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

Formatunterschiede DVD HD DVD-ROM /R Blu-ray Disc (BD) Wellenlänge 650 nm 405 nm Schutzschicht 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

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 Lagerbedingungen Lesegerät Qualität des Rohlings Qualität des Brenners Lagerbedingungen Temperatur Luftfeuchte UV-Strahlung Lesegerät Qualität des Leselaufwerks

Klimakammer Alterungsbestimmung 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) UDO (Plasmon) 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! Hartmut Gieselmann Kontakt: hag@heise.de Copyright Hartmut Gieselmann, alle Bildrechte liegen bei den jeweiligen Urhebern.