张奇 复旦大学计算机科学技术学院 qz@fudan.edu.cn 2012年5月 多媒体技术基础(第3版) 第15章 光盘存储格式 张奇 复旦大学计算机科学技术学院 qz@fudan.edu.cn 2012年5月.

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1 张奇 复旦大学计算机科学技术学院 qz@fudan.edu.cn 2012年5月
多媒体技术基础(第3版) 第15章 光盘存储格式 张奇 复旦大学计算机科学技术学院 2012年5月

2 第15章 光盘存储格式目录 15.1 CD标准系列 15.2 激光唱盘标准—红皮书 15.3 CD-ROM标准—黄皮书
CD-DA的通道：P-W CD-G是什么 15.3 CD-ROM标准—黄皮书 CD-ROM Mode 1 CD-ROM Mode 2 混合方式 15.4 CD-ROM/XA CD-ROM/XA Mode 2 Form 1 CD-ROM/XA Mode 2 Form 2 CD-ROM/XA中的声音 15.5 CD-I标准—绿皮书 CD-I格式 CD-I Ready格式 CD-Bridge盘 15.6 可录CD标准—橙皮书 橙皮书概要 橙皮书第1部分 橙皮书第2部分 15.7 CD-ROM文件系统 ISO 9660概要 CD-ROM的逻辑结构 目录结构 路径表 卷结构 15.8 VCD标准—白皮书 VCD盘的组织 VCD的文件目录结构 MPEG-Audio/Video扇区的结构 15.9 通用磁盘格式(UDF) 年11月19日 第15章 光盘存储格式

3 第15章 光盘存储格式 光盘类型 存储格式 主要介绍 只读光盘 写一次光盘 重写光盘
逻辑格式：文件格式的同义词，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，包括物理扇区地址、数据类型、数据块大小、错误检测和校正码等 主要介绍 CD系列存储格式中的基本概念 在DVD系列、HD DVD和Blu-ray Disc系列中有相同的含义 年11月19日 第15章 光盘存储格式

4 15.1 CD标准系列 CD产品系列 CD-DA、CD-G、CD-Video、CD-ROM、CD-ROM/XA、CD-I、VCD CD系列标准 红皮书、黄皮书、ISO 9660、绿皮书、橙皮书和白皮书等标准文件中，见图15-1 标准文件用彩色封面包装，故称为彩书标准 理解CD格式对设计和使用CD产品都有很大帮助 年11月19日 第15章 光盘存储格式

5 15.1 CD标准系列(续) 图15-1 CD标准系列 年11月19日 第15章 光盘存储格式

6 15.2 激光唱盘标准—红皮书 Red Book是Philips和Sony公司为CD-DA(Compact Disc Digital Audio)定义的标准，也就是激光唱盘标准。该标准是整个CD工业的基本标准，所有其他CD标准都是在这个标准的基础上制定的 CD盘上的音乐节目是如何组织的 数据结构见图15-2 一片激光唱盘上有许多首歌曲 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 年11月19日 第15章 光盘存储格式

7 15.2 激光唱盘标准—红皮书(续1) 图15-2 激光唱盘声音数据的基本结构 年11月19日 第15章 光盘存储格式

8 15.2 激光唱盘标准—红皮书(续2) 扇区结构 同步(SYNC)：每帧开头24位，码字为 控制/显示字节 扇区结构如下所示
任何数据经EFM调制后都不出现与同步码字相同的码 控制/显示字节 在CD-DA中，称为子码/控制和显示(subcode/control and display)字节 在CD-ROM中，称为控制字节(Control Byte)。这个字节的内容主要提供盘地址信息 扇区结构如下所示 3234字节 用户数据 2352＝98  (2  12) 第二层EDC/ECC 392 第一层EDC/ECC 控制字节 98 年11月19日 第15章 光盘存储格式

9 15.2 激光唱盘标准—红皮书(续3) 重要数据 一个扇区有2352个字节声音数据(Audio Data) 一个扇区有3234字节，即
立体声有两个通道，每次采样有2个16位样本，组成2个字节，6次采样共24字节组成一帧，98帧组成一个扇区: 2×2×6×98= 2352 一个扇区有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 声音数据率为 字节/秒 声音数据的采样频率为44.1 kHz，每次对左右声道各取一个16位的样本，因此1秒钟的声音数据为 ×1 000×2×(16÷8) = 字节/秒 年11月19日 第15章 光盘存储格式

10 15.2 激光唱盘标准—红皮书(续4) P, Q错误校验码
由于CD-DA盘的原始误码率较高(约10-4)，需要采用纠错能力很强的交叉交插里德-索洛蒙码(CIRC) 每帧有2×4字节的错误校正码放在中间和末端，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 年11月19日 第15章 光盘存储格式

11 15.2 激光唱盘标准—红皮书(续5) 一帧数据的通道位数 激光唱盘的光道 见表15-1。
物理光道是螺旋形，因此一片CD-DA盘只有一条物理光道 一条CD-DA逻辑光道由多个扇区组成，扇区的数目可多可少，因而光道的长度可长可短，通常一首歌就组织成一条光道。 表15-1 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) (6) P校验码 588 年11月19日 第15章 光盘存储格式

12 15.2 激光唱盘标准—红皮书(续6) 15.2.2 CD-DA的通道：P-W P~W的结构
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 年11月19日 第15章 光盘存储格式

13 15.2 激光唱盘标准—红皮书(续7) 通道P含有一个标志，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所示的形式 98位 2位 4位 72位 16位 空 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 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)；在其余盘区，含有当前的播放时间 16位： CRC (Cyclic Redundancy Code)用于错误检测 年11月19日 第15章 光盘存储格式

14 15.2 激光唱盘标准—红皮书(续8) 15.2.3 CD-G是什么 Red Book定义了如何把声音数据和静态图像数据放到CD盘上的方法
把图像数据放到通道R～W的盘称为CD＋G(CD＋Graphics)盘，简称为CD-G盘 在国内市场上，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，只是没有图像 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 年11月19日 第15章 光盘存储格式

15 15.3 CD-ROM标准—黄皮书 黄皮书(Yellow Book)概要 Philips和Sony公司为CD-ROM定义的标准
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，CD-ROM共有三种类型的光道 (1) CD-DA光道：用于存储声音数据 (2) CD-ROM Mode 1：用于存储计算机数据 (3) CD-ROM Mode 2：用于存储声音数据、静态图像或视像 Yellow Book和Red Book的主要差别 重新定义Red Book中的2352个字节的用途，解决了把CD用作计算机存储器(CD-ROM)的两个问题 (1) 计算机的寻址 (2) 误码率的达标： CD-ROM标准使用了一部分用户数据当作错误校正码，使CD盘的误码率下降到10-12以下 年11月19日 第15章 光盘存储格式

16 15.3 CD-ROM标准—黄皮书(续1) 15.3.1 CD-ROM Mode 1 将Red Book中2352字节的用户数据定义为
同步字节 12字节 扇区地址 4字节 用户数据 2048字节 EDC 未用 8字节 ECC 276字节 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 年11月19日 第15章 光盘存储格式

17 15.3 CD-ROM标准—黄皮书(续2) 扇区地址表示法 磁盘扇区地址用C-H-S (柱面号-磁头号-扇区号) 表示
CD-ROM用计时系统中的分、秒和为CD-ROM规定的分秒(1/75秒)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 年11月19日 第15章 光盘存储格式

18 15.3 CD-ROM标准—黄皮书(续3) 15.3.2 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%，但用户数据的误码率高于Mode 1 方式(Mode)字节域中的值设置成02 年11月19日 第15章 光盘存储格式

19 15.3 CD-ROM标准—黄皮书(续4) 15.3.3 混合方式(Mixed Mode) 含有CD-ROM光道和CD-DA光道的存储方式
混合方式盘(Mixed Mode Disc) 的第一条光道是CD-ROM Mode 1光道，其余的光道是CD-DA光道 CD-DA光道可以在普通CD播放机上播放 年11月19日 第15章 光盘存储格式

20 15.4 CD-ROM/XA CD-ROM/XA的概要
CD-ROM Extended Architecture的简写，Philips、Microsoft和Sony公司共同开发的标准 Yellow Book标准的扩充，定义了一种新型光道：CD-ROM/XA光道。连同Red Book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、静态图像或电视数据 CD-ROM Mode 2，XA格式，用于存放计算机数据、压缩的声音数据、静态图像或视像数据。 对CD-ROM Mode 2作了扩充，定义了两种新的扇区方式 CD-ROM Mode 2，XA Format，Form 1：用于存储计算机数据 CD-ROM Mode 2，XA Format，Form 2：用于存储压缩的声音、静态图像或电视图像数据。 允许把计算机数据、声音、静态图像或电视图像数据放在同一条光道上，计算机数据按Form 1的格式存放，而声音、静态图像或电视图像数据按Form 2的格式存放 年11月19日 第15章 光盘存储格式

21 CD-ROM/XA Mode 2 Form 1：2352字节
CD-ROM/XA Mode 2 Form 1把Red Book中的2352个用户数据字节重新定义为 CD-ROM/XA Mode 2 Form 1：2352字节 同步字节 12字节 扇区地址 4字节 Form 1 8字节 用户数据 2048字节 EDC ECC 276字节 同步字节： 12字节 扇区地址(Header)： 4字节，用于计算机寻找盘上的数据 类型1 (Form 1，Sub-Header)： 8字节，用于指示Form 1 用户数据： 2048字节 EDC： 4字节，用于错误检测 ECC： 276字节，用于错误校正 年11月19日 第15章 光盘存储格式

22 CD-ROM/XA Mode 2 Form 2：2352字节
CD-ROM/XA Mode 2 Form 2把Red Book中的2352个用户数据字节重新定义为 CD-ROM/XA Mode 2 Form 2：2352字节 同步字节 12字节 扇区地址 4字节 Form 2 8字节 用户数据 2324字节 EDC 同步字节： 12字节 扇区地址(Header)： 4字节，用于计算机寻找盘上的数据 数据类型2(Form 2, Sub-Header)： 8字节，用于指示Form 2 用户数据： 2324字节 EDC字节： 4字节 年11月19日 第15章 光盘存储格式

23 15.4 CD-ROM/XA(续3) 15.4.3 CD-ROM/XA中的声音
放在CD-ROM/XA Mode 2 Form 2中的声音数据经过压缩，质量低于CD-DA 用ADPCM算法压缩，有Level B和Level C两个等级 CD-DA和CD-ROM/XA声音的比较见表15-2 表15-2 CD-ROM/XA中的声音播放时间 声音等级 播放时间(小时) 样本大小(位) 采样速率(kHz) CD-DA 1.25 16 44.1 Level B 5 (立体声)/ 10(单道声) 4 37.8 Level C 10(立体声)/ 20(单道声) 18.9 年11月19日 第15章 光盘存储格式

24 15.5 CD-I标准—绿皮书 CD-I格式 绿皮书(Green Book)是Philips和Sony公司为CD-I(Compact Disc Interactive)定义的标准，扇区格式和CD-ROM/XA的扇区格式相同，如下所示 CD-I Mode 2 Form 1：2352字节 同步字节 12字节 扇区地址 4字节 Form 1 8字节 用户数据 2048字节 EDC ECC 276字节 CD-I Mode 2 Form 2：2352字节 同步字节 12字节 扇区地址 4字节 Form 2 8字节 用户数据 2324字节 EDC 年11月19日 第15章 光盘存储格式

25 15.5 CD-I标准—绿皮书(续1) 15.5.2 CD-I Ready格式
使用CD-I Ready格式的CD盘称为CD-I Ready盘，是一种有附加特性的标准激光唱盘，可在标准的激光唱盘播放机和CD-I播放机上播放，在CD-I播放机上播放可显示附加特性 Red Book标准允许把索引点(index points)放在光道上，可使用户跳转到光道上的指定点。激光唱盘通常只使用两个索引点：#0和#1，前者用来标识一条光道的起点，后者用来标识声音在这条光道上的起点，它们之间通常有23秒的间隔 CD-I Ready盘把这两个索引点之间的间隔增加到182秒，这样就可以存放诸如歌曲名、解说词、作者、演员等图文信息。普通的激光唱机播放CD-I Ready盘时不管这个地方的信息，而只播放音乐节目 用CD-I播放机播放CD-I Ready盘时，首先把这个间隔中的CD-I信息读到CD-I播放机的RAM中，并显示在电视机屏幕上，然后播放音乐 年11月19日 第15章 光盘存储格式

26 15.5 CD-I标准—绿皮书(续2) 15.5.3 CD-Bridge盘
把附加信息加到CD-ROM/XA光道上的方法，目的是让这种光盘能够在CD-I播放机上播放 可在CD-I播放机、计算机和Kodak的Photo CD播放机上播放 光道都用Mode 2的扇区结构。声音光道跟在数据光道后面 扇区结构与CD-ROM/XA和CD-I相同，如下所示 CD-Bridge Mode 2 Form 1：2352字节 同步字节 12字节 扇区地址 4字节 Form 1 8字节 用户数据 2048字节 EDC ECC 276字节 CD-Bridge Mode 2 Form 2：2352字节 同步字节 12字节 扇区地址 4字节 Form 2 8字节 用户数据 2324字节 EDC 年11月19日 第15章 光盘存储格式

27 15.6 可录CD标准—橙皮书 橙皮书概要 橙皮书(Orange Book)是为可录CD‑R(compact disk recordable)光盘制订的标准，允许用户把自己创作的影视节目或多媒体文件写到盘上 可录CD分为两类 CD-MO (compact disk-magneto optical)盘——磁光盘，采用磁记录原理记录而用激光读写数据，可重写光盘 CD-WO(compact disk-write once)——CD-R盘，可写但不能改写 分成两个部分 Orange Book Part 1，描述CD-MO Orange Book Part 2，描述CD-WO 标准的结构见图15-3 年11月19日 第15章 光盘存储格式

28 15.6 可录CD标准—橙皮书(续1) 图15-3 橙皮书(Orange Book Standard)概貌(引自Jim Fricks盘片制造公司) 年11月19日 第15章 光盘存储格式

29 15.6 可录CD标准—橙皮书(续2) 橙皮书第1部分 橙皮书第1部分(Orange Book Part 1)描述CD-MO盘上的两个区： Optional Pre-Mastered Area(可选预刻录区) 该区域的信息按照Red Book、Yellow Book或Green Book标准预先刻制在盘上，是一个只读区域 (2) Recordable User Area(可重写用户数据区) 普通的CD播放机或VCD播放机不能读这个区域的数据，因CD唱片和VCD盘与磁光盘采用的记录原理不同 年11月19日 第15章 光盘存储格式

30 15.6 可录CD标准—橙皮书(续3) 15.6.3 橙皮书第2部分 Orange Book Part 2定义可写一次的CD-WO盘
在出厂时已经在盘上刻录有槽，称为预刻槽，物理光道的位置已经确定。用户把多媒体文件写到盘上之后，把内容表(Table Of Contents，TOC)写到盘上。在写入TOC之前，这种盘只能在专用的播放机上读；在写入TOC之后，可在普通播放机上播放 Orange Book Part 2还定义另一种CD-WO盘，叫做Hybrid Disc(混合盘)，分成两种类型的记录区域 Pre-recorded Area(预记录区)，该区域的信息按照Red Book、Yellow Book或Green Book标准预先记录在盘上，只读区域 Recordable Area(可记录区)。该区的物理光道可分成多个记录段(multi-session)。每段由3个区域组成：导入区(Lead In)、 信息区(Information)和导出区(Lead Out)，每一段要在导入区写入TOC Hybrid Disc(混合盘)的结构如下表所示 年11月19日 第15章 光盘存储格式

31 15.6 可录CD标准—橙皮书(续4) 图15-4 CD标准之间的关系 第 1段 第 n 段 导入区 (Lead In) 信息区
(Information) 导出区 (Lead Out) …… 图15-4 CD标准之间的关系 年11月19日 第15章 光盘存储格式

32 15.7 CD-ROM文件系统 文件系统(file system)
或称文件格式(file format)，在存储媒体上组织数据的方法，包括文件命名、文件目录、卷和文件检索 通过文件系统，应用程序就无需关心存储媒体上的物理位置或数据结构 由于光盘和硬盘的特性不同，因此就有不同的文件系统。用CD-ROM作计算机存储媒体的文件系统称为CD-ROM文件系统 ISO 9660是为CD-ROM制定的文件系统 年11月19日 第15章 光盘存储格式

33 15.7 CD-ROM文件系统(续1) 15.7.1 ISO 9660概要 1. ISO 9660是什么 物理格式与逻辑格式
ISO发布的CD-ROM文件系统标准, 定义三种类型的数据结构,以支持不同的操作系统，如Unix, Windows和Mac OS 卷描述符(Volume Descriptor) 目录结构(Directory Structures) 路径表(Path Table) 标准开发历时5年，终于在1988年正式公布 物理格式与逻辑格式 CD-ROM物理格式(Yellow Book)标准化意味CD-ROM上的信息可在不同的信息处理系统之间交换，但只能在这个物理层上实现交换 由于CD-ROM面对用户的是文件，如文本、图像、声音、影视等文件，就需要一个文件系统和文件管理系统。即需要有一个如何把文件和文件目录放到CD-ROM盘上的逻辑格式标准 年11月19日 第15章 光盘存储格式

34 15.7 CD-ROM文件系统(续2) 2. ISO 9660的层次 对文件名和文件目录名指定了三种后向兼容的交换层次
层1(Level 1)：限制文件名格式为8.3，允许使用大小写字母、数字和下划线，目录深度不超过8级，文件标识符的总长度不超过31个字符 8.3文件名格式是微软公司的MS DOS及Windows 3.x中的文件名标准格式，其中的8表示文件名的长度不超过8个字符，3表示文件扩展名的字符数为3个 层2(Level 2)：目录深度可到31级，文件名的长度通常不超过31个字符，在某些情况下允许不超过180个字符的长文件名 (3) 层3(Level 3)：允许将文件分块打包 年11月19日 第15章 光盘存储格式

35 15.7 CD-ROM文件系统(续3) 3. ISO 9660的扩展 ISO 9660是针对不同操作系统开发的，并试图实现不同操作系统之间的数据交换。尽管在各种操作系统下工作得都不错，但都遇到不能使用的情况，因此对ISO 9660进行了扩展 Apple公司的扩展标准叫做“Apple ISO 9660” 微软公司的扩展标准叫做JFS文件系统(Joliet file system，JFS)，包括支持8.3文件名格式、长文件名和统一代码(Unicode) Unix系统的扩展标准叫做Rock Ridge文件系统，包括使用ASCII字符的长文件名和Unix符号等 年11月19日 第15章 光盘存储格式

36 15.7 CD-ROM文件系统(续4) 15.7.2 CD-ROM的逻辑结构 1. 逻辑结构设计
逻辑结构由两个组成部分 定义一套描述整片CD-ROM盘所含信息的结构，称为“卷结构(Volume Structure)”。单片CD-ROM称一卷 定义一套描述和配置文件的结构，称为“文件结构(File Structure)”。文件结构的核心是文件目录结构 年11月19日 第15章 光盘存储格式

37 15.7 CD-ROM文件系统(续5) 为CD-ROM提议的目录结构有五种类型
多文件显式分层结构(multiple-file explicit hierarchies)。把子目录当作文件来处理，打开一个有长路径的文件需要较多的寻找次数 单文件显式分层结构(single-file explicit hierarchies)。把整个目录结构放在单个文件中，根目录和子目录都作为文件中的记录而不是作为文件来处理 散列路径名目录(hashed path name directories)。把整个路径名和文件名拼凑成一个地址放在目录中，是隐式目录结构 索引路径名目录(indexed path name directories)。把子目录的全路径名转换成一个整数，是隐式目录结构 组合前面4种结构中的2种或2种以上的混合结构 年11月19日 第15章 光盘存储格式

38 15.7 CD-ROM文件系统(续6) 2. 逻辑扇区和逻辑块 逻辑扇区定义为用户数据域
CD-ROM的一个物理扇区有2352个字节，其中的2048字节(2 KB)的数据域定义为一个逻辑扇区(logical sector)，见图15-5 每个逻辑扇区有唯一的逻辑扇区号(logical sector number，LSN)。第一个逻辑扇区(LSN0 )从物理地址00∶02∶00开始 图15-5 物理扇区与逻辑扇区、逻辑块的概念 年11月19日 第15章 光盘存储格式

39 15.7 CD-ROM文件系统(续7) 逻辑块 每个逻辑扇区可以分成一个或多个逻辑块，这样做的好处是可充分利用盘空间来存放大量的小文件
在一个由2048字节组成的逻辑扇区中，一个逻辑块的大小可以是512、1024或2048字节 每个逻辑块有一个逻辑块编号(logical block number，LBN) 第一个逻辑块号码(LBN 0)是第一个逻辑扇区(LSN 0)中的第一块，依次为LBN1，2，3，…，N 附注，记录(record)的概念。一个记录由一系列连续字节组成，它作为信息单元。定义一个记录的字节数取决于要表达的信息长短，少则几个多则几十甚至几百个。在记录过程中，记录的字节数是固定的记录称为“固定长度记录”，记录的字节数不固定的记录称为“可变长度记录”。 年11月19日 第15章 光盘存储格式

40 15.7 CD-ROM文件系统(续8) 15.7.3 目录结构 1. 文件与文件标识符
文件类型没有限制，可以是ASCII文本文件、索引结构文件、可执行文件(如.COM文件，.EXE文件)，压缩的或未压缩的图像文件、声音文件等 每个文件可分为若干文件节(file section)。一个文件节可放在由许多个逻辑块组成的文件空间里。这些逻辑块是顺序编号的逻辑块，由它们组成的文件空间称为“文件范围(extent)”或“文件域” 一个大的文件可以分成多个文件节，存放在多片CD-ROM盘上的文件域中 一个中等大小的文件也可以分成若干个文件节，存放在同一盘上的多个文件域中，这些文件域也不要求是连续的 小的文件可以不分域，存放在单个文件域中 年11月19日 第15章 光盘存储格式

41 15.7 CD-ROM文件系统(续9) 文件标识符(file identifier) 合法文件标识符和不合法文件标识符的举例
由三部分组成：文件名、文件扩展名和文件版本号 必须包含文件名或扩展名，其他可作为选择 通常采用ASCII字符，并有某种程度的限制。例如，对ISO9660 Level1，文件名可使用的字符如下： 数字0～9 大写英文字母A～Z 下划线(_) 文件名和文件扩展名之间用句点(.) 文件名或文件扩展名与文件版本号之间用分号(;) 合法文件标识符和不合法文件标识符的举例 年11月19日 第15章 光盘存储格式

42 15.7 CD-ROM文件系统(续10) ************************************************
合法文件标识符： FILE.DAT FILE.DAT;1 DATA_FILE_FOR_INTERCHANG.DAT FILENAME_WITHOUT_AN_EXTENSION .NO_FILENAME_JUST_AN_EXTENSION 不合法文件标识符： file.dat //不允许小写字母 ONLY.ONE.PERIOD.ALLOWED //只允许一个句点 NO-HYPHENS-OR-SIGNS //没有规定用连字符(-) THIS_FILENAME_IS_LONGER_THAN_31_CHARACTERS //多于31个字符 年11月19日 第15章 光盘存储格式

43 15.7 CD-ROM文件系统(续11) 2. 目录结构 采用隐式分层目录结构
可组织大数量的文件；对目录层次的深度加以限制；把目录当作文件看待，并把整个目录包含在1个或少数几个文件中。包含目录的文件称为目录文件 对目录文件结构作了具体规定。 目录文件由一系列可变长度的目录记录组成，每个目录记录的格式见表15-3 一个目录记录可包含许多记录域，这些域中记录有文件标识符，以字节计算的文件长度、文件域中的第一个逻辑块编号(LBN)，以及打开和使用这个文件所需要的其他信息 年11月19日 第15章 光盘存储格式

44 15.7 CD-ROM文件系统(续12) 表15-3 目录记录格式(Format of a Directory Record) 字节位置
记录域的名称 1 目录记录长度(LEN_DR) 2 扩展属性记录(XAR)长度 3～10 文件域地址 11～18 数据长度 19～25 日期和时间 26 文件标志 27 文件单元大小 28 交叉间隔大小 29～32 卷顺序号 33 文件标识符长度(LEN_FI) 34~(33+LEN_FI) 文件标识符 34+LEN_FI 填充域 (34+LEN_FI+1)-LEN_DR 系统使用(保留) 年11月19日 第15章 光盘存储格式

45 15.7 CD-ROM文件系统(续13) 目录文件、目录记录、记录域间的关系见图15-6
当一个文件放在多个文件域中时，需要设置多个目录记录，在其中给出相应文件域的地址，并由文件标志记录域指明该文件域是否为最后一个 目录文件、目录记录、记录域间的关系见图15-6 图15-6 目录文件结构 年11月19日 第15章 光盘存储格式

46 15.7 CD-ROM文件系统(续14) 扩展属性记录(extended attribute record，XAR)
文件的附加信息可记录在XAR上。附加信息包括文件作者、文件修改日期、访问文件的许可权等信息。凡是不常使用的信息都放到XAR上 如果一个文件有多个文件域(如图15-6中的文件B)，每个文件域都有XAR 由于每个目录记录的长度不确定，因此在一个逻辑扇区中的目录记录的个数也不确定，但必须要保证目录记录数的数目为整数 当一个目录在这个逻辑扇区中放不下的时候，应移到后面一个逻辑扇区。这样可以保证读到计算机内存中的目录不会出现支离破碎的现象 年11月19日 第15章 光盘存储格式

47 15.7 CD-ROM文件系统(续15) 15.7.5 卷结构 卷空间(volume space) ：存放信息的区域，有两个区
系统区：从LSN 0到LSN 16，具体内容没有规定 数据区：从LSN 16开始到最后一个逻辑扇区，用来记录卷描述符(volume descriptors)、文件目录、路径表和数据 卷描述符：位于每卷数据区的开头(LSN 16) 一种数据结构或称描述表，其中的内容说明整个CD-ROM盘的结构和提供重要信息，如逻辑组织、根目录地址、路径表的地址和大小、逻辑块的大小等 卷描述符的结构见表15-5，是一个由2048字节组成的固定长度记录 年11月19日 第15章 光盘存储格式

48 15.7 CD-ROM文件系统(续16) 卷描述符有五种类型： 表15-5 卷描述符的格式 字节位置 记录域的名称 1 卷描述符的类型
2～6 标准卷标识符(用CD001表示) 7 卷描述符的版本号 8～2048 (取决于卷描述符的类型) 卷描述符有五种类型： 卷描述符(primary volume descriptor，PVD) 辅助卷描述符(supplementary volume descriptor，SVD) 分割描述符(volume partition descriptor) 引导记录(boot record) 描述符系列终止符(volume descriptor set terminator) 年11月19日 第15章 光盘存储格式

49 15.8 VCD标准—白皮书 在白皮书(White Book)之前 Video CD(VCD)
CD-DA：20世纪80年代初的产品，音乐节目是以数字形式记录的 LaserVision： 20世纪70年代末的产品，视像用调频制记录(FM)，声音用调幅记录，并叠加到图像信号上 CD-Video(CD-V)：1987年定义的标准，CD-DA和LV(LaserVision)相结合的产物，声音是数字的，而视像仍然是模拟的 附注：CD-V和LaserVision常被人们称为激光视盘或激光影碟 Video CD(VCD) JVC、Philips、Matsushita和Sony联合定义的数字电视视盘技术规格，于1993年问世，声音和电视图像都是以数字的形式表示的 1994年7月发布了“Video CD Specification Version 2.0”，并命名为White Book(白皮书)。该标准描述的是使用CD格式和MPEG-1标准的数字电视存储格式 Video CD在CD-Bridge规范和ISO 9660文件结构基础上定义了完整的文件系统，使VCD节目能在CD‑ROM、CD-I和VCD播放机上播放 年11月19日 第15章 光盘存储格式

50 15.8 VCD标准—白皮书(续1) 15.8.1 VCD盘的组织 VCD盘由导入区、节目区和导出区三部分组成，见图15-8
数据按光道组织，光道数最多为99条 导入区和导出区按CD-ROM XA数据光道的Mode 2 Form 2进行编码，是不含数据的空扇区。 在节目区中，第一条光道(Track 1)是一条专用VCD数据光道，其余的光道是MPEG Audio/Video光道 Video CD 2.0规格只定义了MPEG Audio/Video和CD-DA两种光道 年11月19日 第15章 光盘存储格式

51 15.8 VCD标准—白皮书(续2) 图15-8 VCD盘的组织结构 年11月19日 第15章 光盘存储格式

52 15.8 VCD标准—白皮书(续3) 1. 专用数据光道(Special Video CD Track)
(1) 扇区号为00:02:16的扇区是主卷号描述符(PVD)扇区，用来描述VCD盘的卷号。 (2) 从扇区00:03:00开始到00:03:74的区域是一个选择性的卡拉OK基本信息区(Karaoke Basic Information Area)。该区域中的数据用来产生卡拉OK音乐节目的快速参照表，它由基本信息头(Basic Information Header，BIH)文件(KARINFO.BIH)和最多63个卡拉OK文本文件(KARINFO.CC)组成。 (3) 从扇区00:04:00开始的区域是VCD信息区(Video CD Information Area)，它包含有强制性的VCD盘信息文件INFO.VCD(扇区00:04:00)和入口表(Entry table)文件ENTRIES.VCD(扇区00:04:01)，以及可选的清单偏移量表(List ID Offset Table)文件LOT.VCD(扇区00:04:02)和播放顺序描述符(Play Sequence Descriptor，PSD)文件PSD.VCD(扇区00:04:34) 年11月19日 第15章 光盘存储格式

53 15.8 VCD标准—白皮书(续4) 图15-9 专用VCD数据光道的结构 年11月19日 第15章 光盘存储格式

54 15.8 VCD标准—白皮书(续5) (4) VCD信息区(Video CD Information Area)
从扇区00:04:00开始的区域 包含如下的强制性文件 VCD盘信息文件INFO.VCD(扇区00:04:00) 入口表(Entry table)文件ENTRIES.VCD(扇区00:04:01) 可选的清单偏移量表(List ID Offset Table)文件LOT.VCD(扇区00:04:02) 播放顺序描述符(Play Sequence Descriptor，PSD)文件PSD.VCD(扇区00:04:34) (5) 分段播放项目区(Segment Play Item Area) 开始地址由INFO.VCD文件给出 选择性区域，可含分段播放项目(Segment Play Item) 分段播放项目可以是MPEG电视、MPEG声音和用MPEG算法编码的静态图像。这些项目通过播放顺序描述符(PSD)进行解释和播放 年11月19日 第15章 光盘存储格式

55 15.8 VCD标准—白皮书(续6) 其他文件(Other files)区
分段播放项目区被分成连续的段(Segment)，并从＃1开始连续编号直到＃1980。每一段由150个扇区组成 这个区域的长度可以是1~1980之间的任意整数。一个分段播放项目可以占据一个或者多个段 其他文件(Other files)区 可包含强制性的CD‑I应用节目(CD‑I application program)和选择性的扩展目录(EXT directory)信息 年11月19日 第15章 光盘存储格式

56 15.8 VCD标准—白皮书(续7) 2. MPEG-Audio/Video光道
从Track 2 (光道2)开始，用来存放MPEG编码的视像和声音数据 MPEG编码数据保护区，见图15-10 前保护区(Front Margin，FM) ，推荐长度为30个扇区 后保护区(Rear Margin，RM) ，推荐长度为45个扇区 图15-10 MPEG-Audio/Video光道的布局 年11月19日 第15章 光盘存储格式

57 15.8 VCD标准—白皮书(续8) 15.8.2 VCD的文件目录结构 3. CD‑DA光道
VCD盘可包含CD‑DA光道，但必须在MPEG-Audio/Video光道之后 如果VCD盘包含CD‑DA光道，Video CD规范要求在最后一条MPEG-Audio/Video光道的RM之后设置至少150个扇区的后间隔 VCD的文件目录结构 VCD文件系统是在ISO 9660文件结构基础上开发的，目录结构见图15-11 VCD盘需要的目录 Root directory 0 (根目录0)，CDI，VCD和MPEGAV目录 Video CD规范对文件目录作了如下规定 年11月19日 第15章 光盘存储格式

58 15.8 VCD标准—白皮书(续9) 如果VCD盘包含卡拉OK基本信息区，该区域的文件必须存放在KARAOKE目录下
如果VCD盘包含分段播放项目区，这个区域中的文件必须存放在SEGMENT目录下 如果有扩展的播放顺序描述符(PSD)文件，这个文件必须存放在EXT目录下 VCD信息区(Video CD Information Area)中的文件必须存放在VCD目录下 所有MPEG Audio/Video数据光道的文件都必须存放在MPEGAV目录下 所有表示CD‑DA光道的文件都必须存放在CDDA目录下 年11月19日 第15章 光盘存储格式

59 15.8 VCD标准—白皮书(续10) 图15-11 VCD盘目录结构 年11月19日 第15章 光盘存储格式

60 15.8 VCD标准—白皮书(续11) 15.8.3 MPEG-Audio/Video扇区的结构 MPEG光道 Video和Audio的编码
由MPEG-Video扇区和MPEG-Audio扇区组成 Video和Audio的编码 按照MPEG标准ISO 11172 存放方法 MPEG-1 Video扇区和MPEG-1 Audio扇区交错存放 存放格式如下 … V A 年11月19日 第15章 光盘存储格式

61 15.8 VCD标准—白皮书(续12) MPEG-Video扇区的一般结构如下 MPEG-Audio扇区的一般结构如下：
一个信息包：2324字节 信息包开始码 4字节 SCR(系统参考时钟)5字节 MUX速率 3字节 信息包数据 2312字节 MPEG-Audio扇区的一般结构如下： 一个信息包：2304字节 信息包开始码 4字节 SCR(系统参考时钟)5字节 MUX速率 3字节 信息包数据 2292字节 00 20字节 年11月19日 第15章 光盘存储格式

62 15.9 通用磁盘格式(UDF) 通用磁盘格式(UDF)
Universal Disk Format的缩写。由光存储技术协会(Optical Storage Technology Association，OSTA)于1997年发布的光盘文件系统规范 ISO / ECMA 167 3rd Edition (Volume and File Structure for Write-Once and Rewritable Media using Non-Sequential Recording for Information Interchange)的子集 最早是为写一次光盘(如CD-R)和重写光盘(如CD-RW)开发的。为适应存储技术的迅速发展，UDF规范也做了多次改进，发布了多个版本，以适应DVD、BD(Blu-ray Disc)和HD DVD等光盘存储媒体和其他存储媒体的需要 年11月19日 第15章 光盘存储格式

63 15.9 通用磁盘格式(UDF)(续) UDF的趋势 2005年3月发布的 UDF 2.60。
经过多个操作系统的验证，现已有逐步取代ISO 9660(1988年)的趋势 UDF和ISO 9660的最大差别是，UDF支持较大的文件、较大的存储空间和操作系统的专有特性 UDF Bridge是综合UDF和ISO 9660文件系统的规范，目的是试图在使用UDF的情况下提供后向兼容ISO 9660文件系统的特性 年11月19日 第15章 光盘存储格式

64 第15章 光盘存储格式参考文献 参考文献和站点 CEI/IEC 908. Compact Disc Digital Audio System. 1987 ① ISO Volume and File structure of CD-ROM for Information Interchange. 1988；② Volume and File Structure of CDROM for Information Interchange, Standard ECMA-119, 2nd Edition - December 1987 ISO/IEC Data Interchange on Read Only 120 mm Optical Data Disks (CD-ROM). 1989 Philips and Sony. System Description CD-ROM XA Compact Disk Read Only Memory extended Architecture. May, 1991 Philips and Sony Corporation. CD-I Full Functional Specification. 1993 年11月19日 第15章 光盘存储格式

65 第15章 光盘存储格式参考文献(续) Mark Fritz. How & When Will CD-ROM Get Biger? CD-ROM Professional, Sept./Oct. 1994, pp21～35 JVC, Matsushita, Philips & Sony. Video CD Specification Version 2.0. July 1994 林福宗, 陆达. 多媒体与CD-ROM. 北京：清华大学出版社, Philips. Desktop Video Data Handbook. 1995 Universal Disk Format Specification, Revision 2.60, March 1, 2005, Copyright , Optical Storage Technology Association ISO/IEC 13346或ECMA-167 3rd Edition, Volume and File Structure for Write-Once and Rewritable Media using Non-Sequential Recording for Information Interchange, June 1997 年11月19日 第15章 光盘存储格式

66 END 第15章 光盘存储格式