《多媒体技术》 第三讲 多媒体设备(第1节)课堂笔记及练习题

多媒体技术 第三讲 多媒体设备（第1节）课堂笔记及练习题

主 题： 第三讲 多媒体设备（第1节）

学习时间： 2016年4月18日--4月24日

内 容：

第三讲 多媒体设备

第一节 多媒体存储设备

一、常见的多媒体存储设备

分类：模拟式磁记录设备（如磁带录音机、磁带录像机）、数字式磁记录设

备（如硬磁盘、数据磁带机）、光存储设备（如CD-ROM、CD-RW、DVD等）

特点：①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。

二、光盘存储技术

光盘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（光

盘片）采用磁光材料。

1）光盘系统的技术指标

① 存储容量：所能读写的光盘盘片的容量。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。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：在光盘上找到需要读写的信息的位置所需要的时间。

③ 数据传输率：一种是指从光盘驱动器送出的数据率，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。

2）光盘片的分类

常见的光盘片按读写功能分为3种：

① CD-ROM只读光盘：CD-ROM只读光盘是最常用的光盘片，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。② WORM一次写多次读光盘CD-R：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CD-RW：可重写光盘或称

可擦写光盘，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。

后两种光盘要有相应的可读写光驱配合使用。

3）光驱

① CD-ROM：只读CD-ROM、CD、CD-R盘片。

② DVD-ROM：只读DVD-ROM、 CD-ROM、CD、CD-R盘片。

③ CD-RW：读CD-ROM、CD、CD-R、CD-RW盘片；写CD-R、CD-RW盘片。

④ DVD-RW

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4）光盘工作原理

① 只读光盘读的原理

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，它既可记录模拟信息（如Lar Vision系统），也可以记录数字信号（如

CD-DA）。数字信号记录的优点是抗干扰能力强，由于盘片损坏或变脏而造成的读

出错误也容易得到纠正。存储数据采用EFM（eight to fourteen modulation）

编码。

② 可重写光盘的擦写原理

按照改变性质来实现信息存储的原理分，光盘记录方式可分为两大类，即磁

光式和相变式。

三、光盘标准

1）CD-ROM的主要性能指标

① 容量为650MB（700M）；② 数据传送速率，单速（150KB/s），倍速

（300KB/s），四倍速（600KB/s），五十速（50Χ150KB/s），有的已达70倍速；

③ 存储缓冲器64KB，目前常用的为256KB；④ 存取时间 200 ～ 400ms；⑤ 误

码率 10-12 ～ 10-14，采用复杂的纠错编码技术降低了误码率；⑥ 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。

2）光盘的规范及格式

① CD-DA 规范及格式

CD-DA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。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”。

② CD-ROM规范及格式

从物理结构来说，CD-ROM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。CD-ROM光盘有两种格式：Mode l 和Mode

2。Mode l和Mode 2的相同之处：扇区首部是12字节的同步码（SYNC），其前

后为“00H”而中间10个字节存放“FFH”数据；紧接着的4个字节为地址字段，

或称扇区头（HEADER），它采用分、秒、扇区号的制式确定地址标号，地址字段

中设置了MODE字节，指明该扇区是哪种格式。Mode l和Mode 2的不同之处：

①用户数据量不同。Mode l 为2048个字节，Mode 2为2336个字节。②存储数

据的类型不同。Mode l用于存放对错误极为敏感的数据，如计算机程序等；而

Mode 2用于存放对错误不太敏感的数据，如声音、图像、视频等。③Mode 2的

数据经过CIRC检验后的误码率为10-9，对声音、图像一类的数据可以不必作进

一步校验；而要满足计算机数据误码率小于10-12的要求，则应对Mode 1的数

据作进一步校验。

③ CD-I光盘的数据格式

CD-I光盘有3个区：导入区（lead-in area）、节目区（program area）和

导出区（lead-out area）。CD盘上的信息采用EFM调制方式进行记录。由于光

盘原始误码率较高，所以都采用能纠突发错误的CIRC码。

CD-I光盘的导入区是由若干个空扇区组成的，这样做的目的是使识别节目

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区变得容易。

CD-I光盘的节目区和CD-DA光盘一样，最多可以有99条光道，编号为1～

99。而一条光道的长度可以是300个扇区（相当于4秒）和325000个扇区（相

当于最长的超级HiFi播放时间72分钟）之间的数。节目区的开头，也即光道1

的开始部分有166个信息扇区（message ctor），它仅含有CD-DA信息。

CD-I光盘的导出区当最后一条光道是CD-I光道时是空扇区；当最后一条光

道是CD-DA光道时是无声的帧。

当CD-I光盘放到CD-I系统播放时，系统首先读的扇区是光盘标号（Disc

Label）扇区。这个扇区包含CD-I盘上所有文件的描述符、内容、大小、创作者

等，必须加载到系统中软件模块的位置以及存取这些文件的路径表。

光盘标号由3个记录构成：文件结构卷描述符(file structure volume

descriptor )、引导记录（boot record）和终结记录(terminator record)。

每张光盘必须有一张路径表，以提供盘上所存的目标结构索引，它跟着光盘

标号，其位置在光盘标号中给出。每一个表目都包含如下3个信息组：目录文件

的位置；父目录名；目录名。每条目录都是一个文件，它包含文件描述符记录。

CD-I盘上的所有数据都以文件形式存放，任何一个文件都可以通过盘上的

路径表取出。每个文件都有文件描述符记录，存放于文件目录中。文件描述符记

录包含有文件名、文件号、文件大小、地址、拥有者、属性、交叉存取因子、读

取许可权。

文件分为目录文件、实时文件和标准文件。

CD-I的数据以两种专门的数据格式FORM1和FORM2记录。

④ 激光视盘

激光视盘也是一种只读光盘，家用激光视盘又称为影碟机，是独立的视频播

放设备，与音响设备和电视机（监视器）相连就可以播放视盘。计算机可以通过

外设接口与视盘播放机相连，视盘在多媒体的应用形式主要是“交互式视盘”，

由计算机来控制视盘的播放、视频帧的寻址和显示。

视盘原理结构：通过光盘光道上的凹坑和凸区的形式存放以模拟量方式记录

的视频信号，即视盘存储图像是以电视帧为基础，每帧由两个交叉扫描场信号组

成，每场的开头有一段垂直消隐时间，可以用来存储命令代码，便于计算机控制。

视盘有两种信息记录格式：常线速（constant linear velocity ,CLV）和

常角速（constant angular velocity ,CAV）。CLV型视盘扇区长度为常数，以

紧凑形式存放信息，每盘可以存放60分钟的视频信号。当驱动器从内圈到外圈

读盘时，由于内圈和外圈存放的信息量不同，所以转速也不同。在内圈可达到每

分钟1800转，在外圈轨道每分钟约600转；CAV型视盘以类似于磁盘的方式划

分扇区，扇区长度从内圈到外圈逐渐增加，每盘仅可存放30分钟的视频信号。

其优点是驱动器读盘时，从内圈到外圈，转速一致，对NTSC制式，CAV视盘转

速为每分钟1800转，对PAL制式，CAV视盘转速为每分钟1500转。这种信息存

放格式有利于单帧访问、搜索、帧序列的随机访问等，适合于多媒体平台。

在视盘上剩余空隙插入一些命令代码，这样，计算机就便于控制视盘的播放。

这种存有控制命令代码的视盘称为交互式视盘。视盘的交互式控制方式有如下4

种：①程序或分枝命令存储在视盘的帧垂直消隐区；②程序或分枝命令存储在视

盘的音频信道2上；③视盘上不存储程序代码，只存放音频和视频数据，程序放

在PC机中；④程序或命令、模拟视频信号、音频信号或数字数据都存在单一的

盘上，这种光盘称为LD-ROM，它结合了标准视盘和CD-ROM格式。

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Video CD标准，它描述一个使用CD格式和MPEG-1标准的数字电视播放系

统。Video CD定义了MPEG光道的结构，它由MPEG-Video扇区和MPEG-Audio扇

区组成。光道上的Video（电视图像）和Audio（声音）是按MPEG标准ISO/IEC

11172的规定进行编码。MPEG-Video扇区和MPEG-Audio扇区交错地存放在光道

上。

3）CD-ROM光盘制作过程

CD-ROM光盘制作一般分为3个阶段:

① 数据准备

整理所有的信息数据，包括程序、数字、数据、文本、图形、图像等，并进

行必要的模拟信号到数字信息的转换，这些数据经过多媒体创作工具进行编辑和

处理，然后存入存储器中。

② 主盘制作

把准备好的数据按预先规定好的光盘格式转换成光盘存储用的数据，对程序

类数据必须再计算和插入错误检验码。最后通过编码器进行EFM调制，产生串行

数据流送到激光刻录机，这就完成了预制作过程。

③ 复制光盘

光盘的盘基是用聚碳酸脂塑料做的，批量复制设备使用塑料注射成型机。聚

碳酸脂加热之后注入盘模里，压模就把它上面的数据压制到正在冷却的塑料盘

上，然后在盘上溅射一层铝，用于读出数据时反射激光束，最后涂一层保护漆并

印制标牌。

练习：

1、 多媒体存储设备可以分成哪几类？

答：多媒体存储设备分为模拟式磁记录设备（如磁带录音机、磁带录像机）、

数字式磁记录设备（如硬磁盘、数据磁带机）以及光存储设备（如CD-ROM、

CD-RW、DVD等）三类。

2、 光盘片一般分为哪几类？

答：常见的光盘片按读写功能分为3种：① CD-ROM只读光盘；② WORM一次

写多次读光盘CD-R；③ Rewritable可重写光盘CD-RW。

3、 CD-ROM光盘制作分为哪几个阶段？

答：CD-ROM光盘制作一般分为数据准备、主盘制作、复制光盘3个阶段。

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