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CN1232252A - 记录介质及重放设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种记录介质,它包括:节目区,其中包括标题、主数据和子数据的数字数据是分块的、并以可变的扇区数进行记录,而单个扇区具有预设的数据长度;以及管理区,其中记录了用于区分可变扇区数的识别符,以便在分组中主数据的数据量保持不变的情况下使子数据的数据量可变。还提供了用于重放上面定义的记录介质的重放装置。

Description

记录介质及重放设备
本发明涉及一种记录介质，可以通过标题、主数据和子数据、以多个单元块的形式把数据记录在其中，而且可以在不减小主数据的记录容量的情况下改变其中的子数据的记录容量。本发明还涉及重放该种记录介质用的重放设备。
在传统的记录介质中，与记录主数据信号用的区域分开地设置一个与主数据信号同时读出的子数据信号用的记录区域。这些子数据信号，亦称子数据或子码，用来记录辅助信息，诸如图形信息或正文数据。
在光盘(CD，注册商标)中，例如，与记录音频信号数据用的区域分开地设置了记录子数据用的区域，该子数据可以在重放音频信号的同时重放。这些子数据除了诸如乐曲号、索引或播放时间以外，还包括字符、图形等等。在CD-G(CD-图形)中，例如，图形信息是用被称为子数据用户位的6位来记录的，以便与伴音一起同时显示图象或歌词(卡拉OK)。
同时，由于子数据的数据传输速率是几kBps(千字节/秒)的数量级，诸如5.4kBps，所以，不能期望可以作为子数据记录的图形信息是高质量的。这远远低于现在在世界范围内广泛应用的Internet上的所谓流式重放所要求的64kBps。在涉及静止图象的范围内，也不能满足用来显示用目前广泛采用的JPEG(联合摄影专家组)格式或GIF(图形交换格式)编码的高质量的静止图象所要求的数据传输速率。
为了应付流式重放或高质量静止图象，要求超过64kBps的辅助数据的高传输速率。但是，为了实现高传输速率，必须设置用于大量辅助信息需求的区域，结果，主数据区缩小了。若主数据区缩小，则净结果是音乐重放时间减少或音质降低。
因此，本发明的一个目的是提供一种记录介质，其中保证传输速率至少高于传统CD的子数据传输速率，可以可变地保证较高的传输速率，并提供一种重放设备，其中当重放这种记录介质时可以可变地转换所述子数据传输速率。
在一个方面，本发明提供一种记录介质，它包括：节目区，其中包括标题、主数据和子数据的数字数据是分块的，并以可变的扇区数进行记录，而单个扇区具有预设的数据长度；以及管理区，其中记录了用于鉴别可变扇区数的识别符，以便在分组中主数据的数据量保持不变的情况下使子数据的数据量可变。
在另一方面，本发明提供一种用来重放这样的记录介质的记录/重放设备，所述记录介质包括：节目区，其中包括标题、主数据和子数据的数字数据是分块的，并以可变的扇区数记录，而单个扇区具有预设的数据长度；以及管理区，其中记录了用于鉴别可变扇区数的识别符，以便在分组中的主数据量保持不变的情况下使子数据的数据量可变。具体地说，所述记录/重放设备包括：重放装置，用来重放记录在节目区中的数字数据和记录在管理区中的识别符；分离装置，用来把主数据和子数据从数字数据中分离出来，所述数字数据是由重放装置从所述记录介质的节目区重放的；以及控制装置，用来根据重放装置从记录介质的管理区重放的识别符来控制分离装置，并用来识别可变扇区数。
如前所述，本发明的记录介质的传输速率至少高于传统CD的子数据传输速率，并可保证较高的可变传输速率。另外，按照本发明的重放设备可以在重放这种记录介质时可变地转换子数据的传输速率。
图1是实施本发明的双层光盘的透视图；
图2A表示单帧的扇区数为14/3(扇区/帧)的标准方式的数据结构；
图2B表示单帧的扇区数为16/3(扇区/帧)的扩展方式的数据结构；
图3表示图2A所示标准方式的详细的数据结构；
图4表示图2B所示扩展方式的更详细的数据结构；
图5A表示记录在图1中所示CD层101上的数据结构；
图5B表示记录在图1中所示HD层102上的数据结构；
图6A表示记录在图1中所示HD层102上的数据结构；
图6B表示图6A中所示数据区的更详细的数据结构；
图6C表示图6B中所示音频区的更详细的数据结构；
图6D表示图6C中所示音频道的更详细的数据结构；
图7是实施本发明的重放装置的方框图。
图1表示应用于本发明一个实施例的重放装置的多层盘的结构。该多层盘是一种具有约12cm(厘米)直径和1.2mm(毫米)厚度的光盘，并在上表面上具有标签面105、CD层101、CD衬底103、高密度(HD)层102、HD衬底104和读出面组成的分层结构。
正如从上述结构可以看出的，形成CD层101和HD层102两层，用作记录层。在CD层101上，像CD的情况一样，记录着以44.1kHz(千赫兹)采样的16位数字音频信号，而在另一层，亦即在HD层102上记录着以2.842MHz(兆赫兹)进行Δ∑调制的1位数字音频信号，这是一个极高的采样频率，高达上述44.1kHz的16倍。
至于频率范围，CD层101具有5至20kHz的频率范围，而HD层102可以实现从直流分量到100kHz的宽频率范围。
至于动态范围，CD层101对整个音频范围可以实现98dB(分贝)，而HD层102对整个音频范围可以实现120dB频率范围。
CD层101的最小坑点长度是0.83μm，而HD层102是0.4μm。
CD层101的纹迹间距是1.6μm，而HD层102是0.74μm。
CD层101的读出激光波长是780nm(纳米)，而HD层102的较短，为650nm。
对于CD层101和HD层102，光学传感器透镜的数字孔径NA分别为0.45和0.6。
用这样的方法，通过改变最小坑点长度、纹迹间距、透镜的数字孔径以及激光波长，HD层102的数据容量可以设置至高达4.7GB(千兆字节)，相比之下，CD层101的数据容量为780MB(兆字节)。
记录在HD层102上的Δ∑调制64Fs,1位音频信号，下称高速1位音频信号。
由于在双层光盘的一层上记录着具有与当前市售的单层光盘一样的记录结构的数字信号，而在另一层上该记录结构的数字信号在质量上高于当前市售的单层光盘，所以，至少CD层101可以用目前在全世界范围销售的CD播放器重放，而设计成适应HD层的重放装置则既可以重放CD层101，又可以重放HD层102。
适应HD层的重放装置可以重放目前市售的单层光盘。
上述高速1位音频信号(64Fs,1位，Fs是44.1kHz)的两个声道相当于705600字节(705.6kB(千字节))/秒，亦即，若1秒相当于75帧，则每帧相当于9408字节。于是，为了记录3帧信号，要有28224字节，而为了利用每扇区2048字节的扇区来记录主数据，要14个扇区(28672字节)或更多才够。
按照本发明，记录诸如图形信息等辅助信息的补充数据(子数据)的单位时间记录容量，在不改变作为主数据记录的音频信号质量的情况下加以改变。
具体地说，把扇区数设置为14的这样一种方式设置为标准方式，而且与作为子数据S的标题H一起，利用排除主数据M的记录容量448(=32768-28224)。
另外，把扇区数设置为16的这样一种方式设置为扩展方式，而且与作为子数据S的标题H一起，利用排除具有固定数据量(=28224字节)的主数据M的记录容量4544(=32768-28224)。
图2A和2B表示包括多个分别用于标准方式记录和扩展方式记录的小单元块Bs的层的大单元块数据BL。每一个小单元块Bs包括记录在图5B所示光盘数据区2的标题H、子数据S和主数据M。
就这种光盘而言，小单元块Bs中的主数据M的数据量是固定的，而就作为单元的大单元块而论，小单元块Bs的扇区数是可变的，诸如14或16扇区，如图2A和2B所示，以此使子数据S的数据量是可变的。
总而言之，如图2A所示，在标准方式下记录在数据区的大单元块BL包括14个扇区，每一个扇区包括2048字节。每一个小单元块Bs中主数据M的基于扇区的数据量是上述2048字节中的2016字节。因此，标准方式下大单元块BL中的主数据M的数据量是2016×14=28224字节。28224字节的数据量均匀地分布在上述3个小单元块Bs的3个帧F1,F2和F3中，因此给所述3个帧各自分配9408字节。
如图2B所示，在扩展方式下记录在数据区中的大单元块BL包括16个扇区。每一个小单元块Bs中的基于扇区的主数据M的数据量是2048字节中的1764字节，扩展方式下大单元块BL的主数据量是1764×16=28224字节，这与标准方式下的相同。类似地，主数据M的数据量28224字节均匀地分布在小单元块Bs的3个帧F1至F3中，所以给帧F1至F3各自分配9408字节。
另一方面，扩展方式下大单元块BL中的子数据S的数据量增大，多了标准方式下大单元块BL的扇区数和扩展方式下大单元块BL的扇区数之间的差，亦即2个扇区(2048×2=)4096字节。实际上一般标题H的数目也增大2,10字节的数据量分配给标题H，使得所增大的数据量是4086字节。
图3和4分别表示上述标准方式下和扩展方式下大单元块BL的详细格式。
在图3中，小单元块Bs中的第一帧F1包括从扇区1的主数据的前端起到扇区5的主数据的第1344字节为止的字节数。就是说，在主数据M的第一帧F1中，分割地记录在扇区1到扇区5的第1344字节。第一小单元块Bs的标题H的数据量比同样的小单元块Bs中的其它扇区的标题(5字节)大3字节，亦即8字节。下面将解释标题H的数据量。由于扇区1的标题在数据量上比其它标题大3字节，所以，扇区1的子数据就比其它子数据的数据量的27字节少3字节，或为24字节。原因是，如图2A所示，标题加上子数据是固定的。
图3中第二小单元块Bs的第二帧包括从扇区5主数据的第1345字节起的672字节直至扇区10主数据的第672字节为止。就是说，在主数据的第二帧F2中，9408字节的数据量是分割地记录在扇区5的672个字节、扇区6至9的2016×4(=8064)字节和扇区10的672个字节。至于第二标题H的数据量，由于小单元块Bs的前导扇区5需要表达指示主数据、子数据和两个主数据、总计3个分组中帧的开始的时间码所需的数据，所以，第二标题H的数据量就是10字节，比扇区1的标题的8字节多，后者需要用于子数据和一个主数据、总共2个分组和指示帧开始的时间码的数据量。由于扇区5的标题比其它标题(5字节)多5字节，所以扇区5的子数据就是22字节，比其它子数据的27字节少5字节。
图3中第三小单元块Bs的第三帧F3包括来自剩余的1344字节的数据，即从扇区10主数据的第673字节起直至扇区14主数据的结束。就是说，主数据的第三帧分割地在扇区10的1344字节和扇区11至扇区14的2016×4(=4064)字节记录了9408字节的数据量。小单元块Bs的标题H的数据量是10字节，因为这是描述指示主数据、子数据和两个主数据、总共3分组的帧的开始的时间码的数据所必需的。由于扇区10的标题比其它标题(5字节)多5字节，所以，扇区10的子数据就是22字节，像在第二小单元块Bs中一样，比其它子数据的数据量27字节少5字节。
这样，就图3所示标准方式下的大单元块BL而言，把3个帧的主数据M的总数设置为28224字节，而把子数据S的总数设置为365字节。
在图4中，第一小单元块Bs中的第一帧包括从扇区1的主数据的开始端起直至扇区6主数据的第588字节的数据。就是说，主数据第一帧F1具有9408字节的数据量，亦即直至扇区6第588字节的数据总数。就是说，主数据的第一帧F1具有9408字节的数据量，这是直至扇区6第588字节的总数。另一方面，第一小单元块Bs的标题H的数据量是8字节，比同样的小单元块Bs的其它扇区的标题多3字节，就是说，相当于指示主数据中帧开始的时间码的数量。由于扇区1的标题比其它标题多3字节，所以，扇区1的子数据就是276字节，比其它子数据的279字节少3字节，因为正如图2B所示的，标题加上子数据是固定量。
另一方面，图4中第二小单元块Bs的第二帧F2包括从扇区6主数据的第589字节起剩余的1176字节，直至扇区11主数据的第1176字节。就是说，主数据的第二帧F2分割地在扇区6的1176字节、扇区7至扇区10的1764×4(=7056)字节和扇区11的1176字节记录了9408字节的数据量。另外，第二小单元块Bs的标题H需要描述指示主数据以及子数据和两个主数据等3个分组的帧开始的时间码的数据量，使得标题H的数据量是10字节，比需要用于子数据和一个主数据等两个分组和指示帧开始的时间码的数据量的扇区1的标题的8字节多了2字节。由于扇区6的标题比其它标题(5字节)多了5字节，所以，扇区6的子数据就是274字节，比其它子数据的279字节的数据量少了5字节。
另外。在图4中，第三小单元块Bs的第三帧F3包括扇区11主数据的第1177字节起的剩余588字节直至扇区16主数据的结尾为止。就是说，主数据第三帧F3在扇区11的588字节、扇区12至16的1764×5=8820字节中记录了9408字节的数据量。第三小单元块Bs的标题H具有10字节的数据量，因为小单元块Bs的前导扇区11需要指示主数据以及子数据和两个主数据等3个分组的帧开始的时间码。由于扇区11的标题比其它标题的5字节多了5字节，扇区11的子数据的数据量就是274字节，如同上述第二小单元块Bs的情况，比其它子数据的279字节的数据量少了5字节。
这样，图4所示扩展方式的大单元块BL把3个分组主数据的总数设置为28224字节，而把子数据的总数设置为4451字节。
因此，通过以16扇区构成大单元块BL，每3个帧4451字节的数据量，就是说，4451×75/3=111275字节(111.275kB)/秒可以用作扩展方式下的子数据S。这意味着对于扩展方式，子数据S的数据量可以变化到超过标准方式每3帧子数据S365字节数据量的12倍，就是说，对于大单元块BL,365×75/3=9125字节(99.125kB)/秒，或就传输速率而言9.125kBps，其中大单元块BL是由14个扇区组成的。
而同时，在目前通常用在，例如卡拉OK上的光盘(CD)图形(G)或CD-G中，其中6位子数据R至W用于图形信息，每秒的数据量是96×6×75/3=5400字节，就传输速率而言相当于5.4kBps，使得扩展方式的传输速率达到CD-G的20倍以上的水平。
应该指出，在Internet中目前广泛应用的流式重放的情况下，就是说，在把通过Internet传输的图形信息写入RAM(随机存取存储器)并且立即重放时，采用超过64kBps的传输速率。上述扩展方式的传输速率足以满足这一传输速率，使得它也足以用作正在Internet上发送图形信号的发送方的介质。
而同时，在上述标准方式和扩展方式中，标题H的长度是可变的，因为子数据S的数据量是可变的，但标题加上子数据则是恒定的。
若标题长度H用字节数表示，则
标题字节数=1字节+(N_Packets)×2字节+(N_Audio_Start)×3字节。
在这个等式中，在第一字节中写入：一个扇区有多少分组、有多少帧具有重新开始的时间码，以及分组数各个数据的类型。N_Packets是一个变量，表示一个扇区中包括的分组数，而N_Audio_Start是一个变量，表示该扇区中重新开始的音频帧数目。若有任何新开始的音频帧，则要求3字节的时间码。
例如，图4的扇区6的标题H的数据量是
1字节+(3_Packets)*2+(1_Audio_Start)*3字节=10字节。
另外，如图2A和2B所示，由于在一个扇区中主数据M的开始位置，就是说，字节位置是一个常数，所以，可以容易地从光盘取出作为主数据记录在光盘上的左声道和右声道、总计两个声道的数据。
把上述两种方式、标准方式和扩展方式彼此区分开来的方法已经解释了。下面的解释用混合光盘作为特定的例子，所述混合光盘既有用来记录高速1位音频信号的高密度记录层(HD层)，又有光盘用的记录音频信号用的CD层。
首先，参照图5A和5B解释混合光盘。在这个混合光盘中，为图5B所示的HD层进行的主准备工作可以通过高速1位音频信号来完成，而同时准备的CD声可以记录在图5B所示的CD层上。这使混合光盘，类似传统的CD能够用传统的CD播放器重放。从内缘侧向外缘侧看，CD层和HD层各自设有导入区、数据区和导出区。
正如上面所讨论的，HD层在数据区的管理区中有用于把两种方式、亦即标准方式和扩展方式彼此区分开来的识别符。下面将参照图6的详细的格式图解释HD层的管理区。
图6A所示的数据区包括：双声道立体声区，用来以双声道立体声的高速1位音频信号记录声音；和多声道区，用来记录多声道声音，如图6B所示。数据区还包括：文件系统区；其中录有指示整个光盘的类型的管理信息目录(TOC)的主目录区；以及额外数据区。
辅助信息，诸如上述图形信息，被作为子数据记录在双声道立体声区中。这个双声道立体声区具有两个声道立体声音频纹迹，它包括图6D所示的n个纹迹(纹迹1,2,3,…,n)，并且如图6C所示夹在两个区纹迹(区TOC-1和区TOC-2)之间。
混合光盘的HD层用两个区TOC(区TOC-1和区TOC-2)作为管理区，记录着用来区分具有可变受控数据量的子数据的作为方式区分信息的识别符。尽管两个区TOC(区TOC-1和区TOC-2)都用作管理区，但只要TOC-1或区TOC-2就够。上述识别符还可以写在作为管理区的主TOC区中。
若记录在管理区中的上述识别符由图7所示的光盘重放设备读出，以掌握上述标准方式或扩展方式，则用户可以以9.125kBps或111.275kBps的传输速率重放图形信息。
参照图7，该光盘重放装置包括：光学读出装置11，诸如拾音器，从混合光盘1的HD层产生读出信号；射频放大器13，用来从光学读出装置11的读出信号产生重放数据；解调解码器18，用来对来自射频放大器13的重放数据的大单元块BL进行解调和解码；以及数据分离器19，用来从由解调解码器18解码的大单元块BL中分离出主数据M和子数据S。重放装置还包括分离控制器20，用来根据记录在管理区、诸如上述区TOC-1和区TOC-2中的方式区分信息，控制数据分离器19。
光盘重放装置10还包括：锁相环(PLL)电路17，用来产生与来自射频放大器13的重放信号同步的时钟信号；伺服信号处理器14，用来使光学读出装置11根据来自射频放大器13的误差重放信号跟随光盘1；聚焦驱动器15，用来驱动包括在光学读出装置11中的聚焦线圈；各驱动器16，用来驱动跟踪线圈或螺纹机构；定时产生电路21，用来以来自射频放大器13的重放信号的CLV(恒定线速度)旋转光盘；以及CLV处理器，用来响应来自定时产生电路21的定时信号产生CLV控制信号。光盘重放装置10还包括主轴马达，用来接受来自CLV处理器22的CLV控制信息，以便以CLV驱动光盘旋转。
光盘重放装置10还包括：控制器23，用来对来自数据分离器19的子数据进行解密，以便使图形信息显示在显示装置24上，后者为此目的而连接到控制器23；执行装置30；存储器29和对来自数据分离器19的主数据M进行转换用的D/A(数/模)转换器25。光盘重放装置10还包括音量控制器26，用来在控制器23、放大器27和扬声器28的控制下对模拟音频信号进行音量控制。
光学读出装置11包括物镜、激光器、检测器和聚焦线圈等。聚焦驱动器15由伺服信号处理电路14控制。光学读出装置11除上述组件以外还包括：跟踪线圈，用来沿着光盘1的径向驱动物镜；和螺纹机构，用来沿着光盘的径向驱动光学系统。所述各线圈直接由所述各驱动器驱动。
伺服信号处理电路14、PLL电路17、解调解码器18、数据分离器19、分离控制器20、定时产生电路21和CLV处理器22可以包括在数字信号处理器中。
下面将解释上述光盘重放装置10的操作。在下面的解释中，假定要重放图1的HD层102。夹紧光盘1，以便由主轴马达12来驱动光盘1旋转。光学读出装置11从以CLV旋转的光盘1读出记录信息，以产生读出信号。
把由光学读出装置11的检测器转换的读出信号送往射频放大器13。射频放大器13把读出信号转换成重放信号，而同时从读出信号产生跟踪误差信号和聚焦误差信号，以便把误差信号送往伺服信号处理器14。
伺服信号处理器14驱动聚焦驱动器15和各驱动器16，以便把跟踪误差信号和聚焦误差信号减小至0。
来自射频放大器13的重放信号送往解调解码器18和PLL电路17。解调解码器18对重放信号进行解调和解码，以便把图2A,2B,3和4的大单元块BL送往数据分离器19。
数据分离器19从大单元块BL数据分离出主数据M和子数据S。另一方面，分离控制器20从大单元块BL数据读出方式转换识别符信息，作为上述识别符，以识别大单元块BL数据是按照标准方式或扩展方式记录的，以便控制数据分离器19中的分离操作。
由于数据分离器19可以发送以预置方式记录的子数据，使得控制器23能够以9.125kBps或111.276kBps的传输速率在显示装置24显示图形信息。
于是，在具有图2A,2B,3和4中所示的格式的数据区的光盘中，可以在不改变在单位时间内记录的主数据的数据量的情况下只改变补充数据的数据量。由于保证把至少高于光盘的子数据所用的传输速率的传输速率作为光盘子数据所用的传输速率，所以，可以实现利用CD子码的所有类型的应用。采用实现超过64kBps传输速率的方式的Internet应用是可能的。作为超过标准方式的方式，高质量静止画面的显示和基于高质量静止画面的卡拉OK应用也成为可能。
另外，在任何情况下，只是辅助信息的传输速率可以根据方式进行转换，而同时作为主数据的音乐数据的恒定的记录规格和高音质得以维持。另外，由于用作声源的源的记录规格只有一种，所以，没有必要提供多种记录规格的公式化机制。声源的源管理得以简化，因为没有必要监控多种记录规格。集中在记录器周围的公式化设备的设计也得以简化，因为这里只有一种类型的记录规格。

Claims (10)

1．一种记录介质，它包括：
节目区，其中包括标题、主数据和子数据的数字数据是分块的、并以可变的扇区数进行记录，而单个扇区具有预设的数据长度；以及
管理区，其中记录了用于区分可变扇区数的识别符，以便在分组中主数据的数据量保持不变的情况下使子数据的数据量可变。
2．按照权利要求1的记录介质，其特征在于：所述标题的数据长度随着可变扇区数的改变而改变。
3．按照权利要求1的记录介质，其特征在于：所述记录介质是一种具有多层的盘形记录介质。
4．按照权利要求3的记录介质，其特征在于：以一种预设的采样频率采样的多量化位的数字信号被记录在所述记录介质的多层中的一层上，而且以预设的采样频率的整数倍的频率进行采样的一个量化位的数字数据被记录在多层中的另一层上。
5．按照权利要求4的记录介质，其特征在于：在所述多层中的另一层上设置了所述节目区和所述管理区，所述节目区中包括标题、主数据和子数据的数字数据是分块的、并以可变的扇区数进行记录，而单个扇区具有预设的数据长度，而在管理区中记录了用于区分可变扇区数的识别符，以便在分组中的主数据量保持不变的情况下使子数据的数据量可变。
6．一种记录/重放设备，用来重放这样的记录介质，该记录介质包括：节目区，其中包括标题、主数据和子数据的数字数据是分块的、并以可变的扇区数记录，而单个扇区具有预设的数据长度；以及管理区，其中记录了用于区别可变扇区数的识别符，以便在分组中的主数据量保持不变的情况下使子数据的数据量可变，所述记录/重放设备包括：
重放装置，用来重放记录在所述节目区中的所述数字数据和记录在所述管理区中的所述识别符；
分离装置，用来把所述主数据和所述子数据从由所述重放装置从所述记录介质的所述节目区重放的所述数字数据中分离出来；以及
控制装置，用来根据由所述重放装置从所述记录介质的所述管理区重放的所述识别符来控制所述分离装置，并用来识别所述可变扇区数。
7．按照权利要求6的重放设备，其特征在于：所述标题的数据长度根据所述可变扇区数的变化而变化。
8．按照权利要求6的重放设备，其特征在于：所述记录介质是一种具有多层的盘形记录介质。
9．按照权利要求8的重放设备，其特征在于：以一种预设的采样频率采样的多量化位的数字信号被记录在所述记录介质的多层中的一层上，而且以预设的采样频率的整数倍的频率进行采样的一个量化位的数字数据被记录在多层中的另一层上。
10．按照权利要求9的重放设备，其特征在于：在所述多层中的另一层上设置了所述节目区和所述管理区，所述节目区中包括标题、主数据和子数据的数字数据是分块的、并以可变的扇区数进行记录，而单个扇区具有预设的数据长度、而在管理区中记录了用于区分可变扇区数的识别符，以便在分组中的主数据量保持不变的情况下使子数据的数据量可变。
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