Optische Speichermedien im Überblick

Geschrieben von Nils Waldmann am 07.01.2010.

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Ohne Frage, dem Flashspeicher wird die Zukunft gehören. Die Gründe dafür liegen auf der Hand: kompaktere Abmessungen, höhere Transferraten und ein viel besseres Kapazitäts-Gewicht-Verhältnis. Trotzdem steht die Entwicklung bei den optische Speichermedien nicht still. Für uns Grund genug, die aktuell verfügbaren Technologien in ihrer Vielfalt übersichtlich darzustellen, um den Vergleich zu ermöglichen.

 

 

Einleitung

Wie der Begriff „optisches Speichermedium“ schon erahnen lässt, werden die Daten hier mithilfe der Eigenschaften des Lichts gelesen und geschrieben. Dies ist ein gewaltiger Unterschied zu Festplatte oder Disketten, bei denen die Informationen magnetisch abgelegt werden.
Die gängigsten optischen Speicher im privaten Gebrauch sind wohl CD, DVD und Blu-ray. Hierbei ist festzuhalten, dass diese drei Abkürzungen nur die Hauptgattung des Speichers beschreiben. Im Detail werden viele verschiedene Formate sichtbar, doch dazu später mehr.
Dieser Bericht soll dem Leser in erster Linie zeigen, welches Format sich für welche Anwendung eignet und wo die groben technischen Unterschiede liegen. Es ist uns selbstverständlich bewusst, dass es noch weitaus mehr Formate und viele andere optische Datenträger gibt. Diese werden hier der Einfachheit halber allerdings nicht behandelt, da sie entweder nur in extrem spezifischen Anwendungsgebieten ihren Einsatz finden und somit für den Heimanwender uninteressant sind oder weil ihre Verbreitung generell nicht groß genug ist, als dass der Ottonormalverbraucher damit tagtäglich in Berührung kommen würde.

Technischer Überblick

Bei einem optischen Datenträger tastet ein Laserstrahl mit einer bestimmten Wellenlänge und einem bestimmten Abstand zum Medium die Oberfläche nach Informationen ab. Diese liegen in so genannten „Pids“ und „Lands“ (zu Deutsch „Gruben“ und „Flächen“)  in einer spiralförmigen Spur vor. Die „Pids“ und „Lands“ reflektieren dann das ausgesandte Laserlicht, welches daraufhin von einem Sensor aufgenommen und als binärer Code interpretiert wird. Die Pids und Lands entsprechen in ihrer Folge einfach formuliert also vielen 1 und 0, aus denen sich der Inhalt zusammen setzt. Alle optischen Datenträger lassen sich daher auf zwei Weisen mit Informationen beschreiben. Entweder es wird ein entsprechendes Negativ des Datenträgers erstellt und die CDs, DVDs oder Blu-rays (die optische Speichermedien) werden in Massen „gepresst“ oder ein Laserstrahl „brennt“ die Pids und Lands in eine spezielle Schicht. So arbeiten beispielsweise alle Brenner für den Computer.

Compact Disc

Der erste Datenträger, der sich wohl aktuell noch der größten Verbreitung erfreuen dürfte, ist die CD oder Compact Disc. Sie war es, die die optische Speichertechnologie revolutionierte und damit auch für den privaten Gebrauch interessant machte. In ihrer Urform war die CD als Tonträger und somit als Ersatz für die Schallplatte und Kassette gedacht. Mit der schnellen Verbreitung von Computern löste sie aber auch bald die Diskette als Massenspeicher ab. Die CD gibt es heutzutage in den Unterschiedlichsten Formen. Die Standard Compact Disc misst allerdings exakt 12 Zentimeter im Durchmesser und wiegt zwischen 15 und 16 Gramm. Später kam eine Mini-CD hinzu, die einen Radius von 4 Zentimetern hat  und etwa 7 Gramm wiegt. Der Speicherplatz ist in diesem Fall allerdings begrenzt.

Die typische Kapazität der CD liegt zwischen 540 und 900 MB pro Datenträger. Die Mini-CD hat im Vergleich dazu eine relativ geringe Kapazität von ca. 200 Megabyte.

Wir unterscheiden heute zwischen folgenden physikalischen Versionen der Compact Disc:

Kürzel

Bedeutung

Anwendung

CD-Rom

CD Read only Memory

Dient als nur zu lesender Datenspeicher in Computern. Sämtliche Programm und Spiele wurden über Jahre hinweg auf diesem Wege verkauft und installiert. Die CD-Rom wird im Presswerk hergestellt und kann daher nicht beschrieben werden.

CD-R

CD Recordable

Der so genannte „Rohling“, der mit dem CD-Brenner im heimischen Computer genau einmal beschrieben werden kann.

CD-RW

CD ReWritable

Ein wiederbeschreibbarer CD-Rohling.

cd

Helle Färbung der CD Oberfläche.

Die verschiedenen Formate können mit folgenden Dateisystemen und Inhalten beschrieben werden:

CD-DA

Digitale Audio CD

In diesem Format sind sämtliche Musik CDs hergestellt.

VCD bzw. SVCD

Video CD bzw. Super Video CD

Mit der Einführung von DVD-Player und der zu Anfang noch extrem teuren DVD-Recorder erfreute sich die VCD später SVCD großer Beliebtheit. So war es möglich, eigene Videos ohne DVD-Brenner trotzdem über den DVD-Player im Wohnzimmer genießen zu können. Allerdings mit Qualitätseinbußen, wobei der Schritt von VCD zu SVCD deutlich sichtbar ist, und mit dem Nachteil, dass der Datenträger nicht allzu selten während des Films gewechselt werden muss.

MiniDVD

Mini Digital Versatile Disc

Eine CD die mit DVD-Filmmaterial beschrieben wird. Sie löst in gewisser Weise die VCD/SVCD ab, hat aber nie besonders große Verbreitung gefunden, da die Kapazität der CD einfach zu gering ist. So konnte man entweder nur kurze Filme in voller Qualität abspeichern oder war gezwungen, den Datenträger auf voller Spielfilmlänge des Öfteren zu wechseln.

ISO 9660 / Joilet

Dateisysteme zur Speicherung von Daten

ISO 9660 ist ein Dateisystem zur Speicherung von beliebigen Daten auf einer CD. Es kann Ordnerstrukturen speichern und stellt das standardmäßige Dateisystem von CD-Roms dar. „Joilet“ ist eine Erweiterung des ISO 9660 Standards aus dem Hause Microsoft, welches im Grunde dieselben Funktionen bietet, allerdings längere Dateinamen und mehr Zeichen bietet.

UDF (ISO 13346)

Universal Disc Format

Ein plattformunabhängiges Dateisystem zur Speicherung von Daten, welches ISO 9660 und Joilet ablösen soll. Es kommt vor allem bei wiederbeschreibbaren Medien zum Einsatz.

Digital Versatile Disc

An den Nachfolger der CD wurde vor allem ein Kriterium gestellt: mehr Speicherplatz. Das Produkt war die DVD, die zu Anfang eigentlich als Ersatz der Videokassette gedacht war. So bezifferten die drei Buchstaben „DVD“ zuerst den Begriff „Digital Video Disc“. Heute spricht man zumeist von der „Digital Versatile Disc“, weil die DVD heute aus dem Segment der Datenspeicherung nicht mehr wegzudenken ist. Eine genaue Definition der drei Buchstaben gibt es aber nicht. Äußerlich ähnelt eine DVD ihrer Schwester der CD zu erst einmal sehr. Sie stimmen in der Größe überein und es gibt ebenfalls eine 8cm-Version von der DVD. Betrachtet man allerdings die Unterseite beider Scheiben, so fällt ein deutlicher Farbunterschied auf. Die Kapazität einer DVD beträgt typischerweise 4,7 GB. Spezielle DL Medien besitzen einen Speicherplatz von 8,5 GB.

 

DVDs gibt es zurzeit in folgenden physikalischen Varianten:

 

KürzelBedeutungAnwendung / Erleuterung

DVD + R

DVD + Recordable

Einmal beschreibbare DVD des „+“ Formats, welches von der „DVD + RW Alliance“ entworfen und vermarktet wurde.

DVD + RW

DVD + ReWritable

Wiederbeschreibbare DVD des „+“ Formats, welches von der „DVD + RW Alliance“ entworfen und vermarktet wurde.

DVD – R

DVD – Recordable

Einmal beschreibbare DVD des „-“ Formats, welches vom „DVD Forum“ entworfen und vermarktet wurde.

DVD – RW

DVD – ReWritable

Wiederbeschreibbare DVD des „-“ Formats, welches vom „DVD Forum“ entworfen und vermarktet wurde.

DVD – RAM

DVD – Random Access Memory

Medium mit physikalischer Sektorierung und automatischer Fehlerkorrektur, welches sich daher besonders gut zu Datensicherungszwecke verwenden lässt. Es ist wiederbeschreibbar und kann sich, je nach Software, wie eine Festplatte verhalten. Daten, die per Drag and Drop auf dem Medium platziert werden, werden sofort geschrieben, verändert oder gelöscht.

DVD – DL / DVD + DL

DVD – Dual Layer / DVD + Double Layer

Bei diesen Medien wurden zwei Datenschichten (Layer) über einander gelegt. Die Kapazität steigt dabei von 4,7 GB auf ca. 8,5 GB an. Das „DVD Forum“ nennt seinen Datenträger „Dual Layer“, die „DVD + RW Alliance“ betitelt ihr Produkt mit „Double Layer“.

 

Hintergrund zu den + und – Formaten:  Das DVD Forum hat ursprünglich die DVD-R(W) als Nachfolger für die CD spezifiziert. Aufgrund der damals noch sehr teuren Preise für Lizenzen und Technik, schlossen sich einige Firmen zur DVD + RW Alliance zusammen und entwickelten das so genannte „+ Format“. Für den Nutzer macht es heute eigentlich keinen Unterschied mehr, welches Format eingesetzt wird, da beide Formen den gleichen Zweck erfüllen und von den meisten modernen Geräten gelesen oder beschrieben werden können. Selbiges gilt für die DL-Formate der beiden Parteien.

dvd

Goldene Färbung der DVD Oberfläche.

Folgende Dateisysteme und Verwendungszwecke gibt es bei der DVD:

DVD- Video

DVD-Video

Wird eine DVD mit diesem Dateiformat erstellt, ist sie in nahezu jedem DVD Player abspielbar. Voraussetzung dafür ist eine spezielle Ordnerstruktur und passende Videodaten als MPEG2-Stream im VOB-Container.

DVD-Audio

DVD-Audio

Die DVD-Audio ist in gewisser Weise eine Möglichkeit, Musik oder andere Audiodaten in noch höherer Qualität als aus einer Audio-CD zu speichern. Audio-DVDs können mehrere Tonspuren enthalten und verfügen über die Möglichkeit auch unkompliziertes Audiomaterial mit extrem hohen Bitraten zu fassen.

DVD-ROM

DVD- Read only Memory

Die DVD-Rom (auch als Daten-DVD bekannt) ist der gängige Weg, Daten auf einer DVD zu speichern, die auf dem Computer ausgelesen werden sollen. Hierbei kommen, wie bei der CD, die Standards ISO 9660/Joilet eher aber UDF zum Einsatz.

 

 

Blu-ray Disc

Die Blu-ray Disc ist die aktuellste Technologie zur optischen Speicherung von Daten, die auf dem Massenmarkt verfügbar ist. Der Name stammt von dem eingesetzten Laserstrahl und seiner bläulich-violetten Färbung, die durch die geringe Wellenlänge zu Stande kommt. Bis Mitte 2008 hatte die Blu-ray Disc einen Gegenspieler mit dem Titel „HD-DVD“, welcher dann aber vom Markt verdrängt worden ist. Beide Formate wurden mit dem Ziel entwickelt, noch größere Datenmengen mit höheren Transferraten auf der alten Mediumgröße (12 cm Durchmesser) zu vereinen. Vor allem hochauflösende Filme (Full-HD) waren dabei im Visier der Ingenieure. Herausgekommen ist am Ende die Blu-ray Disc, welche als Einzel-Layer-Medium eine typische Kapazität von ca. 25 GB aufweist und als zweilagiges Medium 50 GB an Speicherplatz zur Verfügung stellt.

bluray

Dunkelblaue Färbung der Blu-ray Disc.

Das Blu-ray Disc Format bietet folgende physikalische Versionen:

Kürzel

Bedeutung

Anwendung / Erleuterung

BD-Rom

Blu-ray Disc – Read only memory

Blu-ray Disc Equivalent zur DVD-Rom oder CD-Rom. Ein Medium, das gepresst worden und somit nur noch lesbar ist.

BD-R

Blu-ray Disc – Recordable

Einfachbeschreibbare Blu-ray Disc mit nur einer Datenschicht.

BD-R DL

Blu-ray Disc – Recordable Dual/Double Layer

Einfachbeschreibbare Blu-ray Disc mit zwei Datenschichten und doppelter Kapazität.

BD-RE

Blu-ray Disc Rewritable

Dies ist die mehrfachbeschreibbare Variante der Blu-ray Disc mit einem Daten-Layer.

BD-RE DL

Blu-ray Disc Rewritable Dual/Double Layer

Ebenfalls mehrfachbeschreibbare BD mit zwei Datenschichten und 50 GB Kapazität.

 

Die Daten werden bei der Blu-ray Disc im UDF 2.X Format geschrieben und sind somit von eigentlich allen aktuellen Betriebssystemen les- und beschreibbar. Voraussetzung hierfür ist natürlich das Vorhandensein entsprechender Hardwareausrüstung.
Zu erwähnen ist noch, dass es neben der Standard-Blu-ray Disc mit einem Durchmesser von 12 Zentimetern wieder einen Miniaturableger gibt. Dieser misst, wie Mini-CD und Mini-DVD, ebenfalls 4cm im Radius und bietet eine maximale Kapazität von 7,5 GB (Single Layer) oder 15 GB (Dual/Double Layer).

Lesegeschwindigkeiten

Dieser Abschnitt soll kurz die Transferraten der einzelnen Medien ansprechen und die teilweise enormen Unterschiede in der Entwicklung aufzeigen. Die Geschwindigkeit wird als x-faches angegeben und auf einen Wert von 1x festgesetzt. Das bedeutet, dass CD, DVD und Blu-ray Disc bei einer Geschwindigkeit von 1x alle mit der gleichen Umdrehungszahl pro Minute rotieren. Die steigende Datendichte über DVD bis hin zur Blu-ray lässt die Transferraten allerdings ansteigen. In der Praxis wird die Geschwindigkeit von 1x beim Abspielen einer Audio-CD, oder bei der Wiedergabe eines konformen DVD- oder Blu-ray Videodatenträgers erreicht.

Die folgende Tabelle zeigt die gängigen Lesetransferraten auf:

x-fache Geschwindigkeit

Compact Disc

Digital Versatile Disc

Blu-ray Disc

1x

150 KByte/s

1,385 MByte/s

4,5 MByte/s

2x

300 Kbyte/s

2,77 MByte/s

9,0 MByte/s

4x

600 KByte/s

5,54 MByte/s

18 MByte/s

8x

1,2 MByte/s

11,08 MByte/s

36 MByte/s

12x

1,8 MByte/s

16,62 MByte/s

54 MByte/s

16x

2,4 MByte/s

22,16 MByte/s

24x

3,6 MByte/s

33,24 MByte/s

32x

4,8 MByte/s

64x

9,6 MByte/s

72x

10,8 MByte/s

 

Diese Werte enthalten ggf. Zwischenstufen, die in der Realität nicht zur Anwendung kommen und in diesem Fall nur dem besseren Vergleich dienen.  Es ist außerdem anzumerken, dass es sich hierbei um theoretische Werte handelt, die im Einsatzfall wenn überhaupt nur an der Außenseite des Datenträgers erreicht werden. Es ist außerdem zu beachten, dass bei Schreibvorgängen mit hohen Rotationsgeschwindigkeiten die Fehlerrate stark zunehmen kann. Eine Verifizierung der Daten durch das Brennprogramm ist also angebracht, wenn es sich um wichtige Informationen handelt.

Kopierschutz

Mittlerweile verfügen alle drei Speichermedien über einen oder mehrere Kopierschutzmechanismen, die vom Hersteller erworben und eingesetzt werden können. Während auf der Compact Disc im Datenspeicherungssegment für Software viele verschiedene Verfahren zum Einsatz kommen, die alle nur softwareseitig arbeiten, gibt es für die DVD das CSS-System, welches mittlerweile lizenzfrei verfügbar ist. Dieses System verhindert ganz einfach, dass der Inhalt ohne Umwege von der DVD via Computer ausgelesen werden kann.
Bei der Blu-ray Disc hat man etwas tiefer in die Trickkiste gegriffen und setzt auf eine hardwareseitige Punkt-zu-Punkt-Verschlüsselung zwischen Bildwiedergabe- (HDTV)und Quellgerät (Blu-ray Player) namens HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection). Diese arbeitet Hand in Hand mit dem Blu-ray Kopierschutzverfahren AACS (Advanced Access Content System), welches durch Hard-und Softwareschlüssel die Kopie eines Blu-ray Datenträgers verhindern soll. Die gesamte Kommunikation zwischen Medium und Player sowie dem TV findet über eine 128bit Verschlüsselung statt. Dies setzt HDCP-fähige Endgeräte voraus, um überhaupt eine Blu-ray Disc mit Videoinhalten wiedergeben zu können. Gleiches gilt am Computer übrigens für den Monitor und die verwendete Grafikkarte sowie Software.

 

Quellenverzeichnis

Folgende Quellen wurden für die Recherche über das aktuelle Thema verwendet:

http://de.wikipedia.org/wiki/Blu-ray_Disc
http://de.wikipedia.org/wiki/Optisches_Speichermedium
http://de.wikipedia.org/wiki/DVD
http://de.wikipedia.org/wiki/Compact_Disc
http://de.wikipedia.org/wiki/Compact_Disc#CD-RW_.28Rewritable.29
http://de.wikipedia.org/wiki/Kopierschutz
http://www.blu-raydisc.com/Assets/Downloadablefile/general_bluraydiscformat-15263.pdf
http://www.dvdforum.org/forum.shtml
dvdrw.com/

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Nils Waldmann

Nils Waldmann

...ist seit über 10 Jahren bei Allround-PC.com und als Redakteur und technischer Leiter tätig. In seiner Freizeit bastelt und konstruiert Nils gerne flugfähige Modelle oder fotografiert und filmt auf Motorsportevents. Im "echten Leben" studierter Wirtschaftsingenieur und Qualitätsmanager.

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