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Alle Spatzen pfeifen's von
den Dächern: Das PC-Thema der neunziger Jahre heißt Multimedia. Bild- und
Toninformationen werden in speicherfressenden Bitfolgen oder als
Analogsignale digital abrufbar sein. Multimedia erfordert daher billige,
robuste Massenspeichermedien für einen riesigen Konsumentenmarkt.
Prädestiniert für diese Aufgabe sind die Optischen Speicher: Bildplatte,
CD-ROM, CD-R und MO-Disk. |
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schillernde Scheiben |
Im Jahre 1969 startete man in den Philips
Forschungslaboratorien in Eindhoven ein Projekt zur Aufzeichnung von
Video- und Audioprogrammen sowie Daten auf optischen Platten. Neun Jahre
später wurde die Compact Disk oder CD der Fachpresse vorgestellt,
nachdem zuvor ein Kooperationsabkommen mit dem japanischen
Elektronik-Konzern Sony abgeschlossen wurde. Herbert von Karajan setzte
dann 1983 das marktreife Produkt auf einer gemeinsamen Pressekonferenz
der beiden Konzerne publikumswirksam in Szene. Noch im gleichen Jahr
wurden weltweit etwa 400 000 CD-Abspielgeräte verkauft, 1989 fanden etwa
20 Millionen Geräte einen Käufer. Die Produktion an CDs ist entsprechend
höher und lag 1989 bei etwa 900 Millionen Stück. Der größte deutsche
Hersteller, Sonopress, eine 100-prozentige Tochter des Medienkonzerns
Bertelsmann, produziert täglich etwa 400 000 CDs.
Die CD-ROM als Variante für den bitgeprüften Informationsmarkt
profitiert von dieser Entwicklung, da sie physikalisch denselben Aufbau
hat und damit auf den gleichen Produktionsmaschinen vervielfältigt
werden kann. Kostenvorteile bei der Herstellung führen dazu, dass die
CD-ROM als Nur-Lese-Speicher (ROM = Read-Only-Memory) mit einer Kapazität
von etwa 660 MByte ein preisgünstiges Speichermedium geworden ist.
Betrachtet man die reinen Vervielfältigungskosten, so ist bei einer
Auflage von beispielsweise 1000 Stück die Herstellung von sechs 3
1/2-Zoll-Disketten teurer als eine CD-ROM-Produktion. Aus diesem Grund
gehen in den USA die großen Softwarehäuser vermehrt dazu über, anstelle
mehrerer Disketten nur eine CD-ROM auszuliefern, zumal
CD-ROM-Abspielgeräte in den USA sehr viel häufiger anzutreffen sind als
hierzulande; die Ausgangslage entspricht in etwa der der Musik-CD im
Jahre 1983.
Neben den ROM-Medien gibt es seit einiger Zeit auch die einmal
bechreibbaren Medien, die CD-R (R = Recordable) und die
wiederbeschreibbaren Medien; hier ist insbesondere die MO-Disk (MO =
Magneto Optical) zu nennen. Und es gibt die Bildplatte, deren Ende zwar
seit langem propagiert wird, die sich jedoch bislang behaupten kann.
Dies liegt in erster Linie daran, dass auf ihr Bildinformationen in
hoher Qualität analog und in großer Menge abgespeichert werden können. |
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Am Anfang wollt' ihn keiner
haben - er war im heutigen Sinne auch kein richtiger Prozessor - er war das
damals machbare - dies aber wiederum war besser, als alle "klassische"
Elektronik. Das wiederum aber erkannten nur wenige - so bleibt dem absoluten
Opa aller Mikroprozessoren nichts weiter als eine Klassikerrolle - kaum
benutzt - aber die Glocke für ein neues Zeitalter ;-) |
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Bild
1. Optisches Abtasten der Information bei Musik-CD und CD-ROM:
a) Anordnung des Abtast-Systems
b) Vereinfachte Strahlengangdarstellung
c) In der Informationsebene hat der Laserstrahl einen Durchmesser von
etwa 1 ~tm; in der
Plattenoberfläche einen von etwa 1 mm; Staub und kleinere Kratzer werden
übersehen. |
Allen Mitgliedern der CD-Familie gemeinsam
ist zunächst das von der Musik-CD bekannte Erscheinungsbild: die
spiegelnde, Licht brechende 3 1/2- oder 5 1/4-Zoll-Scheibe.
Sie besitzt einen asymmetrischen Aufbau, bestehend aus einer
unbedruckten, auf der Außenseite glatten Polycarbonat-Kunstoffschicht
von etwa 1,2 mm Dicke, einer 40 bis 50 nm dicken reflektierenden
Aluminiumschicht, und einer etwa 10 µm dicken Schutzlackschicht, auf die
ein Etikett gedruckt ist. Die Information ist in Form von Vertiefungen,
den sogenannten Pits, zwischen Polycarbonat- und Aluminiumschicht
eingeprägt. Sie bilden ein lichtbrechendes optisches Gitter, woraus die
schillernden Regenbögen beim Betrachten resultieren.
Die 4 bis 5 Milliarden Pits einer Musik-CD sind spiralförmig, im
Gegensatz zur Schallplatte aber von innen nach außen angeordnet. Die
Spur ist nur etwa 0,6 µm breit, der seitliche Abstand zur Nachbarspur
beträgt etwa 1 µm. Die Spur wird auf optischem Wege berührungsfrei
ausgelesen (Bild 1). Dazu wird ein Laserstrahl in der Informationsebene
fokussiert. An Stellen, an denen keine Vertiefung eingeprägt ist, wird
er reflektiert, an den Pits hingegen gestreut. Der so in seiner
Intensität modulierte Lichtstrahl wird von einer Fotodiode empfangen,
deren Ausgangssignal in einen seriellen Datenstrom umgewandelt wird (1,
2].
Der Auslesevorgang bei den CD-Speichern, CD-ROM und CD-R, entspricht dem
der Musik-CD, was auch für die Bildplatte gilt, bei der aber die
Information nicht digital sondern analog abgespeichert ist [3]. Ein
wesentlicher Unterschied zur Musik-CD besteht bei der CD-ROM in den
Aufzeichnungsformaten. Diese sind im „Yellow Book" von Philips
definiert, das nur Lizenznehmern zugänglich ist. Man differenziert
zwischen Betriebsart 1, Betriebsart 2 - Form 1 und Betriebsart 2 - Form
2. Der CD-ROMStandardbenutzt ausschließlich Betriebsart 1. CD-ROM-XA
wurde erweitert um Betriebsart 2 - Form 1 und - Form 2. Über die reine
Definition der Formate hinaus legt CD-ROMXA die Komprimierung von Ton
nach ADPCM (Audio Digital Pulse Code Modulation) fest. DVI (Digital
Video Interactive, [4] als neuer Industriestandard von Intel ist
zunächst auf Betriebsart 1 beschränkt. Es legt fest, wie Bewegtbild
durch geeignete Datenkompression in den CD-ROM-Standard integriert
werden kann. DVI geht von einer mittleren Datenkompression von 120 zu 1
aus, um bei etwa 500 000 Pixeln 60 Minuten Bewegtbild pro CD-ROM zu
erreichen. Das von Philips und Sony initiierte CD-1System (Compact Disk
Interactive) verwendet ausschließlich Betriebsart 2 - Form 1 und - Form
2 und unterstützt die Tonkomprimierung nach ADPCM.
CD-ROM, CD-ROM-XA und DVI sind Standards, die in schon bestehende PCs
integrierbar sind. Eine offene Architektur ermöglicht ihren Einsatz
unter verschiedenen Betriebssystemen. Der CD-I-Standard, beschreibt im
Gegensatz zu den drei vorgenannten sowohl die zu verwendende Hardware
als auch Software. Die Vorgehensweise bei Bewegtbild ist
systemspezifisch. In der Praxis sieht es so aus, dass ein CD-I-Anwender
sich als Blackbox das Abspielgerät mit integriertem Prozessor kauft,
daran Monitor/Fernseher und Audio-Verstärker anschließt und komplett
gefertigte Informationen per CD erhält. Eine Kompatibilität zu anderen
CD-ROM-Anwendungen ist bislang nicht gegeben.
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Unverwüstlich steht bei der CD-ROM
in den Aufzeichnungsformaten. Diese sind im „Yellow Book" von Philips
definiert, das nur Lizenznehmern zugänglich ist. Man differenziert zwischen
Betriebsart 1, Betriebsart 2 - Form 1 und Betriebsart 2 - Form 2. Der
CD-ROMStandardbenutzt ausschließlich Betriebsart 1. CD-ROM-XA wurde
erweitert um Betriebsart 2 - Form 1 und - Form 2. Über die reine Definition
der Formate hinaus legt CD-ROMXA die Komprimierung von Ton nach ADPCM (Audio
Digital Pulse Code Modulation) fest. DVI (Digital Video Interactive, [4] als
neuer Industriestandard von Intel ist zunächst auf Betriebsart 1 beschränkt.
Es legt fest, wie Bewegtbild durch geeignete Datenkompression in den
CD-ROM-Standard integriert werden kann. DVI geht von einer mittleren
Datenkompression von 120 zu 1 aus, um bei etwa 500 000 Pixeln 60 Minuten
Bewegtbild pro CD-ROM zu erreichen. Das von Philips und Sony initiierte
CD-1System (Compact Disk Interactive) verwendet ausschließlich Betriebsart 2
- Form 1 und - Form 2 und unterstützt die Tonkomprimierung nach ADPCM.
CD-ROM, CD-ROM-XA und DVI sind Standards, die in schon bestehende PCs
integrierbar sind. Eine offene Architektur ermöglicht ihren Einsatz unter
verschiedenen Betriebssystemen. Der CD-I-Standard, beschreibt im Gegensatz
zu den drei vorgenannten sowohl die zu verwendende Hardware als auch
Software. Die Vorgehensweise bei Bewegtbild ist systemspezifisch. In der
Praxis sieht es so aus, daß ein CD-I-Anwender sich als Blackbox das
Abspielgerät mit integriertem Prozessor kauft, daran Monitor/Fernseher und
Audio-Verstärker anschließt und komplett gefertigte Informationen per CD
erhält. Eine Kompatibilität zu anderen CD-ROM-Anwendungen ist bislang nicht
gegeben. |
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Unkompliziert - Wiederbeschreibbare Speicher
Bei den wiederbeschreibbaren Optischen Speichern hat sich die MO-Disk (MO
= Magneto Optical) durchgesetzt. Man konnte sich für das 51/4-Zoll-Format
auch schon auf einen Standard einigen, für die 31/2-ZollPlatte steht ein
solcher noch aus. Der Standard sieht zusätzlich zu den wieder beschreibbaren
Sektoren ROM-Bereiche vor, in denen Informationen nicht löschbar schon
während des Fertigungsprozesses aufgebracht werden. Im Gegensatz zur CD-ROM
erfolgt die Strukturierung der MO-Disk sektorenweise, um zu optimalen
Zugriffszeiten unter 100 ms zu gelangen. Die Speicherkapazität einer
51/4-Zoll-MO-Disk wird derzeit mit 650 MByte angegeben, die mit einer
Datenrate von 5 MBit/s ausgelesen werden können. Mit Preisen zwischen heute
600 bis 900 Mark bei fallender Tendenz wird die MO-Disk mittelfristig die
großen Festplatten ersetzen.
Der einzige europäische Hersteller, der die MO-Disk bis zur Serienreife
entwickelt hat, ist die Firma Hoechst. Philips hängt in der Entwicklung
etwas hinterher, Sony ist neben anderen japanischen Firmen wie
selbstverständlich mit einem Produkt vertreten.
Bild 2. Querschnitt durch
eine MO-Disk Der physikalische Aufbau einer MO-Disk ähnelt stark dem Aufbau der CD-R
(Bild 2). An die Stelle des Farbstoffs tritt eine optisch magnetisierbare
Speicherschicht einer Seltenerd-Legierung (ThFeCo, GdTbFe), eingebettet
zwischen zwei dielektrische Schichten aus polykristallinem Siliziumdioxid.
Indem man zwei so hergestellte Platten schutzlackseitig verklebt, erhält man
eine zweiseitig beschreibbare MO-Disk.
Die Datenspeicherung basiert auf unterschiedlicher Magnetisierung von
Speicherschichtbereichen (Bild 3). Beim Auslesen mit einem Laserstrahl
verändert sich die Polarisationsebene des Lichts je nach Orientierung der
Magnetisierung. Die Drehung der Polarisationsebene, auch Kerr-Effekt
genannt, wird in einer speziellen Optik mit einem Fotodetektor festgestellt
und als Signal interpretiert.
Die Änderung der Magnetisierung innerhalb der Speicherschicht geschieht
dadurch, dass ein energiereicher Laserstrahl die Schicht auf etwa 200 °C
erwärmt und die zunächst bestehende Magnetisierung aufhebt. Beim Abkühlen
prägt ein äußeres Magnetfeld die Magnetisierungsrichtung der Schicht. Damit
die Schreib-, Lösch- und Auslesesensorik den gewünschten Bereich auf der
MO-Disk findet, sind in die Polycarbonatträger Führungsrillen und
Informationen über Sektoren eingeprägt.
Bild 3. Prinzipskizze des
MO-Schreib-/Lese-Kopfes |
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Die Laservision-Bildplatte Unter
den hier aufgeführten Optischen Speichern ist die LV-Bildplatte (LV =
Laservision) der älteste Vertreter. Konzipiert war sie ursprünglich als
Konsumerprodukt, doch nur in Japan konnte sie sich durchsetzen. Aufgrund
ihrer Qualitäts- und Lebenszeitvorteile gegenüber dem Videoband erfreut sich
die LV-Bildplatte im professionellen Bereich zunehmender Beliebtheit.
Die LV-Bildplatte besteht aus zwei schutzlackseitig zusammengeklebten
CD-ROMHälften, mit einem Gesamtdurchmesser von 20 Zoll ist sie jedoch
deutlich größer als diese. Andere geometrische Verhältnisse wie Pit-Tiefe
oder Trägerdicke stimmen in etwa mit denjenigen der CD-ROM überein. Das
Trägermaterial besteht aus Plexiglas, ein Thermoplast mit ähnlichen
Eigenschaften wie Polycarbonat.
Ein wesentlicher Unterschied zur CD-ROM ist die Art der
Informationsspeicherung: Während bei der CD-ROM die Pit-Abstände digitalen
Informationen entsprechen, befindet sich auf der LV-Bildplatte das
frequentmodullierte Video- und Audiosignal in analoger Form. Damit steigen
die Qualitätsanforderungen an den Fertigungsprozeß, da sich fehlerhafte Pits
sofort in einer Frequenzveränderung bemerkbar machen und nicht durch
Korrekturcodes ausgeglichen werden können, wie dies bei digitalen
Aufzeichnungsverfahren geschieht.
Man unterscheidet bei der LV-Bildplatte zwischen zwei verschiedenen
Aufzeichnungsverfahren: CAV und CLV. Bei CAV (Constant Angular Velocity)
nimmt jedes Videovollbild 360 Grad Spur ein. Hier sind Standbilder möglich,
da die Einzelbilder definierte Anfangs- und Endwinkel haben. Insgesamt sind
55 000 Einzelbilder oder 30 Minuten Bewegtbild pro Plattenseite möglich. CLV
(Constant Linear Velocity) optimiert die Kapazität der LV-Bildplatte
dahingehend, daß bis zu 60 Minuten Bewegtbild pro Seite möglich sind.
Standbilder sind ausgeschlossen. |
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Einsatzfelder der Optischen Speicher
Die Geschichte der Optischen Speicher weist die Richtung schon bestehender
und zukünftiger Anwendungsfelder: Die Einbindung von Audio- und
Videofunktionen in den Computer oder - um das viel zitierte Schlagwort zu
wiederholen - Multimedia. Dies gilt in besonderem Maße für die LVBildplatte,
die CD-ROM und die CD-R. Die MO-Disk wird mittelfristig die Festplatte
ersetzen.
Die LV-Bildplatte ist eine eingeführte Technologie bei bewährter Qualität,
die sich besonders für Stand- und Bewegtbild im Videoformat eignet. Da keine
besonderen Datenkompressions- und -dekompressionsanstrengungen zu machen
sind, ist die Technologie derzeit voll beherrschbar und lässt sich
hervorragend mit anderen Optischen Speichern wie beispielsweise der CD-ROM
verknüpfen. Beispiele für Anwendungen sind das rechnergestützte Lernen oder
Stadtinformationssysteme, bei denen aus einem Menue von Angeboten per
Mausklick oder Tastatur bestimmte Bildinformationen abgerufen werden können.
Die CD-ROM ist mit Abstand das preiswerteste Medium. Aufgrund
großer Robustheit eignet es sich hervorragend zur Informationsdistribution.
So hat beispielsweise in Apotheken die CD-ROM das Mikro-Fiche-System
abgelöst; alle 14 Tage erscheinen aktualisierte Medikament-Listen auf CD-ROM
und stehen damit auf dem Computer zur Verfügung. Die Integration von Ton und
Standbild wird der CD-ROM weiter Auftrieb geben. Es bleibt abzuwarten, in
wie weit sich DVI in der offenen Systemarchitektur durchsetzt. Sollte es
gelingen die Qualität der Bewegtbilder bis auf LVBildplattenniveau zu
bringen, könnte die CD-ROM mittelfristig die LV-Bildplatte ersetzen. Jedoch
werden die bislang noch nicht definierten Kosten von DVI-Projekten
wesentlich zum Erfolg oder Misserfolg des Systems beitragen. CD-1 ist als
Multimediasystem für den Konsumentenmarkt konzipiert. Als weiterer
Zielbereich wird von Philips der Lehr- und Lernbereich genannt. Beispiele
wurden von Philips schon der Öffentlichkeit vorgestellt, etwa ein System
bestehend aus Farbfernsehgerät, CD-I-Recorder und Maus als Eingabegerät. Die
Einbindung des Computers ist optional. Auf CD-ROM abgespeichert findet man
beispielsweise sämtliche Exponate des Smithonian-Museum in Washington. Per
Mausklick kann aus einem Karteikasten die Abteilung Musikinstrumente
eingeblendet werden. Einzelne Instrumente können abgerufen werden und
erscheinen als Bild, mit Beschreibung versehen, auf dem Monitor. Auf Wunsch
kann das Instrument nicht nur sichtbar sondern auch hörbar gemacht werden -
mit einem abgespeicherten Musikstück oder aber als „Mäuseklavier". Solch
ausgearbeitete Meisterstücke kosten natürlich ihren Preis.
Die CD-R hat sicherlich hervorragende Zukunftsaussichten, ganz besonders,
wenn sie als Low-Cost-Produkt auch für den Konsumentenmarkt verfügbar ist.
Zwar wird ihr Preis immer deutlich über dem CD-ROM
Preis liegen, trotzdem wird dieses Medium aufgrund der Kompatibilität zum
CD-ROMStandard seinen Platz bei der Informationsdistribution für kleine
Anwendergruppen sichern können.
Die MO-Disk eignet sich besonders zur Speicherung individueller Datenmengen.
MOAbspielgeräte werden beispielsweise in Kombination mit
Still-Video-Systemen angeboten (Sony, Thomson). Von einer Videokamera wird
ein Bild aufgenommen, digital umgesetzt und auf MO abgespeichert. Das Bild
kann per Software manipuliert und mit einer Auflösung von 300 dpi von einem
Thermotransferdrucker ausgegeben werden. Ohne Datenkompression können auf
einer MO nur etwa 100 Bilder abgespeichert werden, also bei weitem weniger
als auf einer LV-Bildplatte.
Es bedarf keiner Hellseher-Fähigkeiten, den Optischen Speichern eine große
Zukunft vorauszusagen. Die Möglichkeiten eines Einsatzes sind nahezu
unbegrenzt. Denkt man etwa an die Vielzahl ideenreicher Spiele, die
C-64-Programmierer auf Diskette gebannt haben, so dürften die Herzen der
Fans in Anbetracht der neuen Möglichkeiten höher schlagen. Weg vom Joystick
hin zum Dataglove in die virtuellen Welten der Bit-Konserven nähern wir uns
neuen Genüssen - oder vielleicht doch dem informatorischen Overkill?
Klaus
Schlüter |
