Compact Disc

Die Compact Disc (kurz: CD, englisch für Kompakte Scheibe) ist ein optischer Massenspeicher, der Anfang der 80er zur digitalen Speicherung von Musik von Philips und Sony eingeführt wurde (Audio-CD) und die Schallplatte ablösen sollte.

Später wurde das Format der Compact Disc erweitert, um nicht nur Musik abspeichern zu können. Als CD-ROM wird sie seitdem auch zur Speicherung von Daten für Computer eingesetzt.

 

Geschichte

 

 

Die Firma Philips arbeitete Mitte der 70er Jahre der optischen Aufzeichnung von Bildsignalen, die die Videotechnik revolutionieren sollte. Bald entwickelte sich die Idee, diese Technologie auch für digitale Klänge zu nutzen.

Die neue CD sollte zumindest Ludwig van Beethovens Neunte Sinfonie in voller Länge erfassen. Die Techniker hielten sich an die damals längste zur Verfügung stehende Version von Wilhelm Furtwängler. Die Aufnahme aus dem Jahre 1951 dauerte exakt 74 Minuten. 74 Minuten bedeuteten 12 cm Durchmesser des optischen Datenträgers.

 

1980 wurde von beiden Firmen für Audioaufnahmen der "Red Book"-Standard festgelegt. Am 1. Oktober 1982 erschien der erste CD-Spieler auf dem Markt und bereits 1988 wurden 100 Millionen Audio-CDs produziert.

 

Funktionsweise

 

Aufbau einer CD

 

Die CD besteht zum größten Teil aus einem durchsichtigen Trägermaterial (Polycarbonat), das mittels Spritzprägen geformt wird. Die Oberseite dieses Trägers enthält die digitalen Informationen in Form von mikrometerkleinen Vertiefungen (Pits), die nicht einmal durch ein Lichtmikroskop zu erkennen sind und Zwischenräumen („Lands“), die zu einer einzigen langen, spiralförmigen Spur angeordnet sind (insgesamt etwa 5 km).

Diese „informationshaltige“ Oberfläche wird mit einem dünnen Aluminiumfilm bedampft und schließlich mit einem Lacküberzug geschützt und eventuell mit einem Etikett versehen oder bedruckt. Diese Informationen werden im Abspielgerät von einem Laser durch die Trägerschicht abgetastet.

 

Der so ausgelesene Datenstrom ist EFM-codiert.

Aufgrund dieser Struktur des Datenstroms, bei der statt 8 Bits jeweils 17 Bits abgespeichert werden, passen überraschenderweise 50 Prozent mehr Information auf die Disc: Das kürzeste vom Laserpunkt auslesbare Pit/Land ist aus physikalischen Gründen knapp einen Mikrometer lang.

 

Die Daten sind darüber hinaus als Blöcke und Frames organisiert. Je 24 uncodierte Bytes (entsprechend 6 Stereo-Samples) zzgl. 8 Byte Fehlerkorrekturinformationen bilden einen Frame, von denen wiederum 98 einen Block bilden. Ein Block enthält also 2352 Byte uncodierte Nutzdaten, 75 Blöcke enthalten eine Sekunde Audiomaterial.

 

Fehlerkorrektur und Fehlerverdeckung

 

Damit sich Kratzer nicht negativ auf die Datensicherheit auswirken, sind die Daten mittels Paritätsbits gesichert, so dass Bitfehler erkannt und korrigiert werden können.

 

Lesevorgang

 

 

Das Abtasten einer CD erfolgt mittels einer Laserdiode. Der Lichtstrahl wird mittels eines halbdurchlässigen Spiegels in zwei Teile gleicher Stärke aufgespalten. Einer der beiden Teilstrahlen wird auf die CD gelenkt, dort reflektiert und dann mit dem anderen Teilstrahl überlagert. Der Strahl, der auf die CD trifft, hat bei einem Land eine längere Laufstrecke zurückzulegen als bei einem Pit. Durch Interferenz der Lichtwellen entstehen aus den Laufzeitunterschieden zwei unterschiedliche Lichtintensitäten im Summenstrahl, die mit einer Photodiode erfasst und in elektrische Impulse umgewandelt werden.

Die Optik mit dem Laser bewegt sich beim Abspielen vom ersten zum letzten Track im Gegensatz zur Schallplatte von innen nach außen.

 Im Red Book sind zwei verschiedene Geschwindigkeiten festgelegt, 1,2 m/s und 1,4 m/s.

 

Viele moderne CD-ROM-Laufwerke lesen Daten-CDs hingegen mit konstanter Geschwindigkeit.

 

Varianten

 

Die Format-Spezifikationen der Audio-CD (kurz CD-DA), bekannt als „Red Book“-Standard, wurde von der niederländischen Elektronikfirma Philips entworfen. Philips besitzt auch das Recht der Lizenzierung des „Compact Disc Digital Audio“-Logos, das auf jeder CD erscheint. Die Musikinformationen werden in 16-Bit-Stereo und einer Abtastrate von 44,1 kHz gespeichert.

 

CDs gibt es in zwei verschiedenen Größen, am weitesten verbreitet ist die Version mit einem Durchmesser von 120 mm und 15 Gramm Gewicht, seltener die Mini-CD mit einem Durchmesser von 80 mm und 30 % der Speicherkapazität.

 

CD Video ist eine Mischform von CD-DA (Audio-CD) und LV/LD (Bildplatte) mit digitalem Nur-Audio-Teil und analogem Video-Teil.

 

Die Spezifikationen der CD-ROM sind im „Yellow Book“-Standard festgelegt.

 

Heutzutage werden praktisch ausschließlich Multisession-CDs benutzt – die Audio-Daten liegen in der ersten Session, während die CD-ROM-Daten in einer zweiten Session enthalten sind, welche nicht von Audio-CD-Spielern gelesen wird (CD-Extra, CD-Plus).

 

Natürlich wird für den CD-ROM-Teil ein multisession-fähiges CD-ROM-Laufwerk benötigt.

 

Eine Mischform ist die CD+G (CD+Graphics). Diese CD stellt zeitgleich zur Musik grafische Daten, wie beispielsweise den Liedtext, auf einem Bildschirm dar.

 

Datenspeichermedien

Querschnitt durch eine CD

Auslesevorgang bei einer CD