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Optische Datenspeicher
Aufbau, Qualität, Haltbarkeit
CD, DVD und Blu-ray Disc
vonHartmut Gieselmann
Entwicklung
1980: Audio-CD: Musik-Alben, 650 MByte (74 min.) 1985: CD-ROM: Computerdaten, 700 MByte 1990: CD-R: Computerdaten, Musik 1996: DVD-ROM: Daten, Videos, bis 8,5 GByte 1997: DVD-R: Daten, Videos, 8,5 GByte (DL) 1998: DVD-RAM: Computerdaten, 4,4 GByte 2006: Blu-ray Disc: HD-Filme, Daten, 50 GByte 2006: HD DVD: HD-Filme, 30 GByte
Profispeicher: MO-Disc, UDO, ProData
Optische Datenabtastung
Eigenschaften
Berührungslose Abtastung hohe Datendichte kurze Zugriffszeiten Dokumenten-Echtheit möglich
(WORM) billigster Massenspeicher Trennung Datenträger / Laufwerk
Physikalischer Aufbau
Bild: c‘t – magazin für computertechnik
Aufbau R / RW-Medien
Bild: Blu-ray Disc Association
Formate
ROM: Markierungen mechanisch in PC gepresst
R: Laser brennt Markierungen in organischen Farbstoff (Dye)
RAM/RW/RE: Laser wandelt Struktur eines anorganischen Phase-Change-Mediums
Speicherkapazität
-Der Fokussierbarkeit des Lasers
-Der Wellenlänge des Lasers
-Dem Abstand der Linse
-Der Linsenöffnung
-Dem Brechungsindex
Bild: Blu-ray Disc Association
Numerische Apertur (NA)
Bild: Blu-ray Disc Association
Datendichte
Bild: Blu-ray Disc Association
Das Datensignal
Bild: c‘t – magazin für computertechnik
Analoges Datensignal
Bilder: Blu-ray Disc Association
Das Datenformat
Binäre Daten werden in Sektoren aufgezeichnet
Jeder Sektor enthält eine Adresse, Nutzdaten, Prüf- und Korrekturcode.
8-Bit-Folge wird auf 12 bis 16 Bit erweitert.
Sektoren werden gemischt, und großflächig auf der Disc verteilt.
Datensektor (DVD)
Bild: c‘t – magazin für computertechnik
Defekt-Management
Bild: Blu-ray Disc Association
Die Audio-CD
keine Bitgenaue Korrektur einfache Fehlerkorrektur, Interpolation Keine genaue Position der Sektoren 1:1-Kopie sehr schwer zu erstellen Kratzer ab etwa 1 bis 1,2 mm nicht
mehr lesbar, ab 3 bis 4 mm deutlich hörbar.
CD-ROM / CD-R / CD-RW
Bitgenaue Fehlerkorrektur kein Defekt-Management Spezifikation bis 700 MByte,
Übergrößen Problematisch gute Brennerkompatibilität CD-RW in der Praxis problematisch schlechtes Paket-Writing
DVD-ROM / R / RW
hoher mechanischer Schutz verbesserte Fehlerkorrektur Zweilagige Medien mit 8,5 GByte Zwei unterschiedliche
Aufnahmeformate (DVD+R / DVD-R) Starke Qualitätsunterschiede bei
Rohlingen und Brennern
DVD-RAM
Vorgeprägte Sektoren Aufwendige Layerstruktur Defekt-Management Cartridge möglich Automatische Datenüberprüfung Ideale Backup-Lösung Inkompatibel zur DVD-ROM Qualitätsmessungen kaum möglich
Blu-ray Disc: BD-R, BD-RE
sehr hohe Datendichte, viele Layer kratzfeste Oberfläche Defekt-Management Aufwendige Produktion sehr teure Laufwerke bis 200 GByte in Planung
HD DVD
Aufgebohrte DVD relativ einfache Produktion günstigere Laufwerke bisher nur HD DVD-ROM Aufnahmemedien kommen 2007 Lange Zugriffszeiten schlechtes Aufnahmesignal
Aufbau
Bild: Audiodev
DVD HD DVD-ROM /R Blu-ray Disc (BD)
Wellenlänge 650 nm 405 nm 405 nm
Schutzschicht 0,6 mm 0,6 mm 0,1 mm
Abstand Linse-Disc bis 1,7 mm 1,6 mm bis 0,5 mm
Numerische Apertur 0,6 bis 0,65 0,65 0,85
Kapazität pro Layer 4,7 GByte 15 GByte 25 GByte
Transferrate (1X) 11,08 MBit/s 36,55 MBit/s 35,96 MBit/s
Lesetempo 3,49 m/s 6,61 m/s 4,92 m/s
Formatunterschiede
Filmformate
DVD HD DVD Blu-ray Disc
Video-Codec MPEG-2 VC-1, H.264/AVC, MPEG-2
MPEG-2, VC-1, H.264/AVC
Bevorzugte Tonformate
Dolby Digital, DTS, PCM
DD+, TrueHD, DTS HD, Dolby Digital, PCM
Dolby Digital, PCM, (DD+, TrueHD, DTS HD)
Navigation DVD-Menüs iHD HDMV, BD-J
Kopierschutz CSS AACS AACS, BD+, ROM-Mark
Kopierschutz
Der CSS-Schutz der DVD wird abgelöst vom Advanced Access Content System (AACS).
AACS berücksichtigt Kopien auf Rohlingen durch Nutzungsbeschränkungen (Digital Rights Management).
HD-Ausgabe digital nur über HDMI oder DVI mit HDCP.
Bis 2010 analoge HD-Ausgabe über YUV-Komponente, VGA fraglich.
Verschlüsselte Inhalte können online freigeschaltet werden.
Windows Vista (64 Bit) nutzt Protected Media Path (PMP).
Bei geknackten Geräten kann der Kodierschlüssel auf eine Blacklist gesetzt werden – danach ist ein Update notwendig.
Qualitätsprüfung
Bild: c‘t – magazin für computertechnik
Das HF-Signal
Bild: c‘t – magazin für computertechnik
Qualitätskriterien
Kritisch: Signal der kurzen Pits Jitter (abhängig von Amplitude) Rohdatenfehler (BLER, PI Sum 8, RSER10K)
Unkorrigierbare Fehler (E23, POF, UNC)
Blu-ray Disc: Burst-Fehler
Der Jitter
Abweichung der Signalzeit vom Grundraster T
Bild: c‘t – magazin für computertechnik
Grenzwerte
CD: BLER: 220 / Jitter: 35 ns
DVD: PI Sum 8: 280 / Jitter: 9 %
Blu-ray Disc:
RSER10K: 2E-4 / Jitter: 6,5 %
DVD-Laufwerke
Firmware-Updates mit Brennrezepten Langsames Brennen:
CD bis 24X, DVD bis 8X Probleme mit RW- und DL-Medien
Eigene Messungen
Ermöglicht frühzeitige Erkennung Fehlerrate von CDs und DVDs Messung mit Plextools, CD-DVD-
Speed Messung abhängig vom Laufwerk bei zu hohen Fehlern umkopieren
Messkurven Plextools
Bild: c‘t – magazin für computertechnik
Lebensdauer
Abhängig von Aufnahmequalität
Qualität des Rohlings Qualität des Brenners
Lagerbedingungen Temperatur Luftfeuchte UV-Strahlung
Lesegerät Qualität des Leselaufwerks
KlimakammerAlterungsbestimmung nach Arrhenius
Materialunterschiede CD-R
Quelle: c‘t – magazin für computertechnik
Unwägbarkeiten
Brenner muss Laser genau anpassen Rohlingsmarken mit wechselnden
Herstellern Unterschiede in der Massenproduktion schnelle Produktzyklen enormer Preisdruck Verlagerung nach Südostasien, China
Optimale Lagerung
vor Sonnenlicht schützen kühler, trockener Raum Überprüfung alle 2 bis 3 Jahre
Alternativen
MO-Laufwerke (Fujitsu-Siemens) sehr robust, Cartridge, bis 2,3 GByte, geringe
Transferrate UDO (Plasmon)
2 x 15 GByte, 5,24“ Cartridge, optischer Nachfolger der MO, geringe Zugriffszeiten, True-WORM, sehr teuer
ProData (Sony) Profi Blu-ray Disc, Cartdridge, 23 GByte, sehr
teuer, Entwicklung eingestellt
Optische Datenträger
Vielen Dank!
Copyright Hartmut Gieselmann, alle Bildrechte liegen bei den jeweiligen Urhebern.
Hartmut Gieselmann Kontakt: hag@heise.de
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