多媒体技术教程-ch4

第四章多媒体硬件环境4.1光存储设备概述文本动画图形影像声音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。–LaserVision镭射影碟–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。4.1.1光存储的类型•只读型光存储系统只读型光驱只读型光盘4.1.1光存储的类型•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。一次写型光驱一次写型光盘4.1.1光存储的类型•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。–分为两种•磁光型（MagneticOptical，简称MO）•相变型（PhaseChange，简称PC）两种形式。4.1.1光存储的类型•可重写型光存储系统磁光型可重写光驱相变型可重写光驱与光盘4.1.2光存储系统的技术指标•尺寸–LV的直径为12英寸（300mm）–CD激光唱盘和CD-ROM为4.72英寸（120mm）–WORM一次写光盘为14.12英寸和5.25英寸–可擦写光盘向小尺寸方向发展，主要尺寸为5.25英寸和3.5英寸。4.1.2光存储系统的技术指标•容量–格式化容量•格式化容量是指按某种光盘标准进行格式化后的容量。•对于SONY的SMO-D501光盘，若格式化使每个扇区为1024B，格式化容量是325MB，而采用每扇区为512B，格式化容量只有297MB。4.1.2光存储系统的技术指标•容量–用户容量•用户容量是指盘片格式化后允许对盘片执行读写操作的容量。•CD-ROM的容量为550MB和680MB。由于光盘外圈5mm区容易出错，所以有些CD-ROM的容量标为550MB。4.1.2光存储系统的技术指标•平均存取时间–平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出命令开始，到光盘驱动器在光盘上找到需读/写的信息的位置并接受读/写命令为止的一段时间。–平均寻道时间•光学头沿半径移动全程1/3长度所需的时间为平均寻道时间。4.1.2光存储系统的技术指标•平均存取时间–平均等待时间•盘片旋转半周的时间为平均等待时间。–把平均寻道时间、平均等待时间和读/写光学头稳定时间相加，就得到平均存取时间。4.1.2光存储系统的技术指标•平均存取时间–平均等待时间•盘片旋转半周的时间为平均等待时间。–把平均寻道时间、平均等待时间和读/写光学头稳定时间相加，就得到平均存取时间。4.1.2光存储系统的技术指标•数据传输率–数据传输率•数据传输率一般是指单位时间内光盘驱动器送出的数据比特数。该数值与光盘转速和存储密度有关。CD-ROM，其数据传输率已从初期的150KB/s提高到6MB/s。–同步传输率、异步传输率和DMA传输率•数据传输率也指控制器与主机之间的传输速率。它与接口规范和控制器内的缓冲器大小有关。SCSI接口的同步传输率为4MB/s，异步传输率为1.5MB/s。AT总线规定的DMA方式的传输率为1MB/s。4.1.2光存储系统的技术指标•数据传输率–突发传输率•光盘驱动器或控制器中都包含有一个64K、256K或512K的缓冲存储器。为了提高数据传输率，读数据过程中先把数据存入缓冲器，再进行集中传送；如果下次读取同一内容，就不必从光盘上去读取，直接把缓冲器中的数据传送给主机就可以了，这种传输率称为突发传输率。4.1.2光存储系统的技术指标•数据传输率–持续传输率•当传送的数据量很大时，缓冲器就起不到提高传输率的作用了，这时的传输率称为持续传输率。4.1.2光存储系统的技术指标•误码率–采用复杂的纠错编码可以降低误码率。存储数字或程序对误码率的要求高，存储图像或声音数据对误码率的要求较低。CD-ROM要求的误码率为10-12—10-16。•平均无故障时间(MTBP)–要求达到25000小时。4.1.3光存储格式标准和类型•什么是CD-DA–CD-DA（CD-DigitalAudio）是为激光数字音频唱盘制定的规格。它是CD标准的第一个文本，属于红皮书（RedBook）规格。•什么是CD-ROM–CD-ROM逻辑格式，1988年正式作为国际标准IS09660，黄皮书（YellowBook）。•什么是CD-G–CD-G（CD-Graphics）是1985年出现的遵循红皮书规格的光盘，主要用于存储静止画面。4.1.3光存储格式标准和类型•什么是CD-WORM–CD-WORM（CD-WriteOnceReadMany）属于蓝皮书（BlueBook）规格，实现了光盘的一次写多次读的功能。•什么是CD-I–CD-I（CD-Interactive）属于绿皮书（GreenBook）规格。它在CD-ROM规格的基础上补充了音频、视频和计算机程序方面的规定。1988年出现了CD-I交互式光盘系统，1992年底出现了第二代CD-I，可播放互动式电影。4.1.3光存储格式标准和类型•什么是CD-V–CD-V（CD-Video）与CD-G一样，是红皮书标准的延伸，用于影碟机，其视频信号可以输出到电视机上。•什么是CD-ROMXA（ExtendedArchitecture）–它是Philips、SONY和Microsoft制定的CD-ROM扩展结构。–CD-ROMXA扩充了对数字音频信号的编码，目的是为了弥补推出CD—I规格带来的问题。–该规格也称为黄皮书的第二组标准。4.1.3光存储格式标准和类型•什么是CD-R–CD-R（CD-Recordable）属于橙皮书（OrangeBook）规格。它在黄皮书的基础上增加了可写入的多种CD格式标准。–是一种可刻录光盘，可以多次在CD空余部分写入数据。•什么是PhotoCD–PhotoCD是一种像片光盘，允许多段追入记录，属于白皮书（WhiteBook）标准。–该规格也称为黄皮书的第二组标准。4.1.3光存储格式标准和类型光盘CD系列LVCD-ROMCD-GCD-DACD-VWORMPhoto-CDCD-RDVDVCDCD-ROMXADVICD-ICD-MO磁光（MOD）磁光（PCD）只写一次可重写只读数字模拟数字声音卡拉OK数字+模拟4.1.4CD-ROM光存储系统•光存贮原理–光反射4.1.4CD-ROM光存储系统•CD-ROM驱动器的系统方框图光头旋转马达聚焦、道跟踪和定位司服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4.1.4CD-ROM光存储系统•光头：–光头（opticalpickup）是CD-ROM驱动器的关键部件。•聚焦司服：–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。•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。4.1.4CD-ROM光存储系统•道跟踪司服：–为了确保聚焦光束能沿着道间距为16um、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：•CLV司服：–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。4.1.5CD-R光存储系统•CD-R盘片的物理层次–CD-R光盘将反射用的铝层改用24K黄金层（也可以是纯银材料），另外再加上有机染料层和预置的轨道凹槽。4.1.5CD-R光存储系统•CD-R的刻录和读取原理–CD-R刻录是将刻录光驱的写激光聚焦后，通过CD-R空白盘的聚碳酸脂（polycarbonate）层照射到有机染料（通常是箐蓝或酞箐蓝染料）的表面上，激光照射时产生的热量将有机染料烧熔，并使其变成光痕（mark）。–当CD-ROM驱动器读取CD-R盘上的信息时，激光将透过聚碳酸脂和有机染料层照射镀金层的表面，并反射到CD-ROM的光电二极管检测器上。光痕会改变激光的反射率，CD-ROM驱动器根据反射回来的光线的强弱来分辨数据0和1。4.1.6磁光MO存储系统•磁光盘是利用（激）光和磁进行数据读、写和擦除的一种光存储系统。–数据记录时使用激光和磁场；–读取时仅用激光；–激光和磁场分别位于盘片的两面。•磁光盘的物理层次–磁光盘片用树脂做基盘，其上集积了保护层（氮化硅）、记录层（铽、铁钴合金）和反射层（铝合金）而构成。4.1.6磁光MO存储系统•磁光存储系统擦写原理–写入数据：利用凸透镜进行聚焦，将高功率激光以极小的光点照射在磁光盘记录层上，在其表面温度上升到约300℃的居里点时，用外部磁场改变其原磁化方向。然后中止激光光束让记录层冷却，形成不受外磁场影响的牢固记录层。–数据重写：需经过“擦”和“写”两步，先利用中功率激光照射介质段区中的所有数据，使段区中的数据点都沿著与介质表面垂直的方向均匀磁化，即通过写入“0”来抹去原有数据。然后再根据要求用高功率激光在“0”位置写入数据“1”，这样就完成了数据的重写。4.1.6磁光MO存储系统•磁光存储系统读原理–数据的读取是利用低功率激光探测盘片表面，通过分析反射回來的偏振光的偏振面方向是顺时针或是逆时针，来决定读取的数据是“1”还是“0”。4.1.7相变(PD)光存储系统•CD-RW–相变记录方式利用物质的状态变化即所谓的相变进行数据的读、写和擦除，相变型光盘用在基盘上沉积电介质层、相变记录层、冷却层和保护层等形成多层结构。4.1.8DVD光存储系统•DVD(DigitalVideoDisk)–数字视频光盘或数字影盘–它利用MPEG2的压缩技术来储存影像–DVD-ROM：电脑软件只读光盘–DVD-Video：家用的影音光盘–DVD-Audio：音乐盘片–DVD-R（或称DVD-Write-Once）：限写一次的DVD–DVD-RAM（或称DVD-Rewritable）：可多次读写的光盘4.1.8DVD光存储系统•DVD盘片的物理结构–分类：单面单层、单面双层、双面单层、双面双层；–容量：4.7GB—17GB；–最小凹坑长度仅为0.4μm，道间距为0.74μm，采用波长为635～650nm的红外激光器读取数据；–DVD盘的厚度为1.2mm。对于单面盘而言，只有下层基底包含数据，上层基底没有数据；而双面盘的上下两层基底上均有数据。4.1.9光盘库系统机械手升降装置光盘盘片栈光盘驱动器DVDCISCOSYSTEMS起落架4.2音频接口4.2.1音频卡的工作原理•音频卡–处理音频信号的PC插卡是音频卡（AudioCard），又称声音卡，声音卡处理的音频媒体有数字化声音（Wave）、合成音乐（MIDI）、CD音频。4.2.1音频卡的工作原理•声音是怎样工作的？从模拟到数字声源声波传声器模拟电信号数字声音4.2.1音频卡的工作原理•音频卡的功能–音频的录制与播放–编辑与合成–MIDI接口–文–语转换–CD-ROM接口–游戏接口–支持全双工功能音箱2、Microphone（麦克风输入）3、Speaker（扬声器输出）4、MIDI/GamePort（MIDI/操纵杆端口）7、CD-ROM音频信号接口6、CD-ROM的接口8、跳接器音频输出IDE接口CD-ROM外部音频设备麦克风操纵杆MIDI声音装置1、Linein（线性输入）5、VolumeControl（音量调节旋钮）电源跳接线音频卡的连接方式4.2.1音频卡的工作原理•音频卡的体系结构–音频卡由下列部件组成：•MIDI输入/输出电路；•MIDI合成器芯片；•用来把CD音频输入与线输入相混合电路；•带有脉冲编码调制电路的模数转换器，用于把模拟信号转换为数字信号以生成波形文件；•用来压缩和解压音频文件的压缩芯片；•用来合成语音输出的语音合成器；•用来识别语音输