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[资料] DVD-Video物理结构和逻辑结构

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发表于 2010-4-4 01:03:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 IsaacZ 于 2011-8-3 08:25 编辑

【转贴】

DVD的结构



  从表面上看,DVD光盘与CD光盘很相似。但实质上,两者之间有本质的差别。按单面/双面与单层/双层结构的各种组合,DVD可以分为单面单层、单面双层、双面单层和双面双层等四种基本物理结构。

  单面DVD光盘可能有一个或两个记录层。与CD一样,激光器从光盘的下面读取单面盘上的数据,双面DVD光盘上的数据分别存放在光盘的上下两面。DVD光盘的物理结构单面单层SSSL(Single Sided, Single Layer)光盘 DVD5(简称D5

  这是指常见的单面单层DVD光盘,总容量达 4.7GB,可储存播放133分钟的视频数据。

  单面单层DVD光盘是由一片空白基片和一片有一层数据记录层的基片黏合而成。无论是单层光盘还是双层光盘都由两片基片粘合而成,每片基片的厚度均为0.6mm,因此DVD盘的厚度为1.2mm。



双面单层DSSL(Double Sided, Single Layer)光盘 DVD10(简称D10

  这是指双面单层的DVD光盘,是由厚0.6mm的两面各有一层记录层的基片黏合而成,总容量达 9.4GB,可以储存大约播放266分钟的视频数据。

  读取双面盘上的数据有两种方法:

  (1)在播放完盘上第一面的节目后,将盘片从播放机中取出,翻面后再放入播放机中继续播放第二面上的节目;

  (2)在播放机中装两个读激光器,分别从盘的上下两面读取数据,或者在播放机中只装一个读激光器,但在读完盘的第一面后可以自动地跳到盘片的另一面继续播放。

  如果采取后一种方案,则读完盘的第一面后不需要将盘取出翻面。但播放机需要有这种功能。


单面双层SSDL(Single Sided, Double Layer)光盘 DVD9(简称D9

  这是指单面双层的DVD光盘。总容量达 8.54GB,可以储存大约播放241分钟的视频数据。

  双层光盘有两种方案,一种是将两层记录层都放在一片片基上,而另一片是空白片基,然后黏合。这种方案在实际生产时因工艺要求高,良品率低而不被采用。另一方案是将两层记录层分别放在上下两片片基,将下面的记录层制成半透明层,上面的记录层制成反射层,然后将两片片基黏合。这是目前DVD-9普遍采用的方案。

  激光头在读取双层光盘时,激光束先到达的记录层(下层)称为0层(L0,Layer 0),可以读取数据,因此它是反射层。但激光束又可以透过它读取上层(1层,即反射层,L1,Layer 1)的数据。因此,0层是半透明层,又称半反射层。读0层时总是从内圈开始,并从里往外读取,读完0层后再读1层。读取1层有两种方法:

  (1)逆光路径OTP(Opposite Track Path)法,即读1层时从外圈开始,并从外向里移动;

  (2)顺光路径PTP(Parallel Track Path)法,即读1层时从内圈开始,并从里向外移动。



  顺光路径两层记录层的螺旋轨道与单层光盘是一样的,而逆光路径的1层(L1)的螺旋轨道是反向的,因此,逆光路径OTP双层光盘也被称为RSDL(Reverse Spiral Dual Layer,逆向螺旋双层盘)。制作双层DVD光盘时,可以选择是逆光路径OTP还是顺光路径PTP,并在0层数据末尾写入指令。按照这个指令,母盘刻录设备会自动按要求刻录第二层母盘。光驱在读取数据时,也是按照这个指令来采用逆光路径或是顺光路径方式读取1层数据。读数激光头在读0、1层的数据时,其光学焦点会相应改变。采用顺光路径时,激光头需要从外圈回到内圈,在播放视频节目时将会有一个小小的停顿,因此,厂商一般愿意采用逆光路径OTP的方式。

  双层盘的容量比单层盘的两倍稍小,这是因为激光束要"透过"半反射层读取上层的数据,而两层记录层的间距很小,仅为20到70微米,为了减少两个层之间的干扰,两个层的最小光坑长度从0.4 um 增加到 0.44 um。为了补偿,参考扫描速度也要稍微快一点,需将3.49 m/s(单层盘)提高到3.84 m/s。较长的光坑,间隔更远些,保证数据能正确读取,而不易受抖晃影响.。增加最小光坑长度意味着每圈的光坑数减少,结果导致每层的数据容量减少。


双面双层DSDL(Double Sided, Double Layer)光盘 DVD18(简称D18

  这是指双面双层的DVD光盘,总容量达 17GB,可以储存播放482分钟的视频数据。

  双面双层盘片是由两片分别有两层记录层的片基黏合而成。生产这种盘片对生产工艺要求很高,这意味着生产成本较高。因此,除非有特殊需要,一般厂商不采用DVD-18格式。事实上,DVD-18光盘在市场上并不多见。



DVD光盘数据的组织方式

  数据组织方式,DVD光盘与CD光盘相似,每一层均分为导入区(Lead-in Area)、数据区(Program Area)和导出区(Lead-out Area)三个区域。对双层OTP盘而言,还有一个中间区(Middle Area)。

  DVD光盘上的数据是按扇区(Sector)形式组织的。每个扇区由1024位数据组成,扇区之间没有间隙,并按如下方式连续地存放在盘上:

  1. 对于单层光盘,从导入区的开始处到导出区的结束处;

  2. 对于双层光盘的0层,从导入区的开始处到中间区的结束处;

  3. 对于双层光盘的1层,从中间区的开始处到导出区的结束处。

  对于采用OTP(逆光道路径)方式的双层光盘,1层中间区开始处的扇区号由0层数据区的最后一个扇区号按位取反而得到,此后的扇区号就连续增加直至1层导出区的结束处。

·扇区

  用户数据2048字节。数据扇区2064个字,在用户数据前加上4个字节标识码(Sector Identification Data,简称ID)用于标识扇区格式、轨道方式、反射率、扇区所处区域、数据种类、层数、扇区数等信息;2个字节用于ID误码探测(ID Error Detection Code,简称IED);6个字节用于拷贝保护信息(Copy Protection information,简称CPR),共计12个字节加在扇区开头;而扇区末尾加上4个字节误码探测(Error Detection Code,简称EDC)。将数据扇区2064个字节排列成12行×172列的阵列结构,再将连续16个数据扇区组合在一起,进行里德所罗门误码校正编码(The reed-solomon error correction code),计算出外码奇偶校验OCP和内码奇偶校验ICP,构成208×182阵列的误码校正块(ECC BLOCK)。编码后,每个扇区增加了302个字节。新组成的扇区称为记录扇区。一个记录扇区2366字节。物理扇区是将记录扇区从中间分开成两个半帧,每半帧加入26个字节同步码。然后进行8-16调制变换,形成具有2个同步帧的物理扇区。调制后一个物理扇区共有4836个字节,相当于调制前的2418字节。物理扇区的数据一行接一行变成通道数据输出记录到DVD光盘上,它就是记录在光盘上的真实扇区。

  导入区、数据区、导出区和中间区所含的扇区数是可变的,主要取决于程序内容的长度。一般来说,数据区的第1个扇区号总是指定为196608号(030000H)。

  导入区由参考码和控制数据组成。其中的参考码由32个扇区长的2个纠错块组成。控制数据由192个纠错块组成,主要包括光盘的物理格式信息、光盘的制造信息和节目提供者信息。数据区的数据是用户数据。中间区的所有主数据均置为0。导出区的所有主数据也均置为0。

  ·8-16调制

  DVD读写数据的原理与CD一样,光盘上的坑(pit)和岸(land)储存信息,“坑”和“岸”都读为“0”,“坑”和“岸”的长度决定"0"的个数,“坑”和“岸”的交界处,读为“1”。如果将二进制数字不经过调制而直接作为通道码,那么,激光头在读写时将会遇到困难。遇到“10101010”时,读写频率很高,要求激光器电路的带宽很宽,遇到“00000000”时,不但读写频率很低,而且激光束会丢失跟踪信息轨迹的信号。因此,CD采用EFM,即8-14调制技术,再加上3位隔离码合并成为17位通道码。DVD则是采用先进的8-16调制技术,不需要隔离码,即可满足最多不可有10个以上的连续0,最少有2个连续0的要求。形成的通道码是16位,可比CD节省1位。DVD光盘的逻辑结构和数据结构

  1. 逻辑结构

  一张DVD光盘总是包含一个逻辑卷。对于多层DVD盘,卷被分成与层数相对应的分区。一个逻辑卷里的基本逻辑单元是一个逻辑扇区,它包含2048个字节,与一个物理扇区相对应。

  一个卷主要包含卷及文件结构、DVD-Video区和非DVD-Video区(该区是可选的),视频文件放在DVD-Video区内,计算机数据放在非DVD-Video区内,这样就可在同一张DVD盘上存放影视节目和计算机游戏节目。

  2. 数据结构

  DVD盘上有浏览数据(Navigation Data,即处理回放数据)和演播数据(Presentation Data,即音频、视频、子图等数据)两种数据结构。用户可以按照浏览数据中的控制信息,播放演播数据中的音频、视频和子图等数据。

  ·浏览数据的结构

  浏览数据主要控制如何回放演播数据,它由视频管理器信息(VMGI)、视频节目集信息(VTSI)、程序链信息(PGCI)、演播控制信息(PCI)和数据搜索信息(DSI)等5个部分组成。

  ·演播数据

  播放数据由音频、视频和子图组成。它至少含有一个节目。一个节目至少包含一个程序链PGC。一个节目中的第一个程序链总是Entry PGC。在只有一个程序链的节目中,该程序链就是Entry PGC。

  一个程序链PGC由程序链信息PGCI和视频对象集VOB中的单元组成。PGCI又由前命令(pre-command)、后命令(post-command)及单元(cell)组成的程序组成,这些单元指向VOBS中的单元,这样就定义了回放这些单元的顺序。DVD光盘的文件系统    DVD采用UDF/ISO9660文件系统。

  UDF(Universal Disk Format),它最早用于可擦写光盘的写入与重写。它是DVD标准的文件系统。

  ISO9660可以与电脑的操作系统兼容。

  下图是我公司出版的一张DVD影碟的目录结构,可以看到这张影碟有一个区段(Session),一条光轨(Track),采用DVD光盘默认的UDF/ISO9660文件系统。这样,它既可以在DVD播放机上播放,也可以在电脑上播放。



    DVD-ROM是DVD最基本的格式,它与电脑操作系统兼容。在Windows的资源管理器中,读取DVD-ROM光盘的文件夹、文件就像本地硬盘一样方便。DVD-Audio和DVD-Video则是构建在DVD-ROM框架上音频和视频格式的光盘。音盘和视盘具有相似的目录结构,其结构如上图所示。上图是典型的目录结构,在DVDVOLUME(或VOLUME)的目录内,有两个目录,AUDIO_TS放置音盘数据,VIDEO_TS放置视盘数据。所以,视盘中AUDIO_TS目录内没有文件。正因为如此,也可以自定义目录结构。下图是我公司出版的“天仙配”影碟的目录结构。



  图中可以看出,主目录自定义为“TIANXIANPEI(天仙配)”,主目录内只有VEDIO_TS一个目录,取消了AUDIO_TS目录。现在,我们再看看在VIDEO_TS目录内是些什么文件?见下图。



  文件有三种类型:.VOB、.IFO和.BUP。

  IFO是Information 信息文件,BUP是Backup 备份文件,VOB是Video Objects 视频目标文件,对于DVD-Audio光盘来说,就是放置在AUDIO_TS目录中的AOB,即Audio Objects 音频目标文件。

  IFO文件用来控制VOB文件的播放。IFO文件中保存有怎样以及何时播放VOB文件中数据的控制信息,比如段落的起始时间、音频数据流的位置、字幕数据流的位置等信息。DVD播放机或电脑的播放软件通过读取IFO文件,才能把组成DVD影片的各种数据有机地结合起来进行播放。BUP文件是信息文件的备份。由于IFO文件对于保证影片的正常播放非常重要,所以需要保留一个副本,以备在IFO文件的读取发生错误时仍然可以通过读取BUP文件来得到相应的信息。VOB文件用来保存DVD影片中的视频数据流、音频数据流、多角度、多语言字幕数据流、提供选单和按钮数据以及视频制式(PAL还是NTSC)、画面宽高比(16:9还是4:3)等信息。由于一个VOB文件中可以保存一个主要的视频流和数个多角度视频流、8个数字音轨和32个字幕数据流,所以DVD影片也就可以拥有8种语言的伴音、9个角度和32种语言的字幕。

  现在我们再来看文件名,文件名有两种类型:VIDEO_TS和VTS_xx_y。TS即Time Stamp时间标志。VTS 即video title set,是视频标题集的简称。xx是两位序号,自01开始,按序排列,最大到99。它表示标题数,最多有99个标题。一张视盘至少要有一个标题。y是一位序号,自0开始排列,最大到9。它是分标题数,最多可达10个。一个标题至少有“0”和“1”两个分标题。上图我们看到:这张光盘有“01”和“02”两个标题。01标题有“0”和“1”两个分标题,02标题有“0”至“5”六个分标题。标题的数量取决于影片素材编辑合成时的设置。例如,我们可以把片头和版权声明、影片、影片拍摄花絮分别设置为三个标题。也可以将前两个或后两个合并,成为两个标题。甚至可以全部合并为一个标题。分标题“0”的IFO文件放置场景、语言、字幕等选项的菜单信息。分标题“1”开始,VOB文件保存视频文件。每个分标题下VOB文件大小,应小于或等于约1GB(如上图)。VOB文件如果大于1GB,就不能在电脑上播放。由于VOB文件大小受到限制,所以将视频文件分割为若干个分标题依次存放。这些文件虽然在形式上被分割了,但程序链(PGC)可以将它们无缝连接起来,使得影碟在播放时能连贯播放。


  VIDEO_TS和VTS_xx_0可能有IFO、BUP和VOB为扩展名的三个文件。但是VOB文件可能有,也可能没有,如上图就只有IFO和BUP两个文件。DVD视盘中都有视频管理器 (VMG)。视频管理器存放在VIDEO_TS.IFO文件,它保存光盘的全局信息,如区域码、可选菜单等信息。当光盘插入光驱,播放器首先寻找VIDEO_TS.IFO文件。

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又详细,又专业,慢慢学习,呵呵!
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,很好啊,谢谢楼主了!

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这些基本知识原来我们都不了解,正需要学习,谢谢楼主!
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说的详尽很不错!

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很详细很专业  呵呵 学习下理论很重要的
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