7多媒體存儲設備

1、多媒體硬件設備,昆明理工大學計算中心,存儲技術,物理單元之所以能夠存儲數據，是因為它的某種性質能夠發(fā)生變化，以此反映出所存儲的數據。通過識別這種性質上的變化，可讀出數據，而用某種編碼方法改變性質則可將數據寫入介質。光存儲技術通過光技術對數據進行讀寫。由于使用的是激光，因而對應的存儲介質--盤稱作光盤。磁存儲技術利用磁技術對數據進行讀寫。對應的存儲介質為磁盤，磁帶等。,磁存儲介質的優(yōu)缺點,磁盤系統單靠磁場來更改已儲存的數據，磁盤系

2、統是通過磁頭以感應的方式從磁盤讀寫數據，磁頭與高速旋轉的磁盤必須保持一定的間隙。這種方式容易造成磁頭碰撞盤片而損壞數據。。存儲密度高、易于讀寫，但長期保存也存在著風險性，氣候環(huán)境、磁環(huán)境、人為因素都有可能破壞磁記錄，造成不可挽回的損失。,光存儲介質特點,密度高,存儲容量大采用非接觸方式讀/寫信息 能自由更換光盤 不易劃傷 無磨損 可長期保存信息,光盤容量,分:0~73秒:0~59 地址扇區(qū)號:0~74

3、 秒劃分成75個扇區(qū)333000(扇區(qū))*2048(字節(jié)/扇區(qū))=681984000(字節(jié))1M=1048756 共650M,光盤系統是利用磁場和激光光束來更改已儲存的數據，一般不會發(fā)生光頭碰撞，安全性能好。,使用光盤應注意的地方,忌將光盤夾在書中忌將不干凈的或變形的光盤放如CD-ROM驅動器忌在光盤上貼標簽、用筆書寫忌強行取出忌日曬忌觸摸光盤表面忌用有油漬、污垢的手拿光盤,光盤的ISO標準,紅皮書:CD Aud

4、io 激光唱盤標準由荷蘭Philips公司和日本Sony公司共同制訂內容為記錄音頻的標準。黃皮書:CD-ROM標準由荷蘭Philips公司和日本Sony公司等幾家公司共同制訂規(guī)定了CD盤上記錄數據的方式。綠皮書:CD-I交互式光盤標準為面向教育或家庭娛樂應用的CD-ROM制訂的可將音頻，文本和圖像混合存儲在CD盤上。白皮書:用于存放視頻圖像和電影。該標準使用MPEG壓縮技術可在普通的CD-ROM盤上存儲74分鐘的全動態(tài)視頻圖像和C

5、D音質的同步聲音。橙皮書:可寫入光盤標準。根據這個標準將數據一次或多次寫入空白的 CD 盤。,光盤系統,光盤系統是由光盤驅動器和光盤片組成。驅動器是用于讀/寫信息的設備，而光盤片是用于存儲信息的介質。,光盤片結構,光盤驅動器的分類,只讀光盤(CD-ROM) 一次寫多次讀光盤(CD-R,WORM)可擦寫光盤(CD-R/W)DVD只讀光盤驅動器（DVD-ROM）可反復擦寫DVD光盤存儲器（ DVD-RAM ）。,CD-ROM驅動器

6、的外觀,CD-ROM驅動器的內部結構,光盤及驅動器的主要指標,存儲容量: 存儲的數據量(字節(jié))數據傳輸率: 驅動器將數據從CD-ROM傳送到系統存儲器的速度。單速為 150KB/S。平均存取時間: 驅動器在盤上定位、存取一段需要的信息所用的時間高速緩存: 暫存讀入的數據 (64K,256K,512K)接口標準: IDE接口、SCSI接口旋轉方式(1)恒定線速度（Constant Linear Velocity，簡稱CLV）方

7、式(2)恒定角速度（Constant Angular Velocity，簡稱CAV）方式(3)局部恒定角速度PCAV糾錯能力CPU占用率,DVD技術,DVD是“Digital Video Disc”的縮寫，中文名稱為“數字視頻光盤”。 DVD有以下優(yōu)點：容量大，單面單層光盤容量高達4.7GB，雙面雙層光盤容量高達17GB；視頻圖像質量好；采用Dolby Digital格式，通過Dolby AC-3系統的5.1聲道設計，能夠

8、產生5個聲道的高品質環(huán)繞立體聲；可以兼容已有的CD-Audio、CD-ROM、CD-R等多種格式的光盤，性能價格比高。,DVD盤片,DVD的碟片的大小與CD-ROM相同，由兩個厚0.6mm的基層粘成，最大的特點之一在于可以單面存儲，也可以雙面存儲，所以DVD的碟片分為四種：單面單層（DVD-5）容量為4.7GB、單面雙層（DVD-10）容量為9.4GB、單面雙層（DVD-9）容量為8.5GB、雙面雙層（DVD-18）容量為17GB。,

9、DVD-ROM驅動器的光頭,目前的DVD-ROM驅動器，有單激光頭和雙激光頭之分。單激光頭也就是用同一個光頭讀取DVD和CD-ROM信號，雙激光頭是分別用兩個光頭讀取DVD和CD-ROM信號。有人認為單激光頭較易損耗，而雙激光頭可靠性較好。為了防止盜版現象的出現，DVD采用了分區(qū)制。即將全球分為6個區(qū)域，規(guī)定各個區(qū)域的DVD機只能播放區(qū)號相同的DVD碟片。我國為第6區(qū)。,光存儲的類型,只讀型光存儲系統只讀型光盤包括LV和CD-ROM

10、等。CD-ROM（Compact Disc-Read Only Memory）只讀式壓縮光盤，其技術來源于激光唱盤，形狀也類似于激光唱盤，能夠存儲650MB左右的數據。用戶只能從CD-ROM讀取信息，而不能往盤上寫信息。,只讀型光驅,只讀型光盤,光存儲的類型,一次寫型光存儲系統一次寫（WORM）光存儲系統可一次寫入，任意多次讀出。與CD-ROM相比，它具有由用戶自己確定記錄內容的優(yōu)點。,一次寫型光驅,一次寫型光盤,光存儲的類型

11、,可重寫型光存儲系統可重寫光盤（E-R/W，Rewritable或Erasable）像硬盤一樣可任意讀寫數據。分為兩種磁光型（Magnetic Optical，簡稱MO）相變型（Phase Change，簡稱PC）兩種形式。,相變型可重寫光驅與光盤,磁光型可重寫光驅,光存儲系統的技術指標,尺寸LV的直徑為12英寸（300mm）CD激光唱盤和CD-ROM為4.72英寸（120mm）WORM一次寫光盤為14.12英寸和5.25

12、英寸可擦寫光盤向小尺寸方向發(fā)展，主要尺寸為5.25英寸和3.5英寸。,光存儲系統的技術指標,容量 格式化容量格式化容量是指按某種光盤標準進行格式化后的容量。 對于SONY的SMO-D501光盤，若格式化使每個扇區(qū)為1024B，格式化容量是325MB，而采用每扇區(qū)為512B，格式化容量只有297MB。,光存儲系統的技術指標,容量 用戶容量用戶容量是指盤片格式化后允許對盤片執(zhí)行讀寫操作的容量。CD-ROM的容量為550MB和6

13、80MB。由于光盤外圈5mm區(qū)容易出錯，所以有些CD-ROM 的容量標為550MB。,磁盤與光盤的比較,1. 傳輸速率不同：磁盤系統的傳輸率一般是恒定的，而光盤系統的傳輸速率則與激光輸出功率息息相關。激光輸出功率為20～30mW時光盤系統的傳輸速率為每秒2～6MB，激光輸出功率升至40mW時光盤系統的傳輸速率可達每秒10MB。就是說，激光輸出功率愈高，數據傳輸速率就愈快。2.存儲容量不同:磁盤系統的容量為磁盤的格式所限定，光盤系統的

14、容量則視激光波長而定，激光波長愈短，便能縮短間距而提高存儲容量。光盤系統的主要優(yōu)點是數據盤不易損壞，使用壽命長；存儲容量大且拆卸方便；性能價格比高，每兆字節(jié)的價格僅為軟盤的百分之一。不足之處是目前速度還沒有硬盤快，相信光盤的速度趕上硬盤只是個時間早晚的問題。,,,光盤參數,存儲容量:光盤驅動器的容量指它所能讀寫光盤盤片的容量。光盤盤片的容量又分為格式化容量和用戶容量。格式化容量指按某種標準格式化后的容量，采用不同的格式就會有不同的

15、容量。用戶容量一般比格式化容量小。平均存取時間:在光盤上找到需要讀寫的數據的位置所需要的時間是指從計算機向光盤驅動器發(fā)出命令到光盤驅動器可以接受讀寫命令為止的時間。一般取光頭沿半徑移動l／3所需時間為平均尋道時間，盤片旋轉一周的一半時間為平均等待時間，二者加上光頭穩(wěn)定時間即為平均存取時間。數據傳輸率:有多種傳輸率的定義。一種是從光盤驅動器送出的數據率，它可以定義為單位時間內從光盤的光道上傳送的數據比特數；另一種定義是指控制器與主

16、機間的傳輸率。我們一般指的是第一種定義。,光存儲系統的技術指標,平均存取時間平均存取時間是指從計算機向光盤驅動器發(fā)出命令開始，到光盤驅動器在光盤上找到需讀/寫的信息的位置并接受讀/寫命令為止的一段時間。平均尋道時間光學頭沿半徑移動全程1/3長度所需的時間為平均尋道時間。,光存儲系統的技術指標,平均存取時間平均等待時間盤片旋轉半周的時間為平均等待時間。把平均尋道時間、平均等待時間和讀/寫光學頭穩(wěn)定時間相加，就得到平均存取時間。

17、,光存儲系統的技術指標,數據傳輸率 數據傳輸率數據傳輸率一般是指單位時間內光盤驅動器送出的數據比特數。該數值與光盤轉速和存儲密度有關。CD-ROM，其數據傳輸率已從初期的150KB/s提高到6MB/s。同步傳輸率、異步傳輸率和DMA傳輸率 數據傳輸率也指控制器與主機之間的傳輸速率。它與接口規(guī)范和控制器內的緩沖器大小有關。SCSI接口的同步傳輸率為4MB/s，異步傳輸率為1.5MB/s。AT總線規(guī)定的DMA方式的傳輸率為1MB/s

18、。,光存儲系統的技術指標,數據傳輸率 突發(fā)傳輸率 光盤驅動器或控制器中都包含有一個64K、256K或512K的緩沖存儲器。為了提高數據傳輸率，讀數據過程中先把數據存入緩沖器，再進行集中傳送；如果下次讀取同一內容，就不必從光盤上去讀取，直接把緩沖器中的數據傳送給主機就可以了，這種傳輸率稱為突發(fā)傳輸率。 持續(xù)傳輸率 當傳送的數據量很大時，緩沖器就起不到提高傳輸率的作用了，這時的傳輸率稱為持續(xù)傳輸率。,光存儲系統的技術指標,誤碼率

19、采用復雜的糾錯編碼可以降低誤碼率。存儲數字或程序對誤碼率的要求高，存儲圖像或聲音數據對誤碼率的要求較低。CD-ROM要求的誤碼率為10-12—10-16。平均無故障時間 (MTBP) 要求達到25000小時。,光存儲格式標準和類型,什么是CD-DACD-DA（CD-Digital Audio）是為激光數字音頻唱盤制定的規(guī)格。它是CD標準的第一個文本，屬于紅皮書（Red Book）規(guī)格。什么是CD-ROMCD-ROM邏輯格式，1

20、988年正式作為國際標準IS09660，黃皮書（Yellow Book）。什么是CD-GCD-G（CD-Graphics）是1985年出現的遵循紅皮書規(guī)格的光盤，主要用于存儲靜止畫面。,光存儲格式標準和類型,什么是CD-WORMCD-WORM（CD-Write Once Read Many）屬于藍皮書（Blue Book）規(guī)格，實現了光盤的一次寫多次讀的功能。什么是CD-ICD-I（CD-Interactive）屬于綠皮書（G

21、reen Book）規(guī)格。它在CD-ROM規(guī)格的基礎上補充了音頻、視頻和計算機程序方面的規(guī)定。1988年出現了CD-I交互式光盤系統，1992年底出現了第二代CD-I，可播放互動式電影。,光存儲格式標準和類型,什么是CD-VCD-V（CD-Video）與CD-G一樣，是紅皮書標準的延伸，用于影碟機，其視頻信號可以輸出到電視機上。什么是CD-ROM XA（Extended Architecture）它是Philips、SONY和Mi

22、crosoft制定的CD-ROM擴展結構。CD-ROM XA擴充了對數字音頻信號的編碼，目的是為了彌補推出CD—I規(guī)格帶來的問題。該規(guī)格也稱為黃皮書的第二組標準。,光存儲格式標準和類型,什么是CD-RCD-R（CD-Recordable）屬于橙皮書（Orange Book）規(guī)格。它在黃皮書的基礎上增加了可寫入的多種CD格式標準。是一種可刻錄光盤，可以多次在CD空余部分寫入數據。什么是Photo CDPhoto CD是一種像片

23、光盤，允許多段追入記錄，屬于白皮書（White Book）標準。該規(guī)格也稱為黃皮書的第二組標準。,光存儲格式標準和類型,CD-ROM光存儲系統,光存貯原理光反射,CD-ROM光存儲系統,CD-ROM驅動器的系統方框圖,CD-ROM光存儲系統,光頭：光頭（optical pickup）是CD-ROM驅動器的關鍵部件。聚焦司服：為使激光束的聚點落在光盤的信息面上，CD-ROM驅動器采用自動聚焦伺服系統來實現。EFM解調：從聚焦

24、司服系統輸出的數據信號是經過EFM調制后的信號，EFM解調過程是EFM調制過程的逆過程。,CD-ROM光存儲系統,道跟蹤司服：為了確保聚焦光束能沿著道間距為16um、凹坑寬為0.5um左右的螺旋形光道正確讀出信息，CD-ROM采用徑向光道跟蹤技術，以克服光盤可能多達300um的偏心，使道跟蹤精度達到0.1um。聚焦司服：CLV司服：由于CD-ROM盤要以恒定線速度（CLV）旋轉，這就意味著，驅動光盤旋轉的驅動馬達的速度要隨光頭所處

25、的位置而變化。,CD-R光存儲系統,CD-R盤片的物理層次 CD-R光盤將反射用的鋁層改用24K黃金層（也可以是純銀材料），另外再加上有機染料層和預置的軌道凹槽。,CD-R光存儲系統,CD-R的刻錄和讀取原理 CD-R刻錄是將刻錄光驅的寫激光聚焦后，通過CD-R空白盤的聚碳酸脂（polycarbonate）層照射到有機染料（通常是箐藍或酞箐藍染料）的表面上，激光照射時產生的熱量將有機染料燒熔，并使其變成光痕（mark）。當CD-R

26、OM驅動器讀取CD-R盤上的信息時，激光將透過聚碳酸脂和有機染料層照射鍍金層的表面，并反射到CD-ROM的光電二極管檢測器上。光痕會改變激光的反射率，CD-ROM驅動器根據反射回來的光線的強弱來分辨數據0和1。,磁光MO存儲系統,磁光盤是利用（激）光和磁進行數據讀、寫和擦除的一種光存儲系統。數據記錄時使用激光和磁場；讀取時僅用激光；激光和磁場分別位于盤片的兩面。磁光盤的物理層次磁光盤片用樹脂做基盤，其上集積了保護層（氮化硅）、

27、記錄層（鋱、鐵鈷合金）和反射層（鋁合金）而構成。,CD-ROM讀寫原理,CD-ROM光盤上的信息是沿著盤面螺旋形狀的信息軌道以一系列凹坑點線的形式存儲的。激光光束能在1?s內從1?m2探測面積上獲得滿意的信號。利用激光聚焦成亞微米級激光束對軌道上模壓形成的凹坑進行掃描，光束掃描凹坑邊緣時，反射率發(fā)生變化，表示二進制數“1”，在坑內或岸上均為“0”。通過光學檢測器產生光電檢測信號，從而讀出0、1數據。,CD-ROM讀寫原理,一般坑深約為0

28、.11～0.13?m，光軌道的間距為1.6?m，坑寬不足光軌道間距的三分之一，約0.4～0.5?m，光軌道位長度約0.25?m。為了提高數據的可靠性，減少誤碼率，存儲數據采用EFM編碼，即l字節(jié)的8位數據經編碼為14位的光道道位，這些光軌道位采用RLL（2，10）規(guī)則的插入編碼，意即“1”碼間至少有兩個“0”碼，但最多有十個“0”碼。CD-ROM盤表面由一個保護層覆蓋。這個涂層使你無法觸摸到凹坑，它有助于保護盤片不被劃傷、印上指紋和粘

29、上雜物。,CD-ROM讀寫原理,磁光MO存儲系統,磁光存儲系統擦寫原理寫入數據：利用凸透鏡進行聚焦，將高功率激光以極小的光點照射在磁光盤記錄層上，在其表面溫度上升到約300℃的居里點時，用外部磁場改變其原磁化方向。然后中止激光光束讓記錄層冷卻，形成不受外磁場影響的牢固記錄層。數據重寫：需經過“擦”和“寫”兩步，先利用中功率激光照射介質段區(qū)中的所有數據，使段區(qū)中的數據點都沿著與介質表面垂直的方向均勻磁化，即通過寫入“0”來抹去原有數據

30、。然后再根據要求用高功率激光在“0”位置寫入數據“1”，這樣就完成了數據的重寫。,磁光MO存儲系統,磁光存儲系統讀原理數據的讀取是利用低功率激光探測盤片表面，通過分析反射回來的偏振光的偏振面方向是順時針或是逆時針，來決定讀取的數據是“1”還是“0”。,相變(PD)光存儲系統,CD-RW相變記錄方式利用物質的狀態(tài)變化即所謂的相變進行數據的讀、寫和擦除，相變型光盤用在基盤上沉積電介質層、相變記錄層、冷卻層和保護層等形成多層結構。,DVD

31、光存儲系統,DVD(Digital Video Disk)數字視頻光盤或數字影盤它利用MPEG 2的壓縮技術來儲存影像DVD-ROM：電腦軟件只讀光盤DVD-Video：家用的影音光盤DVD-Audio：音樂盤片DVD-R（或稱DVD-Write-Once）：限寫一次的DVDDVD-RAM（或稱DVD-Rewritable）：可多次讀寫的光盤,DVD光存儲系統,DVD盤片的物理結構分類：單面單層、單面雙層、雙面單層、雙面

32、雙層； 容量：4.7GB— 17GB；最小凹坑長度僅為0.4μm，道間距為0.74μm，采用波長為635～650nm的紅外激光器讀取數據；DVD盤的厚度為1.2mm。對于單面盤而言，只有下層基底包含數據，上層基底沒有數據；而雙面盤的上下兩層基底上均有數據。,光盤庫系統,DVD 技 術 簡 介,DVD是Digital Video Disk的縮寫，意思是“數字電視光盤（系統）”，這是為了與Video CD相區(qū)別。實際上DVD的應用不僅

33、僅是用來存放電視節(jié)目，它同樣可以用來存儲其他類型的數據，因此又把Digital Video Disk更改為Digital Versatile Disk，縮寫仍然是DVD，Versatile是多才多藝的意思?，F在談到DVD時，通常是指Digital Video Disk。DVD技術類似于CD-ROM技術，但是可以提供更高的存儲容量。從表面上看，DVD盤與CD/VCD盤很相似，其直徑為80mm或120mm，厚度為1.2mm。但實質上，兩者

34、之間有本質的差別。按單/雙面與單/雙層結構的各種組合，DVD可以分為單面單層、單面雙層、雙面單層和雙面雙層四種物理結構。CD的最小凹坑長度為0.834?m，道間距為1.6?m，采用波長為780～790nm的紅外激光器讀取數據，而DVD的最小凹坑長度僅為0.4?m，道間距為0.74?m，采用波長為635～650nm的紅外激光器讀取數據。,DVD 技 術 簡 介,DVD具有高密度、高畫質、高音質、高兼容性和高可靠性等特點。高密度：DVD盤

35、與CD光盤直徑均為120mm，但CD光盤僅能存放70分鐘視頻圖像，而單面單層DVD記錄層具有4.7GB容量，若以接近于廣播級電視圖像質量需要的平均數據率4.69Mbit/s播放，能夠存放133分20秒的整部電影。雙面雙層光盤的容量高達17GB，可以容納4部電影于一張光盤上。高畫質：DVD采用國際通用的活動圖像壓縮標準MPEG 2，可達到廣播級的電視質量。高音質：DVD具有8（7.1）個獨立的音頻碼流，足以實現數字環(huán)繞三維高保真音響效

36、果。,DVD 技 術 簡 介,高兼容性：DVD視盤機、DVD唱機和DVD-ROM/R/RAM均可播放CD唱盤；DVD視盤機和DVD-ROM/R/RAM均能回放VCD盤；DVD-ROM/R/RAM也可讀取CD-ROM盤。高可靠性：DVD采用RSPC（Reed Solomon Product Code）糾錯編碼方式和8/16信號調制方式，確保數據讀取可靠。,光 盤 刻 錄 機,CD-ROM作為電腦的基本配置，是除了硬盤以外我們使用的最頻繁

37、的存儲媒介了，但是它最大的弱點在于不能向光盤寫入資料，這使我們作大容量的備份時遇到了困難。如何能夠向光盤中寫入數據是我們解決大容量的備份的關鍵問題。經過不懈的努力，人們研制出可以寫入數據的光盤驅動器，即光盤刻錄機。光盤刻錄機根據不同的標準有不同的分類。主要分類標準是結構形式、接口方式和刻錄機的功能。按結構形式分類:主要分為內置刻錄機和外置刻錄機。按接口方式分類:刻錄機的接口主要有SCSI接口、IDE接口、并口（打印口）接口、PC