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

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Präsentation zum Thema: "Optische Datenspeicher Aufbau, Qualität, Haltbarkeit CD, DVD und Blu-ray Disc von Hartmut Gieselmann."—  Präsentation transkript:

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

2 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

3 Optische Datenabtastung

4 Eigenschaften Berührungslose Abtastung hohe Datendichte kurze Zugriffszeiten Dokumenten-Echtheit möglich (WORM) billigster Massenspeicher Trennung Datenträger / Laufwerk

5 Physikalischer Aufbau Bild: ct – magazin für computertechnik

6 Aufbau R / RW-Medien Bild: Blu-ray Disc Association

7 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

8 Speicherkapazität -Der Fokussierbarkeit des Lasers -Der Wellenlänge des Lasers -Dem Abstand der Linse -Der Linsenöffnung -Dem Brechungsindex Bild: Blu-ray Disc Association

9 Numerische Apertur (NA) Bild: Blu-ray Disc Association

10 Datendichte Bild: Blu-ray Disc Association

11 Das Datensignal Bild: ct – magazin für computertechnik

12 Analoges Datensignal Bilder: Blu-ray Disc Association

13 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.

14 Datensektor (DVD) Bild: ct – magazin für computertechnik

15 Defekt-Management Bild: Blu-ray Disc Association

16 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.

17 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

18 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

19 DVD-RAM Vorgeprägte Sektoren Aufwendige Layerstruktur Defekt-Management Cartridge möglich Automatische Datenüberprüfung Ideale Backup-Lösung Inkompatibel zur DVD-ROM Qualitätsmessungen kaum möglich

20 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

21 HD DVD Aufgebohrte DVD relativ einfache Produktion günstigere Laufwerke bisher nur HD DVD-ROM Aufnahmemedien kommen 2007 Lange Zugriffszeiten schlechtes Aufnahmesignal

22 Aufbau Bild: Audiodev

23 DVDHD DVD-ROM /RBlu-ray Disc (BD) Wellenlänge650 nm405 nm Schutzschicht0,6 mm 0,1 mm Abstand Linse-Discbis 1,7 mm1,6 mmbis 0,5 mm Numerische Apertur0,6 bis 0,650,650,85 Kapazität pro Layer4,7 GByte15 GByte25 GByte Transferrate (1X)11,08 MBit/s36,55 MBit/s35,96 MBit/s Lesetempo3,49 m/s6,61 m/s4,92 m/s Formatunterschiede

24 Filmformate DVDHD DVDBlu-ray Disc Video-CodecMPEG-2VC-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) NavigationDVD-MenüsiHDHDMV, BD-J KopierschutzCSSAACSAACS, BD+, ROM-Mark

25 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.

26 Qualitätsprüfung Bild: ct – magazin für computertechnik

27 Das HF-Signal Bild: ct – magazin für computertechnik

28 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

29 Der Jitter Abweichung der Signalzeit vom Grundraster T Bild: ct – magazin für computertechnik

30 Grenzwerte CD:BLER: 220/Jitter: 35 ns DVD:PI Sum 8: 280/Jitter: 9 % Blu-ray Disc: RSER10K: 2E-4 /Jitter: 6,5 %

31 DVD-Laufwerke Firmware-Updates mit Brennrezepten Langsames Brennen: CD bis 24X, DVD bis 8X Probleme mit RW- und DL-Medien

32 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

33 Messkurven Plextools Bild: ct – magazin für computertechnik

34 Lebensdauer Abhängig von Aufnahmequalität Qualität des Rohlings Qualität des Brenners Lagerbedingungen Temperatur Luftfeuchte UV-Strahlung Lesegerät Qualität des Leselaufwerks

35 Klimakammer Alterungsbestimmung nach Arrhenius

36 Materialunterschiede CD-R Quelle: ct – magazin für computertechnik

37 Unwägbarkeiten Brenner muss Laser genau anpassen Rohlingsmarken mit wechselnden Herstellern Unterschiede in der Massenproduktion schnelle Produktzyklen enormer Preisdruck Verlagerung nach Südostasien, China

38 Optimale Lagerung vor Sonnenlicht schützen kühler, trockener Raum Überprüfung alle 2 bis 3 Jahre

39 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

40 Optische Datenträger Vielen Dank! Copyright Hartmut Gieselmann, alle Bildrechte liegen bei den jeweiligen Urhebern. Hartmut Gieselmann Kontakt:


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