多媒体技术基础第3版光盘存储器优秀PPT.ppt

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1、多媒体技术基础多媒体技术基础(第第3 3版版)第第14章章 光盘存储器光盘存储器 张奇张奇复旦高校计算机科学技术学院复旦高校计算机科学技术学院qzfudan.edu 2011年年5月月2022年10月31日第14章 光盘存储器2/48第14章 光盘存储器书目 14.1 CD光盘光盘14.1.1 CD工业史上的大事14.1.2 CD系列产品14.1.3 CD盘的结构14.1.4 数据是怎样写入到CD盘上的14.1.5 数据是怎样从CD盘读出的14.1.6 CD激光唱盘标准摘要14.2 CD-Audio14.2.1 采样频率和样本大小14.2.2 声道数14.2.3 声音数据的通道编码14.2.4

2、 CD盘如何批量生产14.3 DVD光盘光盘14.3.1 DVD光盘是什么14.3.2 DVD的规格14.3.3 DVD的存储容量是怎样提高的14.4 VCD与与DVD播放机播放机14.4.1 VCD简介14.4.2 VCD播放机的基本结构14.4.3 DVD播放机的基本结构14.5 HD DVD与与BD光盘光盘14.5.1 HD DVD与BD光盘是什么14.5.2 HD DVD与BD技术规范2022年10月31日第14章 光盘存储器3/4814.1 CD光盘光盘n14.1.1 CD工业史上的大事工业史上的大事 n模拟光盘系统的诞生模拟光盘系统的诞生n20世纪世纪70年头初期，荷兰飞利浦年头初

3、期，荷兰飞利浦(Philips)公司的探讨人员起先探讨利用激光来记公司的探讨人员起先探讨利用激光来记录和重放信息录和重放信息n1972年年9月向全世界展示了长时间播放电月向全世界展示了长时间播放电视节目的光盘系统，这就是视节目的光盘系统，这就是1978年正式年正式投放市场并命名为投放市场并命名为LV(Laser Vision)的光的光盘播放机盘播放机n利用激光来记录信息的革命便拉开了序利用激光来记录信息的革命便拉开了序幕。它的诞生对人类文明进步的影响，幕。它的诞生对人类文明进步的影响，不亚于纸张的独创对人类的贡献。不亚于纸张的独创对人类的贡献。2022年10月31日第14章 光盘存储器4/48

4、14.1 CD光盘光盘(续续1)数字激光唱盘的诞生数字激光唱盘的诞生大约从大约从1978年起先，探讨人员把声音信号变年起先，探讨人员把声音信号变成用成用“1”和和“0”表示的二进制数字，然后表示的二进制数字，然后记录到以塑料为基片的金属圆盘上记录到以塑料为基片的金属圆盘上1982年年Philips公司和公司和Sony公司成功地把记录公司成功地把记录数字声音的盘推向了市场数字声音的盘推向了市场这种塑料金属圆盘很小巧，故用这种塑料金属圆盘很小巧，故用Compact Disc命名，而且还为这种光盘制定了标准，命名，而且还为这种光盘制定了标准，这就是世界著名的这就是世界著名的“红皮书红皮书(Red B

5、ook)标准标准”。这种盘又称为数字激光唱盘。这种盘又称为数字激光唱盘(Compact Disc-Digital Audio，CD-DA)盘盘2022年10月31日第14章 光盘存储器5/4814.1 CD光盘光盘(续续2)CD-ROM的诞生的诞生由于由于CD-DA能够记录数字信息，自然就想到能够记录数字信息，自然就想到把它用作计算机的存储设备。但从把它用作计算机的存储设备。但从CD-DA过过渡到渡到CD-ROM须要解决两个重要问题须要解决两个重要问题地址问题：计算机如何找寻盘上的数据，即地址问题：计算机如何找寻盘上的数据，即如何划分盘上的地址。因为记录歌曲时是按如何划分盘上的地址。因为记录歌

6、曲时是按一首歌作单位，一片盘也就记录一首歌作单位，一片盘也就记录20首左右的首左右的歌曲，每首歌平均占用歌曲，每首歌平均占用30 MB左右的空间。左右的空间。存储一个文件不确定都要那么大的存储空间，存储一个文件不确定都要那么大的存储空间，因此需在因此需在CD盘上写入很多的地址编号盘上写入很多的地址编号误码率：把误码率：把CD盘作为计算机的存储器运用盘作为计算机的存储器运用时，要求它的错误率时，要求它的错误率(10-12)远远小于声音数远远小于声音数据的错误率据的错误率(10-9)。而用当时现成的。而用当时现成的CD-DA技术不能满足这一要求，因此还要接受错误技术不能满足这一要求，因此还要接受错

7、误校正技术校正技术1984年年Sony和和Philips发布了发布了CD-ROM物理物理格式标准，称为黄皮书格式标准，称为黄皮书(Yellow Book)标准标准2022年10月31日第14章 光盘存储器6/4814.1 CD光盘光盘(续续3)ISO 9660标准的诞生标准的诞生n黄皮书标准只解决了硬件生产厂家的制造标准问题，即存放计算机数据的物理格式，而没有涉及逻辑格式，也就是计算机文件如何存放在CD-ROM上，文件如何在不同的系统之间进行交换等问题。为此，在多方努力下又制定了一个文件交换标准，后来国际标准化组织(ISO)把它命名为ISO 9660标准 2022年10月31日第14章 光盘存

8、储器7/4814.1 CD光盘光盘(续续4)n14.1.2 CD系列产品系列产品n自自1981年激光唱盘上市以后，开发了一系列年激光唱盘上市以后，开发了一系列CD产品，见图产品，见图14-1，包括，包括nCD-DA(Compact Disc-Digital Audio)nCD-G(Graphics)nCD-V(Video)nCD-ROMnCD-I(Interactive)nCD-I FMV(Full Motion Video)nKaraoke CDnVideo CDnCD系列盘系列盘n大小、重量、制造工艺、材料、制造设备等都大小、重量、制造工艺、材料、制造设备等都相同，只是依据不同的应用目的存

9、放不同类型相同，只是依据不同的应用目的存放不同类型的数据而已的数据而已 2022年10月31日第14章 光盘存储器8/4814.1 CD光盘光盘(续续5)图14-1 CD产品系列 2022年10月31日第14章 光盘存储器9/4814.1 CD光盘光盘(续续6)n14.1.3 CD盘的结构盘的结构 n盘片结构盘片结构n组成部分见图组成部分见图14-2 n爱护层；反射层；刻槽；聚碳酸酯衬垫爱护层；反射层；刻槽；聚碳酸酯衬垫n两种反射层两种反射层n铝反射层：银白色，称为铝反射层：银白色，称为“银盘银盘”，只读，只读的光盘的光盘n金反射层：金色，称为金反射层：金色，称为“金盘金盘”，可刻录，可刻录的

10、光盘，称为的光盘，称为CD-R(CD-Recordable)盘盘n外形尺寸见图外形尺寸见图14-3n CD盘的外径为盘的外径为120 mm，重约，重约1418gn激光唱盘分为激光唱盘分为3个区：导入、导出和声音个区：导入、导出和声音数据记录区数据记录区2022年10月31日第14章 光盘存储器10/4814.1 CD光盘光盘(续续7)图14-2 CD盘片的结构图14-3 CD盘的结构 2022年10月31日第14章 光盘存储器11/4814.1 CD光盘光盘(续续8)n光道结构光道结构CD盘的光道结构与磁盘磁道的结构比较CD光盘磁盘记录道螺旋形同心环磁道数目很多只有一条，长约5 km盘片转动速

11、度CLV(恒定线速度)CAV(恒定角速度)记录密度里外记录区的密度相同里外记录区的密度不同光道形状2022年10月31日第14章 光盘存储器12/4814.1 CD光盘光盘(续续9)n14.1.4-5 CD盘的记录原理盘的记录原理n数据记录原理数据记录原理n磁光盘磁光盘(magneto optical disc，MOD)n利用磁的记忆特性，借助激光来写入和利用磁的记忆特性，借助激光来写入和读出数据读出数据n相变光盘相变光盘(phase change disc，PCD)n利用激光特殊材料在加热前后的反射率利用激光特殊材料在加热前后的反射率不同记忆不同记忆1和和0n只读只读CD光盘光盘n在盘上压制

12、凹坑的机械方法记录数据，在盘上压制凹坑的机械方法记录数据，见图见图14-5n凹坑的边缘记录的是凹坑的边缘记录的是1n凹坑和非凹坑的平坦部分记录的是凹坑和非凹坑的平坦部分记录的是0 n运用激光读出，见图运用激光读出，见图14-72022年10月31日第14章 光盘存储器13/4814.1 CD光盘光盘(续续10)(引自Encarta Premium DVD 2006)图14-5 原版盘制作示意图图14-7 CD盘的读出原理 2022年10月31日第14章 光盘存储器14/4814.1 CD光盘光盘(续续11)n14.1.6 CD激光唱盘标准摘要激光唱盘标准摘要名称技术指标光光盘盘播放时间74分钟

13、旋转方向顺时针(从读出表面看)旋转速度1.21.4m/s(恒定线速度)光道间距1.6 m盘片直径120 mm盘片厚度1.2 mm中心孔直径15 mm记录区46 mm117 mm数据信号区50 mm116 mm材料折射率为1.55的材料最小凹坑长度0.833 m(1.2m/s)0.972 m(1.4m/s)最大凹坑长度3.05 m(1.2 m/s)3.56 m(1.4 m/s)凹坑深度0.11 m凹坑宽度0.5 m2022年10月31日第14章 光盘存储器15/4814.1 CD光盘光盘(续续12)光学系光学系统统激光波长780 nm(7 800)聚焦深度 2 m信号格式信号格式通道数2个量化1

14、6位线性量化采样频率44.1 kHz通道位速率4.3218 Mb/s数据位速率1.9409 Mb/s数据：通道位8:17错误校正码CIRC调制方式EFM2022年10月31日第14章 光盘存储器16/4814.2 CD-Audion14.2.1 接受频率和样本大小接受频率和样本大小n采样频率为采样频率为44 100 Hzn一般人耳朵能听到的声音信号的频率范围为一般人耳朵能听到的声音信号的频率范围为2020 000 Hzn对频率高于对频率高于20 000 Hz的信号进行滤波。考虑到的信号进行滤波。考虑到滤波器在滤波器在20 000 Hz处约有处约有10%的衰减，故用的衰减，故用22 000 Hz

15、的的2倍作为采样频率倍作为采样频率n考虑与电视信号场扫描频率同步以避开相互干考虑与电视信号场扫描频率同步以避开相互干扰，扰，PAL电视的场扫为电视的场扫为50 Hz，NTSC为为60 Hz，取，取50和和60的整数倍，选用的整数倍，选用44 100 Hzn样本精度为样本精度为16位位n样本位数表示信号的动态范围。一位样本位数表示信号的动态范围。一位(bit)的动的动态范围约为态范围约为20lg2 6.02 dB，16位能够表达的位能够表达的动态范围大于动态范围大于96 dBn在激光唱盘上在激光唱盘上1秒钟的声音须要占据的存储空秒钟的声音须要占据的存储空间为间为n1秒秒 44 100样本样本/秒

16、秒 2字节字节/样本样本 2(左右两个左右两个通道通道)=176.4 千字节千字节2022年10月31日第14章 光盘存储器17/4814.2 CD-Audio(续续1)n14.2.2 声道数声道数n立体声有两个声道立体声有两个声道n长期以来，立体声就是两个声道长期以来，立体声就是两个声道(轨轨)。早期存。早期存储声音的媒体是接触式的唱片，唱片上的储声音的媒体是接触式的唱片，唱片上的V形形刻槽只能记录最多两个声道的模拟信号，这就刻槽只能记录最多两个声道的模拟信号，这就使后来的录音机、调频广播、录像机、甚至连使后来的录音机、调频广播、录像机、甚至连数字激光唱盘都接受两个声道的规格数字激光唱盘都接

17、受两个声道的规格n环绕声有多个声道环绕声有多个声道n多声道设备早已开发和接受，很多剧院一干脆多声道设备早已开发和接受，很多剧院一干脆受受4个以上的声音通道。声音转换成数字信号个以上的声音通道。声音转换成数字信号后，计算机很简洁处理，如压缩、偏移后，计算机很简洁处理，如压缩、偏移(Pan)、环绕音响效果环绕音响效果(surround sound)等，更多的声等，更多的声音通道和更逼真的音响效果已经出现音通道和更逼真的音响效果已经出现n例如，例如，MPEG-2数字影视标准和杜比数字数字影视标准和杜比数字(Dolby Digital)都接受都接受51个声音通道，即左、个声音通道，即左、中、右中、右3

18、个主声道，左后、右后两个环场声道个主声道，左后、右后两个环场声道和一个次低音声道和一个次低音声道 2022年10月31日第14章 光盘存储器18/4814.2 CD-Audio(续续2)n14.2.3 声音数据的通道编码声音数据的通道编码n将用户数据转换成适合存储或传输媒体的代码将用户数据转换成适合存储或传输媒体的代码的过程的过程n1.为什么要做通道编码为什么要做通道编码n从信号本身提取自同步信号从信号本身提取自同步信号n例如，有要记录连续多个字节的全例如，有要记录连续多个字节的全“0”或全或全“1”信号，如不做通道编码就记录到盘上，读出的信号，如不做通道编码就记录到盘上，读出的信号是一条直线

19、，电子线路就很难区分有多少信号是一条直线，电子线路就很难区分有多少个个“0”或或“1”n使读出信号的频带变窄使读出信号的频带变窄n例如，对于没有规律的数字信号，读出时的信例如，对于没有规律的数字信号，读出时的信号幅度和频率的变更范围都很大，电子线路就号幅度和频率的变更范围都很大，电子线路就很难把很难把“0”和和“1”区分开区分开n通道编码的本质通道编码的本质n在连续在连续“0”(或或“1”)之间插入若干个之间插入若干个“1”(或或“0”)n对对“0”和和“1”的连续长度数目即的连续长度数目即“行行游游程长度程长度”加以限制加以限制n凡在物理设备上存储或传输的数字信号都要通凡在物理设备上存储或传

20、输的数字信号都要通道编码道编码2022年10月31日第14章 光盘存储器19/4814.2 CD-Audio(续续3)为什么要把为什么要把8位转换成位转换成14位位/17位位理论分析和试验证明理论分析和试验证明依据依据20世纪世纪70年头的技术水平，把年头的技术水平，把“0”的游程长的游程长度最短为度最短为2个而最长不超过个而最长不超过10个，即个，即2个个“1”之间之间的的“0”至少要有至少要有2个而最多不超过个而最多不超过10个，光盘上的个，光盘上的信号就能够牢靠读出信号就能够牢靠读出从从8位到位到14位，位，EFM(eight to fourteen modulation)8位数有位数有

21、256种代码，种代码，14位通道位有位通道位有16 384种代码，种代码，其中有其中有267种代码能够满足种代码能够满足“0”游程长度的要求。游程长度的要求。在在267种代码中有种代码中有10种代码在合并通道代码时限制种代码在合并通道代码时限制游程长度仍有困难，再去掉一个就得到与游程长度仍有困难，再去掉一个就得到与8位数相位数相对应的对应的256种通道码种通道码从从14位到位到17位位为满足游程长度的要求，在通道码之间增加为满足游程长度的要求，在通道码之间增加3位以位以确保读出信号的牢靠性，于是确保读出信号的牢靠性，于是8位数据就转换成位数据就转换成17位位注：在注：在DVD光盘技术中，把光盘

22、技术中，把3位合并位改成位合并位改成2位，并位，并把它们干脆插入到重新设计的码表中，于是把它们干脆插入到重新设计的码表中，于是1字节字节的数据就转换成的数据就转换成16位的通道位，提高了位的通道位，提高了DVD的存储的存储容量容量2022年10月31日第14章 光盘存储器20/4814.2 CD-Audio(续续4)图14-8 激光唱盘上声音数据编码的过程 2022年10月31日第14章 光盘存储器21/4814.2 CD-Audio(续续4)n14.2.4 CD盘如何批量生产盘如何批量生产n 激光唱盘激光唱盘(CD-DA)、数字激光视盘、数字激光视盘(VCD)和和CD-ROM的制作过程都相同

23、，大致分成三个阶的制作过程都相同，大致分成三个阶段段n1.原版盘预制作原版盘预制作(premastering)或称母盘预制作或称母盘预制作n对于激光唱盘，把音乐节目转换成标准的对于激光唱盘，把音乐节目转换成标准的CD-DA格式格式,在在“红皮书红皮书”中有具体说明中有具体说明n对于对于VCD盘，把影视节目转换成盘，把影视节目转换成VCD标准记录标准记录格式，在格式，在Video CD 2.0标准标准(白皮书白皮书)中有具体说中有具体说明明n这项工作由转换软件或称编码器这项工作由转换软件或称编码器(encoder)来完来完成成n2.原版盘制作原版盘制作(Mastering)或称为母盘制作或称为母

24、盘制作n通道编码：通道编码：把符合把符合CD-DA或或VCD格式的数据格式的数据经过经过EFM编码器编码，再附加编码器编码，再附加3位用来改善读位用来改善读/写信号的质量，于是写信号的质量，于是8位并行数据就转换成物位并行数据就转换成物理通道上的理通道上的17位串行数据位串行数据 2022年10月31日第14章 光盘存储器22/4814.2 CD-Audio(续续5)n光刻：把涂有光敏电阻的光刻：把涂有光敏电阻的玻璃盘放在旋转平台上光玻璃盘放在旋转平台上光刻。见图刻。见图14-9，激光源发，激光源发出的激光束通过激光调制出的激光束通过激光调制器时受到串行数据的限制，器时受到串行数据的限制，如数

25、据如数据“0”就不让激光就不让激光束通过，光敏电阻就不曝束通过，光敏电阻就不曝光；数据光；数据“1”就让激光就让激光束通过，光敏电阻就曝光，束通过，光敏电阻就曝光，这样在玻璃盘上就形成长这样在玻璃盘上就形成长短不同的曝光区和非曝光短不同的曝光区和非曝光区。区。n化学处理：对光刻的玻璃化学处理：对光刻的玻璃盘进行化学处理。盘上曝盘进行化学处理。盘上曝了光的区域被腐蚀后形成了光的区域被腐蚀后形成凹坑，没有曝光的区域就凹坑，没有曝光的区域就被保留下来，被保留下来，“0”和和“1”信号就以凹坑和非信号就以凹坑和非凹坑的形式记录在螺旋形凹坑的形式记录在螺旋形光道上光道上 图14-9 光刻系统示意图 20

26、22年10月31日第14章 光盘存储器23/4814.2 CD-Audio(续续6)n电镀：电镀：对经过化学处理的玻璃盘进行化学电镀生成u金属原版盘，称为父盘(father disc)u通过父盘制作母盘(mother disc)u由母盘制作子盘(son disc)，即压模(stamper)n原版盘制作的整个过程见图14-10图14-10 原版盘VCD的整个制作过程2022年10月31日第14章 光盘存储器24/4814.2 CD-Audio(续续7)3.大批量复制大批量复制VCD的盘基是用聚碳酸酯塑料做的，因此大的盘基是用聚碳酸酯塑料做的，因此大多数大批量复制设备是用塑料注射成型机多数大批量复

27、制设备是用塑料注射成型机聚碳酸酯加热之后注入盘模里，压模就把它聚碳酸酯加热之后注入盘模里，压模就把它上面的数据压制到正在冷却的塑料盘上上面的数据压制到正在冷却的塑料盘上在盘上溅射一层铝，用于读出数据时反射激在盘上溅射一层铝，用于读出数据时反射激光束光束涂一层爱护漆涂一层爱护漆印制标牌印制标牌 2022年10月31日第14章 光盘存储器25/4814.3 DVD光盘光盘n14.3.1 DVD光盘是什么光盘是什么原为Digital Video Disc的缩写，后改为Digital Versatile Disc。当谈到DVD时，通常指前者两大国际财团的产物n在1995年，Sony和Philips E

28、lectronics DV公司领导的国际财团与Toshiba和Time Warner Entertainment公司领导的国际财团分别提出不兼容的高密度CD(HDCD)规格n同年10月，两大财团同意盘片的设计按Toshiba/Time Warner公司的方案，而存储在盘上的数据编码按Sony/Philips公司的方案n最终结果u单面单层DVD盘片的存储容量为4.7 GBu单面双层盘片的容量为8.5 GBu单面单层盘存储133分钟的MPEG-2影视，配备Dolby AC-3/MPEG-2 Audio质量的声音和不同语言的字幕 2022年10月31日第14章 光盘存储器26/4814.3 DVD光

29、盘光盘(续续1)n14.3.2 DVD的规格的规格DVD的标准文件用Book标识，见表14-3 表表14-3 DVD14-3 DVD和和CDCD系列系列DVD(Digital Versatile Disc)CD(Compact Disc)Book A:DVD-ROMCD-ROMBook B:DVD-VideoVideo CDBook C:DVD-AudioCD-AudioBook D:DVD-RecordableCD-RBook E:DVD-RAMCD-MO2022年10月31日第14章 光盘存储器27/4814.3 DVD光盘光盘(续续2)盘的类型存储容量(GB)名称MPEG-2 Video

30、播放时间(分钟)单面单层(只读)4.7DVD-5133单面双层(只读)8.5DVD-9240单层双面(只读)9.4DVD-10266双层,双面(只读)17DVD-18单层双面(DVD-RAM)5.2147表14-4 部分DVD的存储容量 2022年10月31日第14章 光盘存储器28/4814.3 DVD光盘光盘(续续3)DVD-Video的规格见表14-5DVD盘上的影视接受MPEG-2标准NTSC的声音接受Dolby AC-3(现改名为Dolby Digital)标准，MPEG-2 Audio作为选用；PAL和SECAM的声音接受MPEG-2 Audio标准，Dolby AC-3作为选用技

31、术内容技术规格数据传输率可变速率，平均为4.69 Mb/s(最大为10.7 Mb/s)图像压缩标准MPEG-2标准声音标准PAL：MPEG MUSICAM*5.1或LPCM,可选用Dolby AC-3通道数多达8个声音通道和32个字幕通道表14-5 DVD盘上的电视规格*MUSICAM(Masking pattern adapted Universal Subband Integrated Coding And Multiplexing)2022年10月31日第14章 光盘存储器29/4814.3 DVD光盘光盘(续续4)n14.3.3 DVD的存储容量是怎样提高的的存储容量是怎样提高的nDV

32、D所接受的技术归纳在表所接受的技术归纳在表14-6 名称DVDCD容量增益盘片直径120 mm120 mm盘片厚度0.6 mm/面1.2 mm/面减小激光波长635/650 nm780 nm4.486=(1.6*0.83)/(0.74*0.40)加大N.A.(数值孔径)0.60.45减小光道间距0.74 m1.6 m减小最小凹凸坑长度0.4 m0.83 m减小纠错码的长度RSPCCIRC修改信号调制方式8-168-14 加 3 1.0625=17/16加大盘片表面的利用率86.6 86 1.019=86.6/86减小每个扇区字节数2048/2060字节/扇区2048/2352字节/扇区1.14

33、2=2352/2060表14-6 DVD技术摘要 2022年10月31日第14章 光盘存储器30/4814.3 DVD光盘光盘(续续5)1.运用波长较短的激光是提高容量的关键运用波长较短的激光是提高容量的关键CD接受波长为接受波长为780 nm的红外光。的红外光。DVD接受波长为接受波长为635/650 nm的激光源的激光源,光道间距和凹凸坑的长度和宽度做得更小，见图光道间距和凹凸坑的长度和宽度做得更小，见图14-11。总的容量可提高到。总的容量可提高到4.486倍倍 2.加大光盘的记录区域加大光盘的记录区域加大光盘的数据记录区域。加大光盘的数据记录区域。DVD盘的记录区域从盘的记录区域从CD

34、盘的盘的86 cm2提高到提高到86.6 cm2，见图，见图14-12。总容量提高了。总容量提高了1.9%图14-11 DVD盘和CD盘之间的差别 图14-12 增加记录面积 2022年10月31日第14章 光盘存储器31/4814.3 DVD光盘光盘(续续6)数值孔径2022年10月31日第14章 光盘存储器32/4814.3 DVD光盘光盘(续续7)3.运用双面和多层记录运用双面和多层记录运用盘片的两个面记录数据，比较图运用盘片的两个面记录数据，比较图14-13和图和图14-14在一个面上制作多层记录层在一个面上制作多层记录层4.改进调制和纠错方法改进调制和纠错方法接受效率较高的接受效率较

35、高的8-16(EFM PLUS)调制，由调制，由17位位变成变成16位位接受里德接受里德-索洛蒙乘积码索洛蒙乘积码(Reed Solomon Productlike Code，RSPC)图14-13 单面单层光盘的结构 图14-14 单面双层光盘的结构 2022年10月31日第14章 光盘存储器33/4814.4 VCD与与DVD播放机播放机 nVCD播放机播放机nVideo CD是如下技术的产物是如下技术的产物nVideo(可通俗理解为数字影视可通俗理解为数字影视)技术技术n激光记录技术，或称光盘存储器技术激光记录技术，或称光盘存储器技术n计算机软硬件技术计算机软硬件技术n两种两种VCD播放

36、系统播放系统n 运用运用PC机构成的播放系统，可用机构成的播放系统，可用MPEG播放播放卡或软件卡或软件MPEG播放器播放器nVCD播放机电视机播放机电视机nVCD播放机的基本结构播放机的基本结构n典型结构见图典型结构见图14-15，围绕，围绕C-Cube Microsystems公司的公司的L482/484解码器构成的解码器构成的nVCD播放机主要由播放机主要由3个核心部件组成个核心部件组成nCD盘驱动器或称盘驱动器或称CD加载器；加载器；nMPEG解码器；解码器；n微限制器。微限制器。2022年10月31日第14章 光盘存储器34/4814.4 VCD与与DVD播放机播放机(续续1)图14

37、-15 VCD播放机的典型结构32022年10月31日第14章 光盘存储器35/4814.4 VCD与与DVD播放机播放机(续续2)nDVD播放机播放机nDVD播放系统结构见图播放系统结构见图14-16，主要功能部件，主要功能部件如下如下nDVD加载器：主要由马达、激光读出头和相关加载器：主要由马达、激光读出头和相关的驱动电路组成的驱动电路组成n数字信号处理器数字信号处理器(DVD-DSP)：用于将从光盘上：用于将从光盘上读出的脉冲信号转换成解码器能够运用的数据读出的脉冲信号转换成解码器能够运用的数据n数字声音和电视图像解码器：主要功能包括数字声音和电视图像解码器：主要功能包括n分别数据流中的

38、声音和视像数据，建立声音和分别数据流中的声音和视像数据，建立声音和视像的同步关系视像的同步关系n视像数据解压缩，重构广播级质量的视像视像数据解压缩，重构广播级质量的视像n声音数据解压缩，重构声音数据解压缩，重构CD质量的环绕立体声质量的环绕立体声n处理图形屏幕显示处理图形屏幕显示(On-Screen Display，OSD)。n微限制器：微型计算机芯片微限制器：微型计算机芯片n限制播放机的运行、管理遥控器、限制面板上限制播放机的运行、管理遥控器、限制面板上的用户输入的用户输入n管理管理DVD节目的存取权限等节目的存取权限等2022年10月31日第14章 光盘存储器36/4814.4 VCD与与

39、DVD播放机播放机(续续3)图14-16 DVD播放系统的基本结构3 2022年10月31日第14章 光盘存储器37/4814.5 HD DVD与与BD光盘光盘nHD DVD与与BD光盘是什么光盘是什么nHD DVD(High Definition DVD)是由是由Toshiba、Hitachi和和NEC等公司在等公司在2003年年11月联合发布的月联合发布的大容量光盘存储器标准大容量光盘存储器标准nBD(Blu-ray Disc)是由是由Sony，Philips和和Panasonic等公司在等公司在2002年年2月联合发布的大容月联合发布的大容量光盘存储器标准。量光盘存储器标准。BD源于源于

40、blue-violet laser Disc，因它是流行于欧美的一般术语，申请商，因它是流行于欧美的一般术语，申请商标不易，因此去掉了标不易，因此去掉了blue中的中的“e”。n比较而言比较而言nBD技术更先进，但不能运用现有的技术更先进，但不能运用现有的DVD设备设备来生产来生产BD光盘产品，生产线的成本比较贵光盘产品，生产线的成本比较贵nHD DVD技术可在现有技术可在现有DVD设备基础上加以改设备基础上加以改进，因此成本比较低进，因此成本比较低n都用波长为都用波长为405 nm的蓝激光的蓝激光(blue-violet laser)读写光盘，见图读写光盘，见图14-17 2022年10月3

41、1日第14章 光盘存储器38/4814.5 HD DVD与与BD光盘光盘(续续1)图14-17 CD，DVD，HD DVD和BD盘的主要异同点 2022年10月31日第14章 光盘存储器39/4814.5 HD DVD与与BD光盘光盘(续续2)nHD DVD与与BD技术规范技术规范 n物理性能见表物理性能见表14-7n容量差别较大容量差别较大n都用波长为都用波长为405 mm的蓝紫色激光的蓝紫色激光n影视规范影视规范n支持支持MPEG-2、H.264/AVCn支持支持SMPTE VC-1(Video Codec-1)nSMPTE于于2006年提出的标准，正式名称为年提出的标准，正式名称为SMP

42、TE 421Mn得到得到Blu-ray,HD DVD和和Windows Vista等产品等产品的支持的支持n运用运用DCT技术和技术和WMV9(Windows Media Video 9)编译器规范编译器规范n质量比质量比H.264好，解码速度也比好，解码速度也比H.264快快n支持支持HDTV影视标准格式影视标准格式2022年10月31日第14章 光盘存储器40/48名称Blu-ray DiscHD DVDDVD激光波长(nm)405(蓝紫)650(红)数值孔径(NA)0.850.650.6存储容量(单面)单层25 GB15 GB4.7 GB双层50 GB30 GB8.5 GB播放时间(小时

43、)MPEG-2(5 Mbps)22.2/11.1 13.3/6.6 3.8/1.9AVC或VC-1(13 Mbps)8.5/4.25.1/2.6 N/AMPEG-2(20 Mbps)5.6/2.83.3/1.7 N/A视像编码SMPTE VC-1/MPEG-4 AVC/MPEG-2MPEG-1/MPEG-214.5 HD DVD与与BD光盘光盘(续续3)表表14-7 BD与与HD DVD的性能比较的性能比较 2022年10月31日第14章 光盘存储器41/4814.5 HD DVD与与BD光盘光盘(续续4)声音编码有损Dolby Digital(必须)448 kbps(必须)DTS(必须)1.

44、5 Mbps(可选)Dolby Digital PlusN/ADTS-HD High Resolution(可选)N/A无损Linear PCM(必须)(必须)Dolby TrueHDN/ADTS-HD Master Audio(可选)N/A最大位速率原始数据率53.95 Mbps36.55 Mbps11.08 Mbps声音+视像48.0 Mbps30.24 Mbps10.08 Mbps视像40.0 Mbps29.4 Mbps9.8 Mbps最大视像分辨率1920108019201080720480(NTSC)720 x576(PAL)帧速率24/25p,50/60i24/25/30p,50/

45、60i50/60i区域码3个区域无6个区域表表14-7 BD与与HD DVD的性能比较的性能比较(续续)2022年10月31日第14章 光盘存储器42/4814.5 HD DVD与与BD光盘光盘(续续5)n声音规范声音规范n支持多种声音编码格式，如支持多种声音编码格式，如Dolby Digital,PCM,和和 DTS等。见表等。见表14-8nDolby Digital(杜比数字杜比数字):杜比数字是多声道环杜比数字是多声道环绕声编码系统，现已作为国际标准，可供应绕声编码系统，现已作为国际标准，可供应6个声音通道，称为个声音通道，称为5.1声道，即左、中、右、后声道，即左、中、右、后左、后右左

46、、后右5个主声道和个主声道和1个低音加强声道，声音个低音加强声道，声音数据的位速率通常为数据的位速率通常为64448 kbps。n(2)DTS(Digital Dolby Theater Systems)：称为：称为“数字影院声音系统数字影院声音系统”，用于影剧院和部分，用于影剧院和部分DVD-Audio和和DVD-Video中的中的5.1通道环绕声格通道环绕声格式，与式，与Dolby Digital类似。类似。n(3)linear PCM(linear pulse code modulation)：称为：称为“线性脉冲编码调制线性脉冲编码调制”。没有经过压缩。没有经过压缩的的PCM声音编码方

47、法，声音的采样频率可为声音编码方法，声音的采样频率可为48或或96 kHz，样本精度可为，样本精度可为16，20或或24位，声道位，声道数数18个，最高数据位速率为个，最高数据位速率为6.144 Mbps2022年10月31日第14章 光盘存储器43/4814.5 HD DVD与与BD光盘光盘(续续6)编码器Dolby DigitalDolby Digital PlusDolby TrueHDDTSBlu-ray播放器支持必须可选可选可选最多通道数5.17.185.1最大位速率640 kbps1.7 Mbps18 Mbps1.5 MbpsHD DVD播放器支持必须必须必须可选最多通道数5.17

48、.185.1最大位速率504 kbps3 Mbps18 Mbps1.5 MbpsDVD播放器支持必须-可选最多通道数5.1-5.1最大位速率448 kbps-1.5 Mbps表表14-8 BD和和HD DVD支持的部分声音格式支持的部分声音格式 2022年10月31日第14章 光盘存储器44/4814.5 HD DVD与与BD光盘光盘(续续7)n记录系统记录系统n由光盘和激光读写子系统、信号处理子系统和由光盘和激光读写子系统、信号处理子系统和伺服子系统组成。伺服子系统组成。nHD DVD和和BD的共同点和差别见表的共同点和差别见表14-9。有关。有关纠错编码技术纠错编码技术(ECC)的介绍请看

49、第的介绍请看第16章。须要章。须要说明的是数据调制方法，也就是通道编码说明的是数据调制方法，也就是通道编码nHD DVD运用运用ETM(eight to twelve modulation)8-12调制，即每个调制，即每个8位数据转换位数据转换为为12位，并满足位，并满足RLL(1.10)的规则的规则n在在RLL(d,k)中中:d表示两个表示两个“1”之间之间“0”的的最小行程长度，最小行程长度，k表示两个表示两个“1”之间之间“0”的的最大行程长度最大行程长度nBD运用运用“17PP”调制，其全称为调制，其全称为“(1,7)RLL parity preserve(PP)-prohibit r

50、epeated minimum transition run length(RMTR)”nPP(Parity Preserve)表示调制位与原始数据位表示调制位与原始数据位有相同的奇偶性有相同的奇偶性(1的数目是奇数或偶数的数目是奇数或偶数)2022年10月31日第14章 光盘存储器45/4814.5 HD DVD与与BD光盘光盘(续续8)特性Blu-ray DiscHD DVDDVD光光记录记录系系统规统规格格激光波长(nm)405(蓝紫)405(蓝紫)650/635(红)数值孔径(NA)0.850.650.6激光点直径(m)0.480.621.1最小凹坑长度 (m)0.160(23.3/4