有多少错误可以忍耐?CD与DVD光盘质量深入探讨(上篇)
  • 存储时代:赵效民
  • 2005年01月05日 13:22
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    [CD光盘的编码与纠错——CD光盘的数据结构]

可以说,CD光盘是人类信息化历史上的一个重要的突破。CD最早于1982年10月份诞生,虽然距今已经有20多年的历史,但它的相关设计在今天看来,仍是非常先进的,而且生命力仍然旺盛,即使是在DVD日益盛行的今天,也是重要的数据载体(媒介)。

要想了解CD光盘的纠错原理,就不能不先了解CD光盘的数据结构,确切的说就是CD光盘上数据的编码原理,它几乎囊括了当时最先进的编码技术,DVD与之相比,也并没有本质的变化。

CD光盘最早的产品是CD-Audio,其技术规范被称为红皮书(Red Book),应用于唱片领域,所以即使有了日后的其他扩展规范,也都是以它为基础制定的。

小资料:CD光盘的规范种类

CD光盘的规范被业界以不同颜色的Book来区分,目前共有以下几种:

有多少错误可以忍耐?CD与DVD光盘质量深入探讨(上篇)

除此之外,还有两个从黄皮书和绿皮书扩展出来的规范,它们分别是Multisession CD和Photo CD,索尼与飞利浦(CD的发明者并没有给它们单独规定颜色)。

在CD光盘中,数据的最小的可访问存储单位是Block(块),在CD-ROM规范中则称之为Sector(扇区)。在Red Book规范中规定,它们由若干个子块组成,这个子块就是比较难于理解的帧(Frame)。什么叫帧呢?我们可以理解为CD光盘编码的单位。从下面这张CD光盘的数据流程图中,我们可以了解帧与块的关系和概念。

有多少错误可以忍耐?CD与DVD光盘质量深入探讨(上篇)

CD光盘的数据流程,以CD-Audio为例

我们现在可以反向的来理解CD-Audio的数据结构的设计原理。由于CD-Audio分为左右立体声道,每个声道的取样精度为16bit,取样频率为44.1KHz,也就是说每秒取样44100次。CD-Audio规定,每一秒钟所读取的块数为75个,每个块又包含98个帧,那么采样数分摊下来是多少呢?44100÷75÷98=6,也就是说每一帧的取样次数为6次,每次两个声道,每声道的取样精度为16bit,因此一帧的容量就是6×2×16=192bit=24字节。这就是一帧数据为什么是24字节的来历(请注意图中红圈的部分,那就是决定CD光盘纠错的重要部分,也将是下文中着重介绍的内容)。

我们现在知道了CD光盘一个块的容量就是2352字节,这也是所有CD规范的通用块容量。但是,后来出现的CD-ROM规范中则将扇区的内部设计进行了更改,

有多少错误可以忍耐?CD与DVD光盘质量深入探讨(上篇)

CD-ROM的几种扇区格式:Mode 1就是我们常用的CD-ROM电脑数据光盘的格式,Mode 2则是CD-I、VCD、CD-ROM XA等光盘的格式(其中Form 1也是电脑数据光盘格式)。其中ECC代表额外的错误纠正码,EDC为错误检测码(CRC校验)

注意,上图只是扇区(块)的格式图,不要将它与上面的CD数据流程图弄混了,尤其是ECC部分,与图中的“校验”是两码事,这一点我们将在下文会进一步讲到。

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