VCD盘片结构与信号组织形式

VCD是Video CD的简称，是一种全新的技术。本文主要介绍VCD盘片结构、规格及信号组织形式。

VCD与普通CD不同，它存储的是图像信号。VCD盘片大小与音频CD（现在又称为CD-DA，即Compact Disc Degital Audio）盘片大小一样，其直径为12cm。盘片中央有一内孔，其直径为15mm，在内孔之外从26mm～33mm之间为夹持盘片区；再往外从46mm～50mm有一导入区；在导入区之外，从50mm～116mm之间为用户数据区；在用户数据区之外，从116mm～117mm为导出区；在117mm～120mm之间为盘的边沿区。VCD盘片的结构尺寸见图1。

从盘片的剖面看去，盘片又分为3层，如图2所示。一层为透明衬底，材料为聚碳酸脂。中间层用铝作反射层。在反射层上是漆保护层。在漆保护层之上，一般为商标层。这样形成的盘片，按规定重量在14～33g之间。

VCD的图像和声音是以二进制形式存储的，这个二进制“1”和“0”，是以盘中反射层的凹凸坑来表示的。在反射层上，每次凹凸坑的跳变表示“1”，不跳变表示“0”。

VCD播放时，碟片放入一个由激光读取器构成的CD机心上。激光由透明村底入射，到达反射层后反射。图2中每个光坑的深度约为0.11μm，由激光器发出的激光波长为0.78μm。考虑衬底的折射率为1.58， 那么坑深接近为波长的1／4，当激光束照到信号面上， 在无坑处，激光100％反射，在有坑处，入射光和反射光的相位差近似为λ／2，即刚好反相，相互抵消，这时反射光反射的强弱经光电转换形成“0”、“1”信号。

盘片上的凹凸坑由内向外螺旋延伸，如果按照坑的宽度为0.5μm～0.6μm，长度为0.833μm～3.054μm，相临光道之间的距离为1.6μm（参看图3），大致可以算出一张盘片的容量在650MByte。计算机硬盘的信息记录密度，一般为几百个TPI／英寸（TPI为英文 Tracks Per luche的缩写）。而视光盘可达160000TPI英寸。

VCD盘片在大小上虽与CD盘片一样，但其信号组织方式却完全不同。大家知道CD是直接记录音频的PCM信号，由于盘片在制造和使用过程中，可能有灰尘和划伤，存有污迹，或盘片本身存在缺陷，使得盘片的误码率很高，从而增加了纠错和交叉交织技术。把从左右声道直接取得的音频信号叫样本，那么首先组织左右各12个样本，加上P、Q校验码、同步码、控制码，便是CD的一帧，见图4。

CD盘片中，把98个图4所示的单元叫段，或叫一个扇区，那么一个扇区就可表示成如图5所示的结构。注意，扇区中2352个字节为纯音频PCM信号。

VCD盘片的格式保留了一个扇区数据的容量，但把2352个用户数据作了重新改造。这样做的目的是便于激光唱头迅速找到某个扇区。VCD采用的方式又叫CD-ROM/XA mode 2 Form2，其格式见图6。

CD-ROM／XA mode 2 Form 2中 Header和 Subheader是盘片寻址的依据。Header和Subheader所包含的内容以及所占字节数见图7。

找出盘中Header和Subheader，就找出指定的扇区数据，也找出这一扇区与那一扇区的联系。

一幅电视图像，如按常规方式量化，以PAL电视为例，设一行有352个点，其帧速率为25，垂直方向为288像素分辨率，那么一秒钟占有的数据量为：288×352×25×8≈20.27Mbits，一个碟片只能存放约4分钟，还有相关的伴音信号没有算在内。

那么怎样才能使一个碟片存放长时间的图像和声音呢？这就要采用数据压缩。VCD采用的数据压缩标准为MPEG-I，按照国际标准ISO／IEC11172MPEG-I标准的为数字存储媒体用的约在1.5Mbit／s以下码率的活动图像及伴音的编码，一片碟片可存放多达74分钟的活动图像和伴音。按照目前CD唱头提供的参数，碟片有效数据传输的速率为：75扇区／s×2324字节／扇区×8≈1.4Mbit／s。所以，目前CD唱机的唱头稍加改造，就能适应VCD播放的需要。

按照ISO 11172标准， VCD的音视频数据的实际情况如图8所示。考虑图像和伴音不同的处理要求，碟片中每个轨迹上音视频信号排列如图9所示。

因此，VCD播放机的任务就是把存储在碟片中的、以ISO／IEC11172标准压缩的音视频信号再还原为活动图像和伴音。（张正贵）