多媒体技术应用教程6

1多媒体技术应用教程陈永强，张聪主编胡兵，崔树芹，苏勇参编电子工业出版社2011.82第6章多媒体数据存储技术6.1光存储基础6.1.1光存储原理6.1.2CD6.1.3VCD6.1.4DVD6.2网络存储技术6.2.1直接连接存储6.2.2存储区域网6.2.3网络附加存储6.3光盘刻录软件Nero6.3.1功能概述6.3.2编辑环境6.3.3基本操作6.4光盘刻录实验3第6章多媒体数据存储技术6.1光存储基础6.1.1光存储原理6.1.2CD6.1.3VCD6.1.4DVD4光盘存储具有存储密度高、容量大、可随机存取、保存寿命长、工作稳定可靠、轻便易携带等一系列其他记录媒体无可比拟的优点，特别适于大数据量信息的存储和交换。光盘存储技术不仅能满足信息化社会海量信息存储的需要，而且能够同时存储声音、文字、图形、图像等多种媒体的信息，从而使传统的信息存储、传输、管理和使用方式发生了根本性的变化。56.1.1光存储原理光盘存储技术是将具有很高的相干和单色性的激光束，汇聚到光衍射极限的斑点上，使被照射的光斑区域内某种存储介质产生物理或化学变化，从而改变媒体的光学（或光磁）性质以记录信息。读出信息时，用另一束激光束检测光信号，存储介质表面的状态转变为反射光强或偏振光的偏转角旋转，还原出记录的信息。66.1.1光存储原理虽然光盘都是采用激光进行读/写，光盘由于采用的存储材料不同，其写入读出信息的机理也存在差异。一般来说可分为：1.形变2.相变3.磁光（Magneto-Optical）存储76.1.1光存储原理1.形变采用这种方法的包括只读光盘和写一次读多次光盘。虽然只读光盘和写一次读多次光盘记录信息时都是使存储介质形变，但是在实现的技术上是完全不同的。一个是压制出信息坑，一个则是烧制出信息坑。86.1.1光存储原理1.形变只读光盘存储器对于像激光唱盘(CD-DA)和CD-ROM这样的只读光盘，其制作过程都相同，大致分成三个阶段。①原版盘预制作(Premastering)，或者称为母盘预制作②原版盘制作(Mastering)，或者称为母盘制作③大批量复制96.1.1光存储原理1.形变CD-ROM盘制作过程：在制作原版盘时，是用编码后的二进制数据去调制聚焦激光束，如果写入的数据为“0”，就不让激光束通过，写入“1”时，就让激光束通过，或者相反。参看图6-1。10图6-1光刻系统示意图116.1.1光存储原理1.形变CD-ROM盘制作过程：在制作原版盘的玻璃盘上涂有感光胶，曝了光的地方经化学处理后就形成凹坑，没有曝光的地方保持原样，二进制信息就以这样的形式刻录在原版盘上。在经过化学处理后的玻璃盘表面上镀一层金属，用这种盘去制作母盘(motherdisc)，然后用母盘制作压模，再用压模去大批量复制。原版盘制作的整个过程如图6-2所示。12图6-2原版盘制作的整个过程136.1.1光存储原理1.形变只写一次读多次光盘存储器这类光盘存储器的媒体可为用户提供一次写入的存储空间，写后不能修改，但可以多次读取。CD-R光盘结构和CD-ROM盘基本相同，主要差别在于CD-R中增加了一层有机染料作为记录层。无论是CD-ROM还是CD-R，使用光驱读取光盘时原理是相同的。146.1.1光存储原理1.形变无论CD-ROM还是CD-R，光盘的读出原理是相同的，见图6-3。光盘上压制了许多凹坑，激光束在凹坑部分反射的光的强度，要比从非凹坑部分反射的光的强度弱，光盘就是利用这个极其简单的原理来区分“1”和“0”的。凹坑的边缘代表“1”，凹坑和非凹坑的平坦部分代表“0”，凹坑的长度和非凹坑的长度都代表有多少个“0”。15图6-3CD盘的读出原理166.1.1光存储原理2.相变相变可擦除光盘存储器可反复多次写入数据，采用的是一种特殊的相变材料，由锗、锑等组成。这些材料最初是晶体结构，在这些结构中原子排列整齐，光反射率高。当表面温度升到比熔点高时，如果突然冷却，材料将从晶体结构变为非晶结构。非晶结构的原子没有很好的排列，光反射率低。相变可擦除光盘工作原理如图6-4。17图6-4相变可擦除光盘工作原理186.1.1光存储原理2.相变写原理利用激光束的大功率照射对盘片进行局部瞬间加温，激光将相变材料加热到熔点以上，再进行快速冷却，就会固定在原子排序不整齐的非晶体状态。从而，产生被激光照到的非晶体状态部分和没有被激光照到而留有原来晶体状态的部分。用结晶状态和非结晶状态来区分信息0和1，利用这两个状态具有不同的反射率这一特性来检测0和1信号。196.1.1光存储原理2.相变数据清除原理热力学上，将相变材料被激光照到的非晶体状态视为不稳定状态。因此，从外部提供充分的能量即可恢复到晶体状态。这就是相变可擦除光盘的数据消除原理。此时，恢复到晶体状态的温度被称之为晶化温度。得力于该原理，只要调整激光强度就可自由自在地写入或清除数据。206.1.1光存储原理2.相变读原理读取时利用晶体与非晶体的不同反射率还原出二进制数据。216.1.1光存储原理3.磁光（Magneto-Optical）存储磁光盘是使用光技术和磁技术相结合来记录信息的一种可擦除重写型光盘。目前所用的材料主要为铽、铁、钴等构成的非晶态合金膜。226.1.1光存储原理3.磁光（Magneto-Optical）存储写原理磁场强度对磁感应强度的磁滞回线如图6-5所示，在小的固定的磁场强度HO下，将激光照射在记录介质上，使其局部温度升高，在外磁场的作用下改变磁畴的取向，用磁畴的正反方向来区别记录的0和1信息。要使磁畴从一个方向变成另一个方向所需要的磁场强度和温度有很大的关系，在常温下不易改变。只有用激光将磁畴加热到一定温度，使其矫顽力变成几乎为零，才可以在偏置磁场的作用下完成。等激光撤离后，该区域迅速冷却，磁畴的方向也就固定了。236.1.1光存储原理3.磁光（Magneto-Optical）存储擦除原理磁光盘的擦除和写入的原理类此，擦除后让光道上的所有磁畴取相同的方向。方法是加入恒定磁场，用写入信号调制写入激光的输出功率。要使磁畴反向的区域，输出功率大，使该区域的温度升高，在反向磁场的作用下磁畴的磁化方向发生翻转；磁畴不反向的区域，激光输出功率小，该区域的磁畴保持原有方向。246.1.1光存储原理3.磁光（Magneto-Optical）存储读原理法拉第效应和克尔效应指的是在磁场的作用下，偏振光的偏振面发生旋转，偏振角的大小和方向与磁场的大小和方向一致。法拉弟效应指的是在磁化表面中，偏振光透射产生偏振面旋转的现象。克尔效应指的是在不同的磁化表面，偏振光反射产生偏振面旋转的现象。磁光盘利用克尔效应或法拉第效应来检测0和1。读出时激光不能使记录介质过热，其加热功率要比记录时的功率低。256.1.2CD1.CD发展史2.CD分类3.CD盘片结构4.CD光道结构5.CD格式和标准266.1.2CD1.CD发展史1980年飞利浦与索尼公司为CD制定了标准，这就是世界闻名的“红皮书标准”。1982年索尼公司研制成功世界上第一张实用的CD，这种盘称为CD-DA盘。1985年Philips公司和SONY公司推出CD-ROM，并了相应的物理格式标准，称为黄皮书。1988年飞利浦发表CD-R可记录光盘。索尼在1990年11月发布了橘皮书，制定了一次写入式光盘的规格，并相继推出MO磁光盘、CD-RW格式可刻录光盘的国际统一标准。276.1.2CD2.CD分类（1）按照应用格式划分标准名称盘的名称应用目的红皮书CD-DA存储数字化音乐黄皮书CD-ROM存储计算机能读写的数字化文图声像（动、静）等绿皮书CD-I存储数字化文图声像（动、静）等橙皮书CD-R可读、写数字化文图声像（动、静）等白皮书VideoCD存储影视节目红皮书+CD-Video存储模拟电视图像和数字化的声音CD-BridgePhotoCD存储静态图像286.1.2CD2.CD分类（2）按读写限制分类只读式(CD-ROM)CD-ROM光盘的内容是在制作光盘时写入的，用户可任意多次从CD-ROM读取信息，而不能往盘上写信息。一次性写入，多次读出式(CD-R)一次写多次读光盘系统中的光盘，用户可对其做一次写入内容，以后成为只读光盘。可读写式(Rewriteable或Erasable)可重写型光盘像磁盘一样具有可擦写性。它又分磁光型(MO)和相变型(PC)两种形式。296.1.2CD3.CD盘片结构CD盘主要由保护层、反射激光的铝反射层、刻槽和聚碳脂衬垫组成。306.1.2CD3.CD盘片结构CD盘的外径为120mm，重量为14克～18克。激光唱盘分3个区：导入区、导出区和声音数据记录区。316.1.2CD4.CD光道结构磁盘存放数据的磁道是同心环，磁盘片转动的角速度是恒定的，用CAV(constantangularvelocity)表示。CD盘采用螺旋型光道，CD盘转动的线速度是恒定的，光盘的光学读出头相对于盘片运动的线速度是恒定的，通常用CLV(constantlinearvelocity)表示。326.1.2CD5.CD格式和标准CD格式包含逻辑格式和物理格式。逻辑格式规定如何把文件组织到光盘上，以及指定文件在光盘上的位置，包括文件的目录结构、文件大小以及盘片数目等事项；物理格式规定数据如何放在光盘上，包括物理扇区的地址、数据类型、数据块的大小、错误检测和校正码等。336.1.2CD5.CD格式和标准（1）物理格式CD-DA与红皮书CD-ROM与黄皮书CD-ROM／XACD-I与绿皮书PhotoCDCD-Bridge盘CD-R与橙皮书346.1.2CD5.CD格式和标准（2）逻辑格式ISO9660CD-ROM的逻辑格式可归纳为两个部分：卷结构和文件结构。卷结构用来描述整片CD-ROM盘上所含信息的结构。一卷为一片CD-ROM。由于文件有大小之分，一个盘片上可以有很多文件，一个文件也可以需要几个盘片才能存放。所以一卷可能有好几个文件，一个文件也可能要跨越好几卷。卷就是来描述这种错综复杂关系的规则。文件结构用来描述和配置放到CD-ROM盘上的文件的结构。文件结构的核心是目录结构。目录结构对文件系统的性能有很大的影响。一般来说，目录结构采用分层目录结构，并且有显式说明和隐式说明之分。356.1.3VCD1.VCD标准2.VCD物理格式3.VCD逻辑格式366.1.3VCD1.VCD标准VCD标准描述的是一个使用CD格式和MPEG-1标准的数字视频存储格式。VCD采用了CD-DA，CD-ROM，CD-ROMXA，CD-I物理格式及ISO9660逻辑格式中的适用部分，而把MPEG-I作为它们的逻辑格式。VCD是介于CD-ROM和CD-I之间的一种格式。376.1.3VCD1.VCD标准超级VCD（SVCD）使用MPEG-2视频编码。SVCD广泛的兼容性以及与中国彩电的匹配性。386.1.3VCD2.VCD物理格式VCD盘由引导区(导入区和导出区)和节目区两部分组成。导入区和导出区按CD-ROMXA数据光道的Mode2Form2进行编码，是不含数据的空扇区。节目区中的第一条光道（Track1）是一条专用VCD数据光道，其余的是MPEGAudio/Video光道和CD-DA光道。39图6-8VCD盘的组织结构406.1.3VCD3.VCD逻辑格式VCD盘的文件系统是在ISO9660文件结构标准基础上开发的。VCD盘需要的目录有Root、CDI、VCD和MPEGAV等。VCD盘的目录结构如图6-10所示。41图6-10VCD盘的目录结构426.1.4DVD1.简介2.分类3.原理4.新发展436.1.4DVD1.简介1995年9月，DVD研制的两大阵营SONY,PHILIPS联盟和TOSHIBA，TIMEWARNER联盟合作推出了DigitalVideoDisc（DVD）。DVD其主要应用是提供相比LD更廉价，而容量全面超过CD-ROM的高质量视频存储解决方案。但随后的发展使得