Optische Datenspeicher Aufbau, Qualität, Haltbarkeit CD, DVD und Blu-ray Disc von Hartmut Gieselmann

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


Numerische Apertur (NA)


Datendichte


Das Datensignal


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)


Defekt-Management


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


Das HF-Signal


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


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


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!

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Hartmut Gieselmann Kontakt: [email protected]

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