多媒體光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)與光盤標(biāo)準(zhǔn)

第3章多媒體光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)3.1光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)3.2光盤的標(biāo)準(zhǔn)3.3光存儲(chǔ)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)與工作原理3.4光盤數(shù)據(jù)編碼與光盤生產(chǎn)過程3.5光盤庫與光盤鏡像服務(wù)器3.1光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)

光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)由光盤和光盤驅(qū)動(dòng)器組成。3.1.1光盤及其特點(diǎn)

CD（CompactDisc）意為高密盤，稱為光盤。因?yàn)樗峭ㄟ^光學(xué)方式來記錄和讀取二進(jìn)制信息的。光盤是一種數(shù)字式記錄存儲(chǔ)器，具有一切存儲(chǔ)介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，如大容量、耐用、易保存、標(biāo)準(zhǔn)化等。光盤在存儲(chǔ)多媒體信息方面具有以下主要的特點(diǎn)。1.記錄密度高CD光盤的表面的存儲(chǔ)位（凹痕）DVD光盤的表面的存儲(chǔ)位（凹痕）

圖3-1DVD比CD提供了更大的存儲(chǔ)容量

2.存儲(chǔ)容量大圖3-2一張光盤可存放16萬頁A4開本的文本信息資料3.采用非接觸方式讀/寫信息圖3-3光頭不與光盤片直接接觸圖3-4光盤可以存儲(chǔ)多種媒體4.信息保存時(shí)間長對于只讀型光盤，不必但心文件會(huì)被誤刪除，更不必憂慮受到病毒的侵?jǐn)_。如果使用得當(dāng)，一張光盤上的信息可保存長達(dá)幾十年甚至更長。

5.不同平臺(tái)可以互換光盤上的信息按照標(biāo)準(zhǔn)格式記錄，即使在不同的硬件或軟件平臺(tái)上，光盤中的信息也可以被正確讀出。

6.取代傳統(tǒng)媒體存儲(chǔ)介質(zhì)光盤可以同時(shí)存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序、文字、音樂、圖形、影像、等多種媒體信息。

7．價(jià)格低廉與磁帶、磁盤相比，光盤是目前計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)最便宜的存儲(chǔ)介質(zhì)。3.1.2光盤的類型

按照數(shù)據(jù)存放格式和類型，光盤可分為許多不同的類型，通常指下列光盤的總稱：包括CD-DA、CD-ROM、CD-R、CD-R/W、Photo-CD、V-CD、DVD等。

按光盤的讀/寫性能來講，可以分為3種類型：只讀型光盤存儲(chǔ)器

數(shù)據(jù)是用壓模方法壓制而成的，用戶只能讀取上面的數(shù)據(jù)。多次可寫光盤存儲(chǔ)器

這種光盤允許用戶一次或多次寫入數(shù)據(jù)，并可隨時(shí)往盤上追加數(shù)據(jù)，直到盤滿為止。可擦寫光盤存儲(chǔ)器

這種光盤具有磁盤一樣的可擦寫性，可多次寫入或修改光盤上的數(shù)據(jù)，更適合作為計(jì)算機(jī)的新型標(biāo)準(zhǔn)外存設(shè)備，目前有磁光和相變和兩種類型。3.1.3光盤驅(qū)動(dòng)器

必須使用專門的設(shè)備，才能從光盤中讀取數(shù)據(jù)，這種設(shè)備就是光盤驅(qū)動(dòng)器，簡稱光驅(qū)或光盤機(jī)。

就普遍使用的CD-ROM光驅(qū)而言，高倍速的驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)普及，并出現(xiàn)了32倍速或更高倍速的光驅(qū)。這里所說的倍數(shù)是指光盤的數(shù)據(jù)傳輸率，單倍速的CD-ROM的數(shù)據(jù)傳送速度是150KB/s，雙倍速的CD-ROM的數(shù)據(jù)傳送速度是2×150KB/s，依此類推，n倍速為n×150KB/s。

CD-ROM光盤驅(qū)動(dòng)器既能讀CD-ROM盤，也能讀其他如CD-DA、CD-R和VCD等光盤，但它不能讀DVD等特殊形式的光盤。這些光盤都各有自己的標(biāo)準(zhǔn)，需要相應(yīng)的光驅(qū)才能訪問。因此在談到讀光盤驅(qū)動(dòng)器時(shí)，要注意說明它對哪些光盤是適用的。

CD-ROM驅(qū)動(dòng)器的工作原理圖3-5光盤驅(qū)動(dòng)器工作原理可擦寫光盤機(jī)根據(jù)其記錄原理的不同，有磁光驅(qū)動(dòng)器MO和相變驅(qū)動(dòng)器PD。但是記錄在MO或PD盤片上的數(shù)據(jù)無法在廣泛使用的CD-ROM驅(qū)動(dòng)器上讀取，因此難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)分發(fā)。3.1.4光驅(qū)讀取光盤的兩種方式

CD-ROM光盤信息組織和其地址編碼與軟盤、硬盤不一樣，由于它的光道是螺旋形的光道，光盤在光驅(qū)中將以恒定線速度旋轉(zhuǎn)，為有效提高對光盤的讀取速度，光驅(qū)在工作時(shí)有CLV和CAV兩種方式。在CLV（ConstantLineVelocity，恒定線速度）方式下，單位距離的光道上所儲(chǔ)存的信息容量是相等的，因而可以充分利用盤片的空間，增加了存儲(chǔ)容量。但這樣一來，激光頭每旋轉(zhuǎn)一圈所讀取的數(shù)據(jù)量，內(nèi)圈數(shù)據(jù)少，外圈數(shù)據(jù)多。因此在CLV方式下，當(dāng)激光頭移動(dòng)到不同的軌道時(shí)，電機(jī)也必須以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，內(nèi)圈轉(zhuǎn)得慢些，外圈轉(zhuǎn)得快些，以維持單位距離信息讀取時(shí)間一致。對于高速光驅(qū)來講，CLV方式容易造成光驅(qū)耐用性的降低。

目前的高倍速光驅(qū)大多采用了CAV（ConstantAngularVelocity，恒定角速度）技術(shù)。在CAV方式下，不管是內(nèi)圈還是外圈，激光頭始終以恒定的角速度旋轉(zhuǎn)CD-ROM盤片，這和硬盤驅(qū)動(dòng)器的操作方式十分相似。恒定的轉(zhuǎn)速對于電機(jī)來說比較容易實(shí)現(xiàn)，由于不需要在隨機(jī)尋道時(shí)經(jīng)常地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，隨機(jī)讀取性能會(huì)得到很大的改善。不過，在CAV方式下，光盤內(nèi)外圈轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度是不相等的，因此內(nèi)外光道的數(shù)據(jù)記錄密度也是不同的，光盤的存儲(chǔ)空間沒有充分利用。正是由于CLV與CAV技術(shù)各有優(yōu)劣，于是一些光驅(qū)采用CLV+CAV技術(shù)，在內(nèi)圈采用CLV方式以保證其具有足夠的傳輸速率，在外圈則采用CAV的方式，以提高可靠性。3.2光盤的標(biāo)準(zhǔn)3.2.1CD-DA標(biāo)準(zhǔn)

CD-DA（CompactDisk–DigitalAudio數(shù)字式激光唱盤）主要用于存儲(chǔ)數(shù)字化的高保真立體聲音樂。

3.2.2CD-ROM標(biāo)準(zhǔn)

該標(biāo)準(zhǔn)從CD-DA發(fā)展而來，又稱黃皮書標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)使得光盤以統(tǒng)一的格式存儲(chǔ)只讀的信息。CD-ROM是在CD-DA之后產(chǎn)生的，盡管兩者之間有許多相似之處，但是它們有一個(gè)根本區(qū)別：音頻CD只能存放音樂，而CD-ROM可以存放文本、圖形、聲音、視頻及動(dòng)畫。CD-ROM中存放的是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，對誤碼率有一定的要求，所以在CD-DA的基礎(chǔ)上又增加了一層錯(cuò)誤檢測和錯(cuò)誤校正。

黃皮書只定義了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)在光盤上的物理存儲(chǔ)的格式，但計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)在外存儲(chǔ)器上都是以文件形式存儲(chǔ)的，而黃皮書并未定義CD-ROM的邏輯結(jié)構(gòu)，即文件結(jié)構(gòu)。為解決這個(gè)問題，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1988年制定ISO9660標(biāo)準(zhǔn)，這是一個(gè)為CD-ROM盤上的文件系統(tǒng)而定義的標(biāo)準(zhǔn)，它定義了CD-ROM光盤上通用的信息交換的文件規(guī)范，該規(guī)范由于其通用性和相對的獨(dú)立性，ISO9660很快成為CD-ROM光盤上最為重要的文件格式。

3.2.3CD-R標(biāo)準(zhǔn)

CD-R(CompactDiskRecordable:可記錄光盤)是一種可刻錄多次的光盤?；诔绕腃D-R空白光盤實(shí)際上沒有記錄任何信息，一旦按照某種文件格式并通過刻寫程序和設(shè)備，可以將需要長期保存的數(shù)據(jù)寫入空白的CD-R盤片上，這時(shí)的CD-R空白盤就可以變成CD-DA、CD-R或VCD光盤的形式。

CD-R盤與CD-ROM盤相比有許多共同之處，它們的主要差別在于CD-R盤上增加了一層有機(jī)染料作為記錄層。當(dāng)寫入激光束聚焦到記錄層上時(shí)，染料被加熱后燒溶，形成一系列代表信息的凹坑。這些凹坑與CD-ROM盤上的凹坑類似，但CD-ROM盤上的凹坑是用金屬壓模壓出的。

由于光盤成本上的差別，CD-R一般不適于大量制作的產(chǎn)品，但對于少量制作時(shí)它呈現(xiàn)許多優(yōu)越性。例如，CD-R的制作成本低，制作一張光盤的費(fèi)用基本上就是材料費(fèi)，省去了傳統(tǒng)工藝中母盤制作的大量開銷，是數(shù)據(jù)永久備份的廉價(jià)手段；CD-R也可以多次寫入數(shù)據(jù)，不必一次將盤寫滿；CD-R還可以作為提供給生產(chǎn)廠家用來大批量生產(chǎn)CD盤片的樣品母盤。CD-R的另外一個(gè)重要特性是它可以像其他CD光盤一樣在普通的CD-ROM驅(qū)動(dòng)器上使用。3.2.4Photo-CD標(biāo)準(zhǔn)

Photo-CD意為照片光盤，該標(biāo)準(zhǔn)由柯達(dá)公司和Philips公司采用CD-ROMXA標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的另一種系統(tǒng)，PhotoCD是一種可記錄光盤(CD-R)，它作為存儲(chǔ)彩色圖片的新載體而成為CD-ROM在攝影領(lǐng)域的成功應(yīng)用，此技術(shù)將傳統(tǒng)的像片沖洗技術(shù)與數(shù)字圖像處理，數(shù)字顯示相結(jié)合，利用CD光盤的巨大存儲(chǔ)能力，為使用者提供了一種長期保存大量珍貴資料的途徑，是攝影領(lǐng)域里的一次革命。它帶來的其他好處還有：可以在計(jì)算機(jī)上剪輯這些相片，或與計(jì)算機(jī)提供的其它圖像資料相互融合，增加照片的生動(dòng)性?？梢酝ㄟ^多媒體的環(huán)境將這些相片轉(zhuǎn)存或輸出到其他設(shè)備上，如電視機(jī)、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)屏幕、投影儀和打印機(jī)等。由于光盤相對于照像底片而言，不易霉變，也不會(huì)褪色。所以永久保存也能保證相片的彩色質(zhì)量。

PhotoCD作為一種特殊的光盤格式，它存儲(chǔ)圖片的過程大致可分為：將拍攝的膠片沖洗成負(fù)片后，在工作站上使用彩色掃描儀輸入計(jì)算機(jī)，采用專門的圖像壓縮技術(shù)，把每一幅圖片以不同的分辨率壓縮，然后使用CD-R刻盤機(jī)將彩色照片存貯到PhotoCD盤片上。PhotoCD的圖片存取方便且不會(huì)褪色變質(zhì)，還可以配以文字說明、音樂及語言解說。PhotoCD可以使用專用的播放機(jī)，在彩色電視機(jī)上進(jìn)行顯示。

通過專用的打印設(shè)備可輸出PhotoCD照片

3.2.5Video-CD

VideoCD（簡稱VCD）是由JVC、Philips等公司于1993年聯(lián)合制定的數(shù)字電視視盤技術(shù)規(guī)格，稱之為白皮書(WhiteBook)。它用來描述光盤上存放采用MPEG-1（活動(dòng)圖像專家組）標(biāo)準(zhǔn)編碼的全動(dòng)態(tài)圖像及其相應(yīng)聲音數(shù)據(jù)的光盤格式，是繼CD-DA、CD-ROM、CD-ROMXA和CD-I之后又一個(gè)有很強(qiáng)應(yīng)用前景的光盤產(chǎn)品。它可以在一張普通的CD光盤上錄制70分鐘的全屏幕、全動(dòng)態(tài)的視頻與音頻數(shù)據(jù)及相關(guān)的處理程序。同激光視盤(LD)相比，它體積小、價(jià)格便宜、且有很好的音、視頻質(zhì)量和很好的兼容性。

VCD的出現(xiàn)與MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)有著密切的關(guān)系。MPEG-1是一個(gè)專用于處理活動(dòng)影像的標(biāo)準(zhǔn)，也是一個(gè)與特定應(yīng)用對象無關(guān)的通用標(biāo)準(zhǔn)，從CD-ROM上的交互系統(tǒng)到電信網(wǎng)絡(luò)上的和視頻網(wǎng)絡(luò)上的視頻信號(hào)發(fā)送都可以使用.VCD按照MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)對音、視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮以后，提高了存儲(chǔ)空間的有效利用率，使一張盤片能存放74分鐘的活動(dòng)圖像與伴音。3.2.6DVD

新一代光盤存儲(chǔ)介質(zhì)

DVD（DigitalVideoDisc，數(shù)字視頻光盤）是繼上述光盤產(chǎn)品之后的新一代光盤存儲(chǔ)介質(zhì)。與以往的光盤存儲(chǔ)介質(zhì)相比，DVD采用波長更短的紅色激光、更有效的調(diào)制方式和更強(qiáng)的糾錯(cuò)方法，具有更高的道密度和位密度，并支持雙層雙面結(jié)構(gòu)。在與CD大小相同的盤片上，DVD可以提供相當(dāng)于普通CD8～25倍的存儲(chǔ)量、以及9倍以上的讀取速度。DVD與新一代音頻、視頻處理技術(shù)相結(jié)合，可提供近乎完美的聲音和影像。它與計(jì)算機(jī)結(jié)合，可提供新的海量存儲(chǔ)介質(zhì)。

在視頻與音頻處理上，DVD都達(dá)到了當(dāng)今的最高水準(zhǔn)。對視頻信號(hào)的處理，DVD采用的都是MPEG-2壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。目前的DVD能滿足現(xiàn)行電視標(biāo)準(zhǔn)，單面單層的DVD視盤能夠存儲(chǔ)１３３分鐘的電影，其水平清晰度可以達(dá)480線，因此DVD的畫面質(zhì)量是相當(dāng)高的。DVD采用MPEG2作為視頻壓縮技術(shù)，對視頻圖像進(jìn)行冗余量處理，以實(shí)現(xiàn)無明顯失真的視頻圖像壓縮。

DVD（右圖）比CD（左圖）有更高的道密度和位密度在音頻方面，DVD可以采用的標(biāo)準(zhǔn)較多，既可是MPEG-1立體聲、MPEG-2環(huán)繞立體聲，也可是杜比（Dolby）AC-3。立體聲一般是指具有二個(gè)聲音通道的，而具有三個(gè)以上的通道的就稱為環(huán)繞聲。杜比AC-3是一種高效、高性能的聲音編碼系統(tǒng)，該聲音系統(tǒng)在放音時(shí)，前面有左、中、右三個(gè)通道，后側(cè)面有二個(gè)獨(dú)立的環(huán)繞聲通道，前方中間還有200Hz以下的低音專用通道，因頻帶窄而稱為0.1通道。所以AC-3又稱為5.1通道。

3.3光盤的結(jié)構(gòu)與記錄信息的原理3.3.1只讀光盤結(jié)構(gòu)與記錄信息的原理只讀光盤的結(jié)構(gòu)

以CD-ROM為例，其物理結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。光盤的最上面一層是標(biāo)簽層，上面印有光盤的名稱以及制造商的商標(biāo)；第二層是保護(hù)層；第三層是反射層，目的是提高盤片的反射率；第四層是記錄層，在其上壓制出凹痕光道用來記錄數(shù)據(jù)；最下一層是用聚碳酸脂壓制出來的透明襯底。

只讀光盤是利用在盤上壓制凹坑的機(jī)械辦法，利用凹坑的邊緣來記錄“1”，而凹坑和非凹坑的平坦部分記錄“0”，并使用激光來讀出。由于只讀光盤的物理特性，用戶只能讀取只讀光盤上的數(shù)據(jù)，而不能自己把數(shù)據(jù)寫到CD盤上。

CD-ROM的剖面結(jié)構(gòu)

光盤信息讀取原理

在讀出光盤信息時(shí)，就要把光盤上用凹坑和非凹坑代表的信息還原為原來的數(shù)據(jù)信息。光盤的讀取過程是基于物理學(xué)的“光的反射”原理。光盤放入光驅(qū)后，是將帶有凹、凸那一面向下對著激光頭。激光發(fā)射器發(fā)出的激光光束先通過衍射光柵后，一束普通光束將被衍射成為多條細(xì)光束，然后再依次通過分光片、校準(zhǔn)波片和聚光物鏡達(dá)到盤片的表面，呈匯聚狀的各條細(xì)光線分別會(huì)透過盤片表面透明基片，然后聚焦在反射層的凹凸不平的光道上。凸面（Land）將激光按原路程反射回去，同時(shí)不會(huì)減弱光的強(qiáng)度；凹坑面（Pit）則將光線向四面發(fā)射出去，光強(qiáng)度會(huì)減弱。光驅(qū)就是靠光的“反射和發(fā)散”來識(shí)別數(shù)據(jù)。從光盤反射層反射回來的各條光束又依次通過聚光物鏡和校準(zhǔn)波片，然后被分光片反射后被接收，最后就是由多光束探測器來分辨這些數(shù)據(jù)信號(hào)了。

CD

校準(zhǔn)波片

分光片

衍射波片

激光光束

聚光物鏡

多光束探測器多光束探測器實(shí)際上是一個(gè)數(shù)據(jù)解碼器，用來將反射的光信號(hào)解碼成“0”和“1”的電信號(hào)。并不能簡單地認(rèn)為“凹”（Land）和“凸”（Pit）就代表“1”和“0”。在解碼時(shí)，如果信號(hào)是“從凹到凸或從凸到凹的變化過程”,即光強(qiáng)度由高到低或由低到高的變化，則用“1”表示。如果信號(hào)是持續(xù)一段時(shí)間連續(xù)不變的光強(qiáng)度，則表示“0”，所以“0”表示兩個(gè)變化過程之間的長度。3.3.2CD-R光盤結(jié)構(gòu)與記錄信息的原理CD－R的結(jié)構(gòu)

CD－R盤片直徑為12cm，可以存儲(chǔ)650MB的數(shù)據(jù)或74分鐘CD質(zhì)量的音樂或VHS質(zhì)量的視頻。CD－R盤片共由5層組成。其中記錄層的主要成分是涂有特殊性質(zhì)的有機(jī)染料，這些染料在激光的作用下會(huì)產(chǎn)生變化，從而達(dá)到記錄數(shù)據(jù)的目的。

標(biāo)簽面

保護(hù)層

反射層

記錄層(染料層）

透明基底

激光束

凹坑

CD－R的寫入過程

CD－R盤片在開始時(shí)是沒有任何內(nèi)容的，當(dāng)有一束較強(qiáng)的激光照射時(shí)，記錄層的感光染料將轉(zhuǎn)變成具有不同反光特性的點(diǎn)陣。在標(biāo)準(zhǔn)的CD－ROM驅(qū)動(dòng)器中用較弱功率的激光照射時(shí)，變色的點(diǎn)陣對激光進(jìn)行不同的反射，從而使得驅(qū)動(dòng)器可以讀出存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)。

在激光照射下，記錄層的染料改變顏色的過程是不可逆轉(zhuǎn)的，因此向CD－R盤片中只能一次性寫入數(shù)據(jù)。早期的CD－R在寫入數(shù)據(jù)時(shí)，必須一次完成全盤數(shù)據(jù)的寫入(discatonce)，這是因?yàn)楸P片中只能有一對導(dǎo)入?yún)^(qū)(lead－inarea)和導(dǎo)出區(qū)(lead－outarea)?，F(xiàn)在的技術(shù)則允許用戶在CD－R盤片上寫入多對導(dǎo)入?yún)^(qū)和導(dǎo)出區(qū)，因此可以實(shí)現(xiàn)多次寫入數(shù)據(jù)，但必須是在盤片上以前沒有寫入數(shù)據(jù)的區(qū)域中。

從CD-R介質(zhì)上閱讀數(shù)據(jù)，其工作原理與閱讀CD-ROM是相似的。光盤上涂有能夠反射激光束的涂層，從而使探測器能夠讀出盤上的數(shù)據(jù)。所不同的是，CD-ROM上的數(shù)據(jù)是用物理方法壓入盤中的，而CD-R上的數(shù)據(jù)則是“燒灼”到盤的記錄層中的。3.3.3磁光盤記錄信息的原理磁光型光盤（MOD）主要是由各種易于在垂直于表面方向磁化的介質(zhì)制成。鐵磁性介質(zhì)在外磁場的作用下可具有一定的方向性，這種方向性在激光束的熱力作用下可發(fā)生翻轉(zhuǎn)，方向性的正負(fù)分別代表二進(jìn)制代碼“0”或“1”，“0”或“1”的翻轉(zhuǎn)構(gòu)成其可擦除性，擦寫次數(shù)可達(dá)百萬次以上。由于磁光型光盤在進(jìn)行數(shù)據(jù)擦除和寫入時(shí)需要激光和外磁場共同作用，因此也簡稱磁光盤。圖3-14(a)磁光型光盤工作原理圖3-14(b)磁光型光盤結(jié)構(gòu)MO盤片雖然比硬盤和軟盤便宜和耐用，但是與CD-R盤片相比就顯得比較昂貴了。MO的致命缺點(diǎn)是不能用普通CD-ROM驅(qū)動(dòng)器讀出，因而不能滿足信息社會(huì)對計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換和數(shù)據(jù)分發(fā)的要求，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不發(fā)達(dá)的國內(nèi)，這一問題日驅(qū)突出和嚴(yán)重。

3.3.4相變光盤記錄信息的原理

相變光盤的記錄和讀出原理只是用光技術(shù)來記錄和讀出信息。相變光盤利用激光使記錄介質(zhì)在結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)之間的可逆相變結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)信息的記錄和擦除。在寫操作時(shí)，聚焦激光束加熱記錄介質(zhì)的目的是要改變相變記錄介質(zhì)晶體狀態(tài)，用結(jié)晶狀態(tài)和非結(jié)晶狀態(tài)來區(qū)分0和1；讀操作時(shí)，利用結(jié)晶狀態(tài)和非結(jié)晶狀態(tài)具有不同反射率這個(gè)特性來檢測0和1信號(hào)。相變光盤記錄信息的原理

(a)有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)（b）無序的非結(jié)晶狀態(tài)圖3-15相變材料具有可變的晶體結(jié)構(gòu)圖3-16激光束加熱相變材料某一區(qū)域時(shí)，可改變其晶體結(jié)構(gòu)早在1968年，美國的ECD（EnergyConversionDevice）公司就開始研究晶態(tài)和非晶態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。1971年ECD和IBM公司合作研制成功了世界上第一片只讀相變光盤存儲(chǔ)器，隨后相繼開發(fā)成功了利用相變原理制造的一次寫WO盤。1983年，日本松下公司推出了世界上第一臺(tái)可擦寫相變型光盤驅(qū)動(dòng)器。1994年，松下公司又將相變型可擦寫光盤驅(qū)動(dòng)器與四倍速CD-ROM相結(jié)合，推出了PD光盤驅(qū)動(dòng)器，在一臺(tái)光盤驅(qū)動(dòng)器上同時(shí)具有相變型可擦寫與四倍速CD-ROM功能。

與MO技術(shù)相比，由于相變光盤僅用光學(xué)技術(shù)來讀/寫，所以讀/寫光學(xué)頭可以做的相對比較簡單，存取時(shí)間也就可以提高；由于相變光盤的讀出方法與CD-ROM、CD-R光盤大致相同，因此兼容CD-ROM和CD-R的多功能相變光盤驅(qū)動(dòng)器就變的容易實(shí)現(xiàn)，PD、CD-RW和可擦寫DVD-RAM等新一代可擦寫光盤存儲(chǔ)器均采用了相變技術(shù)。3.3.5DVD光盤結(jié)構(gòu)與類型DVD的結(jié)構(gòu)

常規(guī)的CD盤只使用一個(gè)面并且只用一個(gè)記錄層來記錄信息。為了提高存儲(chǔ)容量，DVD盤可分為單面單層、單面雙層、雙面單層以及雙面雙層4種結(jié)構(gòu)。

單面單層(4.7GB)單面雙層(8.5GB)

雙面單層(8.5GB)

雙面雙層(17GB)

DVD的規(guī)格單面雙層盤的最里層被稱為第一層，表層稱為第二層，該層采用了一種新的半透明薄膜涂層，可讓激光束透過表層到達(dá)第一層。開始工作時(shí)，激光束首先在第一層上聚焦和光道定位。當(dāng)從第一層上讀出信息過渡到從第二層上讀出信息時(shí)，激光讀出頭的激光束立即重新聚焦，電子線路中的緩沖存儲(chǔ)器可確保從第一層到第二層的平穩(wěn)過渡，而不會(huì)使信息中斷。通過采用這些技術(shù)，單面雙層DVD盤的容量可達(dá)到8.5GB，雙面雙層DVD盤的容量可達(dá)到17GB。

單面單層DVD結(jié)構(gòu)(4.7GB)單面雙層DVD結(jié)構(gòu)(8.5GB)

模壓的基底保護(hù)層模壓的基底

透明聚碳酸的基底DVD的格式

DVD盤片按照用途細(xì)分為五大類：DVD-ROM（只讀DVD）：DVD-ROM是存儲(chǔ)電腦資料的只讀光碟，用途類似CD-ROMDVDVideo（視頻DVD）：DVD-Video是存儲(chǔ)影音信息的DVD光碟，用途類似LD或VideoCD。DVDAudio（音頻DVD）：DVD-Audio是新出現(xiàn)的一種聲頻格式DVDRecordable（可寫DVD）：DVD-R（或稱DVD-Write-Once）是限錄一次的DVD

DVD-RAM(DVD隨機(jī)存儲(chǔ)器，也被稱為DVD-RW，即DVD-Rewritable）：DVD-RAM是可多次讀/寫的光碟光盤數(shù)據(jù)的編碼圖3-22光盤上0和1數(shù)字的表示3.3.6只讀光盤的制作過程預(yù)處理

首先要制作母盤（原版盤）。在制作母盤前，要對信息進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理就是按照光盤的標(biāo)準(zhǔn)及存儲(chǔ)格式，將信息經(jīng)轉(zhuǎn)換后記錄到光盤上。由于CD-R系統(tǒng)的出現(xiàn)，這一過程實(shí)際上可以簡化為將CD-R刻制成各種光盤的格式，例如要存儲(chǔ)程序或數(shù)據(jù)，就刻錄成CD-ROM光盤格式；對于激光唱盤，就是把制作好的音樂節(jié)目轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的CD-DA格式；而對于V-CD盤，把影視節(jié)目轉(zhuǎn)換成V-CD標(biāo)準(zhǔn)記錄格式。

光刻

光刻實(shí)際上是將CD-R盤上的數(shù)據(jù)，記錄在玻璃盤上的過程。這種方法是將感光性樹脂用于一個(gè)經(jīng)特殊處理的玻璃基片上，以制出一個(gè)玻璃主片。

光刻過程是把一片涂有光敏電阻的玻璃盤放在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上進(jìn)行的。激光源發(fā)出的激光束通過激光調(diào)制器時(shí)受到串行數(shù)據(jù)的控制。激光編碼器猶如一個(gè)開關(guān)，例如，對于數(shù)據(jù)“

0”就不讓激光束通過，光敏電阻就不曝光；數(shù)據(jù)“1”就讓激光束通過，光敏電阻就曝光，這樣在玻璃盤上就形成長短不同的曝光區(qū)和非曝光區(qū)。這樣就生成了光盤的具體內(nèi)容。

玻璃盤的光刻過程

化學(xué)處理

玻璃盤經(jīng)光刻后，需對光刻的玻璃盤進(jìn)行化學(xué)處理。在這個(gè)過程中，盤上感光性樹脂上曝光的部分被腐蝕掉的區(qū)域形成微小的凹坑，沒有曝光的區(qū)域就被保留下來，“0”和“1”信號(hào)就以凹坑和非凹坑的形式記錄在螺旋形光道上。經(jīng)過化學(xué)處理后，要在感光性樹脂表面蒸敷上一層金屬膜（通常是銀），以便其后玻璃主片電鑄時(shí)有一個(gè)導(dǎo)電的表面。制作父盤和母盤

對經(jīng)過化學(xué)處理的玻璃盤進(jìn)行化學(xué)電鍍生成金屬原版盤，稱為父盤（FatherDisc）。之所以稱其為“父盤”，是因?yàn)樗鼘⒈挥糜谏闪硗鈨蓚€(gè)金屬片，分別被稱為“母盤”（MotherDisc）和“模片”（Stamper）。母片是由父片而來的，而模片又是由母片而來的，每一片是另外一片的相反成像。模片是金屬原版主盤的完全復(fù)制品，也是這一生產(chǎn)階段的最終產(chǎn)品。壓模

壓模是光盤最關(guān)鍵的過程。壓模就把模片上面的數(shù)據(jù)（凹凸痕跡）壓制到塑料基片上。CD的盤基是用聚碳酸脂塑料（俗稱PC料）做的，聚碳酸脂加熱之后注入模具空腔中，模具的一面是模片。熔化的PC料經(jīng)過擠壓，在模具中成形，模片上的凹坑中將會(huì)填充進(jìn)PC料，當(dāng)PC料經(jīng)過強(qiáng)制冷卻時(shí)，模片上的凹凸部分就會(huì)對應(yīng)地反映到光盤盤基上。換句話說，壓好的光盤盤基同模片是陰陽相對的。

光盤金屬濺鍍工序

大規(guī)模光盤生產(chǎn)線

3.4CD-ROM的信息組織結(jié)構(gòu)3.4.1CD-ROM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

CD-ROM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按黃皮書標(biāo)準(zhǔn)光盤設(shè)有３個(gè)區(qū)：自內(nèi)向外分為導(dǎo)入?yún)^(qū)、用戶數(shù)據(jù)區(qū)和導(dǎo)出區(qū)。這3個(gè)區(qū)中都含有360°的連續(xù)的螺旋線形光道。含有信息的光道稱為信息光道，不含有信息的光道，作為控制用。用戶的數(shù)據(jù)就記錄在那些信息光道上，而所有的信息光道都是由幀和扇區(qū)構(gòu)成的，可見幀和扇區(qū)是光盤物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中最重要的兩個(gè)概念。幀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

光盤中最基本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元是幀。黃皮書規(guī)定的幀格式如表3-１所示。

同步（SYNC）占３個(gè)字節(jié)（24位），用于標(biāo)記幀的開始，起同步作用；子碼（SUBCODE）３字節(jié)為控制字節(jié)，主要用于提供地址信息；每幀的數(shù)據(jù)（DATA）共有２４字節(jié)，由于參照CD-DA的幀格式，分別用于存儲(chǔ)左聲道與右聲道的立體聲數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)并不連續(xù)存放，中間被校正碼Ｑ隔開；Ｐ、Ｑ碼都各占４個(gè)字節(jié)，用于錯(cuò)誤校正和數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

同步子碼數(shù)據(jù)校正數(shù)據(jù)校驗(yàn)33124124扇區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在光盤信息區(qū)中，采用相同的幀結(jié)構(gòu)。由幀組成最小的可尋址單元，稱為扇區(qū)。黃皮書規(guī)定：由９８個(gè)幀構(gòu)成１個(gè)扇區(qū)。１幀只能存放２４個(gè)字節(jié)的真正數(shù)據(jù)信息，所以１個(gè)扇區(qū)只有2352字節(jié)（98×24）。黃皮書規(guī)定：扇區(qū)主要由３部分組成：SYNC（同步頭），HEADER（首標(biāo)），用戶數(shù)據(jù)＋EDC／ECC碼等。扇區(qū)的格式見表3-2。同步頭首標(biāo)數(shù)據(jù)檢測空校驗(yàn)OOFFOOMNSCFRMDDATAEDCOOECC11011111204848276

其中，同步頭（SYNC）占１２個(gè)字節(jié)，由１個(gè)００字節(jié)＋１０個(gè)ＦＦ字節(jié)＋１個(gè)００字節(jié)構(gòu)成。

首標(biāo)（HEADER）由４個(gè)字節(jié)組成，是每個(gè)扇區(qū)的標(biāo)志，說明如何解釋信息區(qū)。由于光盤是以恒速轉(zhuǎn)動(dòng)的，是以時(shí)間作地址，即分、秒、分?jǐn)?shù)秒來計(jì)算的。按黃皮書的規(guī)定，首標(biāo)中前３個(gè)字節(jié)為地址：MN（Minute）0～74ｍｉｎ；SC（Second）0～59ｓ；FR（Farc）０～74分?jǐn)?shù)秒，單位是１／75ｓ。第４個(gè)字節(jié)表示扇區(qū)方式，定義了Mode0、Mode1、Mode2三種方式。Mode0不向用戶開放；Mode1用于記錄文字和數(shù)字信息，具有檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力。Mode2用于經(jīng)過壓縮的音頻和圖像視頻數(shù)據(jù)。因此CD-ROM光盤除了記錄音樂資料外，還可存儲(chǔ)各種不同的數(shù)據(jù)、圖形、動(dòng)畫等資料。

用戶數(shù)據(jù)（DATA）共占2048字節(jié)。

CD-ROM具有檢錯(cuò)糾錯(cuò)功能，分EDC和ECC兩種校驗(yàn)形式。EDC（ErrorDetectionCode）表示錯(cuò)誤檢測碼，采用循環(huán)冗余碼CRC對存放光盤內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，若檢測出錯(cuò)誤，則用ECC碼進(jìn)行糾正。ECC分為P校驗(yàn)和Q校驗(yàn)，兩種校驗(yàn)方式有很大不同。ECC能計(jì)算出發(fā)生錯(cuò)誤的具體位置，并在對應(yīng)的位置上生成正確的數(shù)據(jù)，達(dá)到糾錯(cuò)之目的。3.4.2CD-ROM的文件結(jié)構(gòu)邏輯扇區(qū)和邏輯塊

ISO9660規(guī)定，光盤物理扇區(qū)用戶數(shù)據(jù)中的2048字節(jié)作為１個(gè)邏輯扇區(qū)。每個(gè)邏輯扇區(qū)都有１個(gè)唯一的邏輯扇區(qū)號(hào)LSN。光盤中第１個(gè)邏輯扇區(qū)從物理地址00：02：00開始算起，邏輯扇區(qū)號(hào)為LSN0。為了存放文件，每個(gè)邏輯扇區(qū)又分為邏輯塊，邏輯塊的大小一般為512字節(jié)，每個(gè)邏輯塊都有１個(gè)唯一的邏輯塊號(hào)LBN與之對應(yīng)。文件都是按LBN來尋址的，是最小的邏輯可尋址單元。第１個(gè)邏輯塊號(hào)（LBN0）是第１個(gè)邏輯扇區(qū)的第１塊，后面依次為LBN1、2、3等。

卷結(jié)構(gòu)

光盤把存放信息的區(qū)域稱為卷空間。卷就是用一套規(guī)則和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，描述盤上信息的錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系。在盤上固定位置記錄了卷描述符，其中的內(nèi)容用來說明整個(gè)CD－ROM盤的邏輯組織。

卷空間分為2個(gè)區(qū)，從LSN0～LSN15稱為系統(tǒng)區(qū)（系統(tǒng)區(qū)不放數(shù)據(jù)）；從LSN16開始到最后1個(gè)邏輯扇區(qū)為數(shù)據(jù)區(qū)。數(shù)據(jù)區(qū)用來存放卷描述符、文件目錄、路徑表和文件數(shù)據(jù)等內(nèi)容。卷描述符固定地位于LSN16處。LSN16提供了許多重要的信息，如盤上的邏輯組織、根目錄地址、路徑表的地址和大小及邏輯塊的大小等。目錄結(jié)構(gòu)

光盤采用了隱式分層目錄結(jié)構(gòu)，也把目錄作為文件來看待，但是光盤中所謂的目錄文件有具體的規(guī)定。它是由目錄記錄構(gòu)成的，目錄記錄中主要存放著文件標(biāo)志符，以字節(jié)計(jì)算的文件長度，光盤中可存放任何類型的文件。一個(gè)大的文件必須分為幾個(gè)文件域存放。文件域是指由順序編號(hào)的邏輯塊組成的連續(xù)區(qū)域。一個(gè)小的文件可存放在單個(gè)文件域里。文件域中有第１個(gè)邏輯塊號(hào)，以及打開和使用這個(gè)文件所需要的其他信息。光盤的文件結(jié)構(gòu)和軟、硬盤有很大的差別。１張光盤放進(jìn)光驅(qū)被驅(qū)動(dòng)后，系統(tǒng)先初始化，在ＬＳＮ１６處找到卷描述符，根據(jù)卷描述符中提供的路徑表地址，找到路徑表，由目錄記錄中記錄著的文件域地址找到正確的文件信息。當(dāng)１個(gè)文件放在多個(gè)文件域中時(shí)，又要設(shè)置多個(gè)目錄記錄，每個(gè)目錄記錄都給出相應(yīng)的文件域地址，并由文件標(biāo)志符指明該文件域是不是最后１個(gè)。顯然，這種文件結(jié)構(gòu)大大加快了光盤尋找文件的速度。路徑表

路徑表是指盤上的所有目錄名，是獲取子目錄的最快途徑。其特點(diǎn)是用索引值來訪問所有的目錄。路徑表由許多路徑表記錄組成，它對應(yīng)于根和子目錄，其中的根目錄和每１個(gè)子目錄，都有它們所在的起始地址，即邏輯塊號(hào)ＬＢＮ，在光盤上尋找子目錄可以依據(jù)地址索引來遍歷路徑表。這樣就可以通過路徑表來訪問任何１個(gè)子目錄。

3.4.3操作系統(tǒng)對CD-ROM文件系統(tǒng)的支持DOS系統(tǒng)

CD-ROM上的文件系統(tǒng)和DOS操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)差別很大，DOS無法用通常的方式直接讀取CD-ROM上的文件，必須在原有文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行CD-ROM文件系統(tǒng)的擴(kuò)充。

在DOS中，有一個(gè)名為MSCDEX.EXE的CD-ROM擴(kuò)展程序。它是DOS的一個(gè)外部命令，運(yùn)行后相應(yīng)代碼將駐留在內(nèi)存。MSCDEX是一個(gè)與設(shè)備無關(guān)的程序，它調(diào)用一個(gè)CD-ROM驅(qū)動(dòng)程序來完成數(shù)據(jù)的讀出與控制，CD-ROM驅(qū)動(dòng)器的設(shè)備名由Config.sys中加載的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)定。MSCDEX可以使用戶象存取磁盤文件那樣讀取CD-ROM光盤文件，并服務(wù)于DOS或應(yīng)用系統(tǒng)的文件請求。MSCDEX的命令行語法為：

MSCDEX[/E/K/S/V][/L:(Letter)][/M:(buffer)]/D:(device-name)

/E：MSCDEX可用擴(kuò)展內(nèi)存(ExpandedMemory)作為CD-ROM的讀/寫緩沖區(qū).這個(gè)開關(guān)需EMM規(guī)范LIM3.2以上，缺省時(shí)不用EMM。

/K：支持Kanji編碼文件格式，缺省時(shí)為不支持Kanji格式的光盤.

/S：允許基于MS-NET網(wǎng)絡(luò)服務(wù)共享。

/V：顯示MSCDEX使用內(nèi)存的情況。

/L：MSCDEX加載時(shí)用戶建議的起始盤符.在給CD-ROM分配盤符時(shí)，從所建議的盤符開始，找到可用的盤符分配給CD-ROM.若有多個(gè)光盤，則分配多個(gè)盤。若盤符不夠，則修改Config.sys中Lastdrive的參數(shù)。

/M：MSCDEX要申請的盤緩沖區(qū)個(gè)數(shù)，每個(gè)緩沖區(qū)為2K字節(jié).使用的緩沖區(qū)越快.缺省值為4。

/D：指明所用設(shè)備的設(shè)備名，該開關(guān)是必須的。

在CD-ROM光盤和普通磁盤在使用上有以下區(qū)別:CD-ROM光盤是只讀的，所有寫操作都不能成。CD-ROM光盤沒有類似FAT表的結(jié)構(gòu)，所有對磁盤物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行操