CD发展及格式

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一、CD发展简史

1877年爱迪生发明了留声机,开创了用唱片记录声音的新纪元。八十年之后,也就是到了1957年,出现了立体声唱片(Stereo Record),使得唱片的放音进入高保真(Hi-Fi)时代。但直到此时的发展仍局限于用模拟信号灌制唱片的范围。

1970年,德国宝丽金(Polygrom)唱片公司发明了用调频信号调制的凹凸信号,以坑点的形式录制在圆盘(Disc)上,用这种方式把影像信号和音乐、声音信号存录起来。这是把信号以数字化的方式存录在圆盘上成功的开始。后来,再以激光光学方式从圆盘上读取存录的信号,也就是通常所说的激光唱片LD(Laser Disc)。

二、CD的特点

CD是一张直径12cm、厚1.2mm闪着银色光芒的圆片。它的材质是聚碳酸酯树脂塑料,在那上面的大部分圆周面积上蒸镀有铝质反光膜,而数字化的信号则通过光刻工艺制作(也就是灌制)在这薄薄的反光层上,成为一群群依规则排列的凹凸坑点。每一列坑点与另一列坑点之间的间距约1.6μm;坑点深度约0.1μm;坑点宽度约0.5μm。至于坑点列中,坑点与坑点之间的距离则由于坑点长度的不同而不同。坑点的长度有9种,分别表示3T、4T……11T,T为一个周期,所以坑点到坑点的距离大约为0.8~3.5μm。一片标准CD盘大约有20亿个这样的坑点,可以记录74分钟的声音。定为74分钟,据说是采纳了著名指挥家卡拉扬的建议,因为他最喜爱的贝多芬第九交响曲演奏时间为74分钟。

三、CD的发展

CD出现后,CD用途的多样性迅速得到人们广泛的重视。对于CD巨大的存储能力,人们进行了各种各样的开发。随后,满足不同需要的各种CD格式出现了。

1.CD-ROM(CD-Read Only Memory),CD只读存储器

CD-ROM的发展,使CD已不完全局限于存储音乐,CD格式的开发,使CD可以存储各种节目源,作为一种存储媒体它还大量地应用在计算机上对数字库和软件数据等存储。其存储量为680Mb。由于数据的读取同音乐的播放有些差别,音乐连续播放的时间相对较长,而数据则需经常的读取,因此存放数据比存放音乐信号更复杂些,但CD-ROM的数据格式能兼容CD音乐格式。

2.CD-I(CD—Interactive),交互式CD

CD-I是CD-ROM的一种应用格式,它除了可读取音乐和数据之外,还可以即时读取声音、图像、文本文件及数据等交互式格式的多种信息,即人们常说的多媒体。因为CD-I是交互式媒体,信息的读取是通过对话方式进行的。

CD-I标准在《绿皮书》中有详细的描述。

3.CD-V(CD-VIDEO),CD视频图像

CD-V是将声音和具有LV(Laservision)激光视盘质量的图像录在同一块盘上的一种格式。它在数字音轨上存有5分钟全活动NTSC/PAL视频图像和20分钟声音的信号。声音存在距盘中心50mm~74mm的轨道上,图像信号存在78~116mm的轨道上。CD-V播放机只可以播放CD-V盘上的图像信号。注意VIDEO—CD和CD—V是有差别的,VIDEO-CD稍后会有介绍。

CD-V标准在《蓝皮书》中有详细定义。

4.CD-R(CD-Recordable),可记录CD

CD是一种只能播放的媒体,但光学技术发展使可写式CD即CD—R发展成为可能。CD-R又称CD-WO(Compact Disc—Write Once),即只写一次的CD。数据是被永久写入的不能擦除,这种写入系统称为WORMS(Write Once,Read Many),即写一次读多次。

5.CD—G(CD-Graphics),静止图像CD

在每片CD上有20M字节的存储空间,是CD盘的设计者为以后的控制扩充而设置的。CD-G利用了这些非声音数据区,存放了一些可以在彩色监示器上随音乐显示的静止彩色图像、文字或一些其它形式的资料。如果使用的CD盘是CD—G格式,则在CD-G的播放机上使用时,可以在放音乐的同时,在监示器上看到有静止画面的图像。CD-G是一种适合于卡拉OK演唱的唱片。

6.PHOTO-CD,照片CD

Photo CD系统是由柯达和飞利浦公司联合开发出的技术,它采用数字图像处理技术,将照片和电影上的画面存在CD上,并按照CD-I的格式,通过计算机或CD-I播放机将画面输出到喷墨打印机或电视机上,Photo CD播放机也能播放普通CD盘。

7.Video CD标准及制作过程

图像数字化后的数据量很大,如不压缩,一张12cm的CD盘只能存储20多秒的活动图像。为此,国际标准化组织ISO的MPEG(活动图像专家组)委员会1992年公布了一个标准化草案,确定了媒体1.5Mb/s传输的标准,称为MPEG-I。符合MPEG-I标准压缩的图像质量,可以达到家用录像机的图像质量水平;声音质量与CD基本相同。1993年8月由松下、JVC、飞利浦、索尼四家公司最后确定了MPEG-I技术用在家用电子产品上实现全活动数字图像的播放规格,并推出相应的产品VIDEO—CD,即具有同步的音频全屏幕活动图像。在直径12cm的CD上录入可以播出74分钟符合MPEG标准的全屏活动图像及相当CD音质的声音。

目前Video CD通常采用MPEG-I标准压缩机音频数据,但却还未形成统一的光盘记录格式,即光盘记录的表头格式标准各异。常见的Video CD标准有CD-DV(Digital Video,数字视频)、CD-Movie(CD-电影)、Karaoke CD(卡拉OK CD)、CD-IFMV(Full Motion Video,全屏活动视频)等,它们的表头格式不同,相互兼容性也很差。

最早的CD—ROM标准《红皮书》和《黄皮书》都只定义了数字音频标准,1988年制定的CD—ROM《绿皮书》标准(也称CD-I标准)。第一次规定了数字音频和数字视频的交互式存储格式和软硬件标准,飞利浦的CD-I FMV就是将MPEG-I标准纳入《绿皮书》规格中而实现的一种Video CD标准。

飞利浦等厂商以CD—I(《绿皮书》标准)为基础,对其中的Video部分进行了重新定义,于1990年发表了CD-ROM《白皮书》标准,(柯达和飞利浦合作开发的Photo CD就是符合《白皮书》标准的著名产品),它定义了高清晰度的数字视频CD存储格式。1994年春天,飞利浦等厂商商定以MPEG-I压缩标准和CD-ROM《白皮书》的表头格式为基础来定义Video CD的统一标准,所以将来的CD-DV、CD—Movie、Karaoke-CD等都将能统一于该标准下,并相互兼容。

Video CD的制作包括视频影像制作、影像数字化与MPEG压缩以及写入CD光盘等三个主要阶段。

视频影像的制作包括对素材的现场制作与拍摄和对影带的编辑(如剪辑、特效、旁白、字幕等)等两部分,这是形成Video CD母带的基本工作,直接影响产品的视频影像的质量。虽然MPEG理论已经很成熟,但在技术上对噪声的影响却很难克服,这便使得对母带的要求更苛刻。

影像数字化与MPEG压缩是指利用特定的硬件和软件对母带中的视频信号进行数字化,并按MPEG标准进行压缩,以获得视频影像的MPEG压缩文件。

将MPEG压缩文件写入CD盘中是得到视频影像的MPEG压缩文件的最后的工作。如不遵循《白皮书》标准,则可直接将MPEG文件写入CD盘,如要遵循《白皮书》标准,则要用特定的方法进行处理并写入CD盘中。

一片普通680Mb的Video CD盘可播放74分钟的视频影像。Video CD影像清晰,声音高保真、且易保存,永不磨损。(周任飞)