第4章多媒体硬件环境

多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所第4章多媒体硬件环境4.1光存储设备4.2音频接口4.3视频接口4.4多媒体I/O设备多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1光存储设备多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1光存储设备光盘存储技术是采用磁存储以来最重要的新型数据存储技术，它具有下面的一些优势：记录密度高：107~108位/CM2是目前磁盘的上百倍。存储容量大：标准的CD-ROM容量为650M，可存20万页的16开本的文本信息资料。采用非接触方式读写信息：盘面没有磨损能自由地更换光盘信息保存时间长：30年以上不同平台可以互换快速的检索方式多种媒体融合：可存文、图、声等媒体价格低廉多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1光存储设备光存储技术原理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,它们对应着存储二进制数据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1微米的光斑,因此光存储技术比其它存储技术有更高的容量。多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.1光存储的类型只读型光存储系统只读型光盘包括LV和CD-ROM等。CD-ROM（CompactDisc-ReadOnlyMemory）只读式压缩光盘，其技术来源于激光唱盘，形状也类似于激光唱盘，能够存储650MB左右的数据。用户只能从CD-ROM读取信息，而不能往盘上写信息。一次写型光存储系统一次写（WORM）光存储系统可一次写入，任意多次读出。与CD-ROM相比，它具有由用户自己确定记录内容的优点。可重写型光存储系统可重写光盘（E-R/W，Rewritable或Erasable）像硬盘一样可任意读写数据。磁光型（MagneticOptical，简称MO）相变型（PhaseChange，简称PC）两种形式。多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统CD光盘上记录的信息最小单元是比特（bit）。在聚碳酸脂材料上用凹痕和凸痕的形式记录二进制“0”和“1”，然后覆上一层薄铝反射层，最后再覆上一层透明胶膜保护层，并在保护层的一面印上标记。我们通常称光盘的两面分别为数据面和标记面。目前通常用的光盘直径为12cm，厚度约为1mm，中心孔直径为15mm，重约14--18g。CD-ROM盘片的物理层次凸凸凸凹凹聚碳酸酯基层反射铝层漆膜保护层多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统CD-ROM光盘制作过程(1)数据准备(2)主盘制作(3)复制光盘CD光盘主要分为五层，其中包括基板、记录层、反射层、保护层、印刷层多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所CD-ROM光盘制作过程多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统CD-ROM驱动器的构造光头旋转马达聚焦、道跟踪和定位伺服EFM解调器去交插和内插CLV控制CIRC错误校正RAM同步检测器反变频器RAM控制器RAM错误校正和系统管理系统控制接口主机CD-ROM盘数字信号处理反变频及驱动控制多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统光头：光头（opticalpickup）是CD-ROM驱动器的关键部件。聚焦伺服：为使激光束的聚点落在光盘的信息面上，CD-ROM驱动器采用自动聚焦伺服系统来实现。道跟踪伺服：为了确保聚焦光束能沿着道间距为1.6um、凹坑宽为0.5um左右的螺旋形光道正确读出信息，CD-ROM采用径向光道跟踪技术，以克服光盘可能多达300um的偏心，使道跟踪精度达到0.1um。聚焦司服：多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统CLV伺服：由于CD-ROM盘要以恒定线速度（CLV）旋转，这就意味着，驱动光盘旋转的驱动马达的速度要随光头所处的位置而变化。EFM解调：从聚焦司服系统输出的数据信号是经过EFM调制后的信号，EFM解调过程是EFM调制过程的逆过程。错误检测和校正处理一级是CIRC另一级是ECC多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统数据是如何从光盘上读取的凸区和凹坑数据位和通道位凸区和凹坑的长度最小的凹坑数据是如何读取的EFM编码通道合并位多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统凸区和凹坑InsideaCDisaflatlightreflectinglayercalledland.Onthelandaremanypitswritteninaspiral-shapedtrack.Fromthereadlaserspointofview,thetrackspiralgoesoutwardswhenthediskrotatescounter-clockwise.Thespiralhasapitchof1600nmPitsarebumpsreally,fromthereadlaserspointofview,becausethemasterdiscwithpitsisduplicatednegatively,turningthepitsintobumps.Pitshavethesamelightreflectingsurfaceastheland,butpitsreflecttheread-laser'slightinadiffuseandinterferingwayandthuslookrelativelydarkcomparedtothelandareas.多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所凸区和凹坑多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统数据位和通道位Itisnotsimplysothatalandisa1databit,andapitisa0databit.Adatabitisa1or0fromtheoriginaldata,butonaCDtherearenodata-bitsbutchannel-bits.AchannelbitisthesmallesttimeunitusedonaCD:1/4,321,800sec.a1channelbit=atimewithchangefromlandtopit,orfrompittoland.a0channelbit=atimewhenthereisnochange.Also;databytes(8databit)areconvertedinto14channelbitcodewithEFM(Eight-to-Fourteen-Modulation),andgluedwith3MergingChannelbitsbeforewrittenonthedisk.Channelbitlengthiscomputedjustbydividingthespeedbythebitrate.Forexample:1.2m/sec/4321800channelbit/sec=277.662nm多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所通道位多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统凸区和凹坑的长度Pit&LandLenghtvariesalittledependingonhowfastthediskturnswhilerecording.*Theactualrecordingvelocitycanbebetween1.2and1.4m/s,solongasit'sconstant.*Sincethechannelbitrateisheldconstant(4321800channelbit/sec=75blocks/sec*98frames/block*588channelbits/frame.),thenthedensityofthebitsmustvarywithrecordingvelocity.Inotherwords,those4321800channelbitsthatencode1secondofaudiocouldbestoredinaslittleas1.2linearmetersorasmuchas1.4linearmeters.多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统通道位的长度及其9种表示3563nm972nm324nm1.4m/sec3309nm902nm301nm1.3m/sec3054nm833nm278nm1.2m/sec11Tsize3TsizeChannelbitsizeVelocity100110001100001100000110000001100000001100000000110000000001100000000001多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所最小的凹坑数据是如何读取的多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统EFM编码（Eight-to-Fourteen-Modulation）普通光盘凹痕宽约0.5μm，凹痕最小长度约0.83μm，光道间距约1.6μm。每张光盘大约包含8亿个凹痕，可容纳高达680MB的数据量，因此光盘的容量很大。为了提高读出数据的可靠性，减少误差，存储数据利用EFM（EighttoFourteenModulation）编码，即一个字节8bit数据编码为14bit光轨道位，00000000010010001000000000000110000100000000具体的变换关系可查阅EFM表多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统通道合并位在光轨道位之间插入3bit的合并位，确保“1”码间至少有2个“0”码；但最多有10个“0”码。可能的4种合并位000,001,010和100如何将“Nerd”写入CDASCII码–十进制–二进制–EFM码N=078=01001110=00010001000100e=101=01100101=00000000100010r=114=01110010=10010010000010d=100=01100100=01000100100010EFM码+通道合并位:(14通道位/字节+3合并位/EFM码)00010001000100001000000001000100001001001000001000001000100100010001多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储系统CD盘的结构多媒体技术[e-mail]©2008西安交通大学新型计算机研究所4.1.2CD-ROM光存储