DVD-Video物理结构和逻辑结构
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。 值得学习，谢谢分享！ 又详细，又专业，慢慢学习，呵呵！ 学习了，谢谢分享 :) ，很好啊，谢谢楼主了！ 这些基本知识原来我们都不了解，正需要学习，谢谢楼主！ 回复 1# IsaacZ
谢谢分享！ 说的详尽很不错！
很详细很专业呵呵 学习下理论很重要的