Das InfoTip Kompendium

Ein kostenloser Service der InfoTip Service GmbH

Zum Anfang der
Seite scrollen

CompactDisc (CD) - Optische Aufzeichnungsverfahren

Inhaltsverzeichnis

2.2. Compact Disc (CD)

2.2.1. Die Entwicklung der CD

Als bei Philips in Eindhoven die Entwicklung der LaserDisc Ende der 1970er Jahre voranschritt, erkannte man, dass sich das optische Aufzeichnungsverfahren auch für die Aufzeichnung von Audiosignalen in hoher Qualität eignete. Nachdem sich analoge Aufzeichnungsverfahren mit Breitbandmodulation als zu umweltempfindlich erwiesen, suchte man nach einer digitalen Lösung. 1977 und 1978 demonstrierten Philips und Sony die ersten Prototypen von digitalen Audiosystemen.
1979 vereinten Philips und Sony ihre Entwicklungsaktivitäten. Philips brachte sein Know-How über optische Systeme, Servosysteme und digitale und analoge Modulationsverfahren ein, Sony seine Erfahrungen mit digitalen Techniken wie Fehlerkorrektur, Kanalkodierung (Aufbereitung eines Datensignales entsprechend den Eigenschaften des Übertragungsweges) und PCM-Adapter (zur Aufzeichnung von PCM auf Magnetband). Im Jahr 1980 wurden von den beiden Partnern im " Red Book" die technischen Spezifikationen für die Compact Disc Digital Audio (CDDA) festgelegt. Die Markteinführung erfolgte 1983.
Das neue Medium erwies sich als außerordentlich vielseitig. Die Nutzung der CD als Datenspeicher für die boomende PC-Technologie war daher naheliegend. Schon bald wurde der Standard auf Daten-CDs erweitert. Multimedia und interaktive Varianten folgten. Alle CD-Formate wurden in den sogenannten "Bunten Büchern" spezifiziert. Abbildung 2.2.1 zeigt die wichtigsten Stufen in der Entwicklung der CD-Formate auf.

Technische Daten CD
Durchmesser CD 12 cm, 8 cm
Höhe CD 1,2 mm
Masse ca. 15 g
Spurabstand 1,6 µm
Pit-Breite o,5 µm
Pit-Länge 0,833 bis 3,054 µm
Pit-Tiefe 100 nm
Wellenlänge Laser 780 nm (Nahe-Infrarot)
Dicke Reflexionsschicht 50 bis100 nm
Drehgeschwindigkeit 500 (innen) -200 (aussen) (1x) bis 10400 (CDROM 52x, CAV)
Aufzeichnungsverfahren CLV (Constant Linear Velocity) bis ca. 10x
Datenkapazität 190 MB (8 cm), 580 MB (8 cm), 650 MB, 700 MB, 800 MB, 900 MB
Datenrate Audio: 174,4 KByte/s
Daten: 150 KByte/s (1x) bis 7,8 MByte/s (CDROM, 52x)
Spielzeit Audio 21 Minuten (8cm) bis 99 Minuten, Standard-CD: 74 Minuten

Tabelle 2.2.1: Technische Daten der CD

Karte
Abb. 2.2.1: Übersicht der CD-Formate und deren Spezifikationen
(Schaltflächen in der Grafik führen Sie direkt zu weiteren Erklärungen!)

2.2.2. Compact Disc Digital Audio (CD-DA), Audio-CD

Da alle CD-Formate auf der Technik der CD-DA beruhen, sollen an dieser Stelle nur die Grundlagen der CD beschrieben werden. Eine ausführliche Beschreibung der CD-DA wird in einem eigenen Artikel vorgenommen (Link folgt)

Abb. 2.2.2: Logo Compact Disc Digital Audio
Abb. 2.2.2: Logo Compact Disc Digital Audio [1]

Die CD-DA (Compact Disc Digital Audio) oder Audio-CD ist das erste offizielle Format der Compact Disc. Der Aufbau und die logische Datenstruktur ist auf die Wiedergabe von digitalen Audiosignalen optimiert. Die Daten befinden sich in einer einzigen Spur, die eine 22188 mal gewundene Spirale ist. Um einen  Datenstrom mit einer konstanten Datenrate zu erhalten, wird die Spur im CLV- ( Constant Linear Velocity) Verfahren ausgelesen. Hierbei wird die Drehgeschwindigkeit der CD entsprechend der Position des Laser-Pickups angepasst. Der Auslesevorgang beginnt mit 500 U/min innen in der Spur und endet mit ca. 200 U/min außen in der Spur. So bleibt die Datenrate konstant bei 174,4 KByte/s.

A. Physische Datenstruktur

Das digitale Audioquellsignal hat eine Sampling-Rate von 44,1kHz und ist mit einer Auflösung von 16 Bit pro Kanal definiert. Die Daten werden blockweise verarbeitet. Die kleinste Einheit ist ein Frame (Rahmen). Jeweils sechs 32-Bit-PCM-Samples (16 Bit rechter plus 16 Bit linker Kanal) werden zu einem Block zusammengefasst. Die 32-Bit-Samples werden dann in jeweils vier 8-Bit-Worte, auch Audio-Symbole genannt, umgruppiert. Um bei der Wiedergabe eines Lesefehlers z.B. bei Kratzern auf der CD, eine Fehlererkennung und Fehlerkorrektur ( EDC/ ECC = Error Detection Code/Error Correction Code) zu ermöglichen, werden im nächsten Schritt die Symbole aus mehreren Frames miteinander verschachtelt (interleaved). Anschließend werden Parity-Bits auf der Basis einer Cross-Interleave Reed Solomon-Kodierung ( CIRC) hinzugefügt. Die Parity-Bits sind zusätzliche ("redundante") Informationen mit deren Hilfe die meisten der CIRC-Decoder Lese- und Übertragungsfehler erkennen und beseitigen kann. Manche Fehlermuster sind allerdings nicht korrigierbar, dann werden die Fehler zwar erkannt, können aber durch Interpolation nur überdeckt werden.

Abb. 2.2.3: Datenstruktur einer CD-DA
Abb. 2.2.3: Datenstruktur einer CD-DA

Durch Umcodieren der Symbole mit der EFM ( Eight-To-Fourteen-Modulation) wird zwar jedes 8-Bit-Wort auf 14 Bit vergrößert, es wird aber dadurch ein optimierter Leitungscode erzeugt, der es erlaubt, die Markierungen auf dem Medium kürzer zu gestalten. Damit kann die Speicherkapazität des Medium nahezu verdoppelt werden. Um die einzelnen 14-Bit-Codeworte sicher von einander unterscheiden zu können (besonders bei hochfrequenten Nutzsignalen) werden zwischen zwei Code-Worten jeweils drei Trennbits als Marke eingefügt.
Um den Datenstring zu einem Frame zu vervollständigen wird diesem noch ein 8-Bit-Subcode (Kontrollsignal) und ein 24-Bit-Sync Word vorangestellt. 98 solcher Frames bilden einen Sektor. Ein Sektor ist die kleinste adressierbare Einheit auf einer CD.
In jedem Frame befinden sich 6 Audio-Sample. Jedes Sample dauert 1/44,1kHz=22,67µs. Ein Sektor enthält also Audio-Informationen für 13,33ms, was 1/75 einer Sekunde entspricht.

B. Kontrollbits und Subcode Channels

Die in jedem Frame den Audionutzdaten vorangestellten acht Kontrollbits dienen als zusätzliche Steuer- und Displayinformationen. Die einzelnen Bits sind mit den Buchstaben P, Q, R, S, T, U, V und W benannt. Die in einem Sektor 98 bitseriell aufeinander folgenden Kontrollbits gleicher Bezeichnung bilden einen Subcode-Block, der Strom aufeinanderfolgender Subcode-Blocks wird als Subcode Channel bezeichnet. Die Informationen sind in zweistelligen Hexadezimalzahlen kodiert.

P-Subcode Channel

Der P-Subcode Channel liefert ein Flagsignal, das den Anfang und das Ende der Musikstücke markiert. Der Ruhepegel ist "L". Etwa 2 Sekunden vor dem Start eines Musikstücks zeigt der P-Channel einen H-Pegel und geht dann am Anfang des Tracks wieder auf "L". Ist die Pause zwischen zwei Tracks länger als 2 Sekunden, verlängert sich die Zeit des H-Pegels entsprechend. Am Ende der CD (im Lead-Out) wechselt der Pegel P-Subcode Channel jede Sekunde vier mal (=2 Hz). Der P-Subcode Channel ermöglicht einen einfachen Suchlauf, wird aber selten verwendet.

Q-Subcode Channel

Die Daten aus dem Q-Subcode Channel werden vom Controller des CD-Players zur Ablaufsteuerung und zur Anzeige der Titel-Nummer und der Spielzeit benötigt. Die Informationen sind sowohl statisch (für das Inhaltverzeichnis, diese übernimmt das Abspielgerät in sein RAM) als auch dynamisch als paralleler Stream zu den Audiodaten. Diese wertet der Controller des Abspielgerätes ständig aus.

Die S-Bits dienen zur Synchronisation.

Abb. 2.2.4: Kontrollbits und Subcode Channels
Abb. 2.2.4: Kontrollbits und Subcode Channels

Die vier Control-Bits kennzeichnen die Verwendung einer Preemphasis (Höhenanhebung) bei der Aufnahme,  die Anzahl der aufgezeichneten Audiokanäle und die Kopierschutzinformation:
2 Kanäle ohne Preemphasis = 0n00,
  mit Preemphasis = 0n01
4 Kanäle ohne Preemphasis = 1n00,
  mit Preemphasis = 1n01
Kopierschutz gesetzt: Bit 3 = 0 (= n0nn)

Die vier Adressbits enthalten einen Code für die Betriebsart (Datentyp) des Q-Kanals:
Mode 1 (0001): Anzahl der Titel, Indizierung, Einzel- und Gesamtspielzeit (TOC)
Mode 2 (0010): Katalognummer
Mode 3 (0011): ISRC-Code (Land, Eigentümer, Aufnahmedauer, Serien-Nr.)
Die Daten für Mode 2 und Mode 3 sind auf vielen CDs nicht vorhanden und können nicht von allen Abspielgeräten ausgewertet werden.
Die 72 Bit Q-Data sind die eigentlichen Nutzdaten des Q-Channels. Die Datenstruktur ist für den Lead-In-Bereich und den Programmbereich leicht unterschiedlich (Struktur siehe dort).

R-, S-, T-, U-, V- und W-Subcode Channels

Die R-, S-, T-, U-, V- und W-Subcode Channels werden von Standard Audio-CDs nicht verwendet.

C. Logische Datenstruktur

Ein CD-DA Medium ist in drei logische Bereiche aufgeteilt: dem Lead-In, dem Programm-Bereich und dem Lead-Out.

Lead-In
Abb. 2.2.5: Logische Struktur einer CD-DA
Abb. 2.2.5: Logische Struktur einer CD-DA

Im ersten nutzbaren Bereich der CD, von 23 bis 25 mm von der Mitte, befindet sich der Lead-In-Bereich (Einlauf).  Bei Audio-CDs enthält das Lead-In nur das Inhaltsverzeichnis ( Table Of Content = TOC) der CD. Die TOC dient der Positionierung des Laser-Pickups und zur Synchronisation des Prozessors vor dem Lesen der Nutzdaten im Programm-Bereich. Hierzu sind die Startzeiten der einzelnen Tracks in einer Tabelle eingetragen. Die Daten  für die TOC werden im Q-Subcode Channel übertragen. Das Datenformat zur Adressierung der Startpunkte ist MSF (Minutes:Seconds:Frames).
Die Audio-Nutzdaten ( Main Data Channel) sind bei Standard Audio-CDs (ohne CD-Text) in diesem Bereich mit Null-Bits gefüllt (digitale Stille). Im P-Subcode Channel  sind ebenfalls alle Bits auf Null gesetzt.
Die Länge des Lead-In-Bereiches hängt im Wesentlichen von der Größe der TOC ab, deren Größe wiederum von der Anzahl der Tracks auf der CD (maximal 99) bestimmt wird. Die Mindestgröße des Lead-In-Bereiches ist 4500 Sektoren, was etwa 9 MByte oder einer Minute Audiospielzeit entspricht.

TOC (Table of Content = Inhaltsverzeichnis)

Die Struktur des TOC leitet sich direkt aus den Daten im Subcodeblock ab. Ein TOC besteht aus mindestens vier Subcodeblocks. Als Kennung der für die TOC zu verwendenden Subcodeblöcke sind diese mit der Track-Nr. (TNO) = "00" und im ADR-Feld mit dem Mode 1 gekennzeichnet. Der erste Block im TOC ist mit dem Zeiger (POINT) "A0" gekennzeichnet und überträgt im PMIN-Feld die Nummer des ersten Tracks. Der zweite Block ist mit dem Zeiger "A1" gekennzeichnet und überträgt im PMIN-Feld die Nummer des letzten Tracks. Der dritte Block ist mit dem Zeiger "A2" gekennzeichnet und überträgt in den PMIN/PSEC/PFRAME-Feldern die absolute Startzeit des Lead-Out, was auch der Gesamtspielzeit der CD entspricht. Die Information für die Minuten Sekunden und  Frames (1 Frame = 1/75 Sekunde) erfolgt jeweils als zweistellige BCD-Zahl.
Die folgenden Blocks des Track 00 enthalten Informationen über die auf der CD befindlichen Audio-Tracks. Im Feld POINT wird die Track-Nr. übertragen und in den P-Feldern die absolute Startzeit des jeweiligen Tracks. Um den Datenbereich des Lead-In zu füllen und auch um eine zusätzliche Datensicherheit zu schaffen, sind die TOC-Daten mehrfach sich wiederholend vorhanden.

Abb. 2.2.6: Struktur des Q-Subcodes im CD-DA-Inhaltverzeichnis (TOC)
Abb. 2.2.6: Struktur des Q-Subcodes im CD-DA-Inhaltverzeichnis (TOC)
Abb. 2.2.7: Inhaltverzeichnis einer CD-DA auf einem PC
Abb. 2.2.7: Inhaltverzeichnis einer CD-DA auf einem PC

Aufgrund der speziellen Struktur der CD-DA lässt sich mit einem PC und einem CD- oder DVD-Laufwerk auch nicht direkt auf die Nutzdaten (= Audiodateien) zugreifen. Legt man eine CD-DA in ein PC-Laufwerk ein, sieht man nur die Daten, die im TOC stehen (Abb. 2.7). Diese weisen aber nur auf die Trackanfänge, sodass ein Kopieren der Audiodaten nicht direkt möglich ist. Um die Audiodateien einer CD-DA zu kopieren ("Rippen" = entreißen) sind Treibererweiterungen notwendig, die Bestandteile sog. Ripping-Tools oder Ripper-Software sind.
CD-DAs die mit einem Kopierschutz versehen sind, entsprechen nicht dem Red Book-Standard und dürften normalerweise nicht das Compact Disc Logo tragen.

Mit speziellen Software-Tools, z.B. cdtool (www.cdtool.pwp.blueyonder.co.uk/downloads.htm) und geeigneten CD/DVD-Laufwerken in PCs lässt sich der Q-Subcode für die TOC oder einzelne Sektoren direkt auslesen.

Abb. 2.2.8: Dump einer TOC einer CD-DA mit cdtool
Abb. 2.2.8: Dump einer TOC einer CD-DA mit cdtool
Programm-Bereich (Program Area)

Der Programm-Bereich ist eine 33 mm breite Zone, die sich von 25 mm bis 58 mm des Radius erstreckt. Er enthält bis zu 76 Minuten an Audiodaten, die in bis zu 99 Tracks (Spuren) von mindestens 4 Sekunden Länge aufgeteilt sind.
Zur Steuerung des Abspielgerätes und für das Display liefert der Q-Subcode Channel die Zeitcodes für die absolute Spielzeit und die relative Spielzeit. Die MIN-, SEC- und FRAME-Bits bilden den absoluten Zeitcode der CD. Dieser beginnt am Plattenanfang mit 00 00 00. Die Gesamtspielzeit des jeweiligen Titels steht in AMIN, ASEC und AFRAME. Über das Indexfeld "X" kann jeder Titel in 99 Teile indiziert werden.

Abb. 2.2.9: Struktur des Q-Subcodes im Programm-Bereich
Abb. 2.2.9: Struktur des Q-Subcodes im Programm-Bereich
Lead-Out

Der mindestens 0,5 mm breite Lead-Out-Bereich (Nachspann) ist eine Schlussmarkierung, die das Ende des Datenbereiches definiert. Die Mindestgröße des Lead-Out-Bereiches ist 6750 Sektoren, was 1,5 Minuten Audiospielzeit entspricht. Auch in diesem Bereich sind die Audio-Nutzdaten (Main Data Channel) mit Null-Bits gefüllt (digitale Stille). Im Q-Subcode-Chanel ist das Track-Nr.-Feld (TNO) mit "AA" als Kennzeichen belegt. Im P-Subcode Channel wechselt das Signal jede Sekunde vier mal den Pegel, sodass eine Frequenz von 2 Hz zustande kommt.

2.2.3. CD-ROM (Compact Disc Read-Only-Memory)

Die gepresste CD-ROM ist nach der Audio-CD die zweite Anwendung der Compact Disc. Die Spezifikationen sind im „ Yellow Book“ (= Daten-CDs) und im „ Orange Book“ (= beschreibbare CD-Formate mit Multisession-Fähigkeit) festgelegt. Die CD-ROM ist das am weitesten verbreitete physische Medium zum Verteilen von Software und Daten. Praktisch alle Computer verfügen über ein optisches Laufwerk mit dem CD-ROMs gelesen werden können. Durch die Struktur der CD-ROM ist auch eine plattformübergreifende Verwendung möglich. Der CD-ROM-Standard sieht zwei Varianten vor: Mode-1 ist hauptsächlich für reine Daten- und Softwareanwendungen vorgesehen. Mode-2 CD-ROMs werden meist für Videodateien verwendet.

CD-ROM Mode-1

Die physische und die logische Datenstruktur der CD-DA ist für die Verwendung mit Computerdaten nicht geeignet. Ein paar fehlerhaft abgespielte Bits von einer CD-DA machen sich beim Zuhörer kaum bemerkbar; sie sind tolerierbar. Für Computerdaten trifft dieses jedoch nicht zu. Jedes falsche Bit kann die zu übertragene Information verfälschen oder einen Programmablauf stören. Deshalb wird bei der CD-ROM im Mode-1 eine weitere Ebene der Fehlererkennung und -korrektur (Reed Solomon-Kodierung) eingeführt.

Abb. 2.2.10: Struktur der Sektoren von CD-ROMs
Abb. 2.2.10: Struktur der Sektoren von CD-ROMs

Um die vom CD-Standard vorgegebene physikalische Sektor- bzw. Blockgröße von 3234 Bytes zu erhalten, wird der Nutzdatenbereich gegenüber der CD-DA  verkleinert. Im Mode-1 werden zusätzliche Daten für die Fehlererkennung (4 Bytes EDC) und die Fehlerkorrektur (276 Bytes ECC) verwendet. Zwischen der Fehlerkennung und der Fehlerkorrektur befindet sich eine Lücke von 8 Bytes. Diese nicht benutzten Bytes sind für andere CD-Formate vorgesehen.
Weitere 4 Bytes dienen als Header für den Datenblock. Drei Bytes dienen im MSF-Format zur Adressierung des Blocks, 1 Byte dient als Kennung des Modes des jeweiligen Blocks.
Dem Header vorangestellt ist eine fest definierte, 12 Byte lange Sequenz zur Synchronisation.

CD-ROM Mode-2

CD-ROM Mode-2 wird meist für komprimierte Video-, Audio- oder Grafikdateien eingesetzt und verwendet nur die grundlegende Fehlerkorrektur der CD-DA. Die logische Sektorlänge beträgt 2334 Byte. Der Mode-2 eignet sich besonders zur Speicherung unterschiedlicher Datentypen auf einem Medium. CD-ROM Mode-2 wurde die Basis für die CD-ROM XA.

Speicherkapazitäten und Datenübertragungsraten

Abb. 2.2.11: Parameter der wichtigsten CD-ROM-Medien
Abb. 2.2.11: Parameter der wichtigsten CD-ROM-Medien

Die ursprünglich spezifizierte CD-DA hatte eine Speicherkapazität von ca. 333'000 logischen Sektoren. Als CD-DA mit der Basisfehlererkennung und -korrektur stehen so rund 783 MByte zur Verfügung. Mit der Einführung der dritten Ebene der Fehlererkennung und -korrektur bei der CD-ROM verringert sich die Nutzkapazität auf rund 681 MByte. Da die Spezifikationen gewisse Toleranzen in den mechanischen Parametern (z.B. Spurabstand) zulassen, war es möglich, durch engeres Schreiben der Spuren die Speicherkapazität zu erhöhen.
90- und 99-Minuten CDs verletzen aber den Red Book-Standard und sind nur auf moderneren Playern abspielfähig.

Abb. 2.2.12: Drehgeschwindigkeit und Datenraten
Abb. 2.2.12: Drehgeschwindigkeit und Datenraten

Wird eine CD-ROM mit der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit wie eine CD-DA ausgelesen, beträgt die Datenübertragungsrate 1,23 MByte/s, was als einfache (1x) Geschwindigkeit bezeichnet wird. Bei dieser Datenrate bewegt sich die Spur mit 1,2m pro Sekunde unter dem Laser-Pickup. Da Computerdaten, im Gegensatz zu einer Audio-CD, nicht mit einer festgelegten Datenrate ausgelesen werden müssen, kann die Datenübertragungsrate durch Erhöhung der Drehzahl der CD-ROM erhöht werden.
Ab 12-facher Geschwindigkeit lesen die meisten CD-ROM-Laufwerke das Medium im CAV-Betrieb (Constant Angular Velocity = Konstante Winkelgeschwindigkeit) aus. Hierbei ist die Umdrehungsgeschwindigkeit des Mediums unabhängig von der Position des Pickups immer gleich. Die in der Tabelle Abb. 2.2.12 angegebenen Datenrate im CAV-Betrieb können am äußeren Rand der CD-ROM gemessen werden.
Geschwindigkeiten über 50x belasten Laufwerk und Medium beträchtlich, auch die Geräuschentwicklung des sich mit über 10.000 U/min drehenden Antriebes ist enorm. Es ist vorgekommen, dass sich am Innenloch durch Mikrorisse beschädigte Medien im Laufwerk während des Betriebes zerlegt haben.

Die Dateiformate der CD-ROM

High Sierra-Format (HSF)

Die von Philips und Sony im "Yellow Book" veröffentlichten Spezifikationen für die CD-ROM waren derart allgemein gehalten, dass die Industrie befürchtete, es würden eine Vielzahl zueinander inkompatibler und proprietärer Formate entstehen. Um diesem zuvorzukommen trafen sich im Oktober 1985 Vertreter der wichtigsten Computer-Hardwarehersteller im High Sierra Hotel am Lake Tahoe um einen gemeinsamen Standard auszuarbeiten. Dieser das Arbeitspapier wurde von der Gruppe im Mai 1986 als High Sierra-Format (HSF) vorgestellt. Weiter verfeinert und an internationale Bedürfnisse angepasst, wurde daraus der Standard ECMA-119 und später ISO 9660, der noch heute gültig ist. ISO 9660 hat mehrere Erweiterungen erfahren und wird wahrscheinlich durch das Universal Disk Format (UDF) abgelöst werden.

ISO 9660

Der Standard ISO 9660, manchmal auch CDFS (Compact Disc File System) genannt, beschreibt ein Dateisystem für optische Datenträger. Es zielt auf die Unterstützung unterschiedlicher Betriebssysteme wie Windows, MAC und der Unix-Varianten. Vorgegeben werden die Konventionen für Verzeichnisstruktur, für Dateinamen und Verzeichnisse und die erlaubten Zeichen.

  • Datei- und Verzeichnisnamen dürfen nur aus den Zeichen A..Z, 0..9 und dem Unterstrich '_' bestehen, Leerzeichen sind nicht erlaubt
  • ein Dateiname darf max. 8 Zeichen haben, evtl. gefolgt von einem Punkt '.' und 3 Zeichen Extension
  • ein Verzeichnisname darf max. 8 Zeichen haben, eine Extension ist nicht erlaubt
  • der Verzeichnisbaum darf höchstens in 8 Ebenen gestaffelt sein
Abb.2.2.13: Struktur einer ISO 9660 Dateisystems
Abb.2.2.13: Struktur einer ISO 9660 Dateisystems

Die kleinste adressierbare Einheit unter ISO 9660 ist ein Sektor (oder Block) mit einer Länge von mindestens 2048 Bytes. Ein Volume (= System- plus Datenbereich einer CD-ROM) besteht aus einer Reihe von Blöcken, die bei Null beginnend logisch fortlaufend durchnummeriert sind. Die ersten 16 Sektoren (0-15) eines Volumes nehmen als Systembereich eine besondere Rolle ein. ISO 9660 ignoriert diesen Bereich. Hier können z.B. bei bootbaren CDs, Bootinformationen stehen.
Der von ISO 9660 verwendete Bereich beginnt bei Sektor 16 mit einem "Primary Volume Descriptor", der die elementare Struktur des Dateisystems beschreibt. Es können mehrere Volume Descriptoren (VDs) aufeinander folgen (z.B. bei Erweiterungen der ISO 9660 wie Joliet oder UDF). Volume Descriptoren sind so angelegt, dass wenn ein Programm, das die Disk auslesen will, die Informationen im jeweiligen Volumen Descriptor nicht auswerten kann, einfach zum nächsten springt bis es die benötigten Informationen findet. Ein "Volume Termination Descriptor" zeigt das Ende der Volume Descriptor-Reihen an.

Das erste Byte eines Volume Descriptors definiert den Typ des Volume Descriptors (VD): 0=Boot Record/1=Primary VD/2=Supplementay VD/... usw. Die folgenden Bytes enthalten den Standard-Identifier. Als Kennung für ISO 9660 steht an dieser Stelle der String "CD001". Es folgen dann die weiteren Charakteristika des Volumes und in Bytes 157 bis 190 die Kopie der ersten 24 Bytes des Root Directory Record. Dieser Eintrag ist ein Einstieg in das Dateisystem der CD. Der zweite Einstieg ist ab Bytes 141 zu finden, wo sich der Zeiger auf auf die Path Table (Pfadtabelle) befindet. Der Zeiger ist in mehreren Formaten vorhanden um die Kompatibilität zu unterschiedlichen Systemen (Little Endian / Big Endian / ...) zu verbessern.
Um eine Navigation auf der CD zu ermöglichen, unterscheidet ISO 9660 mehrere Dateitypen, die mittels Datei-Attributen den Dateien zugeordnet werden. Neben den Dateien, die User-Daten enthalten und einen vollen Zugriff gestatten, gibt es spezielle Dateien, sogenannte Extents (= zusammenhängende Blöcke/Sektoren), die nur vom Betriebssystem gelesen werden können. Die ISO 9660-Verzeichnisstruktur ist hierarchisch aus solchen Extents aufgebaut. Das oberste Verzeichnis, das Root Directory  (Wurzelverzeichnis) ist ein eigenständiges Extent und verweist auf die Extents der Subdirectories (Unterverzeichnisse). Hierin können sich wiederum Verweise auf weitere Subdirectories und Dateien befinden.
Jedes Extent enthält so viel Einträge (Records), wie Subdirectories oder Dateien in diesem Directory enthalten sind. In jedem der Records befinden sich Angaben über Directory/Files-Name, Größe, Erstellungsdatum u. -zeit, diverse Kennungen (z.B. Directory /systemgebundenes  File /  XA / usw.) und die (logische) Position des Subdirectory bzw. Files. Zwei zusätzliche Records im Directory liefern Verweise einmal auf sich selbst und auf das nächst höhere Directory (außer beim Root Directory).
Auch die Path Table ist ein Extent. In der Pfadtabelle sind alle Verzeichnisse und Unterverzeichnisse eines Volumes eingetragen. Der erste Eintrag in der Tabelle ist das Root Directory, dann in alphabetischer Reihenfolge das jeweils nächste Verzeichnis und Unterverzeichnissen. Ein weiterer Zeiger weist auf das Vaterverzeichnis. In der Pfadtabelle sind nur Directories verzeichnet, Dateien findet man nur im jeweiligen Directory Extent, auf den ein Zeiger der Path Table Records verweist.
Die Suche nach einer Datei kann auf zwei Weisen vorgegangen werden. Ein Weg den Pfad zu einer Datei zu finden, ist über eine systematische Suche in den Directory Records. Der andere Weg ist über die Pfadtabelle und die entsprechenden Directory Extents. Welche Suchstrategie eingesetzt wird ist abhängig von Betriebssystem und der Hardware des Computersystems.

Rock Ridge Interchange Protocol

Das Rock Ridge Interchange Protocol ( RRIP) oder Rock Ridge CD Extention ist eine Erweiterung des ISO 9660-Standards um die Einbindung in UNIX und dessen Derivate zu verbessern.

Joliet

Joliet ist keine Erweiterung von ISO 9660, sondern eine Variante. Microsoft entwickelte Joliet für sein Windows-Betriebssystem um die ISO 9660-Restriktionen bei Dateinamen zu überkommen.
Joliet beruht zwar auch auf der Basis von ISO 9660 Dateistrukturen,  verwendet diese aber anders. Joliet Dateinamen dürfen bis zu 64 Zeichen lang sein, ein Pfad darf einschließlich Dateiname bis zu 120 Zeichen lang sein. Es ist Groß- und Kleinschreibung erlaubt sowie Unicode-Zeichen.
CDs im Joliet-Format weisen zwei voneinander getrennte und unabhängige Dateisysteme auf. Neben dem Joliet-Dateiverzeichnis existiert aus Kompatibilitätsgründen auch eine reine ISO 9660-Struktur, die auf die gleichen Dateien zeigen kann.

El Torito

Die El Torito CD-Spezifikation ist eine Erweiterung von ISO 9660 und beschreibt wie die CD strukturiert sein muss, damit ein Computer von ihr booten kann ohne dass ein Betriebssystem installiert ist. Entwickelt wurde El Torito 1994 von IBM (zu der Zeit noch Hersteller von PCs) und Phoenix Technology, einem Hersteller von PC BIOSs.
Es sind drei verschiedenen Arten von Bootvorgängen vorgesehen
- über einen Bootloader wird der Programmcode von der CD gelesen und direkt in den Arbeitsspeicher geschrieben
- Emulation einer Floppy-Disc
- Emulation einer Festplatte

ISO 9660:1999

ISO 9660:1999 ist der letzte Stand des ISO 9660-Standards. Diese Version lockert die Restriktionen der alten Versionen. Die maximal erlaubte  Pfadlänge ist 207 Zeichen und die Begrenzung der Verzeichnistiefe auf 8 Ebenen ist aufgehoben. Die Beschränkung des Punkt-Zeichens als Separator zwischen Dateinamen und Datei-Extention ist aufgehoben. Auch Punkt-Zeichen und Leerzeichen ("Space") können  sich im Dateinamen befinden.

2.2.4. CD-ROM XA

CD-ROM XA, 1988 vorgestellt, steht für "eXtended Architecture" (=erweiterte Architektur). Die CD-ROM XA ist eine Weiterentwicklung des CR-ROM Mode 2-Formates. In der Ergänzung zum "Yellow Book" werden zwei neue Sektortypen definiert. XA Form 1 entspricht in etwa dem CD-ROM Mode 1. Eine dritte Ebene von Fehlererkennung und -korrektur macht diese Variante besonders sicher bei der Verwendung mit Computerdaten oder -anwendungen.

Abb. 2.2.14: Struktur der Sektoren von CD-ROM XA
Abb. 2.2.14: Struktur der Sektoren von CD-ROM XA

Die CD-ROM XA Form 2 jedoch ist speziell für Multimedia-Anwendungen entwickelt worden. Das Besondere an diesem Format ist die Möglichkeit Bildschirmdaten, Grafiken, Video und Audio gleichzeitig wiedergeben zu können. Bei diesem Verfahren, Interleaving (=Verschachteln) genannt, werden abwechselnd z.B. Audio- und Videodaten eingelesen, im PC zwischengespeichert und synchron zueinander wiedergegeben. Das Audiosignal ist mit ADPCM ( Adaptive Differerential Pulse Code Modulation) komprimiert. Es kann mehrkanalig in unterschiedlichen Qualitäten vorliegen.
Gesteuert wird die Wiedergabe mit Daten aus dem zusätzlichen, 8 Byte großen Subheader-Feld. Das erste Byte dient der Identifikation von verschachtelten Dateien über Dateinummern (0-255). Ist die Dateinummer "0", ist die Datei nicht interleaved.
Um die Echtzeitselektion solcher verschachtelter Daten zu unterstützen, können mit Byte 2 den unterschiedlichen Quellen Kanalnummern zugeordnet werden. (0-15 für ADPCM, 0-31 für Daten und Video). Mit diesen Datenströmen ("Streams") können die unterschiedlichen Medien Bild, Ton, Text und Programmcode gleichzeitig genutzt werden.
Das dritte Byte enthält Kennungsflags über den Typ des jeweiligen Sektors (Form, Audio/Video/Daten, Länge des logischen Sektors/...). Das vierte Byte beschreibt die Kodierungsart der Audio- und Videodaten. Die Bytes 5 bis 8 sind eine Wiederholung der Bytes 1 bis 4.

Die CD-Formate CD-I, Photo CD, Video CD und CD-EXTRA beruhen alle auf dem CD-ROM XA-Format, das sich selber nie auf dem Markt hat durchsetzen können.

2.2.5. CD-i

Abb. 2.2.15 CD-I Logos
Abb. 2.2.15 CD-I Logos [2]

Mit dem Format der CD-i, der interaktiven CD, wurde nicht nur ein neues CD-Format spezifiziert, sondern eine vollständige Plattform bestehend aus einem Player, Eingabegeräten und einer Software im CD-i-spezifischen Format. Der Anschluss des Player erfolgte an einem Fernseher. Im September 1990 vorgestellt, kombinierte die CD-i CD-Audio mit Video, Text, Animation und Interaktivität, d.h. der Benutzer konnte mit seinem CD-i-Player und der Software "kommunizieren". Anders als beim Fernsehen oder Film, die eine vom Produzenten fest vorgegebene Reihe von Sequenzen/Szenen, also lineare Wiedergabe gestatten, erlauben interaktive Systeme dem Benutzer viele Aspekte, wie ein Inhalt wiedergegeben wird, selbst zu bestimmen.
Die CD-i ist ein rein digitales Medium. Dieses ermöglicht eine weltweite Verwendung ohne Kompatibilitätsprobleme. Die Kompatibilität zu den nationalen TV-Normen wird über Software und eine lokalisierte Hardware gewährleistet. Die Spezifikation für die CD-i sind im "Green Book" festgelegt.

Das " Green Book" besteht aus der CD-i-Spezifikation und dem Microware OS-9 2.4 Technischen Handbuch. Im Gegensatz zu den anderen CD-Formaten beschreibt das "Green Book" nicht nur das Disc-Format, sondern auch das Wiedergabegerät einschließlich der zu verwendenden CPU und dem Betriebssystem. Ein Novum ist, dass sich auf der CD-i neben den Nutzdaten wie Audio und Video auch Anwendungssoftware befindet.
Das Wiedergabegerät besteht im Wesentlichen aus einem CD-Laufwerk, der Systemsteuerung mit einem Motorola 16Bit Microcontroller 68070, einem 1MByte RAM Arbeitsspeicher,  dem Grafik-Controller, dem Audio-Controller und den Schnittstellen zum Eingabegerät (Mouse, Trackball, Gamepad).  Das Echtzeit-Betriebssystem (RTOS) stellt dem Anwendungsprogramm, das von der CD-i geladen wird, die benötigten Ressourcen zur Verfügung. Von der Technik her setzt CD-i auf der CD-ROM Mode 2 bzw. der CD XA auf.
In den Originalspezifikationen erlaubt die CD-i lediglich 5 Minuten bildschirmfüllendes Video (Full-frame Full-motion Video=FMV). Erst mit der Einführung des FMV -Moduls, das in einen vorbereiten Steckplatz passte, ließen sich längere Videoclips abspielen. Das Modul enthielt einen MPEG-1-Decoder, der bei einer Datenrate von 1,15MBit/s ein Videobild mit einer Auflösung von 384x288 Pixel liefert.

Abb. 2.2.16: CD-i Multimedia-Player /Spielkonsole
Abb. 2.2.16: CD-i Multimedia-Player /Spielkonsole [3]
Technische Daten CD-i-Player

CPU
16-bit 68070 CISC Chip mit 15.5 MHz
1 MB RAM Hauptspeicher

Display
Graphics Chip: MCD 212
Auflösung: 384×280 bis 768×560
Farben: 32,768 aus 16.7 Millionen
MPEG 1 Cartridge Plug-In für VideoCD und Digital Video
 
Audio
Sound Chip: MCD 221
ADPCM 8-Kanal Audio
16-bit Stereo Sound

Betriebssystem
CD-RTOS (basierend auf Microware's OS-9)

Single Speed CD-ROM Laufwerk
 
Zubehör
CD-i Mouse
Roller Controller
CD-i Trackball
I/O Port Splitter
Touchpad Controller
Gamepad Controller
IR Wireless Controller

(Quelle:en.wikipedia)

Bei der Markteinführung (Ende 1990) des Systems in den USA standen etwa 30 Softwaretitel zur Verfügung. Ende 1991 waren es bereits über 50 Titel allein von Philips. Wegen der vielen Anwendungsmöglichkeiten wurde das CD-I-System zunächst nicht als Spielkonsole sondern als Multimedia-Gerät vorgestellt. Es wurde auch tatsächlich eine weite Anwendungspallette für die CD-i gefunden. Neben Spielen, die zuerst an TV-Game Shows angelehnt waren, erschienen auch Titel aus dem Bereich Lernsoftware ("Edutainment"), z.B. Fahrschulen und Lernprogramme (hauptsächlich) für Kinder.
Mit nachlassenden Verkaufszahlen der Konsole im Heimbereich, suchte man Anwendungen im Präsentations-Bereich im Handel. Über ein spezielles Telefonmodem (Philips TeleCD-i Assistant) war es beispielsweise möglich, online von zuhause aus Waren bei Neckermann zu bestellen oder (ab 1996) ins Internet zugehen.
Philips und andere Firmen wanden Riesensummen für das Marketing des CD-i-Systems auf. Es konnte aber gegen die zur gleichen Zeit erscheinenden Spielekonsolen (Sony, Nitendo) und PC-Spiele nicht bestehen. 1998 stellte Philips das Projekt mit großen Verlusten (Gerüchte sprechen von nahezu einer Milliarde US $) ein.

2.2.6. CD-R (CD WO)

Eine CD-R (Compact Disc Recordable) ist eine WORM ( Write Once Read Multiple = einmal beschreibbar/vielfach lesbar) Compact Disc, die mit einem handelsüblichen CD-Brenner beschrieben werden kann. Dabei muss jedoch nicht die ganze CD-R in einem Brennvorgang (Session) vollständig beschrieben werden.
Die CD-R ist auf einer sehr hohen Ebene kompatibel zu allen Varianten der CD-DA und CD-ROM. Ursprünglich gab es eine (von der RIAA eingeforderte) Trennung zwischen Audio-CD-Rs und Daten-CD-Rs. Die Audio-CD-Rs enthalten die spezielle Markierung (Disc Application Flag), die sie als solche kennzeichnen. Aufgrund von Copyright-Abgaben waren Audio-CD-Rs mehrfach teurer als Daten CD-Rs. CD-Brenner in PCs können CD-DA-Strukturen auf allen Medien brennen während Standalone Audio-Recorder meist Audio-CD-Rs als Medium erwarten.

Abb 2.2.17: Querschnitt einer CD-R
Abb 2.2.17: Querschnitt einer CD-R

Aufbau und Funktionsweise

Der Aufbau und die Funktionsweise einer CD-R folgt der allgemeinen Beschreibung im Kapitel 1.4.1. (Beschreibbare Medien).

Pregroove

Da eine unbeschriebene CD-R nicht über die Folge von Pits und Lands zur Adressierung der Datensektionen und zur Positionierung des Laser-Pickups verfügen kann (die Pits müssen ja erst geschrieben werden), ist die Spur, auf der die Daten geschrieben werden sollen, als Furche (Führungsspur, "Pregroove") vorgezeichnet. Die spiralförmige Furche wird bei der Herstellung des CD-R-Rohlings in die Oberseite des Polycarbonat-Trägers eingepresst. Anschließend wird die Oberseite mit einer organischen Farbstoffschicht ( Dye) überzogen. Es folgt die Aufbringung der metallischen Reflektionsschicht aus Silber, Gold oder Aluminium und eines unter UV-Licht aushärtenden Schutzlacks.

Die Führungsspur wird während des Brennens abgetastet, um den Laser auf die Spurmitte zu positionieren. Ein unbeschriebener CD-R-Rohling ist keineswegs leer: Die Führungsspur verläuft in der Spirale leicht wellenförmig (" Wobble") mit einem Hub von ca. +/- 0,03 µm. Das Wobblesignal ist quasi eine (niederfrequente) Modulation der Führungsspur. Die Wobblefrequenz beträgt 22,05 kHz +/- 1 kHz. Der Frequenzmodulation aufgeprägt ist die ATIP-Information.

ATIP

Die Frequenzmodulation des Wobblesignales überträgt einen absoluten Timecode, den ATIP ( Absolute Time In Pregroove), und Informationen über den Disktyp (R/RW), Hersteller, Dye-Typ, Länge der Spur in Blocks und maximale Brenngeschwindigkeit. CD-Brenner verwenden den ATIP zur Erzeugung des Inhaltverzeichnisses (TOC) der CD und zur Steuerung des Brennvorganges. Die individuelle Brennstrategie für einen CD-R-Rohling wird aus Informationen, die in der Firmware des Brenners gespeichert sind und aus den zusätzlichen ATIP-Informationen entwickelt.
Die ATIP-Informationen können mit einem guten CD-Brenner und den entsprechenden Softwaretools (z.B. CDR-Identifier von http://www.cdmediaworld.com/hardware/cdrom/cd_utils_2.shtml, K-Probe, Plextools) ausgelesen und auf dem Monitor angezeigt werden. Die Angaben über den Herstellers, über das Dye und die Brenngeschwindigkeit sind allerdings mit Vorsicht zu genießen, da solche Markierungen vorsätzlich gefälscht werden (Produktpiraterie) oder die Prägestempel einfach nach Ablauf des normalen Lebenszyklus bei einem Markenhersteller einfach an Hersteller von Billigware weiterverkauft werden.

Logische Struktur einer CD-R

Nach dem "Orange Book" ist eine CD-R in zwei Bereiche aufgeteilt: die Information Area und die System Use Area ( SUA). Die Information Area enthält die Benutzerdaten. Wie eine CD-DA oder CD-ROM teilt sich diese Zone in drei Bereiche auf. Im Lead-in steht das Inhaltsverzeichnis (TOC). Der Programm-Bereich enthält das Audiosignal oder die Computerdate. Das Lead Out markiert das Ende des Programm-Bereiches.
Sind im Information Area die allgemeinen Daten gespeichert, funktioniert die System Use Area (SUA) ähnlich wie der Bootsektor einer Festplatte. Hier stehen Informationen für den CD-Brenner über die Art der Daten und das Datenformat. Die SUA ist wiederum in zwei Bereiche unterteilt. Die SUA kann nur von CD-Brennern ausgelesen werden.

Abb. 2.2.18: Logische Struktur einer CD-RW
Abb. 2.2.18: Logische Struktur einer CD-RW

Calibration Area ( PCA)

Die Power Calibration Area (PCA) dient als Testbereich für den Schreiblaser des CD-Brenners. Jedesmal wenn eine CD-R beschrieben werden soll, wird in diesem Bereich ein Schreibtest vollzogen, um die optimale Laser-Leistung zum Beschreiben der CD-R herauszufinden. Die benötigte Laser-Leistung (8-10 mW) ist von mehreren Faktoren, wie Brenngeschwindigkeit, Farbstoff der CD, Umgebungstemperatur usw., abhängig. Mit jeder Laser-Kalibration wird eine Markierung in einem Zählerfeld geschrieben. Jede CD-R darf nur 99 mal beschrieben werden.

Program Memory Area ( PMA)

Die Program Memory Area (PMA) enthält während des Brennvorganges der CD die Track-Nr. und die dazugehörenden Start- und Endzeiten für Audio-CDs, bzw.  die Sektor-Adressen bei Daten-CDs. Nach Abschluss der (letzten) Brenn-Session werden diese Daten als TOC in den Lead In-Bereich übertragen. Die Übertragung der TOC in den Lead In-Bereich wird als "Abschließen" oder "Finalisieren" bezeichnet. Erst wenn eine CD-R finalisiert worden ist, kann sie von normalen Audio-CD-Playern oder CD-ROM-Lesegeräten abgespielt bzw. gelesen werden.

Abb. 2.2.19: Unterschied zwischen offener und finalisierter CD-R
Abb. 2.2.19: Unterschied zwischen offener und finalisierter CD-R

Schreibverfahren

Optische Datenträger können mit verschiedenen Verfahren gebrannt werden. Die unterschiedlichen Verfahren betreffen sowohl die Struktur der gebrannten CD als auch den Vorgang des Brennens selbst.
Ein Brennvorgang auf einer CD wird im allgemeinen als Session ("Sitzung") bezeichnet. Eine Session ist ein gebrannter Abschnitt auf einer CD, der einen oder mehrere Tracks jeglichen Typs enthält.
Eine CD muss nicht unbedingt in einer Session gebrannt werden.  CD-/DVD-Brenner können in der Regel Medien in allen möglichen Varianten und Stadien lesen, Standalone-Geräte wie CD-PLayer erwarten immer finalisierte (abgeschlossene) Medien.

Monosession/ Singlesession

Diese Methode erzeugt eine einzige Session auf der Disc. Die Disc wird am Ende der Session finalisiert und es ist somit nicht möglich, später weitere Daten hinzuzufügen.

Multisession
Abb. 2.2.20: Optionen in einem Brennprogramm
Abb. 2.2.20: Optionen in einem Brennprogramm

Multisession-CDs können in mehreren Sessions gebrannt werden. Dabei wird das Track-At-Once (TAO)-Brennverfahren angewendet. Pro Medium sind bis zu 99 Session möglich. Eine Multisession-CD muss bereits bei der ersten Session als solche angelegt werden. Abbildung 2.2.20 zeigt die entsprechende Option in einem Brennprogramm. Wird, wie in diesem Beispiel, die Option "Disc Schließen" nicht gewählt, wird eine Multisession-CD angelegt.
Ist auf der CD nach der ersten Session noch Speicherplatz, können in weiteren Sessions weitere Daten hinzugefügt werden. Jede neue Session erzeugt ein neues Lead In und Lead Out (Abb. 2.2.21).
Bei jeder neuen Session wird die TOC der vorherigen Session importiert, mit den neuen Dateien erweitert und dann wieder gebrannt. Dabei werden lediglich die neuen Dateien physikalisch auf die CD geschrieben, zu den vorherigen Daten wird ein Verweis auf der CD erstellt. Der Zugang zu der Dateistruktur erfolgt über die TOC des zuletzt geschriebenen Lead Ins.  Mit  ca. 24 MByte Speicherbedarf für den ersten Lead In- und Lead Out-Bereich ist dieser erheblich größer als bei einer Single Session-CD-Rs. Für alle weiteren Sessions werden jeweils ca. 14 MByte benötigt. Gegenüber einer Singlesession-CD passen auf eine Multisession-CD daher weniger Daten.
Wird eine Multisession-CD finalisiert, können keine Daten mehr hinzugefügt werden.

Abb. 2.2.21: Struktur von Multisession CDs mit einer und mit mehreren Sessions
Abb. 2.2.21: Struktur von Multisession CDs mit einer und mit mehreren Sessions

Multisession-CDs eignen sich besonders als Backup-Medium z.B. für inkrementelle Backups. Ein Beispiel für die Verwendung einer Multisession-CD-R ist die Kodak PhotoCD. Ein Standard-Kleinbildfilm liefert 36 Fotos. Eine PhotoCD kann die Daten von bis zu 100 digitalisierten Fotos aufnehmen. Um keinen (1992 sehr teuren) Speicherplatz auf der CD zu vergeuden, kann daher die PhotoCD in mehreren Sessions bis zur vollen Kapazität beschrieben werden.
Ältere und Standalone-Geräte sind oft nicht multisessionfähig. Diese "sehen" praktisch nur die erste Session und können der Verlinkung zu den weiteren TOCs nicht folgen.

Track-At-Once ( TAO)

Beim Track-At-Once-Brennverfahren werden alle Tracks einzeln geschrieben. Dabei wird jedesmal der Schreibvorgang kurz unterbrochen. Da sich die Fehlerkorrektur der CD über mehrere benachbarte Segmente erstreckt, ist bei TAO zwischen zwei Tracks eine Lücke notwendig um die Fehlerkorrektur für den nächsten Track neu zu initialisieren zu können. Um diese Lücke fest zu definieren, schreiben CD-Brenner daher nach jedem Track zwei Run Out-Blocks und vor jedem neuen Track einen Link-Block gefolgt von vier Run In-Blocks auf die CD. In Abb. 2.2.21 sind diese zusätzlichen Blocks als "Verbindungsblocks" gekennzeichnet.

Disc-At-Once ( DAO)

Wird eine CD-R/RW im DAO-Modus beschrieben, so werden alle Blöcke einer CD in einem Schreibdurchgang gebrannt. Das Schreiben im DAO-Modus ist insbesondere beim Brennen von Audio-CDs zu bevorzugen, da die Pausenlängen zwischen den einzelnen Tracks gezielt gesetzt werden können und keine Verbindungsblöcke zwischen den Tracks angelegt werden müssen (diese erzwungen eine kurze Pause). Zudem ist das Schreiben von CD-Text möglich. Soll eine CD als Master-CD eingesetzt werden, ist das Schreiben im DAO-Modus zwingende Voraussetzung.

Session-At-Once

Beim Session-At-Once-Brennverfahren wird eine Session komplett geschrieben. Dabei wird jedesmal der Schreibvorgang nicht unterbrochen. Dieses Brennverfahren erlaubt die Kontrolle der Lücken zwischen den Tracks wie bei Disk-At-Once, es können aber mehrere Sessions auf eine CD geschrieben werden.

2.2.7. CD-RW

CD-RW ist die Kurzform für "CD-Rewritable" (wiederbeschreibbare CD). Wiederbeschreibbar bedeutet, dass die CD komplett oder teilweise gelöscht werden kann und in die gelöschten Bereiche neue Daten geschrieben werden können. CD-RWs können sowohl als CD-DA als auch als CD-ROM angelegt werden, wobei ältere CD-DA-Player aufgrund der geringeren Reflektivität der aktiven Schicht oft Schwierigkeiten haben CD-RW zu lesen. Der Aufbau von CD-RWs entspricht der Beschreibung von wiederbeschreibbaren Medien im Kapitel 1.4.2.
Die logische Struktur und auch die Schreibverfahren beim Brennen folgen den Regeln der CD-R, wobei abgeschlossene CD-RWs natürlich auch wieder gelöscht werden können. Die Möglichkeit Daten zu löschen, bzw. zu überschreiben, macht CD-RW-Medien für ein besonderes Brennverfahren, dem Packet-Writing, interessant.

Packet-Writing

Normalerweise können CDs nur in einem Stück beschrieben werden. Packet-Writing hingegen erlaubt es, Daten auf einer CD-RW wie auf einer Festplatte oder Floppy-Disc handzuhaben. Daten und Dateien können auf der CD-RW hinzugefügt, gelöscht, verschoben, kopiert, verändert, oder umbenannt werden. Um dieses innerhalb der physischen CD-Strukturen vollziehen zu können ist eine spezielle Erweiterung des PC-Betriebssystems mittels Treiber notwendig, die ein entsprechendes Dateisystem auf der CD-RW erstellen und verwalten kann. Meistens kommt für Packet-Writing das UDF-Format zur Anwendung. Dieses teilt die Daten in Pakete (deshalb Packet-Writing!) auf, die dann über ein auf der CD-RW verteiltes Inhaltsverzeichnis verwaltet werden.

2.2.8. CD-MO (Magneto-Optische Disc)

Die Magneto-Optische Disc verwendet zur Aufzeichnung von Daten zwei physikalische Prinzipien: MOD-Systeme zeichnen magnetisch auf und werden optisch gelesen.

Funktionsprinzip

Alle magnetische Werkstoffe haben eine charakteristische Temperatur, die sog. Curie-Temperatur, bei deren Überschreiten sie alle magnetischen Eigenschaften verlieren, weil ihre Elementarmagnete in eine vollständige Unordnung fallen. Gleichzeitig sinkt die Koerzitivkraft (das ist ein Maß für die magnetische Feldstärke, die notwendig ist, um eine ferromagnetische Substanz vollständig zu entmagnetisieren)  des Werkstoffes je näher er sich der Curie-Temperatur nähert. Beim Überschreiten der Curie-Temperatur ist die Koerzitivkraft Null.
Bei der MOD wird die aus einem ferromagnetischen Material bestehende aktive Schicht des Mediums mit einem Laserstrahl erhitzt. Gleichzeitig wird die erhitze Stelle einem Magnetfeld ausgesetzt. Verlässt die erhitzte Stelle durch die Rotation des Medium den Bereich des Laserstrahl, so kühlt sie sofort wieder ab. Mit dem Unterschreiten der Curie-Temperatur erhält die Schicht ihre magnetischen Eigenschaften zurück. Abhängig von der Polarisation des angelegten Magnetfeldes beim Abkühlen ändert sich das optische Reflexionsverhalten der aktiven Schicht ( Kerr-Effekt). Diese Änderungen können mit einem Laser-Pickup ausgewertet werden.
MODs können sowohl in der CE als auch in der IT eingesetzt werden. Entsprechend dem Einsatzzweck sind die Systeme unterschiedlich aufgebaut.

Aufbau eines MO-Mediums (CE-Version)

Die in der CE verwendeten MO-Medien verwenden wie die CD einen scheibenförmigen Träger aus Polycarbonat. Die aktive Schicht eines MO-Medium besteht aus einer Terbium-Eisen-Kobalt-Legierung. Die Curie-Temperatur der aktiven Schicht liegt bei 185° bis 200°C. Diese Temperatur kann bei einer guten Fokussierung selbst mit einem relativ schwachen Laserstrahl (ca. 7mW) erreicht werden.

Abb. 2.2.22: Aufbau einer MO-Disc (MiniDisc)
Abb. 2.2.22: Aufbau einer MO-Disc (MiniDisc)

Um die aktive Schicht von Umwelteinflüssen und den sie umgebenen Werkstoffen zu schützen, wird sie von zwei dielektrischen Schichten versiegelt (Abb. 2.2.22). Eine metallische Reflexionsschicht (mit einer gegenüber der Compact Disc wesentlich geringeren Reflektivität) verteilt die beim Beschreiben des Mediums absorbierte Wärme flächig über das Medium. Auf der Reflexionsschicht folgt eine Schutzschicht und, optional, eine Gleitschicht aus einem Silikonschmiermittel, dass die Gleitfähigkeit zwischen Magnetkopf und Disc verbessern soll.
Die Aufzeichnung der digitalen Signale erfolgt wie bei der CD-R/RW in einer Führungsspur (Pre-Groove). Wie bei der CD-R/RW ist auch die Pre-Groove der MOD mit einem 21,02kHz +/-1kHz frequenzmoduliertem Wobble versehen, über den die  Adressierung der einzelnen Datensektoren vorgenommen werden kann.

Aufnahme

Um Daten auf einer MO-Disc abspeichern zu können, muss die aktive Schicht punktweise auf oberhalb der Curie-Temperatur erhitzt werden und gleichzeitig einem polarisiertem Magnetfeld ausgesetzt werden. Das Erhitzen der Schicht erfolgt mit einem auf ca. 1µm fokussierten Laserstrahl (mit einer CD-Standard-Wellenlänge von 780 nm) von der MOD-Unterseite. Gegenüber auf oder über der Oberseite befindet sich ein Aktuator mit einem kleinen Elektromagnet.
Wurde nun ein Bereich der MO-Schicht vom Laserpunkt über die Curie-Temperatur erhitzt, sinkt die Koerzitivkraft auf Null. Dreht sich das Medium weiter, verlässt der Bereich des Lasers und erhält seine Koerzitivkraft zurück. Gleichzeitig befindet sich aber der Bereich noch innerhalb des Magnetfeldes des Elektromagneten. Der Bereich wird zu einem Elementarmagneten, dem die Richtung des angelegten Magnet aufgeprägt ist. Abhängig von der Ausrichtung des Elementarmagneten ändern sich auch dessen optische Eigenschaften. Durch den Magneto-optischen Kerr-Effekt wird die Polarisation des vom Elementarmagneten reflektierten Lichts verändert (Abb. 2.2.24)
Die Ausrichtung des Elementarmagneten bleibt permanent erhalten. Die Archivfähigkeit soll über 40 Jahre betragen. Das Medium kann bis zu 100.000 mal überschrieben werden.
Prinzipiell können drei Aufnahmeverfahren anhand der Ansteuerung von Elektromagnet und Laserquelle unterschieden werden (Abb. 2.2.23).

  • Das technisch einfachste Ansteuerungsverfahren zur Aufnahme ist es den Elektromagnet von einem Konstantstrom IM durchließen zu lassen und den Laserstrom IL mit den Informationen zu modulieren. Diese optisch modulierten MODs benötigen allerdings spezielle Medien mit mindestens einer zusätzlichen aktiven Schicht.
  • Magnetisch modulierte Systeme verwenden im einfachsten Fall einen Gleichstrom zur Ansteuerung der Laserdiode. Da es in der Praxis bei dieser Art der Ansteuerung zu Problemen mit einem durch Reflexionen verursachten Rauschen kommen kann, wird dem Gleichstrom ein Wechselstrom mit einer Frequenz von mehreren Hundert MHz überlagert. Die zu speichernde Information moduliert den Spulenstrom IM.
    Bei den in der CE verwendeten MODs kommt die Magnetic Field Modulation zum Einsatz. Bei diesem System werden sich bereits auf der MOD befindliche Daten nicht zuvor gelöscht, sondern sofort überschrieben. Hierzu sind spezielle Magnetköpfe notwendig, die eine extrem schnelle Änderung der Flussrichtung des Magnetfeldes (in ca. 100ns) bewerkstelligen können.
  • Eine Erhöhung der Speicherdichte auf dem Medium lässt sich dadurch erzielen, dass die Schreibfrequenz des Spulenstromes erhöht wird. Dies hat allerdings Grenzen, da sich die Flankensteilheit beim Flussrichtungswechsel verschlechtert und die Kanten der Markierungen auf dem Medium "unschärfer" werden. Um die Trägheit der Induktivität des Elektromagneten zu überkommen, wird beim Laser Strobe MFM-Verfahren die wirksame Zeit des Magnetfeldes auf die MO-Schicht durch eine Synchronisation des Spulenstromes mit einem gepulstem Laserstrom (Laser Strobe) begrenzt. Die Markierungen erhalten schärfere Konturen und können besser ausgelesen werden. Dieses aufwendige und daher kostspielige High-Density MO Disk Drive System (HS) wird nur in der IT als Backup-Verfahren eingesetzt.
Abb. 2.2.23: Beschreiben einer MO-Disc
Abb. 2.2.23: Beschreiben einer MO-Disc

Auslesen/Wiedergabe

Um eine MOD auszulesen verwendet man einen fokussierten Laserstrahl mit geringer Leistung (ca. 0,5W). Die Wellenlänge des Laserlichts entspricht dem Standard CD-Laser von 780nm. Das Laserlicht durchdringt die MO-Schicht und wird von der reflektierenden Schicht zurückgeworfen. Bei jedem Durchgang durch die MO-Schicht unterliegt das Laserlicht dem Magneto-optischen Kerr-Effekt. Abhängig von der magnetischen Polarität des Elementarmagneten wird die Polarisationsebene des reflektierten Licht verdreht (Abb. 2.2.24). 

Abb. 2.2.24: Polarisation des reflektierten Lichts durch den Kerr-Effekt
Abb. 2.2.24: Polarisation des reflektierten Lichts durch den Kerr-Effekt

Da die MO-Schicht beim Beschreiben magnetisch moduliert wurde, wird die Modulation dem reflektierten Licht aufgeprägt. Das reflektierte Laserlicht wird in einem TIR-(Total Internal Reflection-) Prismen aus dem Strahlengang des Laser-Pickups ausgekoppelt (Abb. 2.2.25) und durch ein Wollaston-Prisma geschickt. Dieses trennt das einfallende Licht je nach Eingangspolarisation in zwei rechtwinklig zu einander linear polarisierte Strahlen, die jeweils von einem Fotodetektor (PD1, PD2) abgetastet werden. Ein vom Clockgenerator gesteuerter Multiplexer führt die Informationen zu einem bitseriellen Datenstrom (RF) zusammen, welcher der Laufwerkselektronik zugeführt wird.

Abb. 2.2.25: Auslesen eines MO-Mediums
Abb. 2.2.25: Auslesen eines MO-Mediums

2.2.9. MiniDisc

Die MiniDisc ( MD) ist ein von Sony für den CE-Markt entwickeltes magneto-optische Speichermedium (MOD) zur digitalen Aufnahme und Wiedergabe von Sprache und Musik. 1991 wurde das System vorgestellt, die Markteinführung in Europa erfolgte im November 1992. Die MD, so plante Sony, sollte die in die Jahre gekommene analoge Compact Cassette ablösen und das erfolglose DAT (Digital Audio Tape) ersetzen. In Asien war die MD sehr beliebt. Die Verbreitung erreichte etwa die der CD. In Europa konnte sich die MD nur im professionellen und semiprofessionellen Bereich für Live-Aufzeichnungen durchsetzen. Im Consumer-Bereich spielte sie nie eine große Rolle.
Mit dem Erscheinen der CD-R und der ersten MP3-Player mit Flash-RAM verlor die MD um die Jahrtausendwende vollständig an Bedeutung. 2007 stellte Sony die Produktion von MD-Playern ein.
Technologisch lehnt sich die MD in weiten Bereichen an die CD-R/RW an. Das 2,5" (64mm) im Durchmesser messende Medium befindet sich zum Schutz in einem Kunststoff-Gehäuse (Caddie) von 72mmx68mm und 5mm Dicke. Das Medium wird durch Schieber verschließbare Aussparungen gelesen und beschrieben. Es können zwei Typen von MiniDiscs unterschieden werden:

Die bespielte MD ("Pre-recorded oder Premastered MD") wird wie eine CD gepresst. Sie trägt wie eine CD mechanische Markierungen in Form von Pits und Land. Der Auslesevorgang beruht ebenfalls auf der gegenseitigen Auslöschung von direktem und in den Pits reflektierten Laserlicht. Auf einer bespielten MD kann nicht aufgenommen werden. Pre-recorded MDs werden aufgrund der hohen Reflektivität als "High Reflective Type" bezeichnet. Zum automatischen Erkennen des Mediums ist das Markierungsloch an der Kassettenunterseite geschlossen. Die Leistung des Lese-Lasers liegt bei ca. 0,4mW

Abb. 2.2.26: Unterseite einer bespielbaren MD
Abb. 2.2.26: Unterseite einer bespielbaren MD [4]

Die bespielbare MD ist wie eine MOD (Abb. 2.2.22) aufgebaut. Bespielbare MDs werden aufgrund der niedrigen Reflektivität als "Low Reflective Type" bezeichnet. Zum automatischen Erkennen des Mediums ist das Markierungsloch an der Kassettenunterseite geöffnet. Der Laser arbeitet beim Lesevorgang mit einer Leistung von etwa 0,8 mW, beim Schreiben liegt die Laserleistung bei ca. 7mW

Abb. 2.2.27: Blockbild eines MiniDisc-Recorders
Abb. 2.2.27: Blockbild eines MiniDisc-Recorders

2.2.10. Mixed Mode CD

Mixed Mode CDs sind CDs auf denen zwei verschiedene Datentypen miteinander kombiniert werden. Die erste Spur ist normalerweise eine Datenspur nach dem Yellow Book-Format, die restlichen sind Audio-Spuren nach CD-DA (Red Book). Das Mixed Mode-Format fand die häufigste Anwendung bei Multimedia-CDs wie Computerspielen. Der Mixed Mode wurde technisch vom CD-i-Format abgelöst.

Achtung: Werden Mixed Mode-CDs in ältere CD-Player eingelegt, sollte die erste (die Daten-) Spur von Hand übersprungen werden, da der Player versucht, die Datenspur abzuspielen. Dieses kann u. U. zur Beschädigung der Lautsprecher führen!

2.2.11. CD Extra

Das CD-Extra-Format ist ein im " Blue Book" (von Sony, Philips und Microsoft) festgeschriebener Mixed Mode-Standard, der eine Datenspur und mehrere Audiospuren auf einer CD erlaubt. Da sich die Audiospuren in der ersten Session der CD befinden, können CDs im CD-Extra-Format problemlos auch von einem normalen CD-Audio-Player wiedergegeben werden. Die Datenspuren können hingegen nur von multisession-tauglichen Laufwerken und CD-Brennern gelesen werden. Eine CD-Extra ist quasi eine Audio-CD der multimediale Inhalte (Bilder, Texte, Videos) hinzugefügt wurden.
CD-Extras wurden hauptsächlich für Werbezwecke eingesetzt.

2.2.12. CD-Bridge Disc

Die CD-Bridge Disc (oder Bridge CD) ist ein CD-Format, das neben CD-ROM XA-Strukturen zusätzliche Daten enthält, die von einem CD-i-Player wiedergegeben werden können. Mit den entsprechenden Applikationen auf der CD ist es sogar möglich die Inhalte auf CD-XA-kompatible Geräte wie PhotoCD-oder Karaoke-CD-Playern wiederzugeben.
Bridge-CDs bauen auf den Yellow Book-Ergänzungen und dem Green Book-Standards auf. Der vollständige Standard wurde erstmalig im White Book 1.0/1.1 festgelegt.

2.2.13. Video CD (VCD)

Abb. 2.2.28: Logo VCD
Abb. 2.2.28: Logo VCD [5]

Schon im Juli 1993 legten JVC, Matsushita, Philips und Sony im sog. White Book die Spezifikationen für eine neue Art von Multimedia-CDs fest. Datenträger ist eine Standard-CD. Diese spezielle Variante einer CDROM/XA sollte neben den reinen Datenfiles für Computer auch Video-Dateien im MPEG 1-Format enthalten und plattformabhängig sein.

Zuerst erfolgte die Einführung in Japan als Karaoke-CD (White Book 1.0) später als Video-CD (White Book 1.1 und 2.0) auch in den USA und Europa. Als Abspielgeräte waren CD-i-Player mit FMV-Kassette, PCs mit CDROM/ XA-Laufwerk und MPEG-Decoder-Karte und spezielle VCD-Spieler vorgesehen.
Während die VCD in Europa keinen Durchbruch erzielte, war sie in den USA und Asien weit verbreitet. In Südost-Asien hatte die VCD im Bereich Video-Verkauf und Verleih das VHS-System nahezu vollständig abgelöst.
Die VCD bietet eine Bild-Qualität wie etwa VHS, Standbilder und Stereo-Audio. Eine Standard CD (650MB) hat eine Laufzeit von etwa 74 Minuten. Ein "abendfüllender" Spielfilm ist also meist auf zwei CDs aufgeteilt.

Dadurch, dass VCDs ebenfalls von DVD-Playern der neueren Generationen (mit zwei Laserdioden) gelesen werden konnten und VCDs mit einfachen Mitteln auf einem PC erstellt und gebrannt werden können, fand dieses Format auch bald in Europa an Interesse (hauptsächlich bei der Verbreitung von raubkopierten Filmen).

Eigenschaften der VideoCD
Medium:
CD
Spielzeit auf 650 MB bis 74 Minuten
Auflösung PAL (HxV)
  Bewegtes Bild
 

  Bildformat
352x288 p
352x288 p
704x576 p

4:3
Videokompression
  Bitrate
  max.
  Ø
MPEG-1
konstant
1,15 MBit/s
1,15 MBit/s
Audiokompression

   Surround Sound
   Anzahl Audiokanäle
   Bitrate
MPEG-1 Layer 2
PCM
Dolby Prologic
2
224 kBit/s
Abb. 2.2.29: Verzeichnisstruktur einer VCD
Abb. 2.2.29: Verzeichnisstruktur einer VCD

Vorteile:

  • akzeptable Spielzeit bei akzeptabler Bildqualität
  • geringe Anschaffungskosten für normalen CD-Brenner, billige Medien (normale CD-R Rohlinge)
  • kurze Rechenzeiten bei der Erstellung

Nachteile:

  • Bildqualität nur ‚akzeptabel’ (etwa VHS Qualität)
  • eingeschränkte Kompatibilität zu älteren DVD-Playern (kann nicht auf allen Playern abgespielt werden)

2.2.14. Super Video CD (SVCD)

Abb. 2.2.30: Logo SVCD
Abb. 2.2.30: Logo SVCD [6]

Die Bildqualität der VCD (nach White Book 1.1) ist durch die Vorgaben der Spezifikationen (max. Auflösung, Datenübertragungsraten usw.) begrenzt. Der eigentliche Vorteil liegt in der relativ langen Spielzeit. Um die Bild- und Tonqualität zu erhöhen, wurden 1998 die Spezifikationen für die Super Video CD festgelegt. (Anmerkung: Dieses geschah angeblich auf Druck durch China, das nicht für die teuren DVD-Lizenzen zahlen wollte und einen eigenständigen Standard zu schaffen drohte). Eine höhere Auflösung, höhere und variable Daten-Transferraten durch den Einsatz von MPEG 2 zur Datenkompression ermöglichen, dass die Bildqualität einer SVCD die einer DVD sehr nahe kommt. Die hierfür notwendigen (etwa 5-fach gegenüber einer VCD) größeren Datenmengen begrenzen jedoch die Spielzeit auf einer Standard-CD auf etwa 35 bis 70 Minuten.

Eigenschaften der Super Video CD
Medium:
CD
Spielzeit auf 650 MB bis 35-70 Minuten
Auflösung PAL (HxV)
  Bewegtes Bild
  Bildformat
480x576 p oder i
720x576 p oder i
4:3, 16:9
Videokompression
  Bitrate
  max.
  Ø
MPEG-2
variabel (VBR)  oder konstant (CBR)
2,25 MBit/s
1,1 - 1,8 MBit/s
Audiokompression


   Surround Sound
   Anzahl Audiokanäle
   Bitrate
MPEG-1 Layer 2
MPEG-2
PCM
Dolby Surround 5.1 (AC-3)
4
32-384 kBit/s
Abb. 2.2.31: Verzeichnisstruktur einer SVCD
Abb. 2.2.31: Verzeichnisstruktur einer SVCD

Vorteil:

  • gute Bildqualität
  • akzeptabler Speicherbedarf für nichtprofessionelle Anwendung
  • akzeptable Rechenzeiten bei der Erstellung
  • billige Medien (normale CD-R Rohlinge)
  • Untertitel
  • Dolby 5.1 (AC3)

Nachteil:

  • bei hoher Qualitätseinstellung nur begrenzte Spielzeit
  • eingeschränkte Kompatibilität zu DVD-Playern (kann nicht auf allen Playern abgespielt werden)

2.2.15. PhotoCD

Die PhotoCD ist ein auf der CD-i-Bridge (Orange Book Part 2) basierender Standard, der 1992 von Kodak und Philips festgelegt wurde. Die Spezifikationen definieren nicht nur das Dateiträgerformat, sondern auch die Verfahren um Kleinbildfilme und Dias mit höchstmöglicher Qualität zu digitalisieren und in einer fünfstufigen Auflösungshierarchie (Base/16 bis 16Base, siehe Tabelle 1) zu speichern. Eine PhotoCD kann bis zu 100 Bilder der höchsten Qualitätsstufe enthalten. Die ebenfalls mögliche Auflösung 64Base visierte den Profibereich an. PhotoCDs konnten auf CD-i-Playern, auf Photo CD-Playern und auf jedem PC mit einer kompatiblen Software abgespielt werden. Da auf einem 24x36mm-Kleinbildfilm maximal 36 Fotos passen, wird eine Photo-CD mit einem Film höchstens bis zu einem Drittel ihrer Speicherkapazität gefüllt. Sie ist daher als CD-R ausgelegt. So kann die Photo CD in mehreren Sessions komplett beschrieben werden.

Abb. 2.2.33: PhotoDisc
Abb. 2.2.33: PhotoDisc [9]

Zielgruppen für die Vermarktung der PhotoCD war in erster Linie Konsumenten, die ihre Foto auf dem TV-Gerät präsentieren wollen, Massenprodukte wie digitale Kataloge und Archivierung von Fotos für Konsumenten, Profi-Fotografen und Institutionen wie Museen.
Wegen dem proprietären Format und den relativ hohen Kosten konnte sich das System nicht im Consumer-Bereich durchsetzen. Im professionellen Fotobereich konnte die PhotoCD sich halbwegs etablieren, weil die Kosten für die hochauflösenden Scans günstiger (3$ pro Bild) waren, als die von anderen Dienstleistern.
Für den Datenträger, eine nach Kodaks Spezifikationen hergestellte CD-R mit Gold als Reflexionschicht und einer Versiegelung mit einem Speziallack, gab Kodak eine Lebensdauer von 200 Jahren an.

Bezeichnung Auflösung Dateigröße Verwendung Kompression
Base/16 128x192 70 KByte Thumbnail keine
Base/4 256x384  280 KByte Preview keine
Base Image 512x768  1,13 MByte Bildschirm keine
4xBase 1024x1536  4,5MByte Druck bis A5
HD-Bildschirm
Huffman
16xBase 2048x3072 18 MByte Druck bis A4 Huffman & CSS
64xbase 4096x6144  72 MByte Druck bis A3 Huffman & CSS
Tab. 2.2.33: Kenndaten der PhotoCD

Bildkompression "Image Pac"

Die Photo CD Scanner digitalisieren ein Dia oder Negativ im Kleinbildformat (24 x 36 mm) mit einer Auflösung von 2048 x 3072 Pixel, ein Mittelformat-Bild (4 x 5 Zoll) mit 4096 x 6144 Pixel. Die unkomprimierte Ablage dieser Datenmenge von 18 MB bzw. 72 MB würde den Speicherbedarf und die Ladezeit pro Bild unnötig erhöhen.
Das Photo CD System zerlegt ein Bild in eine hierarchische Sequenz mehrerer Auflösungsstufen. Alle Auflösungen sind in einer Datei (mit der Endung *.PCD) enthalten.
Die Base-Auflösung mit 512 x 768 Pixeln und die kleineren Auflösungen werden unkomprimiert abgelegt. Die höheren Auflösungen sind dagegen nach dem Chroma-Subsampling-Verfahren 4:2:2 komprimiert. Dieses visuell verlustfreie Verfahren nutzt die Eigenschaft des menschlichen Auges aus, Farbinformationen in der Struktur schlechter aufzulösen, als Helligkeitsinformationen. (Eine genaue Beschreibung der Chroma-Subsampling-Verfahren ist im Artikel "Farbräume und Farbmodelle" zu finden)
Ein zweiter Kompressionsschritt, die Huffman-Codierung, speichert ab der 4-Base-Auflösung nur noch die hohen Ortsfrequenzanteile (die Feinstrukturen) als sogenannte Residuals. Bei der Rekonstruktion oder Dekompression des hochaufgelösten Bildes müssen also immer alle höheren Auflösungsstufen bis zu Base-Auflösung miteinander verrechnet werden. Ein Kleinbild mit 18 MB benötigt als ImagePac nur noch 4 bis 6 MB, abhängig von seinem Feinstrukturgehalt.
Über das Chroma-Subsampling ist das ImagePac somit an die Farbdifferenzdarstellung des Farbraums PhotoYCC gebunden.

Varianten der Photo CD

Photo CD Master

Die Kodak Master Photo CD fasst bis zu 100 gescannte Fotos, Negative und Dias im Format 24 x 36mm. Die maximale Auflösung liegt bei 2048 x 3072 Pixel (Rohvolumen 18 Megabyte, verlustfrei komprimiert auf ca. 4,5 Megabyte). Das ImagePac enthält fünf verschiedenen Auflösungen pro Bild im Farbraum PhotoYCC.
Die Photo-CD basiert auf dem ISO 9660 XA-Standard und weist eine ISO 9660-XA und weitere XA-Spuren auf. Die Wiedergabe auf einem Photo-CD-Player oder einem CD-I-Player wird durch die feste Verzeichnishierarchie der PhotoCD und Programme zur Wiedergabe und Steuerung ermöglicht. Der Zugriff auf die Bilder der Photo-CD ist durch die ISO 9660-Architektur möglich.

Pro Photo CD Master

Pro Photo CD Master ist für den professionellen Anwender. Hier werden Farb- und Schwarzweiß-Dias oder Negative von 35 mm Kleinbild über 120er Rollfilm bis hin zu 4 x 5 Inch Planfilm mit einer Auflösung von 4096 x 6144 Pixeln in sechs Auflösungsvarianten abgespeichert: rund 25 Bilder finden so auf einer Pro Kodak Photo CD Platz.

Photo-CD-Portfolio

Die Photo CD Portfolio ist für multimediale und interaktive Präsentationen sowie Lern- und Animationsprogramme vorgesehen und kann auch Text, Grafik, Ton, Daten und Software enthalten. Hier sind typischerweise bis zu 700 Bilder in nur drei Auflösungen bis zur Base-Ebene gespeichert: 128x192 Pixel, 256x384 Pixel und 512x768 Pixel. Sie werden in der Regel von einer Master oder Pro Photo CD übernommen. Es können aber CMYK- und RGB-Daten aus anderen Quellen übernommen werden. Die Photo-CD-Portfolio besitzt neben dem ISO 9660 XA- und dem XA-Track einen Audio-Track.

2.2.16. miniDVD (cDVD)

Die miniDVD ist eine CD mit einer DVD-Struktur. Sie ist im UDF-Format angelegt und enthält, wie die DVD, zwei Stammverzeichnisse: VIDEO_TS und AUDIO_TS. Auch die Parameter für die Datenübertragungsraten und Komprimierung sind wie bei einer DVD. Aufgrund der geringeren Kapazität der CD hat die miniDVD nur eine kurze Spielzeit von ca. 17 Minuten (bei 5 Mbit/s) auf einer 650MB CD.

Vorteil :

  • höchste Bildqualität (wie bei der DVD)
  • Struktur des Datenträgers wie die einer DVD, gleiches Authoring
  • günstige Medien
  • können mit den meisten DVD-Playern wiedergegeben werden

Nachteil:

  • können oft nicht von älteren Standalone-Playern wiedergegeben werden (Es ist 8 fache CD-Geschwindigkeit notwendig, um bei der Wiedergabe die geforderte DVD-Datenübertragungsrate zu erhalten)

2.2.17. Double Density Compact Disc (DDCD)

Bei der von Sony entwickelten Double Density Compact Disc wurden (bei gleichbleibender Wellenlänge des Lasers (=780nm)) die Strukturen der CD verkleinert: Der Spurabstand wurde von 1,6 µm auf 1,1 µm verringert und die minimale Pitlänge wurde von 0,833 µm auf 0,623 µm verkürzt. Hierdurch konnte die Speicherkapazität der CD von 650 MByte auf 1,3 GByte erhöht werden.
Die DDCD gab es als DDCD-R, DDCD-RW und DDCD-ROM. Mit dem Erscheinen der DDCD wurde nahezu gleichzeitig die beschreibbare DVD eingeführt, was eine Durchsetzung der DDCD am Markt verhinderte.

REFERENZEN

Abbildungen

[1] Das "Compact Disc Digital Audio"--Logo ist ein geschütztes Warenzeichen der Philips N.V.,
Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/Compact_Disc_Digital_Audio#mediaviewer/File:CompactDiscDigitalAudio-Logo.svg

[2] Die CD-i Logos sind geschützte Warenzeichen der Philips N.V. und Sony
Quellen:
http://en.wikipedia.org/wiki/Philips_CD-i#mediaviewer/File:CDIlogo.svg
http://de.wikipedia.org/wiki/CD-i#mediaviewer/File:CD-i.svg

[3] Foto "Philips CD-i Multimedia-Player": Lizenz: Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported Quelle: "Philips CD-i.jpg" von GPHemsley  http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Philips_CD-i.jpg

[4]Foto "Unterseite einer bespielbaren MD": Lizenz: Public Domain, Quelle: „Mdoffen“ von Moehre1992 - Eigenes Werk. via Wikimedia Commons
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mdoffen.jpg#mediaviewer/Datei:Mdoffen.jpg

[5] Das "VCD"-Logo ist ein geschütztes Warenzeichen der Philips N.V.,
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Video-CD#mediaviewer/File:Video-CD-Logo.svg

[6] Das "SVCD"-Logo ist ein geschütztes Warenzeichen der Philips N.V.,
Quelle:
http://en.wikipedia.org/wiki/Super_Video_CD#mediaviewer/File:SVCD_logo.svg

[7] Das "Compact Disc Photo"-Logo ist ein geschütztes Warenzeichen der Philips N.V.,
Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Photo_CD#mediaviewer/File:CDPlogo.svg

[8] Das "Photo CD"-Logo ist ein geschütztes Warenzeichen der Firma Kodak.,
Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/File:PhotoCDLogo.svg

[9] Foto "Photo CDs": Quelle: Kodak Pressefoto http://www.photocd.de/toolkit.jpg

Rechtshinweis

Sofern auf dieser Seite markenrechtlich geschützte Begriffe, geschützte (Wort- und/oder Bild-) Marken oder geschützte Produktnamen genannt werden, weisen wir ausdrücklich darauf hin, dass die Nennung dieser Marken, Namen und Begriffe hier ausschließlich der redaktionellen Beschreibung bzw. der Identifikation der genannten Produkte und/oder Hersteller bzw. der beschriebenen Technologien dienen.

Alle Rechte an den in diesem Kompendium erwähnten geschützten Marken- und/oder Produktnamen sind Eigentum der jeweiligen Rechteinhaber und werden hiermit ausdrücklich anerkannt. Alle in unseren Artikeln genannten und ggfs. durch Dritte geschützte Marken- und Warenzeichen unterliegen uneingeschränkt den Bestimmungen des jeweils gültigen Kennzeichenrechts sowie den Besitzrechten der jeweiligen eingetragenen Eigentümer.

Die Nennung von Produktnamen, Produkten und/oder der jeweiligen Produkthersteller dient ausschließlich Informationszwecken und stellt keine Werbung dar. InfoTip übernimmt hinsichtlich der Auswahl, Leistung oder Verwendbarkeit dieser Produkte keine Gewähr.

Sollten dennoch wider unserer Absicht Rechte Dritter verletzt werden, so bitten wir um eine Benachrichtigung ohne Kostennote.