第15章光盘存储器的格式 水水水水*水水水水冰水水水水水水水水水水水客水水水水水水冰水水水水冰水水水水水水水水水水水水水冰水水水冰水水水水水水水水*水水冰水水水冰水 15.1CD盘上的物理格式 16um+ 15.1.1激光唱盘标准—红皮书( Red book) 15.1.2 CD-ROM标准—黄皮书( Yellow book) 15.1. 3 CD-ROM/XA 15.1.4CD-标准—绿皮书( Green book) 15.1.5CD- I Ready格式 15.1.6 CD-Bridge盘 (● 15.1.7可录CD盘标准—橙皮书 ange Book) um15.2CD-ROM的逻辑格式(IS09660) 15.2.1IS09660的重要性 0.74u 15.2.2结构设计概要 spacing 15.2.3逻辑扇区和逻辑块 15.2.4文件 DVD 15.2.5目录 15.2.6路径表 2.7卷 15.3 Video cd?标准—白皮书( White book) 0. 4 u m 15.3.1VCD盘的组织 15.3.2VCD的文件目录结构 15.3.3MPEG- Audio/ Video扇区的结构 练习与思考题 参考文献和站点 冰半水水水冰水水水水水水客*水水水客水水水水客水水冰本水水水冰水水水水水水水水冰本水水水冰水冰水水水水水水水水水水水水水水水求水水冰本客冰冰 CD格式包含逻辑格式和物理格式。逻辑格式实际上是文件格式的同义词,它规定如何把 文件组织到光盘上以及指定文件在光盘上的物理位置,包括文件的目录结构、文件大小以及 所需盘片数目等事项;物理格式则规定数据如何放在光盘上,这些数据包括物理扇区的地 址、数据的类型、数据块的大小、错误检测和校正码等。 CD格式详细记载在标准文件中,如图15-01所示。这些标准文件包括红皮书、黄皮书 IS09660、绿皮书、橙皮书和白皮书等,而且还在不断推出。CD的标准文件是用彩色封面包 装的,所以又称为彩书标准。理解CD格式对于设计和使用CD产品都有很大帮助
第15章 光盘存储器的格式 *************************************************************************** 15.1 CD盘上的物理格式 15.1.1 激光唱盘标准——红皮书(Red Book) 15.1.2 CD-ROM标准——黄皮书(Yellow Book) 15.1.3 CD-ROM/XA 15.1.4 CD-I标准——绿皮书(Green Book) 15.1.5 CD-I Ready格式 15.1.6 CD-Bridge盘 15.1.7 可 录 CD 盘标准 —— 橙皮书 (Orange Book) 15.2 CD-ROM的逻辑格式(ISO 9660) 15.2.1 ISO 9660的重要性 15.2.2 结构设计概要 15.2.3 逻辑扇区和逻辑块 15.2.4 文件 15.2.5 目录 15.2.6 路径表 15.2.7 卷 15.3 Video CD标准——白皮书(White Book) 15.3.1 VCD盘的组织 15.3.2 VCD的文件目录结构 15.3.3 MPEG-Audio/Video扇区的结构 练习与思考题 参考文献和站点 *************************************************************************** CD格式包含逻辑格式和物理格式。逻辑格式实际上是文件格式的同义词，它规定如何把 文件组织到光盘上以及指定文件在光盘上的物理位置，包括文件的目录结构、文件大小以及 所需盘片数目等事项; 物理格式则规定数据如何放在光盘上，这些数据包括物理扇区的地 址、数据的类型、数据块的大小、错误检测和校正码等。 CD格式详细记载在标准文件中，如图15-01所示。这些标准文件包括红皮书、黄皮书、 ISO 9660、绿皮书、橙皮书和白皮书等，而且还在不断推出。CD的标准文件是用彩色封面包 装的，所以又称为彩书标准。理解CD格式对于设计和使用CD产品都有很大帮助
第15章光盘存储器的格式 CD-DA CD-ROM Red Book Yelow Book Green Book CD-ROM CD-I FMW ISO9660 (1993) CD Video 1987) (1993) ange Book Iso11172 (1993) Whte Book 图15-01CD标准系列 15.1CD盘上的物理格式 15.1.1激光唱盘标准—红皮书( Red Book) Red book是 Philips和Sony公司为CDDA( Compact Disc Digital Audio)定义的标准,也 就是我们常说的激光唱盘标准。这个标准是整个CD工业的最基本的标准,所有其他的CD标准 都是在这个标准的基础上制定的 1.CD盘上的音乐节目是如何组织的 通常,激光唱盘上的有许多首歌曲,一首歌曲安排在一条光道上。一条光道由许多节 ( section)组成,一节由98帧( frame)组成。帧是激光唱盘上存放声音数据的基本单元,它的 结构如图15-02所示。 0. 163mm 同步信号控制显示声音数据(左)Q校验码声音数据右)P校验码 3个字节1个字节 12个字节 4个字节12个字节4个字节 36字节 24位 位8位8位8位 8位 588个通道位 3143143|14|3|143L 1帧 帧1 1节( Section 图15-02激光唱盘声音数据的基本结构
第15章 光盘存储器的格式 2 图15-01 CD标准系列 15.1 CD盘上的物理格式 15.1.1 激光唱盘标准——红皮书(Red Book) Red Book是Philips和Sony公司为CD-DA(Compact Disc Digital Audio)定义的标准，也 就是我们常说的激光唱盘标准。这个标准是整个CD工业的最基本的标准，所有其他的CD标准 都是在这个标准的基础上制定的。 1. CD盘上的音乐节目是如何组织的 通常，激光唱盘上的有许多首歌曲，一首歌曲安排在一条光道上。一条光道由许多节 (section)组成，一节由98帧(frame)组成。帧是激光唱盘上存放声音数据的基本单元，它的 结构如图15-02所示。 图15-02 激光唱盘声音数据的基本结构
第15章光盘存储器的格式 (1)同步(SYNC) 每帧的开头都有24位同步位。这24位同步位不经ENM调制,本身就是通道码。具体的码 字是 100000000001000000000010 任何数据经EFM调制后都不会出现与同步码字相同的码。 (2)子码( Subcode) 每帧都有这样的一字节。在CD-DA中称为子码/控制和显示( subcode/ control and display);在CD-ROM中称为控制字节( Control Bytes)。这字节的内容主要提供盘地址信息。 (3)声音数据 Audio data) 在CD-DA中,立体声有两个通道,每次采样有2个16位的样本,左右通道的每个16位数据 分别组成2个8位字节,6次采样共24字节组成一帧 CD盘上的98帧组成一个扇区( sector)。光道( track)上1个扇区有3234字节,即 2352个声音数据+2×392个EDC/ECC字节+98个控制字节=3234字节 它的结构如下: 000A以士 用户数据 第二层EDC/E「第一层 EDC/ECC控制字节 2352=98×(2×12)字节 392个字 392个字 98字节 前面已经介绍,激光唱盘上声音数据的采样频率为4.1kHz,每次对左右声音通道各取 个16位的样本,因此1秒钟的声音数据率就为 44.1×1000×2×(16÷8)=176400字节/秒 由于1帧存放24字节的声音数据,所以1秒钟所需要的帧数为 176400÷24=7350帧/秒 98帧构成1节,也可以说成1个扇区,所以1秒钟所需要的扇区数为 7350÷98=75扇区/秒 记住这些最基本的参数,对理解整个CD系列和DVD系列的数据结构是非常有帮助的 (4)P,Q错误校验码 由于CD-DA盘的原始误码率较高(约10),须要采用纠错能力很强的交叉交插里德/索洛 蒙码( Cross- Interleaved Read- Solomon code,CIRC)进行纠错。因此,每帧有2×4字节的 错误校正码分别放在中间和末端,称为Q校验码和P校验码,P校验是由(32,28)RS码生成的 校验码;Q校验是由(28,24)RS码生成的校验码。有关错误校正的介绍,请看[8] (5)一帧数据的通道位数 见表15-01。 表15-01一帧数据的通道位数 编号「字段名称通道位数合计 (1)同步位(SYC) 24+3 (2)子码 3)数据(ata 12×(14+3)204 (4)Q校验码 4×(14+3)|68 (5)数据ata) 12×(14+3)204 (6)P校验码 4X(14+3)|68 合计
第15章 光盘存储器的格式 3 (1) 同步(SYNC) 每帧的开头都有24位同步位。这24位同步位不经EFM调制，本身就是通道码。具体的码 字是 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 任何数据经EFM调制后都不会出现与同步码字相同的码。 (2) 子码(Subcode) 每帧都有这样的一字节。在CD-DA中称为子码/控制和显示(subcode/control and display);在CD-ROM中称为控制字节(Control Bytes)。这字节的内容主要提供盘地址信息。 (3) 声音数据(Audio Data) 在CD-DA中，立体声有两个通道，每次采样有2个16位的样本，左右通道的每个16位数据 分别组成2个8位字节，6次采样共24字节组成一帧。 CD盘上的98帧组成一个扇区(sector)。光道(track)上1个扇区有3234字节，即 2352个声音数据 ＋2 392个EDC/ECC字节 ＋98个控制字节＝3234字节 它的结构如下： 3234字节 用户数据 2352＝98 (2 12)字节 第二层EDC/ECC 392个字 第一层EDC/ECC 392个字 控制字节 98字节 前面已经介绍，激光唱盘上声音数据的采样频率为44.1 kHz，每次对左右声音通道各取 一个16位的样本，因此1秒钟的声音数据率就为 44.1×1 000×2×(16÷8) = 176 400字节/秒 由于1帧存放24字节的声音数据，所以1秒钟所需要的帧数为 176 400÷24＝7 350帧/秒 98帧构成1节，也可以说成1个扇区，所以1秒钟所需要的扇区数为 7 350÷98＝75扇区/秒 记住这些最基本的参数，对理解整个CD系列和DVD系列的数据结构是非常有帮助的。 (4) P, Q错误校验码 由于CD-DA盘的原始误码率较高(约10-4 )，须要采用纠错能力很强的交叉交插里德/索洛 蒙码(Cross-Interleaved Read-Solomon Code，CIRC)进行纠错。因此，每帧有2×4字节的 错误校正码分别放在中间和末端，称为Q校验码和P校验码，P校验是由(32，28)RS码生成的 校验码；Q校验是由(28，24)RS码生成的校验码。有关错误校正的介绍，请看[8]。 (5) 一帧数据的通道位数 见表15-01。 表15-01 一帧数据的通道位数 编号 字段名称 通道位数 合计 (1) 同步位(SYNC) 24+3 27 (2) 子码(Subcode) 1×(14+3) 17 (3) 数据(Data) 12×(14+3) 204 (4) Q校验码 4×(14+3) 68 (5) 数据(Data) 12×(14+3) 204 (6) P校验码 4×(14+3) 68 合计 588
第15章光盘存储器的格式 (6)激光唱盘的光道 在CD-DA中的物理光道是螺旋形,因此可以说一片CDDA盘只有一条物理光道。而这里所 指的CDDA光道应该理解成逻辑光道比较合适。一条CD-DA光道有多个扇区组成,扇区的数目 可多可少,而光道的长度可长可短,通常一首歌就组织成一条光道 2.CD-DA的通道:PW CD-DA中定义了一个控制字节( Control Bytes),或者叫做子码( Subcode)。如前所述, 帧有一个8位的控制字节,98帧组成8个子通道,分别命名为P、Q、R、S、T、U、V和W子通 道。一条光道上所有扇区的子通道组成CD-DA的P、Q W通道。98个控制字节(98× 位)组成8个子通道的结构如下: 8位 P子通道Q子通道R子通道S子通道T子通道「U子通道V子通道W子通道 (b7) (b6) (b5) 98字节的b8组成P子通道,98字节的b7组成Q子通道,依此类推。通道P含有一个标志, 它用来告诉C播放机光道上的声音数据从什么地方开始:通道Q包含有运行时间信息,C播 放机使用这个通道中的时间信息来显示播放音乐节目的时间。Q通道的98位的数据排列成如 下的形式: 98位 2位4位 4位 72位 位 其中 控制字节的部分同步位 4位 控制标志,定义这条光道上的数据类型 4位: 说明后面72位数据的标志 72位 Q通道的数据。在盘的导入区( Lead in),含有盘的内容表ToC( Table Of Contents):在其余的盘区,含有当前的播放时间 ●16位 CRC( Cyclic Redundancy Code)用于错误检测,CRC没有错误校正功 能 3.CD-G(CD+ raphics)是什么 Red book.不仅定义了如何把声音数据放到CD盘上,而且还定义了一种把静态图像数据放 到CD盘上的方法。如果把图像数据放到通道R~W,这种盘通常就称为CD+G盘,简称为CDG 盘。在目前的国内市场上,使用R~W通道的CD节目不多,能播放这种盘的CD播放机也不多 CDG节目在普通的C播放机上播放时,音乐节目可以照常欣赏,仅仅是没有图像而已。如果 使用能播放CD-G节目的VCD播放机,在播放CD-G盘时要和电视机连接才能同时有音乐和图像 15.1.2CD-ROM标准—黄皮书(Ye1 low Book Yellow book是 Philips和Sony公司为CD-RoOM( Compact Disc- Read Only memory)定义的 标准,CD工业从此进入了第二个阶段。 Yellow book在 Red book的基础上增加了两种类型的 光道,加上 Red book的CDDA光道之后,CD-ROM共有三种类型的光道 CDDA光道,用于存储声音数据 CD- ROM Mode1,用于存储计算机数据 CD- ROM Mode2,用于存储声音数据、静态图像或电视图像数据。 Yellow book和 Red book相比,它们的主要差别是 Red book中2352字节的用户数据作了 重新定义,解决了把CD用作计算机存储器中的两个问题,一个是计算机的寻址问题,另一个 是误码率的问题,CD-ROM标准使用了一部分用户数据当作错误校正码,也就是增加了一层错 误检测和错误校正,使CD盘的误码率下降到10"以下
第15章 光盘存储器的格式 4 (6) 激光唱盘的光道 在CD-DA中的物理光道是螺旋形，因此可以说一片CD-DA盘只有一条物理光道。而这里所 指的CD-DA光道应该理解成逻辑光道比较合适。一条CD-DA光道有多个扇区组成，扇区的数目 可多可少，而光道的长度可长可短，通常一首歌就组织成一条光道。 2. CD-DA的通道：P-W CD-DA中定义了一个控制字节(Control Bytes)，或者叫做子码(Subcode)。如前所述， 一帧有一个8位的控制字节，98帧组成8个子通道，分别命名为P、Q、R、S、T、U、V和W子通 道。一条光道上所有扇区的子通道组成CD-DA的P、Q、… 、 W通道。98个控制字节(98 8 位)组成8个子通道的结构如下： 8位 P子通道 (b8) Q子通道 (b7) R子通道 (b6) S子通道 (b5) T子通道 (b4) U子通道 (b3) V子通道 (b2) W子通道 (b1) 98字节的b8组成P子通道，98字节的b7组成Q子通道，依此类推。通道P含有一个标志， 它用来告诉CD播放机光道上的声音数据从什么地方开始；通道Q包含有运行时间信息，CD播 放机使用这个通道中的时间信息来显示播放音乐节目的时间。Q通道的98位的数据排列成如 下的形式： 98位 2位 4位 4位 72位 16位 其中， ⚫ 2位： 控制字节的部分同步位 ⚫ 4位： 控制标志，定义这条光道上的数据类型 ⚫ 4位： 说明后面72位数据的标志 ⚫ 72位： Q通道的数据。在盘的导入区(Lead In)，含有盘的内容表TOC(Table Of Contents)；在其余的盘区，含有当前的播放时间 ⚫ 16位： CRC (Cyclic Redundancy Code)用于错误检测，CRC没有错误校正功 能 3. CD-G(CD＋Graphics)是什么 Red Book不仅定义了如何把声音数据放到CD盘上，而且还定义了一种把静态图像数据放 到CD盘上的方法。如果把图像数据放到通道R～W，这种盘通常就称为CD＋G盘，简称为CD-G 盘。在目前的国内市场上，使用R～W通道的CD节目不多，能播放这种盘的CD播放机也不多。 CD-G节目在普通的CD播放机上播放时，音乐节目可以照常欣赏，仅仅是没有图像而已。如果 使用能播放CD-G节目的VCD播放机，在播放CD-G盘时要和电视机连接才能同时有音乐和图像。 15.1.2 CD-ROM标准——黄皮书(Yellow Book) Yellow Book是Philips和Sony公司为CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)定义的 标准，CD工业从此进入了第二个阶段。Yellow Book在Red Book的基础上增加了两种类型的 光道，加上Red Book的CD-DA光道之后，CD-ROM共有三种类型的光道： CD-DA光道，用于存储声音数据。 CD-ROM Mode 1，用于存储计算机数据。 CD-ROM Mode 2，用于存储声音数据、静态图像或电视图像数据。 Yellow Book和Red Book相比，它们的主要差别是Red Book中2352字节的用户数据作了 重新定义，解决了把CD用作计算机存储器中的两个问题，一个是计算机的寻址问题，另一个 是误码率的问题，CD-ROM标准使用了一部分用户数据当作错误校正码，也就是增加了一层错 误检测和错误校正，使CD盘的误码率下降到10-12以下
第15章光盘存储器的格式 1. CD-ROM Mode 1 CD-ROM Mode1把 Red book中的2352字节的用户数据重新定义为: 2352字节 同步字节扇区地址 用户数据 EDC 未用ECC 12字节4字节 2048字节 4字节8字节|276字节 其中 同步字节: 12字节,用于同步。 ●扇区地址( Header):4字节,定义该扇区的地址。 用户数据 2048字节,用于存放用户数据。 4字节,用于错误检测。如果检测结果无差错,就不执行 这一层的错误校正 未用: 8字节。 ECO 276字节,错误检测和校正码。 CD-ROM的扇区地址与磁盘的扇区地址不同。磁盘的扇区地址是用C-H-S(柱面号-磁头号 扇区号)地址系统来表示,而 CD-ROM是用计时系统中的分、秒,以及特地为CD-ROM规定的分 秒(1/75秒)来表示。CD-ROM用户数据区的地址结构如下 4字节的扇区地址称为ADER 分(MIN) 秒(SEC) 分秒(FRAC) 方式(Mode) 1字节 1字节 1字节 1字节 0~74 0~59 0~74 2. CD-ROM Mode 2 CD-ROM Mode2把 Red book中的2352字节的用户数据重新定义为: 2352字节 同步字节扇区地址 用户数据 12字节|4字节 2336字节 CD- ROM Mode2与CD- ROM Mode1相比,存储的用户数据多14%,但是由于没有错误检测 和错误校正码,因此在这种方式中,用户数据的误码率比Mode1中的误码率要高。在Mode2 的扇区地址中,方式(Mode)字节域中的值设置成02 3.混合方式 fixed Mode) 当CD既含有CD-ROM光道又含有CDDA光道时,这种方式称为混合方式,使用这种方式的 盘叫做混合方式盘( Mixed mode disc)。通常,这种盘的第一条光道是CD- ROM Mode1光道, 其余的光道是CD-DA光道。这种盘上的CDDA光道可以在普通的CD播放机上播放 15. 1.3 CD-ROMXA CD的第三个标准叫做CD- ROM/XA( CD-ROM Extended Architecture)标准,这是由 Philips Microsoft和Sony公司发布的。 CD-ROM/XA标准是 Yellow book标准的扩充,这个标准定义了 种新型光道: CD-ROM/XA光道。连同前面 Red book标准和 Yellow book标准定义的光道,共 有4种光道: CDDA,用于存储声音数据。 CD- ROM Mode1,用于存储计算机数据。 CD- ROM Mode2,用于存储压缩的声音数据、静态图像或电视图像数据
第15章 光盘存储器的格式 5 1. CD-ROM Mode 1 CD-ROM Mode 1把Red Book中的2352字节的用户数据重新定义为： 2352字节 同步字节 12字节 扇区地址 4字节 用户数据 2048字节 EDC 4字节 未用 8字节 ECC 276字节 其中， ⚫ 同步字节： 12字节，用于同步。 ⚫ 扇区地址 (Header)： 4字节，定义该扇区的地址。 ⚫ 用户数据： 2048字节，用于存放用户数据。 ⚫ EDC： 4字节，用于错误检测。如果检测结果无差错，就不执行 这一层的错误校正。 ⚫ 未用： 8字节。 ⚫ ECC： 276字节，错误检测和校正码。 CD-ROM的扇区地址与磁盘的扇区地址不同。磁盘的扇区地址是用C-H-S (柱面号-磁头号 -扇区号)地址系统来表示，而CD-ROM是用计时系统中的分、秒，以及特地为CD-ROM规定的分 秒(1/75秒)来表示。CD-ROM用户数据区的地址结构如下： 4字节的扇区地址称为HEADER 分(MIN) 1字节 0～74 秒(SEC) 1字节 0～59 分秒(FRAC) 1字节 0～74 方式(Mode) 1字节 01 2. CD-ROM Mode 2 CD-ROM Mode 2把Red Book中的2352字节的用户数据重新定义为： 2352字节 同步字节 12字节 扇区地址 4字节 用户数据 2336字节 CD-ROM Mode 2与CD-ROM Mode 1相比，存储的用户数据多14%，但是由于没有错误检测 和错误校正码，因此在这种方式中，用户数据的误码率比Mode 1中的误码率要高。在Mode 2 的扇区地址中，方式(Mode)字节域中的值设置成02。 3. 混合方式(Mixed Mode) 当CD既含有CD-ROM光道又含有CD-DA光道时，这种方式称为混合方式，使用这种方式的 盘叫做混合方式盘(Mixed Mode Disc)。通常，这种盘的第一条光道是CD-ROM Mode 1光道， 其余的光道是CD-DA光道。这种盘上的CD-DA光道可以在普通的CD播放机上播放。 15.1.3 CD-ROM/XA CD的第三个标准叫做CD-ROM/XA(CD-ROM Extended Architecture)标准，这是由Philips、 Microsoft和Sony公司发布的。CD-ROM/XA标准是Yellow Book标准的扩充，这个标准定义了 一种新型光道：CD-ROM/XA光道。连同前面Red Book标准和Yellow Book标准定义的光道，共 有4种光道： CD-DA，用于存储声音数据。 CD-ROM Mode 1，用于存储计算机数据。 CD-ROM Mode 2，用于存储压缩的声音数据、静态图像或电视图像数据