第三章 多媒体储存技术
3.1 多媒体储存技术基础
多媒体音频、视频、图形图像等信息虽经过压缩处理，但仍需较大的存储空间，数字化多媒体对存储技术提出了较多的要求，其中之一就是大容量存储技术。多媒体数据中的声音和视频图像都是与时间有关的信息，在很多应用过程中都要进行实时处理（压缩、传输等），而且多媒体数据的查询、编辑、显示等都向多媒体数据的存储技术提出了很高的要求。 3.1.1 储存原理与方式介绍
信息存储装置大致可以分为磁、光两大阵营。磁记录方式历史悠久，应用也很广泛。多媒体数据类型复杂、信息量大，采用光学方式的记忆装置，因其容量大、可靠性好、存储成本低廉等特点，越来越受世人注目，光存储的历史已经有二十多年，并成为目前多媒体存储的最重要的方式。
光存储技术的产品化形式是由光盘驱动器和光盘片组成的光盘驱动系统。驱动器读写头是用半导体激光器和光路系统组成的光头,记录介质采用磁光材料。光存储技术是通过光学的方法 读写数据的一种存储技术，其工作原理是，改变一个存储单元的性质 , 使其性质的变化反映出被存储的数据 , 识别这种性质的变化 , 就可以读出存储数据。光存储单元的性质，例如反射率、反射光极化方向等均可以改变,它们对应于存储二进制数据0(不变)、 1(改变),光电检测器能够通过检测出光强和光极性的变化来识别信息。高能量激光束可以聚焦成约1μm的光斑,因此光存储技术比其他存储技术具有更高的容量。
1．只读光盘读原理
只读光盘上的信息是沿着盘面螺旋形状的信息轨道以凹坑和凸区的形式记录的，如下图3.1（a）所示。它既可记录模拟信息（如 Laser Vision 系统） ，也可以记 录数字信号（如CDDA）。图3.1 (c)表示记录数字信号的原理。光道上凹坑或凸区的长度是0.3m的整数倍。凹凸交界的正负跳变沿均代表数字“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。通过光学探测仪器产生光电检测信号，从而 读出“0”、“1需求曲线”数据。数字信号记录的优点是搞干扰能力强，由于盘片损坏或变脏而造成的读出错误也容易得到纠正。
图3-1 光盘的工作原理
为了提高读出数据的可靠性，减少误读率，存储数据采用 EFM（eight to fourteen modulation）编码，即将1字节的 8位编码为14位的光轨道位，并在每 14位之间插入3位“合并位” （merging bits ）以确保“1”码间至少有2个“0” 码，但最多有10个“0”码。
2．可重写光盘的擦写原理
根据前面所述，光盘写入信息的过程是改变光盘介质的某种性质，以变化和不变两种状态分别表示“1”和“0”，从而实现信息的存储。要实现光盘信息的重写，必须恢复光盘介质原来
的性质，擦去原来信息，然后重新记录新的信息。按照这种改变性质来实现信息存储的原理来分，光盘记录方式可分为两大类，即磁光式和相变式。
（1）、磁光式擦写原理
磁光式普遍采用玻璃盘基上再加 4 层膜结构组成，它是以稀土过渡金属非晶体垂直磁化膜作为记录介质光学膜和保护膜的多层夹心结构。
有两种磁光写操作方法，即居里点记录（稀土铁合金膜介质）和补偿点记录（稀土钴合金膜介质）。写过程是利用磁性物质居里点热磁效应，用激光向需要存储信息“1”的单 元区域加热，使其温度超过居里点，失去磁性。在盘的另一面的电磁线圈上施加一个外磁场，使被照单元反向磁化，这样该单元区域磁化方向与其他未照射单元方向相反，从而生产一个信息存储状态“1”，而其他未经照射单元相当于存储信息“0”。信息擦去过程与写过程刚好相反，即恢复原来的磁化方向。读出原理是，利用物理学中电磁感应效应，检测出磁盘存储单元磁化方向不同，从而实现信息的读取。
（2）、相变式擦写原理
这种方式是利用记录介质的两个稳态之间的互逆相结构的变化来实现信息的记录和擦除。两种稳态是反射率高的晶态和反射率低的非晶态（玻璃态） 。
写过程是把记录介质的信息点从晶态转变为非晶态。擦过程是写过程的逆过程，即把激光束照射的信息点从非晶态恢复到晶态。
3.1.2 多媒体存储设备
多媒体存储设备主要是指存储量比较大的信息存储设备，在多媒体计算机技术中属于存储媒体的范畴。多媒体存储设备通常可作为计算机的外存储器。
1．多媒体存储设备的分类：
常见的多媒体存储设备有以下 3类：
(１) 模拟式磁记录设备（如磁带录音机、磁带录像机）。
图3-2 磁带录音机、磁带录像机
（2）数字式磁记录设备（如硬磁盘、数据磁带机）
图3-3 硬磁盘、数据磁带机
（3）光存储设备（如CDROM、CDRW、DVD等）
图3-4 CD-ROM
3.2 光盘储存技术
3.2.1 光存储设备的特点
作为一种广泛应用的信息存储设备，光存储设备有以下特点：
(1) 与硬盘相比，单片光盘容量比硬盘略小，但光盘片可拆卸，盘片便宜；读写速度慢。
(2) 与磁带相比，具有容量大、随机存取性强的优点。
(3) 与磁记录设备相比，激光头与介质无接触，不受环境影响而退磁，记录信息保存时间长，可达30年以上。
3.2.2 光盘存储系统
光盘存储系统由光盘片和光盘驱动器组成。光盘片简称光盘，光盘驱动器简称光驱。
1．光盘
光盘片采用磁光材料制成。常见的光盘片按读写功能分为3种：
(1) CDROM只读光盘
CDROM 只读光盘是最常用的光盘片，直径约 12cm，容量为 650MB（74 分钟）和700MB（80分钟）两种，价格便宜，市场上很受用户的欢迎。
其工作特点是，采用激光调制方式记录信息，将信息以凹坑(pits)和凸区(lands) 的形式记录在螺旋形光道上。光盘是由母盘压模制成的，一旦复制成形，永久不变，用户只能读出信息。
图3-5 光盘
(2) WORM一次写多次读光盘CDR
WORM（write once read many）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，利用激光照射介质，使介质变异，利用激光不同的变化，使其产生一连串排列的“点”，从而完成写的过程。WORM 光盘引入 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，其他各个文件目录项可以相应地浮动对应光盘的一切数据区，使得逻辑目录的转换同磁盘上目录转换一样方便，因此，提高了光盘的利用率，并且在逻辑目录建立的同时，用户可以根据需要，对其中重要数据进行加密。WORM 光盘的特点是只有一次写可多次读，所以记录信息时要慎重，一旦写入就不能再更改了。
(3) Rewritable 可重写光盘 CDRW
可重写光盘或称可擦写光盘，是最理想的光盘类型，也是最有应用前途的光盘类型。它像硬盘一样可读写，利用浮动磁光头在磁光盘上进行磁场调制，可进行高速重写磁光记录。目前由于价格较贵，普及受到限制，随着技术不断进步，成本的降低，相信其前景会很好。后两种光盘要有相应的可读写光驱配合使用。
2．光驱
光驱是读写光盘片的设备。驱动器读写头是用半导体激光器和光路系统组成的光头。目前常见的光驱有CDROM、DVDROM、CDRW和 DVDRW。
(1)、CDROM 朝鲜改革开放：只读CDROM、CD、CDR盘片。
(2)、DVDROM斯塔尔报告：只读DVDROM、 CDROM、CD、CDR盘片。
(3)、CDRW：读CDROM、CD、CDR、CDRW盘片。写CDR、CDRW盘片。
(4)、DVDRW
3.2.3 光盘存储系统的技术指标
与光盘系统有关的技术指标包括：容量、平均存取时间、数据传输率、缓存、接口标准及格式规范等。其中容量、平均存取时间、数据传输率是最主要的三个指标。
1．容量
容量指它所能读写的光盘盘片的存储容量。光盘容量又分为格式化容量和用户容量，采用
不同的格式和不同驱动器，光盘格式化后容量不同。一般用户容量比格式化容量要少，因为光盘还需要存放有关控制、校验等信息。
2．平均存取时间
平均存取时间是在光盘上到需要读写的信息的位置所需要的时间。即指从计算机向光盘驱动器发出命令，到光盘驱动器可以接受读写命令为止的时间。一般取光头沿半径移动全程1/3长度所需要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，两者加上读写光头的稳定时间就是平均存取时间。
3．数据传输率
数据传输率也叫数据传送速率，有多种定义方式。一种是指从光盘驱动器送出的数据率，可以定义为单位时间内光盘的光道上传送的数据比特数，这与光盘转速、存储密度有关。另一种定义是指控制器与主机间的传输率，它与接口规范、控制器内的缓冲器大小有关。
以下指标是目录流行的 CDROM 光盘及其驱动器的主要性能指标。随着技术的进步，有些指标还将进一步提高。
✓ 容量： 650MB或700MB
✓ 数据传送速率：（91年）最初推出为150KB/s，称为单速，（93年）后又推出倍速（300KB/s） ， （95年）后又推出四倍速（600KB/s），2002年流行五十速（50×150KB/s），有的已达 70倍速。化工生物技术
✓ 存取时间： 50~400ms
✓ 存储缓冲器：早期为64KB，目前常用的为512KB 。
✓ 误码率： 1/1012 ~1/1016，采用复杂的纠错编码技术降低了误码率。财经杂志
✓ 体积：光盘驱动器的大小一般为41mm(H)×146mm(W)×206mm(D)
✓ 接口：采用SCSI接口、IDE接口和 AT总线接口。接口可集成在音频板、视频板或主机板上，也可以是一块单独的板。
✓ MTBF（mean time between failures）平均无故障时间约为美丽会说话25000小时左右。
✓ 兼容性：支持PhotoCD和CDROM XA 。
3.2.4 光盘规范、格式和标准
1．CD DA 规范及格式
CDDA即激光唱盘，光盘的物理规格为直径12cm，内径1.5cm，厚度0.12cm，重量14g。这种光盘常采用常线速(const linear velocity，CLV)伺服方式，逆时针旋转。光道总长度为 74 分，即可存放 74 分钟高音质非压缩的音频信号。1 分=60 秒，1秒=75扇区。整个激光唱盘的螺旋线光道被等长地分为 74*60*75 个扇区。每个扇区都存放一定量的数据块，并以一个特定的地址标记，其单位为“分”、“秒”、“扇区”。每个扇区的音频数据分为98帧。
2．CDROM 规范及格式
CDROM黄皮书标准很大程度地继承了CDDA红皮书的内容。从物理结构来说，CDROM 同样是把光轨道分为等长的扇区，使用分、秒、扇区的数据编址方法，采用常线速伺服方式。它与CDDA的不同主要是每个扇区中数据格式的不同。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议