CD, CD-ROM, CD-RW, DVD

Inhaltsverzeichnis

1. Die CD-ROM(Read Only Memory)
1.1 Zur Geschichte der CD-ROM
1.2 Die technischen Grundlagen der CD-ROM
1.3 Fehlerkorrektur
1.4 „Red Book“ & Co

2. Die CD-RW(Re Writeable)
2.1 Zur Geschichte der CD-RW
2.2 Die technischen Grundlagen der CD-RW
2.2.1 Das Phase-Change-Verfahren

3. Die DVD(Digital Versatile Disc)
3.1 Zur Geschichte der DVD
3.2 Die technischen Grundlagen der DVD
3.3 Verschiedene Arten der DVD
3.4 Die DVD im digitalen Heim-Kino-Bereich
3.5 Speichertechnologien der Zukunft

4. Literaturverzeichnis

1. Die CD-ROM

1.1 Zur Geschichte der CD-ROM

Als CD-ROM (Abk. für Compact Disc Read Only Memory) wird ein von der Audio-CD abgeleiteter Datenträger bezeichnet, der 1985 von den Firmen SONY und Philips eingeführt wurde.

Die Audio-CD oder auch CD-DA (Abk. für Digital Audio) löste in den Jahren zuvor die allseits beliebte Schallplatte ab, da sie diese in den Punkten Klangqualität, Handhabung, Pflegeleichtigkeit und Handlichkeit bei weitem übertraf.

Dies machte diese 1,2 mm dicke Scheibe zu einem der populärsten Gebrauchsgegenstände der Welt. Überall auf dem Globus überlegte nun die Computerindustrie ob es nicht möglich, ist ein solches Speichermedium auch für den Computer zu entwickeln.

Wie bereits erwähnt, waren es die Firmen SONY und Philips die die CD-ROM Mitte der 80er Jahre auf dem Markt einführten.

Die neuen Möglichkeiten der Datensicherung auf CD waren nahezu „unbegrenzt“. Die 650 MegaByte Speichervolumen der CD-ROM sind das 451fache einer normale Diskette, diese Dimension läßt sich leichter verdeutlichen wenn man sich vorstellt, daß 270.000 Schreibmaschienenseiten auf eine CD- ROM passen. Könnte man die Daten-„Spur“ einer CD aufrollen wie eine „Haribo-Schnecke“, würde sich eine Strecke von ca. 6 km ergeben.

Damals waren die neuen Single oder auch Double-Speed CD-ROM Laufwerke noch eine Sensation, heutzutage sind bereits 50fach Laufwerke für IDE und 40fache für SCSI für vergleichsweise kleines Geld auf dem Markt.

Der größte Nachteil einer CD-ROM war, wie der Name schon sagt, daß sie nur gelesen werden konnte. Sogenannte CD-Brenner konnten sich damals nur große Unternehmen leisten, CD-Brenner für den Heim-Bereich waren erst Mitte der 90er Jahre erhältlich, bzw. für den normalen Verbraucher bezahlbar.

Nächste Entwicklungsstufe der beschreibbaren CD-Rs (CD-Recordable)waren die wiederbeschreibbaren CD-RWs (CD-Re Writeable). Eine CD-RW kann im Gegensatz zur CD-R nicht nur einmal, sondern bis zu 1.000 Mal wiederbeschrieben werden.

Durch den ständigen technischen Fortschritt entwickelten sich die einzelnen Komponenten wie z.B. reflektierende Folien, die Schutzschicht aus Polycarbonat oder auch die gesamte Lasertechnik kontinuierlich weiter.

Es wurde immer weiter geforscht, mit dem Ziel, das Speichervolumen soweit zu erhöhen, daß komplette Spielfilme in Digitalem Sound auf eine einzige Disc passen. Die Entwicklung der Digital Versatile Disc, kurz DVD, stand nun bevor...

1.2 Die technischen Grundlagen der CD-ROM

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die kleinste Speichereinheit einer CD ist das Bit. Die Daten sind ähnlich wie bei einer Schallplatte in einer durchgehenden „Spur“ untergebracht. Anders als bei der Schallplatte verläuft diese Spur, auch gut als eine Art Spirale vorzustellen, bei der CD von innen nach außen. Da die Daten in einer Art Kanal bzw. Spur untergebracht sind, nennt man ein Bit auf einer CD Channel-Bit.

Eine CD dreht sich, vom Label aus gesehen, im Uhrzeigersinn wenn sie gelesen wird.

Dabei tastet der Laser diese Spirale nach Höhen und Tiefen, sogenannten Pits und Lands ab. Jeder Übergang von Pit zu Land entspricht dem logischen Wert Eins. Der Raum zwischen den Übergängen entspricht einer Serie von Nullen.

Ein Pit oder ein Land hat aus produktionstechnischen Gründen eine Länge von 2-11 Channel-Bits. Frühestens nach einer Folge von 2 Nullen und spätestens nach einer Folge von 11 Nullen muß eine Eins folgen. Für alle 256 Kombinationsmöglichkeiten von Nullen und Einsen reichen 8 Channel-Bits also nicht aus. Das ist der Grund warum 14 Channel-Bits benötigt werden. Diese 14 Channel-Bits werden mit 3 Merge-Bits abgeschlossen, da es logischerweise nicht möglich ist, daß eine 14-Bit- Folge mit einer Eins endet und die nächste mit einer Eins anfängt. Deshalb wurden nach 14 Channel- Bits jeweils 3 Merge-Bits als eine Art Platzhalter eingeführt.

Ein Pit ist 0.1 mm tief und 1-3 mm lang. Rein proportional hat ein Pit die Größe eines Reiskorns, ist allerdings ein „wenig“ kleiner. Wäre ein Pit so groß wie ein Reiskorn, dann hätte die CD einen Durchmesser von ca. 360 Metern!

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Trifft der Laserstrahl auf ein Land, so werden bis zu 90% des Laserlichtes reflektiert, trifft er auf ein Pit, wird je nach Länge des Pits, das Licht deutlich vermindert reflektiert.

Im Gehäuse des Lesekopfes indem sich auch der Laser befindet, sitzt eine Photodiode, welche den Unterschied der reflektierten Lichtmenge in Signale umwandelt. Diese Signale entsprechen dem Datenstrom auf der CD und können nun vom Computer interpretiert werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Diese Bild ist eine Nahaufnahme einer CD. Die verschiedenen Längen der Pits und auch der Abstand der einzelnen Pits zueinander, also die Lands, sind sehr gut zu erkennen. Die Idee der DVD war noch geringere Pitabmessungen und einen noch engeren Spurabstand zu realisieren um eine siebenfache Steigerung der Speicherkapazität zu erreichen.

1.3 Fehlerkorrektur

Was immer mal wieder passiert, sind Kratzer auf der Polycarbonat Schutzschicht.

In solchem Fall wird das Licht durch die Kratzer minimal gebrochen und in seiner Intensität verändert. Dies hat zur Folge hat, daß die gelesenen Daten nicht mit den „Originalen“ auf der CD übereinstimmen.

Es gibt mehrere Möglichkeiten der Fehlerkorrektur bei der CD-DA und der CD-ROM. Allen liegt das hoch komplizierte algorithmische Reed-Solomon-Verfahren zu Grunde. Bei diesem Algorithmus wird ein Polynom (mathematische Funktion) verwendet, das mit Hilfe der Paritäts-Bits („Kontroll- Bits“) den Fehler und Fehlerort findet. Das Verfahren bei CD-DAs nennt sich EDC/ECC (Error Detection Code / Error Correction Code), bei der CD-ROM wird es CIRC(Cross- Interleaved Reed- Solomon Code) genannt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In diesem Beispiel sind 4 Nullen vorhanden, also eine gerade Anzahl von Nullen. Für eine gerade Anzahl hat das Parity-Bit den Wert Null, für eine ungerade Anzahl hätte es den Wert Eins.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In diesem Fall ist eine der Stellen falsch übertragen worden, das kopierte Parity-Bit hat einen anderen Wert als das Original. Es wird erkannt, daß eins der acht Bits fehlerhaft übertragen wurde, welches wäre in diesem Fall jedoch unklar, da sich das Parity-Bit auf das ganze Byte bezieht. Es kann hier nur das fehlerhafte Byte lokalisiert werden, nicht das Bit.

Das Reed-Solomon-Verfahren ist durch seine Komplexität in der Lage, auch das fehlerhafte Bit zu lokalisieren und sogar zu korrigieren.

Eine gebräuchliche Methode bei CD-DAs ist die Interpolation. Hierbei sind drei Arten der Interpolation zu unterscheiden:

- Interpolation 1. Grades: der letzte Wert wird wiederholt.
- Interpolation 2. Grades: der Mittelwert vom vorherigen und folgenden Wert wird wiedergegeben.
- Interpolation 3. Grades: das sog. “Stummschalten”, für 1/75 Sekunde erfolgt keine Ausgabe, die vorherigen und folgenden Signale werden abgeschwächt wiedergegeben.

1.4 „Red Book“ & Co.

Neben dem “Red Book” gibt es noch andere “Bücher” in den Farben Gelb, Orange, Grün, Weiss und Blau.

So wie ISO, ECMA oder DIN Normen auf nationaler bzw. internationaler Ebene beschreiben, sind all diese o.g. “Books” Standards, die die Sektorenformate auf Bitebene einer CD definieren. Diese Standards wurden von den Herstellern SONY und Philips für verschiedene Einsatzgebiete festgelegt.

Die Bezeichnungen “Red Book”, “Yellow Book”, “Orange Book” etc. wurden nachträglich eingeführt um das Standard-Chaos ein wenig einzudämmen.

So steht “Red Book” für den Standard CDDA (Compact Disc Digital Audio).

Dieser Standard beschreibt das Format von Audio-CDs. Dicht gefolgt wird dieser vom CD-ROM Mode 1, besser bekannt als “Yellow Book”. Dies ist der Standard für allgemeine Datenspeicherung und wird üblicherweise für Daten-CDs, also CD-ROMs verwendet.

Beim “Red Book”-Standard werden 2352 Byte eines Datensektors für Daten genutzt, die restlichen 882 Bytes werden für Fehlererkennungs-, Korrektur- und Kontrollzwecke verwendet.

Ein Datensektor wird in Vorspann, Nutzdatenanteil und Abspann unterteilt. Insgesamt umfaßt er 3234 Bytes.

Beim “Yellow Book”-Standard werden nur 2048 Byte für Daten genutzt. Dies resultiert daraus, daß CD-ROMs nicht wie Audio-CDs kontinuierlich gelesen werden und deshalb durch das “Springen” des Lasers anfälliger für Lesefehler sind. Aus diesem Grund wird beim “Yellow Book”-Standard mehr Platz für Fehlererkennung etc. benötigt.

Es gibt natürlich auch CDs mit einem Mix aus Daten, Audio-, Video- und Bilddateien, sogenannten “Mixed-Mode-CD-ROMs”. Hierfür gilt der

CD-ROM Mode 2 XA Form 1 bzw. “Orange Book”-Standard.

Weitere Standards sind “Green Book” für Philips´ CD-I, “White Book” für Video-CDs. Ganz neu ist der “Blue Book”-Standard für Video-CDs.

Dieser ist aber nicht mit “White Book” zu verwechseln; die beiden Standards sind nicht kompatibel, da es sich beim “Blue Book”-Standard um eine völlig neue Technologie handelt.

2. Die CD-RW

2.1 Zur Geschichte der CD-RW

Nach Erfindung der CD-ROM kam nicht sofort die CD-RW. Es gab noch drei “kleine” Zwischenstationen bevor Hewlett Packard, MCC/Verbatim, Philips, Ricoh, SONY und Yamaha die CD-RW auf der CeBIT ´97 erstmals vorstellten.

Erste Station war die CD-WORM (CD-Write Once Read Many).

CD-WORMs waren eine weiterentwickelte Form der CD-ROMs, sie waren in speziellen Gehäusen, sogenannten Cartridges untergebracht. Im 3,5”-Format hatten sie eine Speicherkapazität von 128 MB, im 5,25”-Format von 650 MB.