Optische Datenspeicher speichern Daten und Informationen optisch veränderter Form. Bei der optischen Speicherung nutzt man die Reflexions- und Beugungseigenschaften des Speichermediums aus. Zum Lesen und Schreiben der Daten auf den Datenträger wird ein Laserstrahl verwendet. Die Speicherform ist ausschließlich digital.
Die CD-ROM ist ein Massenspeicher mit 650 bis 879 MByte Speicherkapazität. Als Vorlage diente die Compact-Disc (CD), die bereits Anfang der 80er Jahre als digitales Medium für Musik entwickelt wurde. Im aufkommenden Multimedia-Zeitalter wurde es nötig die umfangreichen Computerdaten sinnvoll zu speichern. Dazu reichte die alte Diskette mit 1,4 MByte nicht mehr aus.
Der Durchmesser einer CD-ROM beträgt 12 cm. Die CD besteht aus Polycarbonat mit einer Dicke von 1,2 mm. Darin liegt eine reflektierende Aluminiumschicht. Sie ist einseitig mit Daten beschrieben.
Die Daten sind auf einer spiralförmigen, von innen nach außen, führenden Spur in Vertiefungen gespeichert. Diese Vertiefungen werden Pits (Täler) genannt. Sie sind 0,2 µm tief, 0,6 µm breit und maximal 0,9 µm lang. Der Abstand zwischen den Spuren beträgt 1,6 µm. Die Zwischenräume zwischen den Pits werden Lands genannt.
Die Daten auf einer CD-ROM werden in gleich großen Sektoren gespeichert. Diese Sektoren werden auf einer einzigen Spur, die spiralförmig angelegt ist, untergebracht.
Die Laserdiode erzeugt einen Laserstrahl, der zusätzlich durch eine Linse gebündelten wird. Dieser Laserstrahl trifft auf die Unterseite der CD-ROM, durchdringt die Schutzschicht und trifft auf die Aluminium-Schicht. Dort wird er reflektiert. Das Prisma leitet den Laserstrahl zur Fotozelle weiter. Der Laserstrahl, der die Fotozelle trifft, erzeugt eine geringe elektrische Spannung.
Trifft der Laserstrahl auf einen Übergang zwischen Pit und Land, dann wird der Laserstrahl abgelenkt, was eine andere elektrische Spannung in der Fotozelle verursacht. Auf diese Weise entsteht eine Reihe von Einsen und Nullen.
Eine Audio-CD wird mit einer konstanten Datenrate von 150 kByte/s ausgelesen. Dieser Datendurchsatz wird mit „1x“ bezeichnet. Laufwerke, die einen 52-fachen Datendurchsatz haben, erreichen 7800 kByte/s.
Jede CD-ROM erhält im Laufe der Zeit und durch unsachgemäße Behandlung fehlerhafte Stellen (Kratzer, Risse). Diese Stellen bringen ein CD-ROM-Laufwerk zum häufigen Wiederholen des Lesevorgangs mit reduzierter Geschwindigkeit. Arbeitet die Fehlerkorrektur gut, sind diese Vorgänge seltener. Wobei sich das positiv auf die Lesegeschwindigkeit auswirkt.
| Format | Beschreibung |
|---|---|
| CD+G | Compact Disc and Graphics für Audio und Grafik mit einer sehr geringen Verbreitung. |
| CD+Midi | Compact Disc mit digitaler Schnittstelle für Musikinstrumente für Audio- und Midi-Informationen mit sehr geringer Verbreitung. |
| CD-DA | Compact Disc Digital Audio ist die klassische Musik-CD mit 74 Minuten Spieldauer. |
| CD-Extra | Enhanced Music Compact Disc ist die verbesserte Musik-CD. Nachfolger der CD-Plus für Audio und Daten. |
| CD-I | Compact Disc Interactive ist die Multimedia-CD mit der Möglichkeit in den Ablauf aktiv einzugreifen (interaktiv) für Audio, Video, Fotos und Spiele. |
| CD-MO | Magnetooptische Daten-CD mit geringer Verbreitung. |
| CD-R | Compact Disc Recordable mit der Möglichkeit einmal mit Audio oder Daten zu beschreiben. |
| CD-RW | Compact Disc Rewriteable mit der Möglichkeit mehrfach mit Audio oder Daten zu beschreiben. |
| CD-ROM | Compact Disc Read Only Memory ist ein Nurlesespeicher für Daten. |
| CD-ROM XA | CD-ROM eXtended Architecture ist ein Nurlesespeicher für Daten, Text, Grafik, Bild, Audio und Video. |
| Photo-CD | Foto-CD für die Ablage von digitalen Bildern in Echtfarben. |
| Video-CD | Video-CD für Filme mit max. 74 Minuten Spieldauer im Audio- und Videoformat MPEG. Videoqualität im VHS-Format. |
Die DVD ist ein Massenspeicher, ähnlich wie die CD-ROM. Mit einer Speicherkapazität von 4,7 GByte (Single Layer) bzw. 8,5 GByte (Dual Layer) konnten viel mehr Daten gespeichert werden, als auf einer CD-ROM. Parallel dazu wurden beschreibbare und wiederbeschreibbare DVD-Varianten entwickelt. Ursprünglich stand DVD für Digital Video Disc. Ein Großteil der Anwendungen liegen jedoch im Computerbereich.
Die Daten auf einer DVD werden in Erhöhungen (Pits) und Vertiefungen (Lands) in der Reflektionsschicht gespeichert. Der Übergang von einem Pit zu einem Land bzw. umgekehrt wird als logische 1 gewertet. Findet kein Wechsel statt, wird das als logische 0 gewertet. Um mehr Daten auf ein gleich großes Medium wie die CD unterzubringen, werden die Pits und deren Abstand zueinander verkürzt und die Daten auf vier übereinanderliegende Schichten verteilt. Dadurch entsteht ein Speichermedium, das bis zu 17 GByte speichern kann.
Um die kleineren Pits lesen zu können, ist die Wellenlänge des roten Lasers auf 635 nm bzw. 650 nm verkürzt. Zum Vergleich: die CD-ROM wird mit einem infraroten Laser und einer Wellenlänge von 780 mm gelesen.
Die Speicherkapazitäten einer DVD sind eine Vorgabe der Filmindustrie. Diese geht von einer Standardlänge pro Film von 135 Minuten aus. Durch Addieren der Datenrate pro Sekunde kommt man mit Bild und Ton in mehreren Sprachen und Untertitel auf 4,69 MBit. In der Minute sind das 281,4 MBit. Bei 135 Minuten ergibt das eine Datenmenge von ca. 38 GBit, was umgerechnet etwa 4,7 GByte entspricht. Das ist die Speicherkapazität einer DVD-5 (Single Layer). Diese wird für Video-DVDs verwendet. Wenn die Speicherkapazität nicht ausreicht, dann greift man auf die doppellagige DVD-9 (Dual-Layer) zurück.
| Formate | Beschreibung |
|---|---|
| DVD-Video | Mehrstündige Videos mit hochqualitativen, interaktiven Videosequenzen mit mehreren Soundspuren und Untertiteln. Die Video-Daten werden mit MPEG2 komprimiert. |
| DVD-Audio | Musik mit 24-Bit-Auflösung und 96 kHz Sampling-Frequenz. |
| DVD-ROM | Speichermedium für Computer, ähnlich der CD-ROM. |
| DVD-R | Einmalbeschreibbare DVD wie die CD-R. |
| DVD-R DL | Einmalbeschreibbare DVD mit zwei Aufnahmeschichten, wie bei einer DVD-9 |
| DVD-RW | Wiederbeschreibbare DVD des DVD-Forums, ähnlich der CD-RW. |
| DVD+R | Einmalbeschreibbare DVD und Konkurrenz zur DVD-R. |
| DVD+R DL | Einmalbeschreibbare DVD mit zwei Aufnahmeschichten, wie bei einer DVD-9 |
| DVD+RW | Wiederbeschreibbare DVD und Konkurrenz zur DVD-RW. |
| DVD-RAM | Wiederbeschreibbare DVD ähnlich wie DVD-RW und DVD+RW. |
| Recordable CSS | Filme mit dem „DVD Download“-Siegel lassen sich auf spezielle „DVD-R for CSS Managed Recording“ brennen. |
Die Blu-ray Disc (BD) wurde für die Speicherung von hochauflösenden Videodaten (HDTV) entwickelt. Die Speicherung von mehr als zwei Stunden Audio- und Videodaten ist das maßgebliche Kriterium bei der Entwicklung gewesen. Die Speicherkapazität einer DVD reicht für diese Datenmenge nicht aus.
Die Bezeichnung Blu-ray Disc ist von der Farbe des Lasers abgeleitet. Weil sich eine Farbe nicht als Warenzeichen schützen lässt, hat man einfach das „e“ aus dem Wort „Blue“ weggelassen. Deshalb findet man ab und zu fälschlicherweise die Bezeichnung „Blue-ray Disc“.
Mit Hilfe eines blauen Lasers mit einer Wellenlänge von 405 nm können 25 GByte auf einer einlagigen, einseitig beschreibbaren Blu-ray Disc gespeichert werden. Zweilagige Blu-ray Discs haben sogar die doppelte Kapazität (50 GByte). Denkbar wären Medien mit 8 Schichten, also 200 GByte. Allerdings wäre die Produktion dieser Medien sehr schwierig.
Um auf dem gleichen Medium, wie die CD bzw. DVD, eine höhere Speicherkapazität möglich zu machen, wurde die Struktur auf der Blu-ray Disc verkleinert. Dazu wird ein Laser im blauvioletten Bereich verwendet und die Wellenlänge auf 405 nm abgesenkt. Blaues Licht lässt sich feiner fokussieren und ermöglicht so eine höhere Datendichte auf der Scheibe. Dadurch muss aber auch der Abstand zwischen Scheibe und Schreib-/Leseoptik verringert werden.
Die Ultra-HD Blu-ray Disc, kurz UHD-BD, ist ein optisches Speichermedium, dass auf der BDXL-Disc der Blu-ray Disc Association basiert. Allerdings sind UHD-BD und BDXL nicht vollständig identisch, weshalb nicht alle BDXL-Brenner UHD-BDs abspielen können. Wie gewohnt hat die Scheibe einen Durchmesser von 12 cm. Eine UHD-BD hat zwei Schichten auf die zusammen 66 GByte passen. Auf einer zweiten Variante mit drei Schichten finden rund 100 GByte Platz.
Die Ultra-HD Blu-ray dient zum Speichern von 4K-Filmen und Abspielen auf TV-Geräten mit Ultra-HD-Auflösung (3.840 × 2.160 Pixel). Die entsprechenden UHD-BD-Hüllen sind schwarz und mit einem silbernen Logo versehen.