光碟的标准.docx

1、光碟的标准光碟的标准光碟标准的源起谁需要这些银色的光碟片?, 在1982年於雅典所举办的消费性电子工业代表聚会会议上, 飞利浦CEO部门的Mr.Jan Timmer 如此问到. CD 光碟片在音乐领域上的应用成友简单而清楚的回答了这个问题. 不久, 电脑工业很快的对 CD 重新定义, 他们认为在音乐 CD 片上所储存的大型音乐资料也能被电脑资料所取代, 因为同样都是采用数位讯号, 於是CD-ROM就诞生了. 基本上是依循红皮书(Red Book, CD 音乐片格式标准, 由飞利浦及Sony所制定)的标准,而CD-ROM的详细规格及标准则订定於黄皮书(Yellow Book, 由 Philips

2、 及Sony 所制定)上, 但是在消费性电子市场上, 其在音乐、视讯、动画的应用 (我们现今称之为多媒体)上, 该规格并无法满足需求而必须延伸扩展, 所以於1987年Philips及Sony联合制定了CD-I(CD-Interactive 互动式光碟), 其规格写於绿皮书上(Green Book),要执行这些互动式光碟的程式必须使用内含电脑界面的CD-I拨放机, 这种机器有点像是一般 CD 音乐拨 放机 (CD-Player). 当然, 互动式程式也可应用在一般个人电脑上. 为了建立从消费电子世界到电脑世界的桥梁, 於是Philips, Sony 及 Microsoft 叁家公司在1988 年

3、定义出 CD-ROM/XA格式, XA 是代表eXtended Architecture 二个字的缩写,它是CD-ROM规格的延伸, 是以CD-I的规格为基础而建立, 而後有许多系统厂商纷纷开 发出以此格式为基础的技术, 如: Commodores CDTV, Intels DVI, Tandys VIS, Mixed Mode CDs, CD+G, CD+MIDI及一些由日本电视游乐器厂商所开发出的软体. 但是这其中一个最重要的开发是由飞利浦与柯达公司共同开发出的相片光碟(PhotoCD), 此种光碟片也是属於Bridge Disk的一种, 可使用在PhotoCD专用的拨放机、CD-I 拨放

4、机或是连接在个人电脑上具有XA读取能力的CD-ROM光碟机上. BridgeDisk 的规格是由飞利浦与Sony在1991年10月制定出,白皮书 (Write Book)也是属於这类格式. 在以前, CD片是属於唯独型媒体, 但是相片光碟却是建立在一种新的单写型技术上(write once technology), 对於此种单写型光碟(CD-RRM,write once read many)及磁光式光碟(CD-MO,magneto optical) 的规格均於1990年11月定义在橘皮书(Orange Book)上. CD标准我们都知道, 一片空白的 CD-R 碟片可以烧录成为任何格式的光碟片

5、, 包括最基本的CD-ROM与CD-Audio, 另外现有市面上所常见的其他格式光碟片亦可制作. 这些特殊的光碟片有的已存在数年, 有的刚刚才推出, 甚至有的还在研发阶段. 这个章节就是要讨论这些存於市面上光碟的种类, 格式与观念. 要知道CD的标准, 就必须先了解各颜色的标准书: 包括了红, 黄, 绿, 橘, 白及蓝皮书, 这些标准书为荷兰飞利浦公司联合相关的公司所制定, 因采用各不同的封面颜色而得名. 除此之外, 市面上还可以见到一些专属的CD格式, 像是由Sega, 3DO及任天堂公司推出的电视游戏机专用光碟片. 飞利浦的光碟标准是应用在光碟产业上,因此相关的光碟制造厂包括CD片工厂,

6、光碟机工厂等, 必须与飞利浦或是Sony公司签订授权合约才可生产 CD 相关产品. 此外还有其他相关的标准, 像是 ISO9660, MPEG 1/2 还有MPC 3 等, 有些是自由使用, 有些则要签订合约. 所有的光碟格式都是以CD-Audio格式为基础而发展的, CD-Audio的标准记在红皮书内, 而CD-ROM的标准则记录在黄皮书上. 红皮书与黄皮书是最常用到的标准书, 虽然如此, 但是这只是众多标准书的其中两本. 其它还有包括定义CD-i规格的绿皮书, 定义 Video CD与 Kaoarke CD规格的白皮书, 白皮书内规格尚需要参考红及黄皮书, 另外还有定义 CD-R, CD-

7、E及MO规格的橘皮书, 在橘皮书中包括定义CD-R碟片的规格, 使CD-R光碟片可使用於任何一台光碟烧录器, 橘皮书中还定义了全新的档案系统, 这种档案系统是为了可将资料分次存放在CD-R而定的, 叫做多段式(Multi-session)写入规格. 蓝皮书则记载加强型光碟片(CD-Extra)的规格, 此种光碟片是以CD-Audio为基础, 利用Multi-session的方法将资料加於音乐轨的後面, 使一般CD唱机无法拨放到资料轨(保 护), 而电脑上的光碟机则可顺利抓到资料. 对於新的CD标准, 或者是原有标准新加入的部份, 均无法独立成为一个单一标准,而需彼此参考, 举例来说, CD-R

8、 要记录成为 CD-Audio, 需参考橘皮书与红皮书, 彼此缺一不可. 有的时候, 光碟片上可以记录不只一种的CD标准. 在不久的将来, 你可以看到有些新格式的光碟片将成为家用多媒体世界中不可或缺的一环. 举例来说, Video CD 带给我们影音数位化, 将电影存放在CD之中, 接着取而代之的次世代高密度光碟(DVD)更是高画质影音的展现. 将来的CD音乐片不再只是音乐片, 放入电脑中就可以变成一片多媒体光碟, 歌词, 歌手资料甚至MTV皆可在电脑上看到. 红皮书红皮书代表 CD-Audio, 或称为数位音乐光碟片, 这是飞利浦与Sony公司在1980年制定的. 所有其他规格的光碟片均以此

9、为基础而发展. Audio CD 是将类比音乐以44.1Khz频率采样(每秒取样44100单位), 而每个采样单位都有一个 16 bit (65535) 范围的值,将类比转换为数位资料, 此二进位码还要经过8到14编码(EFM)才完成数位化动作, 再将0与1转换成为CD上的pit与land, 最後放在螺旋状的轨道(track)上. 以上是一个简单的过程说明, 此外CD上的资料还包括了 Sub-code channels, index points 及 CIRC ( Cross- Interleaved Reed-Solomon Code) 错误修正码等. 因为CD-Audio光碟片的主要功能只

10、是提供播放音乐, 而且是循序播放, 每首歌都是从头开始播到尾, 因此红皮书的规格在当时是很单纯, 完整, 而且足够的, 其最主要的目的就是提供一个标准的播放规格, 所有的CD光碟片可以在所有的CD音响上播放, 全世界都一样. CD+G当研发人员在设计红皮书规格时, 他们已经想到替CD加上一个未来可用到的功能,可以在CD上与数位音乐同时并存图形资料, 这些图形资料存放在每个音乐资料的控制区内, 每一个控制区内包含了8个bits, 分别为P,Q,R,S,T,U,V 和 W. 每一个字母代表了一 个Sub-code channel, 而P, Q channel包含了位置与时间资料, 大部分的 CD

11、音响靠着这两个channel得知正在播放的时间并显示在面板上.其他从R到W的6个bits则可存放使用者的资料, 在大多数CD音乐片上这个部份都存放为*0*, 如果幸运的话, 你可以在市场上找到含有图形资料在其中的CD片, 就是所谓的CD-G碟片, 而这些图形资料有什麽用途呢? 一般来说, 可以存放与歌曲有关的资料, 像是歌词, 照片或是注意文字等, 但是因为存放的空间受到限制, 每张CD片最多存放20MB的资料, 而且使用上有限制, 必须连续播放7秒钟才可得出一张低解析全萤幕的资料, 因此实用性并不是很大.大多数的CD音响会忽略掉这些Graphic的资料, 因为这并不影响到音乐的播放. 如果你

12、要将这些资料显示出来, 必须还要使用特殊的CD系统, 它可以读出R到W sub-code channel的资料并有影像输出的端子才行. 以CD-G为应用的例子在早期有CD I, Karaoke CD等系统. CD-G 的编码方式为飞利浦与Sony公司所发展出来, 因此如果要制作此种CD片, 必须先得到这两个公司的授权. 脍然CD-G因为种种的限制而无法被市场接受, 但是CD-G光碟杜算是最早的多媒体应用了, 而且在当时CD-G给了发展CD-i一个确定的方向. 黄皮书飞利浦与Sony在1983年发表了黄皮书, 定义了CD-ROM(Compact Disc - Read OnlyMemory) 的

13、规格, 黄皮书是以红皮书为基础, 发展出适合存放电脑资料的CD格式, 而且可以快速随机的找寻资料(与CD-Audio比较起来). 存在CD片上的资料可分为两种,一种为正确性要求较低的音乐或图形资料, 可容许一些Byte的错误, 另一种是正确性要求非常严格的电脑数字或文字资料) 错一个bit也不行. Mode 1与Mode 2黄皮书规 定义了灾种不同型态的资料结构: Mode 1与Mode 2, 在CD-ROM磁* (Sector)的表头区(Header field)内, 含有指示本区内资料为 Mode 1 或 Mode 2 的 Byte.Mode 1代表CD-ROM资料含有错误修正码(Erro

14、r Correction Code - ECC), 每个磁区存放2048Byte的资料. 而Mode 2的资料则没有错误修正码, 将那些空间省下来, 因此每个磁区可以多存放288Byte, 达到2336Byte, 因此Mode 2较适合存放图形, 声音或影音资料. 你可以指定在CD上的每一个资料轨为Mode 1 or Mode 2, 但是其内的磁区只能有一种格式来存放资料. 大部分的CD-ROM电脑用光碟片, 包括资料库, 电脑游戏, 百科全书或共享软体, 是采用 Mode 1方式存放资料, 而 Mode 2从不采用它最原始的方式来存放资料. 其它的光碟片, 像是相片光碟(Photo CD),

15、 CD-I 及影音光碟 ( Video CD)等, 是采用Mode 2, Form1及Form2来存放. 黄皮书的逻辑格式变化如同前文所言, 黄皮书内定义了在CD-ROM光碟片上两种基本型态的资料存放方式, 但是黄皮书到此处停止继续定义, 留给 CD-ROM 研展人员去决定如何订出磁区的逻辑格式, 与电脑档案的存放格式(光碟档案系统), 在早期各 CD-ROM 的研展人员制定了属於他们自己的专用格式, 彼此各不相容, 直到 High Sierra 小组的出现, 他们订出了全球通用的标准, 也就是後来的ISO 9660档案系统格式, 然而, 一些研展者发现 ISO 9660 档案系统在他们的作业

16、系统上, 并不能允许他们存放一些像是表现档案特性的资料, 因此他们开始研究扩展ISO9660的规格. ISO9660ISO9660标准内有叁层透通性(Interchange), 只有第一层支援大多数的作业系统,第一层要求每个档案的资料必须是连续不中断的方式存放於CD上, 每个档案内容不可分开存放或与其他档案交错, 档名必须符合英文 A 到 Z, 数字 0 到 9 和底线_所组成的字集, 而且格式必须依照DOS的规定, 8 个字元的主档名与 3 个字元的副档名. 第二层则是可以采用任何的字元作为档名, 包括使用超过 8+3 个字的长档名, 但是档案的内容亦不可中断, 交错或是分开存放. 在第叁层

17、则是不受任何的限制. 在所有的叁层规定中, ISO9660档案系统规定均不可使用超过8层的目录结构. Rock Ridge Interchange Protocol (RRIP)ISO9660标准的设计是相容於大多数的作业系统, 但是它也保留空间作为延伸与改编用, 在Unix的作业系统世界中, 长档名与超过8层的目录结构是稀疏平常的, 因此Unix系统的CD-ROM档案系统研展人员对ISO9660的第一层限制非常反感, 因此就有些人不采用ISO9660的规格, 而自行设计符合Unix作业系统的规格. 但是因为Unix作业系统有太多种不同的版本, 所以设计起来也特别困难, 但是这件事情引起了Hi

18、gh Sierra小组的注意. 当这件事情同样被其他公司引起注意, 并开始讨论後, 於1990年, 由16家公司派代表组成了Rock Ridge小组, 他们共同的目标是延伸 ISO9660 的规格以使 CD-ROM 能符合 Unix 的档案系统与结构. 他们提出一个规格叫做: System Use Sharing Protocol (SUSP), 它可重新分配ISO9660规格中的系统使用区域 (System Use Area field),转变成为一种可变长度的系统记录区(Variable-length System Use fields), 这个区域内记载了不同的作业系统之相关资讯. 因此

19、RRIP就是负责处理记录这些Unix下的长档名与超过8层的目录资讯, 而且除了Unix以外的作业系统将不会看到这些专为Unix而设计的区域. 这种新的CD-ROM档案系统可以在不同的UXIX作业平台使用, 这就是Rock Ridge格式, 至今已被广泛的使用在Unix的CD-ROM光碟片上. Apple Extensions麦金塔CD-ROM的研展人员是另外一批研究麦金塔专属CD-ROM档案系统的组织, 他们的档案系统称为Hierarchical File Structure (HFS), 在ISO9660标准内无法存放HFS之特有资讯, 像是档案代表图形(Icon), 与其摆放在桌面的位置资

20、料, 还有资料档与执行档之间的关连资讯等. Apple采用的ISO延伸系统与Rock Ridge较相似, 它们都准许以ISO9660第二层的方式在CD-ROM上存放长档名, 以及存放资料档案与程式之间的关连资讯. 存放在第二层的资讯无法被麦金塔以外的电脑系统所读取. Hybridm采用 Hybrid 或是Janus格式的光碟片, 通常会有两个或两个以上的资料区 (Parti- tion), 每个资料区各自含有完整的档案记录与资讯, 两个资料区可以采用不同作业系统的档案格式, 目前有四种档案格式可以相互结合, 分别为DOS(Windows), HFS,Unix与OS/2, 但是最常看到的Hybr

21、id光碟片是结合DOS与麦金塔档案格式: DOS采用ISO9660档案系统, 麦金塔则采用HFS档案系统. 有时候这种Hybrid的光碟片又叫做Janus格式. (源自古罗马帝国一位双面神的名字) Shared Hybrid可分享式的Hybrid光碟片也可以在两种或两种以上的作业系统间使用, 各不同的作业系统可读取CD-ROM上相同的资料, 这种格式的光碟片只有一个资料区(Partition), 所有相关的资料与各作业系统使用的程式都放在一起, 但是在DOS上只会看到 DOS的程式档, 麦金塔上也只能看到麦金塔的执行档. El Torito (Bootable CD-ROM)关於可开机式的CD

22、-ROM规格, 目前版本到1.0, 其主要的方法是将硬碟或软碟上的开机磁区内资料搬到CD-ROM光碟片上, 并且可以同时有数个开机磁区映像档(Image file)可供开机时选用. El Torito规格是开放给各电脑产业使用, 不用签约, 自由使用的. 要使CD-ROM光碟片可以开机, 还必须采用支援CD-ROM开机的BIOS(电脑主机板上), 或是采用SCSI界面, 并配合像是新版本Adaptec SCSI卡才可以. CD-i与CD-ROM/XA如同CD-ROM是CD-Audio的延伸一样, CD-i与CD-ROM/XA就是CD-ROM的延伸,CD-i的全名叫做CD-interactive

23、. 说起它发展的经过, 在於飞利浦与Sony两家公司自订出红皮书(for CD-Audio)与黄皮书(for CD-ROM)後, 发现在CD的应用上应该可以更多加以整合文字, 图形, 影音, 动画, 照片等多媒体的应用, 并且应该要有一个适合的硬体平台来播放, 此硬体的环境应该要考虑Video的播放规格, 软体所采用的作业系统以及音效处理等等, 使得这样的电脑系统能在全球统一, 也使这种光碟片的格式一致, 就像是CD-Audio一样的成功, 因此, 於1986年二月CD-i (规格订於绿皮书) 就正式发表了. 值的注意是在当时, PC还未普及於一般家庭, 更唐皇每台PC都装有CD-ROM光碟机

24、了. 在绿皮书内除了定义CD光碟片的规格外, 还包括了播放系统硬体的规格, 软体的作业系统,声音与影像的压缩方式, 还有那些文字, 图片与语音的交错编排方式(Interleaving)等, 至於CD-ROM/XA的规格是将黄皮书的规格加以延伸并取用部份绿皮书的规格整理而成,於1989年发表. CD-ROM/XA规格中也包括了声音与资料的交错编排方式, 如果你要了解XA与CD-i的光碟片有何不同, 那最好是从它们相同处开始了解. 一般来说CD-ROM/XA 与 CD-i 的观念相同, 都采用资料交错的编排方式储存资讯, ADPCM 方式的语音压缩以及具有互动式的功能. 资料的交错编排(Data

25、Interleaving): Form1与Form2在黄皮书上说明了CD-ROM Mode1的规格, 我们也知道在这种规格下, 资料/程式与声音/影像是分开存放的. 如果你的 CD 光碟片上要包含 CD-Audio, 那你必须将资料与Audio分开放在不同的轨道(Track)上, 就是所谓的混合式(Mixed-Mode)光碟片, 这种方式的基本操作原理是先将图形/照片先从光碟片上读出到电脑显示出来, 然後才开始播放CD -Audio. 当然程式部份也是先行读出并在电脑上执行, 如此目的是分为两个步骤来完成多媒体的展示, 这种情况下, 你不可能顺利播放CD-Audio又平顺播放动画/影片. 其实

26、这最重要的原因就是资料与CD-Audio是分别放在CD光碟片上不同的轨道,光碟机上的读取头无法在同一时间内跑到两个轨道读取资料. 在绿皮书的规格中, 黄皮书规格中的Mode2又被细分为Form1与Form2两种, Form1的磁区(Sector)结构为 2048Byte 资料区加上错误侦测码(EDC)及错误修正码(ECC), 使其可当成Mode1的方式储存电脑的资料. Form2则没有加上EDC与ECC, 整个磁区(2328Byte)皆可存放资料. 或许你会问, Mode2的磁区不是应该可存放2336Byte的资料吗? 是的, 这里我们把那剩下的 8个Byte用来存放磁区的种类(A/V资料或是

27、Data资料), 位置资讯(这个磁区在光碟片上的位置), 这样光碟机才能辨识这个磁区是不是它要找的资料了. 在Mode2的轨道里,我们可以同时存在 Form1 与 Form2 的磁区.所谓资料交错编排(Interleaving)主要目的是可以光碟机同时抓到语音/影像(A/V)资料与电脑资料(Data), 以使播放不至中断. 举例来说, 一个言讲者的影像播放可同时配合他的声音来同步播放, 不会断续. 或是一段电脑动画搭配着其语音说明叙述. 光碟机上特殊的硬体设计可读取并分离交错编排在光碟片上的资料, 声音部份解压缩後送到喇叭放出, 电脑资料则送进电脑内处理, 影视 / 动画资料则被送到电脑或是电

28、视上播放. 现在在市场上所看到的 Mode 2 光碟片包括了Video CD, CD-i, 与一些特殊的CD-ROM/XA光碟片. 绿皮书绿皮书包括定义了CD-i的光碟片格式与CD-i的硬体规格, 这并且是所有规格书中唯一包括硬体规格的标准, 其中包括了中央处理单元(CPU), 作业系统, 记忆体, Video与 Audio 的控制器以及影音资料的压缩方式等. CD-i 是被定义成一个消费性的电子产品, 也就是类似电视, 录放影机等功能的产品, 它是可以直接接上电视, 并且采用遥控器控制, 它没有软式磁碟机(Floppy)与硬碟机(Hard Disk), 完全采用光碟机作为资料的输入装置, 并

29、且采用即时性的作业系统(Real-time operating system) * 现在, 我们重新对CD-ROM的格式做一整理如下: 格式说明CD-Audio(CD-DA)雷射数位音乐CD-ROM High SierraPC 资料原始标准(现已不用)CD-ROM ISO 9660MS-DOS & Machintosh 档案标准CD-ROM HFSMachintosh 高速档案系统CD-ROM/XA黄皮书延伸标准CD-I互动式光碟CD-I Ready可用於一般雷射唱盘与CD-ICD-BridgeXA的标准并可用於CD-I上CD-R(CD-RRM)单写型CD光碟片CD-MO可读写型光碟片CD-G

30、CD音乐加影像(卡拉OK)Video CDCD影碟(74分钟MPEG-1规格)各标准书规格说明 红皮书(Red Book) CD-Audio 2352 Audio Data 黄皮书(Yellow Book) CD-ROMMode 1 12 Sync4 Header2048 User Data4 EDC8 Blanks276 ECC CD-ROMMode 2 12 Sync4 Header2336 User Data 黄皮书延伸规格-XA(Extended Architecture), 本规格均是属於Mode 2下的规格 延伸. CD-ROMMode XAForm 1(Computer Data

31、) 12 Sync4 Header8 Sub-header2048 User Data4 EDC276 ECC CD-ROMMode XAForm 2(压缩音乐、影像及照片) 12 Sync4 Header8 Sub-header2324 User Data4 EDC 绿皮书(Green Book) 所有 CD-ROM/XA 的规格加上对 CD-I 机器的硬体规格 (如 CPU 等) 及 CD-I 的作业系统的定义. 橘皮书(Orange Book) CD-ROM Lead-In&TOCData TrackLead-OutLead-In&TOCData TrackLead-Out * Sync

32、 同步信号, EDC(Error Detecting Code), ECC(Error Correcting Code) CD-R光碟的新标准DIS13490目前, 国际标准组织已经开始研究一种新的CD-R档案格式, 尚未正式定案的格式叫做DIS13490, 此种标准容许使用者的资料维持跨越平台的交换性, 并可以在CD-R光碟片上更灵活的增加或修改资料. 唯读式光碟机 CD-ROM 不负众望, 已严然成为这个年代最重要的资料储存和传输媒介. 放眼今日的电脑就可见一斑: 麦金塔电脑多数出货时搭配了CD-ROM光碟机,多媒体电脑 (MPC-Multimedia PC) 更少不了它, 而几乎每台 Unix 工作站也都内含 CD-ROM 光碟机, 以供安装