第14章只读光盘存储 CD盘 01001010101000数字信息 CD顶面 凹坑 CD底面 激光束 图14-07CD盘的读出原理 从图14-06和图14-07可以看到,CD存储器在工作时光学读出头与盘之间是不接触的, 因此您不必担心头和盘之间的磨损问题。 这里需要强调的是,凹坑和非凹坑本身不代表1和0,而是凹坑端部的前沿和后沿代表 1,凹坑和非凹的长度代表0的个数。利用这种方法比直接用凹坑和非凹坑代表原始二进制 制数据的“0”和“1”更有效。这种技术可用图14-07作进一步的说明。图中4个凹坑和 非凹坑代表了31个通道位,这就更充分地利用了光盘表面积,使得存储容量大大提高。此 外,采用这种技术也很容易从读出信号中提取有用的同步脉冲信号。 14.25激光唱盘标准摘要 激光唱盘的标准定义在1982年发布的红皮书( Red book)中,它源于CD- Audio book,后 来成为IEC908标准,这是所有其他CD产品标准的基础。现将它的部分内容汇总在表14-02 中供查阅,下一章将进一步介绍激光唱盘的物理格式 表14-02激光唱盘标准摘要 名称 技术指标 播放时间 74分钅 旋转方向 顺时针(从读出表面看) 旋转速度 1.2m/s~1.4m/s(恒定线速度) 「光道间距 1.6um 盘片直径 120mm 盘片厚度 2 mm 中心孔直径 46m~117mm 数据信号区 50m~116mm 材料 折射率为1.55的任何材料 最小凹坑长度 0.833um(1.2m/s)~0.972um(1.4m/s) 最大凹坑长度 3.05μm(1.2m/s)~3.56μm(1.4m/s) 凹坑深度 0. 1l um 凹坑宽度 0.5 光学系统 780nm(7800A)
第14章 只读光盘存储器 6 图14-07 CD盘的读出原理 从图14-06和图14-07可以看到，CD存储器在工作时光学读出头与盘之间是不接触的， 因此您不必担心头和盘之间的磨损问题。 这里需要强调的是，凹坑和非凹坑本身不代表１和０，而是凹坑端部的前沿和后沿代表 １，凹坑和非凹的长度代表０的个数。利用这种方法比直接用凹坑和非凹坑代表原始二进制 制数据的“０”和“１”更有效。这种技术可用图14-07作进一步的说明。图中４个凹坑和 非凹坑代表了３１个通道位，这就更充分地利用了光盘表面积，使得存储容量大大提高。此 外，采用这种技术也很容易从读出信号中提取有用的同步脉冲信号。 14.2.5 激光唱盘标准摘要 激光唱盘的标准定义在1982年发布的红皮书(Red Book)中，它源于CD-Audio Book，后 来成为IEC 908标准，这是所有其他CD产品标准的基础。现将它的部分内容汇总在表14-02 中供查阅，下一章将进一步介绍激光唱盘的物理格式。 表14-02 激光唱盘标准摘要 名称 技术指标 播放时间 74分钟 旋转方向 顺时针(从读出表面看) 旋转速度 1.2m/s～1.4m/s (恒定线速度) 光道间距 1.6 µm 盘片直径 120 mm 盘片厚度 1.2 mm 中心孔直径 15 mm 记录区 46 mm～117 mm 数据信号区 50 mm～116 mm 材料 折射率为1.55的任何材料 最小凹坑长度 0.833 µm (1.2m/s)～0.972 µm (1.4m/s) 最大凹坑长度 3.05 µm (1.2 m/s)～3.56 µm (1.4 m/s) 凹坑深度 ～0.11 µm 凹坑宽度 ～0.5 µm 光学系统 激光波长 780 nm (7 800 Å)
第14章只读光盘存储 聚焦深度 信号格式 通道数 样频率 通道位速率 4.3218Mb/s 数据位速率 1.9409Mb/s 数据:通道位 错误校正码 CIRC 调制方式 EFM 14.3 CD-Audio 14.3.1采用频率和样本大小 人耳朵(因人而异)能听到的声音信号频率范围是20~20000Hz,为了避免高于20000Hz 的髙频信号干扰采样,在进行采样之前,需要对输入的声音信号进行滤波。考虑到滤波器在 20000Hz的地方大约有10%的衰减,所以可以用22000Hz的2倍频率作为声音信号的采样频 率。但是,为了能够与电视信号同步,PAL电视的场扫描为50Hz,NTSC电视的场扫描为60Hz 所以取50和60的整数倍,选用了44100Hz作为激光唱盘声音的采样标准 激光唱盘音乐信号的样本位数是16。实际上,样本数的大小也表示信号的动态范围。 位(bit)的动态范围约为20log02≡6.02dB,所以16位的样本能够表达的动态范围就大于96 模拟声音转换成数字之后,需要占据巨大的存储空间。在激光唱盘上一秒钟的声音需要 占据的存储空间为: 1秒×44100样本/秒×2字节/样本×2(左右两个通道)=176.4千字节 14.3.2声道数 长期以来,立体声似乎就是两个声道(轨),这是由于早期最重要的存储声音的媒体是接 触式的唱片,唱片上的V形刻槽只能记录最多两条声道的模拟信号,这就使得后来的录音机、 调频广播、录象机、甚至连数字激光唱盘都采样两个声道的规格。 其实多声道的设备早已开发和采用,现在的许多剧院一直都还采用4个以上的声音通道 随着科学技术的发展,声音转换成数字信号之后,计算机很容易处理,例如,压缩、偏移(Pan) 环绕音响效果( Surround sound)等等,更多的声道和更逼真的音响效果已经在出现。例如 MPEG-2数字影视标准和杜比AC-3都采用5+1个声音通道,即左、中、右3个主声道,左后、 右后两个环场声道,以及一个次低音声道 14.3.3声音数据的通道编码 声音转换成用“1”和“0”表示的数字信号之后,并不是直接把它们记录到盘上。物理 盘上记录的数据和真正的声音数据之间需要做变换处理,这种处理统称为通道编码。通道编 码不只是光盘需要,凡是在物理线路上传输的数字信号都需要进行通道编码。采用通道编码 的目的主要是两个,一是为了改善信号质量,使得读出信号的频带变窄.。其次是为了为了 在接收端能够从信号本身提取自同步信号。大家所熟悉的磁盘、磁带、数字电话等都使用了 不同算法的通道编码技术 激光唱盘使用的通道编码叫做8到14位调制编码( eight to fourteen modulation,EFM)。 这种编码的含义就是把一个8位(即1个字节)的数据用14位来表示。这里有两个问题要回答, 一是为什么要做通道编码,二是为什么把8位转换成14位
第14章 只读光盘存储器 7 聚焦深度 ± 2 µm 信号格式 通道数 2个 量化 16位线性量化 采样频率 44.1 kHz 通道位速率 4.3218 Mb/s 数据位速率 1.9409 Mb/s 数据：通道位 8:17 错误校正码 CIRC 调制方式 EFM 14.3 CD-Audio 14.3.1 采用频率和样本大小 人耳朵(因人而异)能听到的声音信号频率范围是20～20 000 Hz，为了避免高于20 000 Hz 的高频信号干扰采样，在进行采样之前，需要对输入的声音信号进行滤波。考虑到滤波器在 20 000 Hz的地方大约有10%的衰减，所以可以用22 000 Hz的2倍频率作为声音信号的采样频 率。但是，为了能够与电视信号同步，PAL电视的场扫描为50 Hz，NTSC电视的场扫描为60 Hz， 所以取50和60的整数倍，选用了44 100 Hz作为激光唱盘声音的采样标准。 激光唱盘音乐信号的样本位数是16。实际上，样本数的大小也表示信号的动态范围。一 位(bit)的动态范围约为20log102 6.02 dB，所以16位的样本能够表达的动态范围就大于96 dB。 模拟声音转换成数字之后，需要占据巨大的存储空间。在激光唱盘上一秒钟的声音需要 占据的存储空间为： 1秒 44 100样本/秒 2字节/样本 2(左右两个通道) = 176.4 千字节 14.3.2 声道数 长期以来，立体声似乎就是两个声道(轨)，这是由于早期最重要的存储声音的媒体是接 触式的唱片，唱片上的V形刻槽只能记录最多两条声道的模拟信号，这就使得后来的录音机、 调频广播、录象机、甚至连数字激光唱盘都采样两个声道的规格。 其实多声道的设备早已开发和采用，现在的许多剧院一直都还采用4个以上的声音通道。 随着科学技术的发展，声音转换成数字信号之后，计算机很容易处理，例如，压缩、偏移(Pan)、 环绕音响效果(Surround Sound)等等，更多的声道和更逼真的音响效果已经在出现。例如， MPEG-2数字影视标准和杜比AC-3都采用5＋1个声音通道，即左、中、右3个主声道，左后、 右后两个环场声道，以及一个次低音声道。 14.3.3 声音数据的通道编码 声音转换成用“1”和“0”表示的数字信号之后，并不是直接把它们记录到盘上。物理 盘上记录的数据和真正的声音数据之间需要做变换处理，这种处理统称为通道编码。通道编 码不只是光盘需要，凡是在物理线路上传输的数字信号都需要进行通道编码。采用通道编码 的目的主要是两个，一是为了改善信号质量，使得读出信号的频带变窄.。其次是为了为了 在接收端能够从信号本身提取自同步信号。大家所熟悉的磁盘、磁带、数字电话等都使用了 不同算法的通道编码技术。 激光唱盘使用的通道编码叫做8到14位调制编码(eight to fourteen modulation，EFM)。 这种编码的含义就是把一个8位(即1个字节)的数据用14位来表示。这里有两个问题要回答， 一是为什么要做通道编码，二是为什么把8位转换成14位