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Optische Datenspeicher
Aufbau, Qualität, Haltbarkeit CD, DVD und Blu-ray Disc von Hartmut Gieselmann
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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
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Optische Datenabtastung
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Eigenschaften Berührungslose Abtastung hohe Datendichte
kurze Zugriffszeiten Dokumenten-Echtheit möglich (WORM) billigster Massenspeicher Trennung Datenträger / Laufwerk
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Physikalischer Aufbau
Bild: c‘t – magazin für computertechnik
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Aufbau R / RW-Medien Bild: Blu-ray Disc Association
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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
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Speicherkapazität Der Fokussierbarkeit des Lasers
-Der Wellenlänge des Lasers Dem Abstand der Linse Der Linsenöffnung Dem Brechungsindex Bild: Blu-ray Disc Association
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Numerische Apertur (NA)
Bild: Blu-ray Disc Association
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Datendichte Bild: Blu-ray Disc Association
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Das Datensignal Bild: c‘t – magazin für computertechnik
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Analoges Datensignal Bilder: Blu-ray Disc Association
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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.
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Datensektor (DVD) Bild: c‘t – magazin für computertechnik
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Defekt-Management Bild: Blu-ray Disc Association
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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.
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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
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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
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DVD-RAM Vorgeprägte Sektoren Aufwendige Layerstruktur
Defekt-Management Cartridge möglich Automatische Datenüberprüfung Ideale Backup-Lösung Inkompatibel zur DVD-ROM Qualitätsmessungen kaum möglich
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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
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HD DVD Aufgebohrte DVD relativ einfache Produktion
günstigere Laufwerke bisher nur HD DVD-ROM Aufnahmemedien kommen 2007 Lange Zugriffszeiten schlechtes Aufnahmesignal
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Aufbau Bild: Audiodev
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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
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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
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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.
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Qualitätsprüfung Bild: c‘t – magazin für computertechnik
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Das HF-Signal Bild: c‘t – magazin für computertechnik
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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
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Der Jitter Abweichung der Signalzeit vom Grundraster T
Bild: c‘t – magazin für computertechnik
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Grenzwerte CD: BLER: 220 / Jitter: 35 ns
DVD: PI Sum 8: 280 / Jitter: 9 % Blu-ray Disc: RSER10K: 2E-4 / Jitter: 6,5 %
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DVD-Laufwerke Firmware-Updates mit Brennrezepten
Langsames Brennen: CD bis 24X, DVD bis 8X Probleme mit RW- und DL-Medien
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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
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Messkurven Plextools Bild: c‘t – magazin für computertechnik
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Lebensdauer Abhängig von Aufnahmequalität Lagerbedingungen Lesegerät
Qualität des Rohlings Qualität des Brenners Lagerbedingungen Temperatur Luftfeuchte UV-Strahlung Lesegerät Qualität des Leselaufwerks
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Klimakammer Alterungsbestimmung nach Arrhenius
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Materialunterschiede CD-R
Quelle: c‘t – magazin für computertechnik
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Unwägbarkeiten Brenner muss Laser genau anpassen
Rohlingsmarken mit wechselnden Herstellern Unterschiede in der Massenproduktion schnelle Produktzyklen enormer Preisdruck Verlagerung nach Südostasien, China
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Optimale Lagerung vor Sonnenlicht schützen kühler, trockener Raum
Überprüfung alle 2 bis 3 Jahre
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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
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Optische Datenträger Vielen Dank! Hartmut Gieselmann
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