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zt.gif 【技术资料】 阅读 4436 次

光碟的标准

2007-02-01 14:15:48
【作者】 Kenny Ko (from Philips)
【摘自】 光盘世界(www.edisc.com.cn)

    "谁需要这些银色的光碟片?", 在1982年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, 于是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于黄皮书(Yellow Book, 由 Philips 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, 所以于1987年Philips及Sony联合制定了CD-I(CD-Interactive 互动式光碟), 其规格写于绿皮书上(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播放机. 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, 于是Philips, Sony 及 Microsoft 三家公司在1988 年定义出 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: Commodore's CDTV, Intel's DVI, Tandy's 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件. 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), 此种光碟片也是属于Bridge Disk的一种, 可使用在PhotoCD专用的播放机、CD-I 播放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)也是属于这类格式. 在以前, CD片是属于唯独型媒体, 但是相片光碟却是建立在一种新的单写型技术上(write once technology), 对于此种单写型光碟(CD-RRM,write once read many)及磁光式光碟(CD-MO,magneto optical) 的规格均于1990年11月定义在橘皮书(Orange Book)上.

    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, 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于市面上光碟的种类, 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. 飞利浦的光碟标准应用在飞利浦的光碟产业上,因此相关的光碟制造厂包括CD片工厂, 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-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光碟片可使用于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的方法将资料加于音乐轨的後面, 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. 

    对于新的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 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 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. 当然CD-G因为种种的限制而无法被市场接受, 但是CD-G光碟算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.

    黄皮书规定了各种不同型态的资料结构: Mode 1与Mode 2, 在CD-ROM 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(Error 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), CD-I 及影音光碟 ( Video CD)等, 是采用Mode 2, Form1及Form2来存放. 

    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于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. 

    [ISO9660]

    ISO9660标准内有三层透通性(Interchange), 只有第一层支援大多数的作业系统,第一层要求每个文件的资料必须是连续不中断的方式存放于CD上, 每个文件内容不可分开存放或与其他文件交错, 文件名必须符合英文 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 个字元的文件名与 3 个字元的副文件名. 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, 但是文件的内容亦不可中断, 交错或是分开存放. 在第三层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. 

    [Ridge Interchange Protocol (RRIP)]

    ISO9660标准的设计是相容于大多数的作业系统, 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High 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, 于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Hybrid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)]

    关于可开机式的CD-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. 说起它发展的经过, 在于飞利浦与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, 于1986年二月CD-i (规格订于绿皮书) 就正式发表了. 值的注意是在当时, PC还未普及于一般家庭, 更别说每台PC都装有CD-ROM光碟机了. 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, 至于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,于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.

    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 Sierra PC 资料原始标准(现已不用)
CD-ROM ISO 9660 MS-DOS & Machintosh 档案标准 CD-ROM HFS Machintosh 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 可用于一般雷射唱盘与CD-I 
CD-Bridge XA的标准并可用于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 CD音乐加影像(卡拉OK) 
Video CD CD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-ROM 
   Mode 1  12 Sync 4 Header 2048 User Data 4 EDC 8 Blanks 276 ECC  CD-ROM    Mode 2  12 Sync 4 Header 2336 User Data 

黄皮书延伸规格--XA(Extended Architecture), 本规格均是属于Mode 2下的规格延伸.  

  CD-ROM Mode XA Form 1 (Computer Data)  12 Sync 4 Header 8 Sub-header 2048 User Data 4 EDC 276 ECC  
  CD-ROM Mode XA Form 2 (压缩音乐、影像及照片)  12 Sync 4 Header 8 Sub-header 2324 User Data 4 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&TOC Data Track Lead-Out Lead-In&TOC Data Track Lead-Out  <-------------- Session 1> <--------------- Session 2> * Sync 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. 

    只读式光碟机 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, 以供安装系统软体之用. 

    造成光碟机产业成功的关键之一, 在于当初设立了 ISO 9660 标准, 使得各 CD- ROM 光碟片可通用于麦金塔、MS-DOS、Unix、VAX/VMS 等各种电脑平台上. 

    然而, ISO9660 驱动程式用在各种作业系统上的时候, 会产生一些设计上的问题举例言之, 使用目录列表指令要读取Unix的档案资料时, 因为部份有关目录属性等的 延伸资料是随着档案内容一起存放, 而非存放在目录记录区域内, 如此一来每当执行一项单纯的目录指令, 都得先到每个资料档案所在的位置上搜寻相关资料, 造成时间的延误与效率的不彰. 

    ISO9660 还有一个严重的致命伤, 那就是无法支援在光碟片上增加资料的功能,也就是我们常说的 Multi-Session 光碟片, 而当柯达相片光碟 (PhotoCD) 出现时, 这项ISO9660 的限制变成了一个急待解决的问题, 因为相片光碟容许在已有相片资料的光碟片上再增加相片, 直至装满为止. 此外, 企业界可以借助光碟记录器, 将专业资料等自行生产制作成少量的光碟片. 他们可以分次写入资料到光碟片上, 不会浪费光碟片的空间. 

    ISO9660 早在1988年就已设立. 过去几年之间, 单写型光碟 (Compact Disc Write Once, 简称 CD-R)技术已有长足的进步. 并由只读型光碟(CD-ROM)演变而成今日的CD-R. 

    其实在当时单写型系统(WORM)有很多种, 应用方面也不同, 如12寸的单写型光碟是用在记录视讯资料(如影碟)或其他大容量资料的应用(如地政资料), 这种光碟片的容量一片在5.6GB (双面). 另外在可读写磁光式光碟系统(MO)上, 也有一些厂牌将WORM 的功能加入, 其方式为采用材质不同之光碟片(即WORM DISC), 此类光碟机可使用二种型态的光碟片, 可读写磁光式式及单写式光碟片, 达到双功能的目的 (市场上称之为Multi-Function光碟机), 现已很少见于市面. 而 CD-R 则为单写型系统中应用最成功的产品. 

    相较于 ISO 9660, DIS 13490 这项新标准可说是青出于蓝. 它对光碟片上的轨(Track)及段 (Session)提供了逻辑化的运用能力. 这项突破是利用现有CD-R标准的碟轨记录达成的.各界接受这项新标准的经过, 也与接受 ISO9660 的管道如出一彻. 在当年ISO9660定案前是由High Sierra Group 所拟定的光碟片上册(Volume)资料及档案结构标准, 由欧洲电脑制造厂商公会ECMA加以修改, 并且设定为ECMA 119 标准,随後被又被设为 DIS9660 标准, 最後定名为 ISO9660. 同样地, 法兰克福小组(Frankfurt Group, 由于首次集合的地点在德国法兰克福而得名)起草了只读型光碟和单写型光碟的 Volume 区架构及档案结构标准, 也由欧洲电脑制造厂商公会 (ECMA) 加以修改, 设定为 ECMA168 标准. 

    目前, 这项命明为 DIS13490 的逻辑标准, 正由全球各界人士评估. 在评估其之後, 可能设定为 ISO13490 标准. 请读者留意: 本文中所指的「橘皮书」是对 CD-R所定的实体(Physical)标准, 而 DIS13490 则是订出 CD-R光碟片上资料的逻辑架构 (Logical). 

    [只读型光碟的基本概念]

    在详述 CD-R册区资料及档案架构之前, 先简单介绍目前所通用的ISO9660架构.这项标准将光碟片划分为四个主要部份, 分别为「册区说明」(Volume Descriptors)、「路径表格」(Path Table)、「目录记录」(Directory Records) 和「扩充属性记录」(Extended Attribute Records, 即 XAR). 这四个区域均用以说明资料组织情况, 因此统称为「描述区」(Descriptors). 

    在「册区说明」区域, 主要记载了档案路径、根目录及其他光碟重要资讯在光碟上的位置,在此与CD-R光碟最大的不同即是: 只读型光碟上的目录及档案位置一但被设定後就固定无法变更,因此只读型光碟上的档案路径及根目录的位置资料是记录在「册区说明」区域内. 「路径表格」区域内描述的是根目录和子目录之间的关系. 而「目录记录」区域是列出各目录下的子目录或档案名称. 

    这种架构的机能, 可以提供系统两种方式来回读取只读型光碟上的树状档案目录.其一是经由「目录记录」, 其二是经由「路径表格」. CD-R 应用这种方式处理档案,一但更动了某个档案或目录, 就得随即将每笔目录记录重新写入. 因此之故, 在 CD-R档案结构下, 各目录与各档案之间的关系仅载于「路径表格」, 换言之, 在CD-R 档案结构之下的「目录记录」并不包含子目录或档案的指标. 

    ISO9660的最後一个区域「扩充属性记录」(XAR) 则提供了档案或目录的所有者(Owner)及群组 (Group) 的识别码 (ID) 和架构记录. 然而,「扩充属性记录」系记录在档案或目录上, 因此常会阻碍光碟机的运作. 在 CD-R 档案架构上, 这个问题已经解决了,在後文中解释. 

    DIS13490 描述区所使用的内部结构资料栏, 与 ISO9660 内部格式所使用资料栏的格式及数值近似. 然而部份资料栏位已经加以修改, 以便 DIS 13490 的结构可支援Posix. 这样一来, DIS13490 标准便足以涵盖市场中主要的作业系统, 如 DOS、Mac-OS和 VMS 等等, 其实这些系统厂商的研发者, 都是当初法兰克福小组的成员. 

    每当连置(mount)上一个册区(Volume)时, 作业系统都得了解记录在该媒体上的资料种类及格式. DIS13346 (非单次连续写入性媒体 nonsequential write-once media 及可重复读写式媒体 rewritable media 的册区及档案标准)、DIS13490、可能还有一种新的磁带标准为此特别共同订定了叁者通用的册区辨识流程. 藉此, 系统可以将适当的册区标准安装在适合的媒体上, 之後再利用这种媒体来开机. 此外, 字元集的定义系由ISO9660 标准扩充而成, 对特殊字元的需要已经大幅降低了. 

    ISO9660 所定义的「扩充属性记录」部份业已取消, 因为在目录及表格路径内记录延申属性的区域已扩充了其记录的功能. IS13490 标准分为四部份, 概述如後: 第一部份: 总论, 列示这项标准所涉及的观念和定义. 第二部份: 开机区域辨识, 描述册区和开机辨识结构, 以便与其他标准做交换 (interchange). 第叁部份: 册区及档案架构, 描述册区、档案描述讯息以及更有效率的扩充属性 新功能. 第四部份: 记录架构, 定义各种记录型态, 例如固定记录、可变记录、流线式记录 等等. 

    这项记录的各部份都是独立的, 而市场会决定应该支援哪些部份. 因此, 业界人士可以仅采用第一、第二部份, 以供册区辨识及开机之用, 让系统了解在连置册区与档案系统时, 应该使用哪个驱动器. 倘若业界人士采用第一、二、叁部份, 亦即不含记录架构支援的册区及档案结构, 就可以建立一个可以和其他作业系统交换资讯的册区. 第四部份可以用于迪吉多 VMS 这类支援记录架构的系统; 许多微电脑作业系统, 如: Mac OS、DOS、Unix 之类, 并不使用记录结构,因此通常仅采用第一、二、叁部份而已. 

    至于 Rock Ridge 档案格式, 它的主要目的, 在于完全支援 Unix 的 X/Open 和 Posix 档案系统及目录架构. 藉着运用 ISO9660 目录记录里的系统区域, 创造共通的格式,所以也同时保有和 ISO9660 标准的软、硬体相容性. 目录记录的系统使用区域, 包含使用者识别码(User ID)、群组识别码(Group ID)、 接收 X/Open 系统所用的使用者识别码及群组识别码、状态位元、主要及次要装置等必要资讯. 绝大部分 Unix 上用的CD-ROM 在与其它 Unix 系统交换资讯时, 都已采用了这种光碟标准. 

    Rock Ridge 标准提供与 Unix 系统交换资讯的准则, DIS 13490 则需支援Windows NT 之类的下一代作业系统. 幸运的是, DIS13490 容许业界人士将资讯写入描述区及系统使用区域, 因而提供了许多种适合下一代作业系统特殊需求的方式. 只要符合DIS13490 的接收系统(也就是在 CD-R 上读取资料的系统), 就具备同时支援ISO9660标准的子集部份(subset). 然而, 这些接收系统却并不支援 ISO 9660 里的「扩充属性记录」(XAR). 因此, 有时可在相同媒体上采用同时可支援 ISO9660 及DIS13490 的双 标准系统. 

    [DIS13490 的架构]

    DIS13490 标准中的描述讯息, 与 ISO9660 的类似, 可以分为叁个部份: CD-R 扩展区域(Extended Area, 简称 EA)、终端传送描述 ( End-Transmission Descriptor, 简称ETD)以及路径表格. 册区描述讯息组(Volume Descriptor Sets, 简称 VDS)位于 CD-R 扩展区域之内. 扩充区域装载了册区及档案描述讯息(请参考图二). 册区描述讯息组内至少包含一个主册区描述讯息(Primary Volume Descriptor, 简称 PVD)、终结描述讯息(Terminating Descriptor, 简称 TD)、 零到多个附属册区叙述 ( Supplementary Volume Descriptors, 简称 SVD)、终端传送描述 (ETD) 以及册区分割说明 ( Volume Partition Descriptor, 简称 VPD). 

    在同一个 CD-R 扩展区域里, 可以写入数个开机描述讯息(Boot Descriptors, 简称BD). 开机时, 「只读启动程式」(Boot ROM)会扫描并选择适当的 BD, 以搭配恰当的系统. 系统辨识符号代表了作业系统类别及与系统有关的选项,诸如中央处理器的类别组合及记忆体管理等等.在看过开机描述讯息(BD)以後, 「只读启动程式」就会提供可开机的各种作业系统清单, 由操作者选择. 

    「主册区描述讯息」(PVD)说明其册区、所属的册区组、册区的属性、其中所使用的字元组, 以及记录「终端传送描述讯息」(ETD)的位置及规则. 「附属册区叙述」(SVD) 讯息提供另一种册区辨识符号, 以及它所隶属的册区组. 「册区分割说明」(VPD)讯息载明册区分割、分割的属性以及它的册区辨识符号. 「终结描述讯息」(TD)则位于「册区描述讯息组」(VDS)的最後面. CD-R 是属于可以增改更新(Updatable)的媒体, 只要写入新的「册区描述讯息组」(VDS), 就可以修改册区讯息, 这种标准也规定如何辨识最新或有效的册区描述讯息. 此外, 在 CD-R 「扩展区域」(EA) 里, 或在「终端传送描述」(ETD)所标明的位置上, 都有一个「档案系统描述讯息组」(File-Set Descriptor Set, 简称 FSDS)为档案组织识别; 此外, 也有描述档案组相关的描述讯息栏位中所容许的字元组、档案组的属性、应用和出版资讯的选项、选择性的版权、摘要和书目讯息. 

    「档案系统描述讯息组」(FSDS)包含一种逻辑观念的描述讯息及一个「安装使用描述讯息」(Implementation Use Descriptor, 简称 IUD). 「档案组描述讯息」(FSD)和路径表格直接相连, 路径表格列出目录系统理的每一个目录, 并描述档案组里的每一组档案. 换言之, 每个册区至少要写入一个「档案系统描述讯息组」(FSDS),才能描述碟片的内容. 此外, 零个以上的「安装使用描述讯息」(IUD)载明安装情形并包含该次安装使用的讯息, 它是属于描述讯息的一种, 而且已具有目前或未来尚未被定义之作业系统所需的扩充性. 

    所有「册区描述讯息组」(VDS)、「档案系统描述讯息组」(FSDS)和「开机描述讯息」(BD)都由一个「起始扩展区域叙述」( Beginning Extended Area Descriptor, 简称BEAD) 和一个「扩展区域终结描述」(Terminating Extended Area Descriptor, 简称TEAD)所囊括. 因此, CD-R 扩展区域象徵着写入碟片时使用之册区及档案标准, 而CD-R 延展区域的数值, 即代表了一个册区或册区组所需要的最少描述讯息. 「开机描述讯息」(BD)则为选项. 

    「终端传送描述」(ETD)是DIS13490 最重要的描述讯息之一. 每当碟片上的资料改变「册区描述讯息组」(VDS)、「档案系统描述讯息组」(FSDS) 和「终端传送描述讯息」(ETD) 都会发挥更新册区的功能. 碟片愈常更新, 这些描述讯息愈复杂, 因此,这项标准建议了几项「终端传送描述讯息」(ETD)的记录法则, 以便有效地加以搜寻.

    「终端传送描述讯息」(ETD)包含一个指标, 指向目前和以前的「册区描述讯息组」(VDS) 及「档案系统描述讯息组」(FSDS), 也连续指向前一个「终端传送描述讯息」(ETD) 并包含一些重要描述讯息的资料, 第一项就是「路径表格资讯」(Path Table Information, 简称 PTI), 第二项是册区空间表, 其内有「碟轨规格记录」(Track Specification Record, 简称 TSR); 而「路径表格资讯」(PTI)则包含指向路径表格位置的记录,容在後文详述. 至于「碟轨规格记录」(TSR), 则包含一组记录, 载明其大小、记录格式等等. 如图二所示, 「主册区描述讯息」(PVD) 与目前、以前的「终端传送描述讯息」(ETD) 之间的关系. 

    多重的「主册区描述讯息」(PVD) 和「路径表格资讯」(PTI) 容许多层目录系统,一个路径表格载明一个目录层次系统中的根目录、其次目录及与其他有连接关系的目录, 同时也提供系统中各目录的位置和目录档案的大小. 

    容量结构描述讯息、 路径表格记录和目录记录都有一个 「扩充属性区域」(eXtended Attribute Area, 简称 XAA), 这个区域结合了以标记标明的属性, 也藉此对本标准提供了扩充功能. 在「扩充属性区域」(XAA)里面有目录记录标记时, 这些属性就可和普通档案连结; 而出现路径表格记录时, 这些属性则与目录连结. 

    扩冲属性区域有时包含数个属性, 属性的数量甚至可以超出计画中目录或路径表格记录的大小, 或者这样的记录有时也可能含有安装时位于另一格范围的属性. 在这种情况之下,延续范围的「延伸属性栏位」(eXtended Attribute Field, 简称 XAF) 就可以提供这种功能. 「延伸属性栏位」(XAA) 可以将一个指定的延续范围分割成一个供系统使用的区域和一个应用专用的区域. 

    只要应用上述的描述讯息, 就可以根据 DIS13490 在 CD-R 媒体上, 按照橘皮书上的方式来更新档案. 因此, 可以修改档案、更动目录层次, 也可以增加目录. 唯一的限制是单写型媒体会保留所记录资料的全部更动情形. 图叁的 DIS13490架构图中的数值显示一组简单的目录层次系统,这些目录层次系统可以用本标准加以建立. DIS13490架构图也显示了档案加入一个次目录时, 架构随之更改的情形. 

    CD-R 碟片的基层与传统的 CD 碟片完全一样, 在传统 CD 片上有螺旋状的轨道(Track)而这些轨道又是由很多不连续的凹槽所组成, 这些凹槽又称之为 pits. 在 CD-R碟片上以连续的槽沟(Groove)取代 pits, 并组成螺旋状的轨道(Track), 而pits 将被记录在这些槽沟(Groove)内. 在空白的碟片上, 槽沟有几个重要的用途, 包括转速控制、寻轨控制及时间指示等. 在槽沟(Groove)上面是感光层(有机染料Organic dye material) 及反射层(金 Gold), 最後再加上保护层及印刷面. CD-R 碟片的横切面如图xx. PC-substrate 层材质为 polycarbonate, 黄金反射层又称为 AU-reflective. 

    [光碟机简介]

    光碟机, 顾名思义就是采用光学原理为基础之装置, 光碟机有很多种, 我们把它分为一般消费性电器及电脑周边装置等两类产品来说明, 当然在此主要讨论的是连 接在电脑上的光碟机. 

    一般消费性光碟机的代表就是「雷射唱机」(CD PLAYER), 其中之CD代表COMPACT DISK 两个英文字的缩写, 为形容磁碟上紧密布满资料之意, CD片采用数位(DIGITAL)方式来储存(音乐)资料, 单位为时间, 其时间总长度可达63-72分钟,如要换算成电脑资料单位 Byte, 则换算公式如下: 

    光碟机每秒读取光碟片上75个Block, 每个Block为2048 Byte, 所以一片63分钟的 CD片应为: 63分 x 60秒 x 75 Block x 2048 Byte = 580,608,000 Byte <--- 所储存的资料量 

    而72分钟的CD片则可容纳约 660MByte. 

    因此, 在CD雷射音乐片成功後不久, 电脑所用的CD资料片也被开发完成, 称之为CD-ROM, ROM 代表只读型资料(Read Only Memory)之意, 由音乐资料转为电脑资料其实并不复杂, 因为主要在CD片上是以数位方式存放资料, 而电脑信号正是采用数位方式(0 或 1)做处理. 

    CD-ROM 光碟机结合了音乐拨放功能与广大的储存空间, 这也就是为什麽光碟机在电脑多媒体世界中, 扮演相当重要的角色. CD-ROM 在 MULTI-MEDIA 上的应用

    在1991年底, 全世界CD-ROM光碟机的安装量超过叁百万台, 而CD-ROM TITLE (应用光碟片)已超过叁千种, 这些数自代表着每年CD-ROM以倍速成长的进入市场,更多的光碟片也会陆续发行. 最初光碟机的使用者是那些庞大资料的的拥有者, 像是图书资料、参考系统或是零件手册等. 根据1992年的统计,在所有的 CD-ROM TITLE 中, 有60%是以文字资料为主, 但是随着多媒体的流行, 现在许多光碟片开始设计应用在教育、训练、娱乐及多媒体资讯上,依照客户的需求, CD-ROM的应用面包括了: 农业、图书、商业、医学、目录、教育、百科全书、娱乐、图形、 保健、历史、休闲、文学、生活、音乐及音效、研究科学及科技等.

    在CD-ROM上开发软体最好的理由是: 制造光碟片的成本低, 容量大, 最符合商业利益, 在以每个MB的单位费用来算, 各种电脑储存装置分析如下: 
媒体             容量        MB / 费用 
硬碟机           120MB       NT$75.- (9,000.-) 
软碟片           1.44MB      NT$28.- (40.-) 
磁带             120MB       NT$7.- (750.-) 
线上使用(MODEM)  1MB         NT$10.- (2400BPS) 
纸张             1KB         NT$160.- (80:500) 
光碟片(CD-ROM)   650MB       NT$0.1 (60.-) 

    CD-ROM 具有强大的功能及合理的价位, 对图形、数位影像信号及声音档案的储存均非常理想, 光碟片本身有良好的保护, 不受外来电子扰及磁性的破坏, 但是无法像一般的磁碟片及硬碟机随意读写, 在CD-ROM光碟片上, 资料是无法任意删除及重复写入的. 

    * 可写式CD片(CD-R) Write-Once Disk: 

    这种CD片可容许使用者自行写入资料(使用光碟记录器, 如飞利浦CDD-521), 但只可写入一次, 而後此 CD 片即可在一般的 CD-ROM光碟机上读出. 此种 CD 片最大的用途是可让使用者自行储存固定资料(不会再更改, 如:文件, 机构图, 金融资料及需要常时间保存的资料). 

     对于可读写型(MO,ODD,PD, FLOPTICAL)的光碟机, 以下做一个简单的介绍:  

    此类产品依照其读写原理又可分为叁种: 

    (1) 磁光式(Megnetic Optical)光碟机: 

    近年来销售量不断往上成长, 此种光碟机主要是采用与硬碟机及软碟机相同原理来记载资料, 皆是使用磁性原理, 只不过在改变光碟片上资料时, 需要在高温 ( 居礼温度)下完成, 而此瞬间微点高温则必须借助雷射来完成.

    (2) 相变式(Phase Change)光碟机 

    此种光碟机是唯一不须藉由磁性来存放资料, 而是利用雷射直接改变光碟片上物理特性的光碟机, 一般来说, 此种光碟机速度较快, 但是其所用之碟片与磁光式光碟机不同, 二者皆无法读取对方的资料.

    (3) 磁光软碟机(Floptical) 

    此种光碟机, 正确应该是叫做半个光碟机, 因为它设计上与一般的3.5寸软碟机相容, 可用一般的1.44MB磁片, 所用之特殊碟片容量可达到21MB, 因是使用雷射来做定位, 所以可读写更多的资料, 不过基本上还是使用磁头(磁性)来写入资料, 速度并不是很理想. 
  

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