chp15_光盘存储格式
多媒体光盘存储系统
多光驱大多采用了CAV（Constant Angular Velocity，恒定角速度）技术。在CAV 方式下，不管是内圈还是外圈，激光头始终以恒 定的角速度旋转CD-ROM盘片，这和硬盘驱动器 的操作方式很相似。在CAV方式下，光盘内外圈 转动的线速度是不相等的，因此内外光道的数据 记录密度也是不同的，光盘的存储空间没有充分 利用。
多媒体技术基础与应用
CD光盘与DVD光盘表面存储位的比较
多媒体技术基础与应用
采用非接触方式读/写信息
多媒体技术基础与应用
光盘驱动器的部件与组成
光驱是一个结合光学、机械及电子技术的产品，
主要由以下几个部分组成： 激光头组件 导轨 主轴马达 光盘轮毂 光盘托架
多媒体技术基础与应用
多媒体技术基础与应用
DVD
与以往的光盘存储介质相比，DVD采用波长 更短的红色激光、更有效的调制方式和更强的纠 错方法，具有更高的道密度和位密度。其中仅单 面单层的容量(4.7GB)就是CD容量（650MB）的 7倍多。DVD与新一代音频、视频处理技术(如 MPEG2、HDTV)相结合，可提供近乎完美的声音 和影像。DVD与计算机结合，可提供新的海量存 储介质。正如CD技术带来了音频记录的革命， DVD技术了带来视频记录和多媒体技术的革命。
多媒体技术基础与应用
光存储介质的一般结构
1.基板
2.记录层(染料层)
多媒体技术基础与应用
双层蓝光光盘的存储容量
多媒体技术基础与应用
4.3 光存储介质的结构与工作原理
根据光盘结构，光盘主要分为CD、 DVD、蓝光光盘等几种类型，这几种类型 的光盘，在结构上虽有所区别，但其主要 结构原理是一致的。只读的CD光盘和可记 录的CD光盘在结构上没有区别，它们主要 区别在材料的应用和某些制造工序的不同， DVD类光盘也是同样的道理。
“蓝光”光盘——新一代的光盘格式
会是多么懊恼的事情。因此， 存储质量也是光盘设计的
一
个 重 要指标 。
７ 东 技２１９ 第２ ０Ｊ 科 ００ 总 ４ 广 ４
蓝 光光碟 在现 有 光盘 的基础 上 ， 计 了一个 更 为坚 设 固 的层 面 ， 以更 有效 地保 护光 碟 内 的有效 记 录层 。例 可 如 。飞 利 浦 公 司生 产 的蓝 光光 盘 采 用 高级 真 空 连结 技
张Ｃ Ｄ光盘 就可 以存 放 六百 多本 这样 的 书籍 ， 一张 而
Ｄ Ｄ光盘则可以存放四千多本。按照这样计算 ， Ｖ 一张光 盘的电子书就够我们看上好几年了。 但是又有谁能忍受
打 开 电脑 只见 到爬 满屏 幕 的文本 呢？ 着人们 对音 视频 随
以刻录成单碟格式发布 ， 用户无需在安装软件的过程 中
制定的光盘读写标准是使用波长为 ４ ５纳米 的蓝紫色 ０
激 光 ， 录 的 激光 波 长 就是 这 支 “ ” 笔尖 ”“ 刻 笔 的“ ，笔尖 ” 更 细 ，字 ”也就 写得 更 多 了 。由于 蓝 光 磁 头的 激 光是 “ ４ ５纳 米 ， ０ 所发 出 的光 接近 蓝色 可见 光 ， 被称 为 “ 光 故 蓝 （ ｌ Ｒ ｙ 光盘 ” 注 ： 光 的英 文 名 为 Ｂｕ Ｒ ｙ 而 不 Ｂｕ ａ ） — （ 蓝 ｌ ａ， — 是 Ｂｕ — ａ ）图 １ ｌ Ｒｙ， ｅ 是其 国际通 用 的标识 。 普通 的 Ｃ Ｄ光 盘容 量为 ７ ０ ０ Ｍ，而单碟 的蓝 光 光盘
光Ｄ Ｄ Ｖ ，这 种光 碟 的容量 是 ５ ０ ０ Ｇ。相对 于普 通 的 Ｃ Ｄ 光盘， 将这样 的蓝 光光 盘 比喻 为 巨人 一点都 不 为过 。 蓝光 光盘 比普 通光 盘 多几 十倍 的容 量 ， 大大提 升 这 了娱 乐 业和 ｆ 业 的数 据移 动 存储 空 间 。更 多 的软件 可 Ｔ
多媒体技术基础之光盘存储器
14章 光盘存储
14.1 CD光盘(续12)
光学系统 激光波长 聚焦深度 信号格式 通道数 量化 采样频率 通道位速率 数据位速率 数据：通道位 错误校正码 调制方式
780 nm (7 800 Å) ±2 µm
2个 16位线性量化 44.1 kHz 4.3218 Mb/s 1.9409 Mb/s 8:17 CIRC EFM
14.2 CD-Audio(续1)
14.2.2 声道数
➢ 立体声有两个声道
长期以来，立体声就是两个声道(轨)。早期存储声音的媒 体是接触式的唱片，唱片上的V形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、甚至连数字激光唱盘都采用两个声道的规格
➢ 环绕声有多个声道
两种反射层
铝反射层：银白色，称为“银盘”，只读的光盘 金反射层：金色，称为“金盘”，可刻录的光盘，称
为CD-R (CD-Recordable)盘
外形尺寸见图14-3
CD盘的外径为120 mm，重约14～18g 激光唱盘分为3个区：导入、导出和声音数据记录区
14章 光盘存储
14.1 CD光盘(续7)
14章 光盘存储
14.2 CD-Audio
14.2.1 采用频率和样本大小
➢ 采样频率为44 100 Hz
普通人耳朵能听到的声音信号的频率范围为20～20 000 Hz 对频率高于20 000 Hz的信号进行滤波。考虑到滤波器在20
000 Hz处约有10%的衰减，故用22 000 Hz的2倍作为采样 频率 考虑与电视信号场扫描频率同步以避免相互干扰，PAL电 视的场扫为50 Hz，NTSC为60 Hz，取50和60的整数倍， 选用44 100 Hz
14章 光盘存储
1CD-ROM光盘详解
光盘
• 光盘形状通常是厚度为1.2mm、直径为120mm 或80mm的圆盘片，常见的是直径为120mm的光 盘。在光盘的正面中心有一个直径为15mm的圆 孔，从里向外依次是：半径为2mm的透明圆形内 环；半径为7mm的透明圆形高压区；半径为 1mm的透明圆形沟槽；半径为41mm的圆形印刷 面；最外面是半径为1.5mm的圆形外环。
光盘
定义：即高密度光盘(Compact Disc)是近代发展起 来不同于磁性载体的光学存储介质，用聚焦的氢离 子激光束处理记录介质的方法存储和再生信息，又 称激光光盘。
CD-ROM是光盘中的一种，直径为12cm， 存储容量可达650MB-740MB，存贮量可达6 亿个数据字符以上，如果单纯存放文字，一 张光盘相当于15万张16开的纸。以数字形式 存放高质量的声音、图像、文字、计算机程 序和动画等多种媒体的数据，其单位存储成 本低。理论上可永久保存，对环境无苛刻要 求，最少保存寿命达30年以上。
• 光盘数据数据光道是由里向外的螺旋线，其 轨道的各个尺寸和密度都是一样，保证数据的存 储空间分配更加合理。
12cm直径光盘
中心圆孔（0.75cm 半径）
环形固定区（1.35cm）
环形数据区（3.8cm） 环形空白区（0.1cm）
光盘直径大小一般为12cm与8cm
光盘的结构
光轨
光盘的物理结构
印刷层
（记录层） （基板）
光盘的逻辑结构
二进制数据以微观的凹痕形式记录在光盘的螺旋轨道上。光 道从盘的中心开始直到盘的边缘结束。光道上凹凸交界的跳变沿 均代表数字“1”，两个边缘之间代表数字“0”。“0”的个数是由 边缘之间的长度决定的。信息读取时，CD机的激光头发出一束激 光照到CD盘的数据面并拾取由凹痕反射回来的光信号，由此判别 记录的是“1”或“0”。
第六讲 光盘设备
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5.3.4 光盘设备的组成与运行
一、 光盘存储器（续）
2、光盘存储器的组成及工作原理
（1）光盘存储器的组成 光盘存储器由光盘控制器、光盘驱动器及接口组成。 光盘控制器主要包括数据输入缓冲器、记录格式器、编码器、 读出格式器、数据输出缓冲器等部分。 光盘驱动器主要包括主轴电机驱动机构、定位机构、光头 装置及电路等。其中光头装置部分是驱动器的关键部分。 （2）CD-ROM光盘的读取 CD-ROM光盘上有一条从内向外的由凹痕和平坦表面相互 交替而组成的连续的螺旋形路径，数据和程序都是以刻痕的 形式保存在盘片上的。当一束激光照射在盘面上，靠盘面上 有无凹痕的不同反射率来读出程序和数据。
RAID3
RAID4 RAID5
10Βιβλιοθήκη 位交叉奇偶校验的磁 盘阵列
块交叉奇偶校验的磁 盘阵列 无独立校验盘的奇偶 校验磁盘阵列
8
8 8
1
1 1
1
1 1
小结：
本节课主要讲解了以下内容：
一、光盘存储器的类型
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二、光盘存储器的组成及工作原理
三、光盘驱动器 四、DVD设备 五、RAID 简介 六、RAID的分级
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5.3.4 光盘设备的组成与运行
一、 光盘存储器（续）
（3）CD-RW光盘 可以写入、擦除、重写的可逆性记录系统。这种光盘类似 于磁盘，可重复读写。
（4）DVD-ROM光盘 DVD代表通用数字光盘，简称高容量CD。任何DVD-ROM光驱 都是CD-ROM光驱，即这类光驱既能读取CD光盘，也能读取DVD光 盘。DVD除了密度较高以外，其他技术与CD-ROM完全相同。
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计算机组装 光盘存储技术
计算机组装光盘存储技术早期的光盘全都是只读类型的，人们只能从光盘上获取信息，而无法利用光盘来备份数据。
随后，CD-R、CD-RW、DVD-RAM、DVD-R/RW等技术的出现，改变了普通用户无法向光盘上输入数据的问题，而上述技术便被人们称为光盘的可记录存储技术，简称刻录技术。
1．光盘刻录系统的组成完整的光盘刻录系统由可记录光盘、光盘刻录机和光盘刻录软件所组成，三者缺一不可，只有配套使用后才能实现向光盘输入数据的目的。
●可记录光盘可记录光盘是进行光盘刻录时的媒介，也称刻录盘。
目前，市场上的刻录盘主要分为CD和DVD两大系列，每个系列内又分为若干个不同类型。
CD记录盘分为CD-R（CD-Recordable）和CD-RW（CD-ReWritable）两种类型。
其中，前者是只能进行一次写入，尽管剩余空间还可追加数据，但同一部位只能写入一次，这一点与硬盘的可重复性写入有着本质的区别。
为此，RICOH（理光）公司研发了CD-RW刻录技术，可重复擦写的CD-RW光盘由此诞生，使得人们终于可以像使用硬盘一样的向光盘内反复输入新的数据，并在不需要时将其删除。
DVD记录盘分为DVD-RAM、DVD-R/RW和DVD+R/RW共3大类型5种格式。
其中，DVD-R 和DVD+R格式属于一次性刻录光盘格式，而DVD-RAM、DVD-RW和DVD+RW则属于可反复擦写的刻录光盘格式。
●光盘刻录机光盘刻录机的外型与普通光盘驱动器没有什么不同，并且刻录机也可以用来读取光盘上的数据。
不过，光盘刻录机的激光头组件除了可以发射出与普通光驱一样的激光束进行数据读取操作外，还可以通过发射特殊激光束的方法将数据写入刻录盘。
因此，光盘刻录机不但和普通光驱一样有数据读取速度指标，也有刻录速度指标，并且分为写速度（针对一次性刻录盘）和复写速度（针对可重复擦写的刻录盘）之分。
●光盘刻录软件光盘刻录软件的功能是按照光盘数据结构的规范来帮助用户组织要录入的数据，并驱动刻录机将这些数据“烧录”在空白的可记录光盘上。
计算机组装 光盘分类
计算机组装光盘分类按照不同的方式，可以将光盘划分为多种不同的类型。
在此之中，最为常用的有按照物理格式划分、按照应用格式划分，以及按照读写限制进行划分等方式。
1．按照物理格式所谓物理格式，是指光盘在记录数据时采用的格式，大致可分为CD系列、DVD系列、蓝光光盘（Blu-Ray Disc，BD）和HD-DVD这4种不同的类型。
●CD光盘CD代表小型镭射盘，是一种用于所有CD媒体格式的术语，包括有音频CD、CD-ROM、CD-ROM XA、照片CD、CD-I和视频CD等多种类型。
●DVD光盘DVD系列是目前最为常见的光盘类型，如今共有DVD-VIDEO、DVD-ROM、DVD-R、DVD-RAM、DVD-AUDIO五种不同的光盘数据格式，被广泛应用于高品置音、视频的存储，以及数据存储等领域。
●蓝光光盘这是一种利用波长较短（405nm）的蓝色激光读取和写入数据的新型光盘格式，其最大的优点是容量大，非常适于高画质的影音及海量数据的存储。
目前，一个单层蓝光光盘的容量已经可以达到22GB或25GB，能够存储一部长达4小时的高清电影；双层光盘更可以达到46GB或54GB的容量，足够存储8小时的高清电影。
●HD-DVD光盘HD-DVD光盘是一种承袭了标准DVD数据层的厚度，却采用蓝光激光技术，以较短的光波长度来实现高密度存储的新型光盘。
与目前标准的DVD单层容量4.7GB相比，单层HD-DVD 光盘的容量可以达到15GB，并且延续了标准DVD的数据结构（架构、指数、ECC blocks等），唯一不同的是HD-DVD需要接收更多用于错误校对的ECC blocks。
注意Blu-Ray和HD-DVD都是近年来兴起的大容量光存储技术，其共同点在于都采用了光波较短的蓝色激光来读取和存储数据，但由于两者的设计构造及各种标准并不相同，因此不能将两者混为一谈。
2．按照应用格式按照光盘所存储数据内容的不同，可将其大致分为音频光盘（如音频CD、DVD-Audio 等）、视频光盘（如VCD、DVD-Video等）、数据光盘（主要指计算机数据文档及文本等内容），以及将音频、视频、数据文档等多种不同类型的数据混合存储在同一张光盘上的混合光盘。
光盘存储器的类型
光盘存储器的类型
光盘存储器的类型
1、只读型光盘CDROM
只读型光盘的主要技术来源于激光唱盘，可以存储650MB信息。
CD-ROM盘片上的信息是由生产厂家预先写入的，用户只能读取盘片上的信息，而不能往盘片上写入信息。
它主要用于存放固定不变的数据、计算机软件或多媒体演示节目，如计算机辅助教学课件等。
CDROM光盘可以大量复制，而且成本非常低廉。
2、一次写入型光盘WORM
一次写入型光盘类似于半导体PROM的读写功能，用户可以一次性写入信息。
写入的信息将永久保存在光盘上，以后可以任意多次读出，但写入后不能再修改，所以记录信息时一定要慎重。
WORM光盘在使用前首先要进行格式化，形成格式化信息区和逻辑目录区，并引入了DOS文件分配表的概念。
在光盘的根目录下面是用户定义的逻辑目录，逻辑目录对应文件管理区，在逻辑目录建立的同时，用户可以对其中重要文件进行加密，特别适用于数字图像等文档信息的存储和检索。
光盘技术标准版资料
Collimating Lens
PD
第五章 光盘存储技术
光盘技术
Traditional optical recording system
User Data
Encoder
Pick-up Head
Write and/or read
Laser
Optics
Optical Disc
Spin Motor
User Data
第五章 光盘存储技术
四、光盘技术的发展趋势
在光的衍射极限下，光线聚焦的直径 (d) 与光波长 () 成正比而与 镜头的数值孔径 (NA) 成反比，即
d = 0.56 NA
焦点深度 (hF) 可表示为
hF
2(NA)2
d
hF
第五章 光盘存储技术
CD-R and DVD-R Worldwide Market Demand Projections
DVD-R Layer Structure
Disc Structure(DVD-5) 可擦式（Erasable ）或可逆式（Reversible ）。
DVD-R Layer Structure
Optical Disc 只读存储器（Read Only）； 存储密度：指在存储媒体的单位长度和单位面积内所存储的二进制
光盘的原始误码率很高，一般为10-4～10-5，通过各种误码校正措施可 将误码率降低到10-10～10-11的水平。
第五章 光盘存储技术
三、光盘读出原理
Pick-up Head Optical System
Beam Splitter LD
Disc
Objective Lens
Astigmatic Lens
常用软件 光盘格式与类型
常用软件光盘格式与类型
光盘只是一个统称，它分成两类，一类是只读型光盘，其中包括CD-Audio、CD-Video、CD-ROM、DVD-Audio、DVD-Video、DVD-ROM等；另一类是可记录型光盘，它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD＋R、DVD＋RW等各种类型，如表14-1所示。
表14-1 常见光盘格式及类型
在结构上有所区别，但其工作的原理是一致的。
提示Blu-ray Disc ，中文译为蓝光光盘，是DVD光盘的下一代光盘格式。
用以储存高画质的影音以及高容量的资料储存。
它目前的竞争对手是HD DVD，两者各有不同的公司支持，都希望成为标准规格。
Blu-ray的命名是来自于其采用的激光波长405纳米（nm），刚好是光谱之中的蓝光，因而得名。
(DVD采用650nm波长的红光读写器，CD则是采用780nm波长)。