘时写入的，用户可任意多次从CD-ROM读取信息，而不能往盘上写信息。(2)(2)一次写光盘系统一次写光盘系统(CD-R)(CD-R) 一次写多次读光盘系统中的光盘，用户可对其做一次写入内容，以后成为只读光盘。 目前的CD-R都支持多次写入，每次

9、数据写入后都可以读出，对于未写完的剩余空间可以多次追记，直到盘上的空间满了为止。(3)可重写型可重写型(CD-RW, Rewriteable) 可重写型光盘像磁盘一样具有可擦写性。CD-RW盘片的记录层采用的是一种相变材料，利用激光使记录介质在结晶态和非结晶态之间的可逆相变结构来实现信息的记录和擦除。 写操作时，聚焦激光束加热记录介质，以改变相变记录介质晶体状态，用结晶状态和非结晶状态来区分“0”和“1”；读操作时，利用结晶状态和非结晶状态具有不同的反射率这个特征来检测“0”和“1”信号。为了实现反复擦写数据，CD-RW 刻录机使用了三种能量不相同的激光。高能激光高能激光：又被称为写入激光，使

10、染料层达到非结晶状态。中能激光中能激光：也称为擦除激光，使染料层融化并将它转化为结晶态。低能激光低能激光：也称为读出激光，它不能改变染料层的状态，通常用于读取盘片数据。 在写入数据期间，用写入激光束照射在空白CD-RW盘片的某一特定区域上，激光温度高于染料层融化点温度（500 700 ）。这时被照射区域内的所有原子迅速移动而形成液态。然后，又在很短的时间内充分冷却下来，这种液体状态也就是所谓的非结晶态。这种状态造成了染料体积的收缩，从而在激光照射的地方形成了一个凹坑，以便储存数据。而当擦除激光束照射在相变的染料层时，由于激光束的温度未达到染料融化点但又高于结晶温度（200 ）， 照射一段充足的

11、时间（至少长于最小结晶时间），则原子又会还原到原状态（如结晶态）。CDCD盘片的制作盘片的制作 CD-ROM这类只读光盘上的数据是用压模（压模（StamperStamper）冲压）冲压而成的，而压模是用原版盘(Master Disc)制成的。在制作原版盘时，是用编码后的二进制去调制聚焦激光束，如果写入的数据为“0”，就不让激光束通过，写入“1”时，就让激光束通过，或者相反。 在制作原版盘的玻璃盘上涂有感光胶，曝了光的地方经化学处理后就形成了凹坑，没有曝光的的地方保持原样，二进制信息就以这样的形式刻录在原版盘上了。在经过化学处理后的玻璃盘表面镀一层金属，用这种盘去制作母盘（Mother Disc

12、），然后用母盘制作压模，再用压模去大批量复制。成千上万的CD盘就是用压模压出来的，所以价格才便宜。 CD-ROM CD-ROM盘的规格盘的规格为了使不同生产厂家生产的光盘能够在遵循对应规范的光盘驱动器中使用,ISO组织对光盘的物理尺寸、转速、存储容量、数据传输率、误码率、编码方法和数据格式等多项技术参数作了详细规定。(1)CD-DA CD-DA(CD-Digital Audio)，是数字激光唱盘，用来存储音乐歌曲等。它的信息存放标准是根据国际标准化组织(1SO)红皮书红皮书(Red Book)定义的。(2)CD-ROMCD-ROM信息存放标准是根据1988年IS09660黄皮书黄皮书(Yell

13、ow Book)定义的。主要用于作为计算机的辅助存储器。(3)CD-ICD-I(CD-Interactive)在CD-ROM规格的基础上补充了音频、视频和计算机程序方面的规定。CD-I光盘可在CD-I交互式光盘系统中播放。称为绿绿皮书皮书规范。(4)CD-ROM/XA(Extended Architecture)CD-ROM/XA扩充了对数字音频信号的编码。它是CD-ROM和CD-I之间的“桥梁”型产品，实现了将声音、视像和文字等资料同时存放在光盘片的同一轨上。(5)VCDCD-V(CD-Video)，常称为VCD，用来记录数字视频数据。VCD采用CD-ROM/XA格式和MPEG-1标准保存视

14、频和音频信息。称为白皮书白皮书规范。标准名称盘的名称应用目的播放时间显示的图像红皮书CD-DA存储音乐节目74min黄皮书CD-ROM存储文图声像等多媒体节目存储650MB的数据动画、静态图像、动图像绿皮书CD-I存储文图声像等多媒体节目存储多达760MB数据动画、静态图像橙皮书CD-R读/写入文图声像等多媒体节目白皮书Video CD存储影视节目70min（MPEG-1）数字影视（MPEG-1）质量红皮书+CD -Video存储模拟电视、数字声音5-6min（电视）20分钟（声音）模拟电视图像数字声音CD-BridgePhoto CD存储照片静态图像蓝皮书Laser Disc存储影视节目20

15、0分钟模拟电视图像DVDDVD的物理结构的物理结构DVD盘片的外观和CD一样，但结构是不一样的。DVD盘片由两张厚度为0.6mm的基片粘合而成，这样一则有利于减少盘片的翘曲度，二则可制成双面盘片来提高记录容量。从DVD盘片的结构来看，DVD盘片可分为单面单层(4.7GB)、单面双层(8.5GB)、双面单层(9.4GB)、双面双层(17GB)。DVDDVD的存储容量是如何提高的的存储容量是如何提高的采用MPEG-2的压缩编码标准减少盘片厚度： DVD-0.6mm/面 CD-1.2mm/面使用两个面并在一个面上制作多个记录层来存储数据减少最小凹凸坑长度： DVD-0.4m CD-0.83m加大盘片

16、表面利用率： DVD-86.6cm2 CD-86cm2 减少光道间距： DVD-0.74m CD-1.6m DVDDVD的类型的类型只读光盘只读光盘DVD-ROMDVD-ROM： 存储计算机数据，作用类似于CD-ROM，但容量比CD-ROM大。家庭型影音光盘家庭型影音光盘DVD-VideoDVD-Video： 采用MPEG-2的压缩编码标准，存储影音信息的DVD光盘，是目前应用最广的一种DVD格式。专供音乐欣赏的专供音乐欣赏的DVD-AudioDVD-Audio： 用途类似于音乐CD，但保真度超过音乐CD的2倍。仅写一次的仅写一次的DVD-RDVD-R可读可写的可读可写的DVD-RAMDVD-

17、RAMDVD的类型存储容量MPEG-2 Video的播放时间单面单层（只读）4.7GB133min单面双层（只读）8.5GB240min单层双面（只读）9.4GB266min双层双面（只读）17GB532min双面单层（DVD-R）6.6GB215min双面单层(DVD-RAM)5.2GB147minDVD产品的存储容量产品的存储容量蓝光光碟蓝光光碟 是DVD之后的下一代光盘格式之一，用以存储高品质的影音以及高容量的数据存储。 蓝光光碟的命名是由于其采用波长405纳米（nm）的蓝色激光光束来进行读写操作（DVD采用650纳米波长的红光读写器，CD则是采用780纳米波长）。 一个单层的蓝光光碟的容量为2525或2727GB.双层可达到46或54GB，足够烧录一个长达8小时的高解析影片。而容量为100或200GB的，分别是4层及8层。H