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1、School of Management Tianjin University,多媒体硬件基础,多媒体存储技术 多媒体存储技术主要是指光存储技术 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。 光盘系统由光盘驱动器和光盘盘片组成,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,光盘系统特点 记录密度高 (107 bit-108 bit/cm2) 存储容量大 信息存储可靠（采用非

2、接触方式） 信息保存时间长 不同平台可以互换 存储多种媒体 价格低廉,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,存储的基本原理 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：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，用激光去照射旋转着的光盘，由于从凹坑和非凹坑反射回来的激光强度不同，在边沿发生突变，通过CD-ROM的光电检测器检测出来，从而读出“0”、“1”信号，再现原来烧蚀在光道上的信息。,School of Management Tian

3、jin University,多媒体存储技术,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). 只读型(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：CD-ROM、V-CD、DVD (2). 一次写光盘系统(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,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,(3). 可重写型(CD-ReWriteable) 可重写型光盘像磁盘一样具有

4、可擦写性。它又分磁光型(MO)和相变型(PC)两种形式。 光存储格式标准和类型,CD-DA,CD-ROM,CD-I,CD-R,VCD,黄皮书标准,绿皮书标准,橙皮书标准,红皮书标准,新一代数字 通用光盘,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,部分CD产品标准,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,CD标准系列,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,CD-DA标准,1982年Sony和Philips公司合作开发. 该标准出版

5、时采用红色封面-称为红色标准 CD唱盘是CD 家族的第一个成员 应用领域:高保真立体声音乐,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,CD-ROM标准,1985年Sony和Philips公司联合推出 称为黄皮书标准 可以存放文本、图形、声音、视频及动画 CD-ROM中存放的是计算机数据，对误码率有要求； 1988年ISO对CD-ROM制定ISO9660标准，对文件格式作了规范。按照该标准规范，CD-ROM上的文件可以在任何机器上读出。,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,CD-R标

6、准,一种可刻录多次的光盘，出厂是空白盘； 称为橙皮书标准； 按某种文件格式，通过刻写程序和设备，将程序和数据写入CD-R盘后，即成为黄皮书格式； 特点：不适于大批量制作； 一次不必写满，可以多次写入； 可在一般的CD-ROM驱动器上使用； 使用寿命长，数据稳定性好；,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,Video-CD(VCD)标准,由JVC、Philips等公司联合制定； 称为白皮书标准； 可以存放MPEG-1标准编码的全动态图像及相应声音的光盘； 可以在一张普通CD盘上录制全屏幕、全动态的视频与音频数据及相应处理程序； 体积小、价

7、格便宜、质量好、兼容性好。,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,DVD（Digital Video Disc)标准,新一代数字视频光盘 采用新的激光技术、调制方式、纠错方法、更高的道和位密度； 支持双面结构； 可提供CD 8-25倍存储容量和9倍以上存取速度； 采用的是MPEG-2标准，效果更好。,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,CD-ROM光盘系统 CD-ROM(Compac

8、t Disc-Read Only Memory)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 CD盘片的结构 CD-ROM盘片是用塑料压制成的圆盘，盘片的直径为120mm，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。,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,CD-ROM盘片的最上层是涂了漆的保护层，该层上印有商标。第二层是铝反射层，当驱动器读光盘时用来反射激光光

9、束。第三层是用聚碳酸脂压制的透明衬底，同时压制出的预刻槽用来对光道径向定位，信息通常存储在光道上。,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,CD盘光道的结构与磁盘磁道的结构不同，它的光道不是同心环光道，而是螺旋型光道 CD盘转动的角速度在光盘的内外区是不同的，而它的线速度是恒定的，就是光盘的光学读出头相对于盘片运动的线速度是恒定的,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,CD-ROM驱动器构造 光头：是CD-ROM驱动器的主要部件，功能是利用非凹坑上反射的激光强度弱得多这一特性，通过

10、光电转换器，将光盘上的信息转换为电信号 聚焦伺服：自动聚焦伺服系统产生聚焦误差信号，调整光头和光盘之间的距离，保证聚焦点落在光盘的信息面上 道跟踪伺服：采用道跟踪技术，克服光盘的偏心，使聚焦光束落在有凹坑的光道中央,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,光头是CD系统的核心部件之一，它由光电检测器、透镜、激光束分离器、激光器等元件组成，激光器发出的激光经过几个透镜聚焦后到达光盘，从光盘上反射回来的激光束沿原来的光路返回，到达激光束分离器后反射到光电检测器，由光电检测器把光信号变成电信号，再经过电子线路处理后还原成原来的二进制数据。,Sc

11、hool of Management Tianjin University,多媒体存储技术,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。,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,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

12、，该过程叫做烧蚀。,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,读盘原理 在读光盘时，CD-ROM驱动器的激光器发出的激光束经透镜整形和聚焦后照在螺旋磁道上，对光道进行扫描。由于从凹坑和非凹坑反射回来的激光强度不同，在边沿发生突变，通过CD-ROM的光电检测器检测出来，从而读出“0”、“1”信号，再现原来烧蚀在光道上的信息。注意：凹坑和非凹坑本身并不代表“0”或“1”，而是凹坑端部的前沿和后沿代表“1”，其它代表“0”。,School of Management Tianjin University,注意：凹坑和非凹坑本身并不代表“0”或“1

13、”，而是凹坑端部的前沿和后沿代表“1”，其它代表“0”。,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,光盘系统的技术指标,(1). 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). 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

14、已从初期的150KBs提高到3600Bs。,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,(3). 平均存取时间 平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出命令开始，到光盘驱动器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。光学头沿半径移动全程13长度所需的时间为平均寻道时间。盘片旋转半周的时间为平均等待时间。把平均寻道时间、平均等待时间和读写光学头稳定时间相加，就得到平均存取时间,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,(4).误码率 采用复杂的纠错编码技术，降低了误码率。存

15、储数字或程序对误码率的要求较高，存储图像或声音数据对误码率的要求较低 CD-ROM要求的误码率为1012 1016,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,CD-R光存储系统 CD-R的工作原理是利用大功率激光束的热效应使激光焦点照射的有机染料微区产生不可逆的物理化学变化，形成具有与CD-ROM光盘凹坑相同光学反射特性的信息凹坑,保护层 反射金层 有机染料记录层 聚碳酸酯基层,School of Management Tianjin Unive

16、rsity,多媒体存储技术,根据使用有机染料的不同，感光层的颜色可以分为金、绿、蓝三种，而在金盘中又可以分为白金、黄金两种,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,磁光（MO）存储系统 磁光盘 利用激光和磁场进行读、写和擦除的存储系统 记录数据时，使用激光和磁场 读取数据时，仅使用激光 激光和磁场分别位于盘片的两面,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,读写原理 写入 中高功率激光的照射，表面温度升至300C（居里点） 外部磁场会改变原来的磁化方向 冷却后，形成了不受外界磁场影响的

17、牢固记录层 读取 利用低功率激光照射盘片表面 分析反射回来的偏振光的方向是顺时针还是逆时针，确定是0或1,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,相变（PD）光存储系统 相变光存储是通过调节激光的强弱使记录材料的晶体状态和非晶体状态互相转换，从而进行旧数据的消除和新数据的写入。 晶体状态中原则排列整齐，光反射率高； 在非晶体状态下原则排列不整齐，光的反射率低。 写入时用强激光束照射使记录材料变为非晶体状态，此时停止照射，记录膜温度急剧下降，照射

18、区域便稳定在非结晶状态，数据被写入。,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,DVD光存储系统 DVD原名是Digital Video Disc的缩写，意思是“数字电视光盘(系统)”，实际上DVD的应用不仅仅是用来存放电视节目，它同样可以用来存储其他类型的数据，因此又被称为Digital Versatile Disc，是数字多用途光盘。 DVD的特点是存储容量比现在的CD盘大得多，最高可达到17 GB。一片DVD盘的容量相当于现在的25片CD-

19、ROM(650 MB)，而DVD盘的尺寸与CD相同。,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,DVD用途广泛，设定了五种规格：,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,DVD的存储容量,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,DVD的存储容量是怎样提高的,DVD盘光道之间的间距由原来的1.6m缩小到0.74m，而记录信息的最小凹凸坑长

20、度由原来的0.83m缩小到0.4m，这是DVD盘的存储容量可提高到4.7 GB的主要原因，它的容量是CD的7倍,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,常规的CD盘只使用一个面，并且只制作一个记录层来记录信息，为了提高存储容量，出现了另一种规格的DVD盘，称为单面双层光盘，单面双层盘的表层称为第0层，最里层称为第1层。第0层采用了一种新的半透明(semi-transmissive)薄膜涂层，可让激光束透过表层到达第1层。,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,School of M

21、anagement Tianjin University,多媒体存储技术,开始工作时，激光束首先在第0层上聚焦和光道定位。当从第0层上读出信息过渡到从第1层上读出信息时，激光读出头的激光束立即重新聚焦，电子线路中的缓冲存储器可确保从第0层到第1层的平稳过渡，而不会使信息中断。单面双层DVD盘的容量可达到8.5 GB 采用修改的数据编码和调制算法都可以减少DVD盘上的冗余位，从而为用户提供更多的存储空间,另外，采用RSPC纠错码之后，纠错码的数据传输率也将从25%减小到13%,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,光盘库系统 光盘库是一种

22、带有自动换盘机构（机械手机构）的光盘网络共享设备 光盘库一般由放置光盘的光盘架、自动换盘机构（机械手）和驱动器三部分组成 光盘库一般配置有112台驱动器，可容纳50 200片光盘 光盘库通过高速SCSI端口与网络服务器相联，机械手设备也作为一种SCSI设备，可由程序直接控制,School of Management Tianjin University,多媒体存储技术,School of Management Tianjin University,多媒体计算机MPC标准,多媒体计算机 多媒体处理器解决方案 一类以多媒体和通信功能为主，融合CPU芯片原有的计算功能；设计目标是用在多媒体专用设备，

23、家电及宽带通信设备 几种典型的多媒体处理器： MicroUnity公司的Media Processor Philips公司的Trimedia Chromatic Research公司的Mpact Media Engine,School of Management Tianjin University,多媒体计算机MPC标准,另一类是以通用计算功能为主，融合多媒体和通信功能； 设计目标是与现有的计算机系列兼容，主要用于多媒体计算机中 Intel公司的MMX技术 为了改善CPU体系结构的多媒体和通信功能，Intel公司采用MMX技术进行扩充，研制出新一代适应多媒体应用的Pentium芯片MMX CPU。MMX是Multi Media eXtension的缩写，译为“多能”,School of Management Tianjin University,多媒体计算机MPC标准,多媒体总线解决方案 PCI总线 Intel公司1993年发布的。目前该总线分为PCI1.0和PCI2.0。PCI2.0为64位总线，时钟频率为66MHz，最大传输速率为264MB/s AG