Optische Platten

Inhaltsverzeichnis

I Allgemeines

II CD (Compact Disk)
1. Geschichtliches
2. Aufbau und Funktionsweise
3. CD-Standards
3.1 „Rainbow Books“
3.2 ISO 9660
3.3 Joilet Extension und HFS
4. CD- Formate
4.1 CD-ROM (Read Only Memory)
4.2 CD-R (Recordable)
4.3 CD-RW (Rewriteable)
4.4 CD-DA (Digital Audio)
4.5 Mixed Mode CD
4.6 CD-Extra
4.7 CD-ROM-XA
4.8 Hybrid-CD

III DVD
1. Geschichte - Entwicklung
2. Aufbau
3. Spezifikation
3.1 DVD-ROM
3.2 DVD-R
3.3 DVD-RAM
3.4 DVD-Video
3.5 DVD-Audio

IV Weitere optische Speichermedien
1. WORM
2. MO

V Zukunft der optischen Speichermedien
1. FMD - Nachfolger der DVD?
2. Blauer Laser

I Allgemeines

Infolge der dramatischen Zunahme des Speicherbedarfs an peripheren Speichern und der ständigen Weiterentwicklung der Computertechnologie hat man sich trotz der kontinuierlichen Zunahme der Speicherkapazität von Magnetplatten, Disketten, Magnetbändern u.a. magnetisch orientierten Speichermedien mit der Frage beschäftigt, welche Alternativtechnologie als Peripherspeicher für Computer in Frage käme. Optische Platten sind permanente Massenspeicher großer Kapazität, die optische Effekte der Plattenoberfläche ausnutzen. Ihre Einsatzgebiete sind vielfältig. Archivierungsmedium von Datenbeständen, Informationsträger für große Softwarepakete und für ganze Videofilme in mehreren Sprachen sind nur wenige Beispiele.

II CD (Compact Disk)

1. Geschichtliches

Als die CD-ROM entwickelt wurde, sorgten Standardisierungskommissionen für eine Kompatibilität zum CD-Audio "REDBOOK"-Standard. So sollte sich die CD-ROM mit einer konstanten linearen Geschwindigkeit von ca. 176 kB/s drehen. Erst 1991 erdachte die Firma NEC ein mit mehrfacher CD-Audio- Geschwindigkeit arbeitendes CD-ROM-Laufwerk. Man entwickelte das erste SCSI-Zweifach-CD-ROM (engl. Doublespeed).

Wenig später war es wiederum das Unternehmen NEC, das mit der Einführung des 3x-CD-ROMs einen neuen Standard setzen wollte. Andere Firmen ignorierten diesen Schritt, und so kam Plextor als erstes mit einem 4x Laufwerk („Quad-Speed“) auf den Markt. Schnell folgten 6x,8x,10x und 12x Laufwerke. Hier wurde eine Grenze erreicht, die das weitere Beschleunigen der CD-ROM erschwerte. Bisher verwendete man das CLV-Leseverfahren, bei dem die CD zu den inneren Spuren hin beschleunigt wurde. Wenn nun die CD maximal mit 6000 Umdrehungen pro Minute von den inneren Spuren gelesen werden konnte, so war es auf den äußeren Spuren doch wesentlich einfacher. So implementierten die ersten 16x CD-ROMs den ->CAV-Lesemodus, bei dem die CD beim Lesen zu den äußeren Spuren hin beschleunigt werden konnte. Glücklicherweise wurden CDs immer schon von innen nach außen aufgenommen, was dieses Verfahren erleichtert. Trägt man die Übertragungsrate über der CD-Spur auf, so erkennt man eine treppenartige Abstufung von Zonen, innerhalb derer die Laufwerkselektronik nach dem ->CLV-Verfahren arbeitet. So wird eine CD-ROM beispielsweise innen mit 12x, in der Mitte mit 14x und außen mit 16x Geschwindigkeit gelesen.

Aktuelle CAV/CLV CD-ROM-Laufwerke erreichen mit Rotationsgeschwindigkeiten von mehr als 8500 Umdrehungen pro Minute nun mehr als die 40x der ersten CD-ROM-Laufwerke. Auf den inneren Spuren läßt sich allerdings auch heute nicht mehr als 17x erreichen, da es hier bei 24m/s und einer

Winkelgeschwindigkeit von mehr als 1000 1/s sehr schwierig wird, den Laser korrekt den Spuren nachzuführen. Obwohl es Bestrebungen gibt, ein 60x Laufwerk auf den Markt zu bringen, wird es bei mehr als 10000 Umdrehungen pro Minute fast unmöglich, die durch Produktionstoleranzen auftretenden Unwuchten bei CDs und die damit verbundenen Vibrationen auszugleichen.

2. Aufbau und Funktionsweise

Eine CD-ROM-Platte weist ca. 12cm Durchmesser auf und ist 1,2 mm dick. Sie hat in der Mitte ein Loch von 1,5 cm Durchmesser. Die Information wird spiralförmig und nicht in konzentrischen Kreisen wie auf Magnetplatten aufgebracht. Die Bits werden durch Vertiefungen, die in die Oberfläche gepreßt werden, dargestellt. Die Oberfläche ist mit einer reflektierenden Metallschicht überzogen, die ihrerseits wiederum mit einer durchsichtigen Schutzschicht überzogen ist. Die Vertiefungen sind ca. 0,12 Millionstel Meter tief und ungefähr 0,6 Millionstel Meter breit. Die Distanzen zwischen den einzelnen Spuren in der Spirale sind ca. 1,6 Millionstel Meter groß.

Die einzelnen Vertiefungen selbst sind auf den meisten CD-ROM-Platten mindestens 0,9 und höchstens 3,3 Millionstel Meter lang. Die Gesamtlänge einer Spur auf einer CD-ROM-Platte ist ca. 5 km, und die durchschnittliche Anzahl von Vertiefungen beträgt ca. 2 Milliarden. Eine CD-ROM-Platte weist Vertiefungen auf, Pits genannt, und nicht abgesenkte Ebenen, die sog. Lands. Bei der CD-ROM-Platte wird die gesamte Information durch den Hersteller aufgeprägt („gepresst“) und kann nicht mehr durch den Benutzer verändert werden.

Lands und Pits wechseln sich auf einer CD-ROM-Platte ab. Die eigentlichen zu speichernden Daten müssen erst in eine spezielle Form gebracht werden, um in Pits und Lands übersetzt werden zu können. Diesen Prozeß nennt man Mastering. Zu diesem Zweck wird eine spezielle Masterplatte belichtet. Von ihr wird ein Negativ hergestellt, das zur Herstellung von CD-ROM-Platten verwendet wird. Die Platten selbst sind aus Polycarbonat und werden mit transparenten Plastikoberflächen vor Kratzern geschützt, was eine ungeschützte Verwendung (ohne Hülle) erst möglich macht. Auf fast allen optischen ROM-Speichermedien werden Galliumarsenidhalbleiterlaser, die ovale Strahlen von fast infrarotem Licht erzeugen, verwendet. Dieser ovale Strahl wird in einen roten Strahl von ungefähr 1 Millionstel Meter Durchmesser transformiert. Um nun von CD- ROM-Platten reflektiertes Licht zu erkennen, sind hochwertige Linsensysteme im Einsatz. Um die Information von einer CD-ROM-Platte zu lesen, wird ein Laserstrahl auf die spiralförmige Spur von Vertiefungen angelegt und die Stärke des reflektierten Lichts gemessen. Licht, das eine der Kanten zu einer Pit trifft, wird stärker gestreut und trifft daher nur mit einer stark verminderten Stärke wieder im Objektiv ein. Wenn indessen der Laserstrahl in einem Land auftrifft, wird der Großteil seiner Energie in die Linse reflektiert. Dieses Signal, das durch diese Kombination von reflektiertem und gestreutem Licht dargestellt wird, macht den tatsächlichen Informationsinhalt der Platte aus. Das reflektierte Licht trifft einen Photodetektor, der Strom proportional zur Lichtintensität generiert. Das reflektierte Lichtsignal wechselt daher in seiner Stärke jedes Mal, wenn der Laserstrahl von einer Pit zu einem Land oder umgekehrt wechselt. Durch den Decodierungsprozeß, welcher Acht-zu-Vierzehn-Modulation genannt wird, wird Information, welche von diesem variierenden Lichtsignal in 1 und 0 Bits übersetzt wird, in digital verwendbare Daten übersetzt. Ein Byte wird von 8 Bits in einen Code von 14 Bits übersetzt.

Die Transformation der 8-Bit-Daten in einen 14-Bit-Code löst das Problem der minimal erforderlichen Anzahl von Nullen zwischen den Einsen bei CD-ROM. Dieses Problem besteht darin, daß zwei Einsen im Code nicht beliebig nahe beieinander vorkommen dürfen. Um die erforderliche Lesesicherheit zu gewährleisten, müssen zwischen zwei Einsen zumindestens zwei Nullen liegen. Man nennt dies die minimale Lauflänge von Nullen. Aus technischen Gründen gibt es auch eine maximale Lauflänge, die 11 Bits beträgt. D.h. die maximale Anzahl von Nullen zwischen zwei 1-Bits beträgt zehn. Ein 14-Bit-Code ist die minimale Anzahl von Bits, die erforderlich ist, um einen 8-Bit-Code auf diese Weise zu vercodieren.

Durch die Verwendung mehrfacher fehlerkorrigierender Codes wird eine hohe Fehlersicherheit erreicht. Durch den großen Abstand zwischen dem Schreib-/Lesekopf von der Plattenoberfläche werden Beschädigungen der Platte durch den Schreib-/Lesekopf vermieden, und optische Platten sind daher auswechselbar.

3. CD-Standards

3.1 „Rainbow Books“

1985 erfolgte die Spezifikation der CD-ROM. Leider entstand mit der Vielfalt ihrer Einsatzmöglichkeiten auch eine Unzahl an Standardisierungsnormen. So spricht man von CD-DA (Digital Audio), CD-V (Video), CD-ROM, CD-ROM/XA (eXtended architecture), CDI (Interactive), CD-R (Recordable), CD-RW (Rewriteable), Photo-CD, Movie-CD etc. Die Standardisierungspapiere, die den Standard der Formate festlegen, tragen Namen wie 'Red Book', 'Yellow Book', 'Green Book', 'Orange Book' oder 'White Book', allgemein 'Rainbow Books' genannt. Das RedBook von Philips und Sony ist die grundlegende Definition der CD. Es beinhaltet nur die physikalischen Charakteristika einer CD und die Definition der normalen Audio-CD. Alle anderen "Rainbow Books" verwenden das gleiche physikalische Medium und das gleiche grundlegende Datenformat.

- Yellow Book für Daten-CDs
- Green Book für CD-I
- Orange Book für CD-R
- White Book für Video-CDs
- Blue Book für CD Extra (früher CD Plus)

3.2 ISO 9660

ISO 9660 ist eine Dateispezifikation, die 1984 von der International Standards Organization (ISO) eingeführt wurde (nach einem Vorschlag der „High Sierra Group“, deshalb auch „High Sierra Standard“ genannt. Für DOS/Windows-PCs ist ISO 9660 das wichtigste CD-Format überhaupt geworden. Da ISO 9660 der „kleinste gemeinsame Nenner“ verschiedener Dateisysteme ist, unterliegt es stärkeren Einschränkungen als das von DOS/Windows bekannte Dateisystem:

Dateinamen müssen nicht nur im Format "8.3" sein, sondern dürfen zusätzlich nur aus den Großbuchstaben "A" bis "Z", den Ziffern "0" bis "9" und dem Unterstrich "_" bestehen. Sonderzeichen wie etwa "$" oder "-" sind nicht erlaubt. Nach dem Dateinamen muß auf jeden Fall ein Punkt folgen, auch wenn keine Erweiterung vorhanden ist. Verzeichnisnamen sind maximal 8 Zeichen lang und haben keine Endung. Es ist nicht erlaubt, Verzeichnisse tiefer als 8 Ebenen zu verschachteln (Level 1).

Die Austauschformate ISO 9660 Level 2 und Level 3 sind bei der Namensgebung nicht eingeschränkt, sind aber sehr selten. Um CDs nach dem ISO 9660 Standard auf MS-DOS Rechnern zu lesen, wird die MSCDEX.EXE Datei benötigt.

3.3 Joilet Extension und HFS

Die Erweiterung zu ISO 9660 von Microsoft heißt "Joliet" und erlaubt Dateinamen mit einer Länge von 64 Zeichen im Unicode. Jede CD im Joliet-Format enthält zwei Dateisysteme: ein echtes ISO 9660 Dateisystem, um die Kompatibilität zu anderen Systemen zu gewährleisten, und außerdem ein Joliet-Dateisystem, das zur Zeit nur von Windows '95 und NT4.0 unterstützt wird. Damit wird bei einer solchen CD unter Windows95 und NT4.0 das Joliet Dateisystem und auf allen anderen Plattformen das ISO-Dateisystem erkannt.

Apples Standard ist das Apple HFS (Hierarchical File System) für den Macintosh.

4. CD-Formate

4.1 CD-ROM (Read Only Memory)

CD-ROMS können bis zu 680 Megabyte an Programmen, Daten oder Videos speichern. Wie beschrieben wird die CD-ROM in einem entsprechendem Laufwerk mit einem Laserstrahl abgetastet, wobei aus der eingestanzten Oberflächenstruktur Daten dekodiert werden. Die CD-ROM ist im Yellow Book definiert.

4.2 CD-R (Recordable)

Die CD-R ist einmalig beschreibbar. Sie ist definiert im Orange Book. Sie eignet sich insbesondere zur Weitergabe von Daten oder zur Archivierung (da die Medien sehr billig sind).

4.3 CD-RW (Rewriteable)

Bis zu ca. 1000 mal wiederbeschreibbare logische Fortentwicklung der CD-R. Um CDs wiederbeschreiben zu können, benötigt man spezielle Laufwerke, die diese Technik unterstützen. Dieses Medium hat Vor- und Nachteile gegenüber der CD-R. Die Medien sind teurer, aber durch die Wiederbeschreibbarkeit flexibler einsetzbar.

4.4 CD-DA (Digital Audio)

Der Standard der Audio-CD (CD-DA) wurde 1982 von Philips und Sony im RedBook definiert. Die

Audioinformationen werden in Tracks abgelegt. Auf einer CD können 99 Tracks direkt von einem Audio-CD- Abspieler angesprochen werden (skip). Ein Track ist eine kontinuierliche Sequenz von Daten und muß mindestens 4 Sekunden lang sein. Die maximale Länge eines Tracks wird von der Länge der CD begrenzt. Im Extremfall kann die ganze CD aus nur einem Track bestehen. Einem einzelnen Musikstück wird auf einer CD- DA ein Track zugeordnet.

4.5 Mixed Mode CD

Eine CD, die sowohl Computerdaten als auch Audiodaten enthält Die Computerdaten werden dabei im ersten Track abgelegt. Alle weiteren Tracks enthalten Audiodaten.

Ältere CD-Spieler versuchen leider, die Computerdaten abzuspielen. Dies resultiert üblicherweise in einem unangenehmen Pfeifen und Krachen, welches in manchen Fällen sogar zu einer Beschädigung der Lautsprecher führen kann.

4.6 CD-Extra

Auch dies ist eine Audio-CD auf der zusätzliche Informationen wie Text oder Grafik abgespeichert sind. Hier werden die Audio- und die übrigen Daten jedoch in getrennten Sessions abgespeichert. Audio-Player haben automatisch nur auf die Audiosession Zugriff. Die zusätzlichen Informationen für CD-ROM Laufwerke befinden sich am äußeren Rand der CD.

CD-Extras, die auf Audio Playern, CD-i-Playern, PCs und auf Macintosh Computern abspielbar sind, heißen "Rainbow-CDs", weil sie den Spezifikationen des BlueBook (CD-Extra), RedBook (CD-Audio), YellowBook (CD-ROM) und des GreenBook (CD-i) genügen.

4.7 CD-ROM-XA (Compact Disk Read Only Memory EXtended Architecture)

XA Tracks können sowohl Computerdaten als auch Video, Grafiken, Texte und komprimierte Audiodaten enthalten. Andere CD-Formate lassen nur eine Art von Sektoren in einem Track zu. XA kann zwei verschiedene Arten von Sektoren innerhalb eines Tracks verwenden und diese beliebig verschachteln. Ein Sektor kann also einem Sektor des anderen Formats folgen. Zukünftig sollen CD-ROM-XA Level 3 MPEG Videos enthalten können. CD-ROM-XA und CD-I sind technisch gesehen fast gleich.

Die Bridge-CD ist eine spezielle Form der CD-ROM/XA, die ein ISO 9660-Dateisystem beinhaltet. Auf dieser Art von CD ermöglicht ein spezielles Programm CD-i-Abspielern den Zugriff auf die Daten. CD-i-Abspieler werden an die Stereoanlage und einen Fernseher angeschlossen. Beispiel: Video-CD. Auch die von Kodak eingeführte Photo-CD ist eine Multisession-Bridge-Disc.

4.8 Hybrid-CD

Eine Hybrid-CD enthält sowohl eine ISO-9660- als auch eine APPLE HFS-Partition. Macintosh Computer werden automatisch auf den HFS-Teil, alle anderen Betriebssysteme auf den ISO-9660 Teil zugreifen.

III DVD

1. Geschichte - Entwicklung

Nach den Erfolgen bei der CD schickten sich die Konzerne Philips und Sony 1994 dazu an, ein neues CD- Format mit mehr Kapazität herauszubringen, die sogenannte MM-CD. Als die CD entstand, waren 650 MB ein sehr großes Speichervolumen, das das der meisten Festplatten zu dieser Zeit übertraf. Die Entwicklung großer Multimediaprogramme wurde möglich, für die Disketten als Speichermedium nicht geeignet waren, da dies zu teuer und zu schwer zu handhaben gewesen wäre.

Eine andere Entwicklergruppe, die von Toshiba angeführt wurde, und hinter der nicht nur der MatsushitaKonzern (Panasonic, Technics) sondern auch die Filmindustrie Hollywoods stand, stellte der MM-CD ein eigenes Format mit noch höherer Speicherkapazität entgegen, die SD (Super Density). Die Auseinandersetzungen zwischen den beiden Gruppen endeten mit dem Kompromiß zur DVD, wobei letztlich mehr von der SD als der ursprünglichen MM-CD eingeflossen ist. Von 1995 bis 1997 legte das firmenübergreifende DVD-Forum die wichtigsten Standards ( DVD-ROM, DVD-R, DVD-RAM) fest. Auch Sektorgröße und Dateiformat wurden hierbei festgelegt.

Bei der DVD-Video gab es allerdings Uneinigkeiten zwischen den Geräte- und den Softwareproduzenten. Dabei kam es zum erneuten Bruch zwischen der Philips/Sony-Gruppe und der Toshiba-Gruppe. Philips/Sony stellten als Alternative zur 1997 festgelegten DVD-RAM ihr neues Format DVD+RW vor und begründeten diesen Schritt mit der besseren Kompatibilität gegenüber der DVD-ROM. Tatsächlich gibt es bisher keine DVD-ROM- Laufwerke, die DVD-RAM lesen konnten, erst mit der 3. Generation der DVD-ROM-Laufwerke soll dies möglich werden. Anfang 1998 kamen zudem zwei weitere Anbieter mit neuen Alternativen auf den Markt, Pioneer mit seiner DVD/RW und NEC mit der MMVF. Alle diese Formate arbeiten mit dem Phase-Change- Verfahren zur Speicherung der Daten. Welches dieser Formate allerdings letztendlich am Markt Bestand hat, wird die Zukunft zeigen.

2. Aufbau

Wie die CD ist die DVD eine 12 cm durchmessenden, 1,2 mm dicken Polycarbonatscheibe mit aufgedampften Reflexionsschichten, mit dem Unterschied, daß diese Scheibe aus zwei je 0,6 mm dicken Teilen besteht. Die Pits auf der DVD sind deutlich kleiner und deutlich enger angeordnet, was einen genauereren Laser nötig macht. Dadurch lassen sich natürlich viel mehr Daten auf der Scheibe unterbringen. Die Rotationsgeschwindigkeit variiert von innen nach außen zwischen 1396 und 582 rpm. Im Gegensatz zur CD kann die DVD sowohl doppelseitig sein, als auch auf jeder Seite zwei Datenschichten haben, so daß die Kapazität zwischen 4,38 GB für eine einseitige, einlagige, und 1,59 Gigabyte für eine zweiseitige, zweilagige DVD variiert.

Die Unterscheidung im Einzelnen ist wie folgt:

DVD-5: einseitige Discs mit 1 Schicht: Kapazität 4,7 GB, MPEG-Video Spielzeit ca. 133 Minuten DVD-9: einseitige Discs mit 2 Schichten: Kapazität 8,5 GB, MPEG-Video Spielzeit ca. 241 Minuten DVD-10: zweiseitige Discs mit 1 Schicht: Kapazität 9,4 GB, MPEG-Video Spielzeit ca. 266 Minuten DVD-18: zweiseitige Discs mit 2 Schichten: Kapazität 17 GB, MPEG-Video Spielzeit ca. 482 Minuten Jede Seite der DVD kann zwei Informationsebenen enthalten, was ihre Kapazität nahezu verdoppelt. Diese neuartige Zweischichtentechnik benützt einen halbtransparenten Film, der um etwa 50 µ vor der ersten Schicht liegt. Wenn die tiefer liegende Informationsebene abgetastet wird, „liest" der Laser also durch diesen halbtransparenten Film hindurch. Dessen eingeprägte Informationen stören nicht, denn der Laser erkennt nur die Informationen, auf die er fokussiert ist. Am Ende der tieferliegenden Schicht springt die Fokussierung des Lasers auf die semitransparente Schicht und liest diese. Dass dieses Umschalten ohne Programmunterbrechung vor sich geht, wird durch zwei Besonderheiten sichergestellt: Erstens Wird die erste Schicht von innen nach aussen gelesen und die zweite von aussen nach innen, sodass die Stellung des Laserschlittens sowie die Drehzahl beim Umschalten nicht verändert werden müssen, und zweitens gibt es einen elektronischen Speicher, der für bruchlose Wiedergabe sorgt.

Um die viel größere Speicherkapazität zu ermöglichen, wurden folgende technische Veränderungen notwendig:

- Übergang auf einen Laser mit rotem Licht bei einer Wellenlänge von 635 bzw. 650nm (herkömmliche CD- Technik: 780nm (Infrarot))

- Erhöhung der Numerischen Apertur (NA) der Objektivlinse von 0,45 auf 0,6

- Ein Disc-Aufbau, der aus einem Verbund von zwei Schichten von jeweils 0,6mm besteht

- Verbesserung der Codierung und Fehlerkorrektur

3. Spezifikation

3.1 DVD-ROM

Die DVD für den Computer. Eine aktuelle DVD kann bis zu 17 GB speichern. Jede Seite beinhaltet dabei ca. 8,5 GB, wobei sich dies wiederum in zwei Schichten von jeweils 4,7 GB unterteilt. D.h. eine DVD-ROM hat bis zu 4 Schichten. Damit hat sie die maximal 25-fache Speicherkapazität einer CD-ROM. Die Übertragungsrate beträgt 1,108 MB/sec (Vergleich: CD-ROM Mode 1: 153,6 KB/sec). Aktuelle DVD-ROM Laufwerke übertragen mit bis zu 10x Geschwindigkeit. Die DVD-ROM ist abwärtskompatibel zur CD-DA, CD-ROM (/XA) und Video-CD.

Die DVD benützt ein Hybrid-Fileformat namens „UDF-Bridge". Dieses beinhaltet sowohl ISO 9660 wie auch das neuere m -UDF (Micro Universal Disc Format). Damit ist gesichert, dass eine DVD-ROM von verschiedenen Rechnern, ob Windows, Mac, OS, OS/2, SGI, Unix etc. gelesen werden kann, vorausgesetzt, die Dateien werden von den jeweiligen Anwendungsprogrammen der Rechnerplattformen bzw. Betriebssysteme erkannt.

Da auch Videoprogramme im UDF-Bridge Format aufgezeichnet sind, lassen sich Video-DVDs auch auf DVD-ROM-Playern abspielen. Für die Decodierung der Videosignale sind je nach Rechenkapazität des Computers Hard- bzw. Softwaredecoder erforderlich.

3.2 DVD-R

Ende September 1997 wurde der Weltstandard für DVD-R verabschiedet, die DVD, die man selbst bespielen kann - allerdings nur ein einziges Mal, denn ein Löschen oder Überschreiben ist nicht möglich (wie schon bei CD-R). Die Kapazität beträgt 3,95 Gigabyte pro Seite. Das ist etwas weniger als die 4,7 GB einer fabrikgepressten DVD und hängt damit zusammen, dass hier der Spurabstand mit 0,8 Mikron etwas grösser gewählt wurde als dort (0,78 m).

Daraus ergeben sich für das Abspielen in DVD-ROM Spielern aber keine Probleme, denn diese Geräte stellen sich automatisch auf den Spurabstand ein.

3.3 DVD-RAM

DVD-RAM ist der im Dezember 1997 vom DVD-Forum vorgestellte Standard für wiederbeschreibbare DVDs mit einer formatierten Kapazität von 2.3 GB (bzw. unformatiert 2.6 GB) pro Seite. Dieser Standard wird von Herstellern wie Hitachi, Masushita, Toshiba, Panasonic und Technics favorisiert. Es sind bereits die ersten entsprechenden Laufwerke am Markt verfügbar. DVD-RAM ist zu dem später von anderen Firmen spezifizierten DVD+RW-Standard inkompatibel. Es muß sich erst in Zukunft zeigen, welcher der beiden Standards sich durchsetzt oder ob es Laufwerke geben wird, die beides unterstützen. DVD-RAM Laufwerke arbeiten mit der sog. Phase-Change-Technik von Panasonic. Hierbei wird ein Laser verwendet, der auf 3 Leistungsstufen arbeitet. Mit den beiden stärksten Stufen werden die Bits 0 und 1 realisiert, wobei die Reflektionseigenschaften des Mediums entsprechend geändert werden. Die schwächste Leistungstufe dient zum Lesen.

Zur Zeit sind 2 Arten von DVD-RAM Medien erhältlich.

DVD-RAM-1 2.3 GB (formatiert) doppelseitig, einfach

DVD-RAM-2 4.6 GB (formatiert) doppelseitig, doppelt

Im Audio/Video-Bereich kommt DVD-RAM nicht zum Einsatz. Filme werden vor der Aufnahme nach MPEG-2 komprimiert. Eine äusserst aufwendige und teure Angelegenheit, die derzeit nur bei wenigen Studios samt entsprechenden Fachkräften möglich ist. Ein Vorgang der notwendig ist, damit wiedergabeseitig die Dekompression einerseits mit geringem Aufwand, andererseits preisgünstig erfolgt.

3.4 DVD-Video

Ein digitalisiertes Videobild hoher Auflösung umfasst eine Datenmenge von etwa 270 Mbit/sec. Wollte man dies in seiner originalen Form auf DVD speichern, wäre deren Kapazität schon nach wenigen Minuten erschöpft. Aus diesem Grunde wird das Bildsignal der DVD-Video nach dem Standard MPEG-2 etwa um den Faktor 36:1 komprimiert. Das ergibt eine Bildauflösung, die um den Faktor 4 besser ist als die von MPEG-1, das noch bei der CD-i zur Anwendung gekommen ist. (DVD-Player können allerdings auch MPEG-1 codierte CD- Programme abspielen). In Zahlen ausgedrückt erreicht die DVD eine Horizontalauflösung von nicht weniger als 540 Linien, das ist sogar noch deutlich mehr als die maximal 425 Linien einer Laserdisc. Doch die Bildqualität wird nicht nur von der Auflösung bestimmt. Ebenso wichtig ist der absolut ruhige Bildstand. Spektakulär sind auch die völlige Abwesenheit von Bandrauschen und die bisher unerreichte Farbtreue. Jedes DVD-Video und jeder DVD-Player haben einen sog. Regionalcode (oder Ländercode). DVDs mit einem bestimmten Regionalcode können nur auf Playern mit dem gleichen Regionalcode abgespielt werden. Hiermit soll der Import von DVDs unterdrückt werden, da viele DVDs früher in den USA erscheinen, als sie in Europa im Kino laufen.

3.5 DVD-Audio

Man hat auf der Basis der DVD-Technik auch eine „Nur-Audio"-DVD entwickelt, bei der (fast) völlig auf Video verzichtet und die gesamte Daten-Kapazität einer exzellenten Klangqualität zur Verfügung gestellt wird.

DVD-Audio unterstützt die Wiedergabe besonders hoher Frequenzen bis zu 96kHz (zum Vergleich: bis zu 20kHz bei CD) und erreicht einen maximalen Dynamikumfang bis zu 144dB (zum Vergleich: bis zu 96dB bei CD). Die maximale Spielzeit beträgt 400 Minuten (bei CD-Auflösung) oder mehr als 74 Minuten im Sechs-Kanal-Betrieb bei einer Auflösung von 24bit und einer Abtastfrequenz von 96kHz.

Auf Kompatibilität der verschiedenen DVD-Formate untereinander wird geachtet, was bedeutet, dass die DVD- Audio auch auf DVD-ROM Laufwerken abspielbar sein wird. Kombigeräte DVD-Video und DVD-Audio sind ebenfalls denkbar.

IV Weitere optische Speichermedien

1. WORM (Write Once, Read Many)

WORM besagt, daß man diese Platten zwar einmal beschreiben, aber danach nur noch lesen kann. Daher ist der Anwendungsbereich von WORM in erster Linie auf die Verwendung als Archivmedium beschränkt. WORM-Platten sind im allgemeinen nicht genormt und sind in unterschiedlichen Größen am Markt zu erhalten. Sie werden durch physische Veränderung der Plattenoberfläche beschrieben. Daten können nicht mehr geändert werden, da die Veränderung der Oberfläche permanent ist. Ihre Lebensdauer beträgt mehrere Jahrzehnte. WORM-Platten werden überwiegend in 5,25, 12 oder 14 Zoll Größe angeboten, und das Speichervermögen beträgt von ca. 1/4 bis zu 10 Gigabyte. Die Zugriffszeit liegt in der Regel im Bereich von 0,15 bis 0,8 Sekunden. Die Datentransferrate liegt zwischen 0,3 und 12 Megabit. Im Vergleich dazu weist CD-ROM zwar ein Speichervolumen von 0,6 Gigabyte, aber eine Zugriffszeit von 0,2 bis 1,5 Sekunden und eine Datentransferrate von 0,15 Megabyte pro Sekunde auf. WORM-Platten sind damit im Zugriff schneller, im Speichervermögen beträchtlich größer und in der Transferrate ebenso erheblich schneller als CD-ROM-Platten. Zudem werden WORM-Platten noch als sogenannte optische Jukeboxes angeboten. In derartigen Systemen wird eine große Anzahl von z.B. 60 bis 150 14-Zoll-WORM-Platten in einer On-line-Bibliothek zur Verfügung gestellt und mittels automatisierter Handhabungsmechanismen auf diese Platten zugegriffen. Damit kann jedes Datenelement in diesem Speicher mit etwa bis zu 1250 Gigabytes Speichervolumen innerhalb von Sekunden gefunden werden.

2. MO (Magento-optische Platten)

Zur Aufzeichnung von regenerierbaren optischen MO und MD Discs wird ein magnetooptisches (MO) Aufzeichnungssystem verwendet. Zum Eintragen von Daten auf die Disc wird ein Laserstrahl auf die Discoberfläche gerichtet. Er erwärmt die magnetische Schicht der Disc. Die so erwärmten Bits waren magnetisch polarisiert. Bei der Wiedergabe der auf der Disc aufgezeichneten Daten wird wiederum ein Laser verwendet. Er erkennt die geringfügige Drehung des von der Discoberfläche reflektierten Laserstrahls. Die Drehung wird durch die magnetische Polarität des auf der magnetischen Schicht vorhandnen Bits verursacht. Beim Lesen von Daten kann das MO-System nur ein Zehntel desjenigen Signals erfassen, das von einem Phasenwandler-Lesesystem (DVD) erkannt werden kann. Es hat ein schwaches Signal, das leicht von Störungen beeinträchtigt werden kann. Der Lesekopf eines Phasenwandel-Antriebs entspricht dem gleichen Standard wie auch andere ROM-Lesewerke. Das bedeutet nicht nur, daß er die Stärke des reflektierten Lichtstrahles erkennen kann, sondern auch eine größere Kompatibilität.

V Zukunft der optischen Speichermedien

1. FMD - Nachfolger der DVD?

Die FMD wurde kürzlich in Israel von einem kleinen Forschungsunternehmen namens C3D Inc. vorgestellt. Sie ist eine CD-große und -förmige durchsichte Scheibe. Der erste Prototyp hat eine Speicherkapazität von 7 GB.

Bei CDs und DVDs sind die beschriebenen Schichten mit reflektierendem Material überzogen. Ordnet man mehr als zwei Schichten übereinander an, kommt es beim Auslesen zu störenden Interferenzeffekten. Bei der FMD sind die Pits mit fluoreszierendem Farbstoff gefüllt. Trift ein fokussierender grüner Laser auf ein solches Pit, leuchtet der Farbstoff rot. Die Lichtemission von weiter oben liegenden Schichten wird mit einer speziellen Optik ausgeblendet. Mit dem heutigen Stand der Technik sind die C3D-Ingenieure angeblich in der Lage, 10 Schichten übereinander zu lagern. Ein prinzipieller Beweis dieser Behauptung ist bereits erfolgt. Damit könnte solch ein Medium, beidseitig beschrieben, bis zu 100 GB fassen. Mit einem entsprechend intensiven Laser, der eine sogenannte Zwei-Photonen-Absorption hervorruft, wären sogar 100 Schichten denkbar - eine Speicherkapazität im Terrabyte-Bereich auf einer Scheibe.

2. Blauer Laser

Den nächsten technologischen Sprung könnte es geben, wenn Schreib- und Lesegeräte mit blauem anstatt rotem Laserstrahl den Markt erobern. Der blaue Lichtstrahl läßt sich stärker bündeln, die Daten könnten dichter geschrieben werden. Wie wichtig die Bündelung des Lichts ist, zeigt schon der Unterschied zwischen CD und DVD.

Infrarotlaser in herkömmlichen CD-ROM-Laufwerken arbeiten mit einem vergleichsweise "breiten" Laserstrahl von 780 Nanometer Wellenlänge. Für die DVD-Technik konnte der Laser auf nur 640 Nanometer konzentriert werden. Dadurch wird es möglich, auch kürzere Datenspuren zu lesen. Durch den Einsatz blauer Laser mit nur 400 Nanometer Wellenlänge ließe sich die Kapazität weiter verdichten und auf 15 Gigabyte erhöhen. 1995 schafften Entwickler von Sony den Durchbruch und brachten einen blauen Laser für eineinhalb Stunden zum Leuchten. Später steigerten sie die Lebensdauer des Lasers auf 400 Stunden.

Allerdings suchten die Forscher lange Zeit vergeblich nach geeigneten Substanzen für die sogenannte Dotierung, die gezielte "Verunreinigung" des Materials, mit der die Laser-Wirkung verstärkt werden kann. Ungeklärt war auch, wie die Nitride auf einem Trägermaterial aufgebracht werden konnten, ohne daß sich schnell Risse bildeten. Beide Probleme hat die jaopanische Firma Nakamura in den Griff bekommen. Im Frühjahr letzten Jahres sie bekannt, der erste Prototyp des blauen Lasers habe eine Lebensdauer von 10.000 Stunden erreicht. Damit scheint die Technik erstmals marktreif entwickelt.