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光 盘 特 征
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1． CD光盘系统 为了理解光盘的读取需要知道一些基础的物理特性。 光盘的信息被存储在一条螺旋轨道上。从导出区看，轨道由小凹槽构成，所以叫做坑槽（pit）。每个坑槽的差别在于它们的长度。数据由九种不连续长度的坑槽和平地（land）编码。坑槽之间的部分被称为平地。坑槽由于周围反射表面引起被反射的激光调制显示出光学差异。为了获得高信息密度，盘的结构要相对的小。最短的坑槽是0.8μm，最长的坑槽是3.1μm，宽度为0.5μm。光学传感器，它被放置在唱机机械部分的尖端，好象一个读坑槽的光学显微镜。眼睛被图象传感器取代，它会将从盘上反射的光线转换成电信号。光学传感器的镜头聚焦成一条激光线，从一个半导体激光二极管到轨道上的一个小光点。信息密度受光折射成最小点直径的限制。光盘系统优点之一是信息放置在1.20mm厚的物体上。正因为如此，盘面上细小的污点、手指印和划痕只要比点的直径小就不会影响信息。
2． 光学基础 光的物理属性光的传播可以描述为电磁波。可以通过一个简单的例子进行想象：一条长绳末端被结在一个固定的物体上。另一端用手抓住并轻轻拉直。通过手上下移动绳子会振荡。从一边看上去出现一个正波。这个正波以速度V传播到绳子另一端。每个调谐波的参数能够毫无困难的被描述正如光波或其他波：振幅A描述波相对于静止状态的最大偏差。波长λ描述与静止状态相同偏差的两个位置之间的距离。至于光波可以用绳子来想象电磁场表示场强的矢量。场的压强相当于例子中绳子的偏离值。视线平行于绳子在平面振荡的传播方向。光波表示线性偏振状态。电场矢量偏振平面被称为偏振平面。一个自然光源例如太阳或蜡烛，原子辐射基本光波聚集成一条整个光束。基本光波的波长与自然光源非常不同。它可以表示成宽辐射光谱。
3． 光盘结构 CD-ROM使用了与CD-DA相同规格的盘和光学技术，以及相同的原版盘制作和压制方法。这两种盘的主要差别是盘上的数据结构，以及数据寻址和纠错能力。下面介绍CD-ROM盘及其物理数据结构。
i. CD-ROM盘片
标准的CD-ROM盘片直径为120毫米（4.72英寸），中心装卡孔为15毫米，厚度为1.2毫米，重量约为14~18克。CD-ROM盘片的径向截面共有三层：
（1）聚碳酸酯(Polycarbonate)做的透明衬底；
（2）铝反射层；
（3）漆保护层；
CD-ROM盘是单面盘，不做成双面盘的原因，不是技术上做不到（现在应用于DVD碟片），而是做一片双面盘的成本比做两片单面盘的成本之和还要高。因此，CD-ROM盘有一面专门用来印制商标，而另一面用来存储数据。激光束必须穿过透明衬底才能到达凹坑，读出数据，因此，盘片中存放数据的那一面，表面上的任何污损都会影响数据的读出性能。
ii. 编码
为了在物理介质上存储数据，必须把数据转换成适于在介质上存储的物理表达形式。习惯上，把数据转换后得到的各种代码称为通道码。之所以叫通道码，是因为这些代码要经过通信通道。通道码并不是什么新概念，磁带、磁盘、网络都使用通道码。可以说，所有高密度数字存储器都使用0和1表示的通道码。如软磁盘，它就使用了改进的调频制（MFM
, Modified Frequency Modulation）编码，通过MFM编码把数据变成通道码。CD-ROM和CD-DA一样，把一个8位数据转换成14位的通道码，称为8－14调制编码，记为EFM(Eight-to-Fourteen
Modulation)。根据通道码可以确定光盘凹坑和非凹坑的长度。
系统编码在光盘系统中模拟音乐信号采样频率为44.1kHz，这足以满足音乐的最大频率大约20kHz的复制（标准）。每个通道量化为每取样16比特。每比特速率为44100*16=1.41Mbit/sec。音乐（数据）位由所谓帧组成，每帧包括最初六个实体采样。错误纠正位被加入CIRC码（交叉交错里德-所罗门代码）调节。为控制和显示信息附加数据被加入帧。整个位流依照EFM调制规则进行调制。
子码帧是光盘编码系统中基本的信息单元。它是光盘播放机可认读的最小信息单元。每帧包括8位子码数据。96帧子码数据被集合成一个完整的子码数据块。75个完整子码数据块显示为一秒。这些块被分成通道P，Q，R，S，T，U，V，W。数字音乐系统仅使用P和Q通道。
P通道：通道P相当于所谓P标识。它被用于轨道识别和控制读出单一播放信号。在导入区这个标识保持0。如果P标识变成一个高水平，说明是第一个轨道的开始。它要保持高水平至少2秒。在标识变成低水平后数据有效。在导出区P标识保持2Hz速率。
* 连续区段的所有P信道构成信息区的P信道。该P信道用来设置表示信息道起点的旗标。这些旗标用来设置为"一"的位序列来表示的，否则P信道的位序列设置为"零"。一个区段P信道的所有位设置成同样的值。一个旗标（即在P信道中的一连续系列）的最小长度为2s（即150个区段）。最后一个在P信道是"一"的F3帧）所在区段是第一个含有用户数据的区段。如果信息道是从长度超过2s的暂停开始的，则旗标应与该暂停有相同的长度。导入道的P信道位设置为零。用户数据区的最后一个信息道的P信道，将以2s至3s（即150至225个区段）的旗标来结束。该旗标的结束表示导出道的起点。导出道中P信道位在最初2s至3s期间均设置为零，然后是交替的"一"和"零"，其速率为2.00Hz±0.04Hz，占空比50%±5%。
Q通道：通道Q相当于四种基本信息：控制、地址、Q数据和一个错误纠正码。
控制信息（播放功能控制）：音乐通道数目（2或4）重音开或关地址信息：Q数据位有3种表示模式。
模式1：数量和开始时间轨
模式2：条目数量
模式3：国际标准记录码（ISRC）错误纠正标识为完成可纠正数据的错误纠正，解码器标识不可靠数据。
由这种方法，我们可以通过判断这些标识以得到有关CD特性的结论。这些标识的含义如下所示：第一次解码段：
E11：一个码位失调帧损坏。
E21：两个码位失调帧损坏。
E31：三个或更多码位失调帧损坏。这意味着此帧符号不能被修正。整帧被做错误标记。
第二次解码段：
E12：在第二次解码段一个码位被认定是错误的。
E22：在此段两个码位损坏。
E32：不可修复的错误。
BLER：计算每秒内包括至少一个码位错误的帧的数量。它是第一次解码段可纠正和不可纠正的错误总和（E11+E21+E31）。
帧错误长度（FBL）：连续错误帧总和。
iii. 数据结构
由于CD-ROM产生的技术背景是CD-DA，加上其螺旋形线型光道结构、以恒定线速度（CLV）转动、容量大等诸多因素，导致CD-ROM的数据结构比硬磁盘和软磁盘的数据结构复杂得多。
CD-ROM盘区划分为三个区，即导入区(Lead-in Area)、用户数据区(User Data Area和导出区(Lead-out
Area)。这三个区都含有物理光道。所谓物理光道是指360°一圈的连续螺旋形光道。这三个区中的所有物理光道组成的区称为信息区（Information
Area）。在信息区，有些光道含有信息，有些光道不含信息。含有信息的光道称为信息光道（Information Track）。每条信息光道可以是物理光道的一部分，或是一条完整的物理光道，也可以是由许多物理光道组成。
信息光道可以存放数字数据、音响信息、图像信息等。含有用户数字数据的信息光道称为数字光道，记为DDT(Digital Date Track)；含有音响信息的光道称为音响光道，记为ADT(Audio
Track)。一片CD-ROM盘，既可以只有数字数据光道，也可以既有数字数据光道，又有音响光道。
在导入区、用户数据区和导出区这三个区中，都有信息光道。不过导入区只有一条信息光道，称为导入光道（Lead-in Track）；导出区也只有一条信息光道，称为导出光道（Lead-out
Track）。 用户数据记录在用户数据区中的信息光道上。所有含有数字数据的信息光道都要用扇区来构造，而一些物理光道则可以用来把信息区中的信息光道连接起来。
iv. 错误检测与纠正 激光盘同磁盘、磁带一类的数据记录媒体一样，受到盘的制作材料的性能、生产技术水平、驱动器以及使用人员水平等的限制，从盘上读出的数据很难完全正确。据有关研究机构测试和统计，一片未使用过的只读光盘，其原始误码率约为3×10－4；有伤痕的盘约为5×10－3。针对这种情况，激光盘存储采用了功能强大的错误码检测和纠正措施，采用的具体对策归纳起来有三种：
(1) 错误检测码EDC(Error Detection Code)。采用CRC码(cyclic Redundancy Code)检测读出数据是否有错。CRC码有很强的检错功能，但没有开发它的纠错功能，因此只用它来检错。
(2) 错误校正码或称为纠错码ECC(Error Correction Code)。采用里德-所罗门码，简称为RS码，进行纠错。RS码被认为是性能很好的纠错码。
(3) 交叉里德-所罗门码CIRC(Cross Interleaved Reed-Solomon Code)。这个码可以理解为在用RS编译码前后，对数据进行插值和交叉处理。
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