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Compact Disc

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Dieser Artikel befasst sich mit der CD in der Bedeutung Compact-Disc; andere Bedeutungen der Abkürzung CD unter CD (Begriffsklärung).
Compact Disc

Die Compact Disc oder Compact Disk (üblicherweise als CD abgekürzt) ist ein optischer Massenspeicher, der Anfang der 80er zur digitalen Speicherung von Musik von Philips und Sony eingeführt wurde und die Schallplatte ablösen sollte. Später wurde das Format der Compact Disk erweitert, um nicht nur Musik abspeichern zu können. Als CD-ROM wird sie seitdem auch zur Speicherung von Daten für Computer eingesetzt.

Geschichte

In den 70er Jahren experimentierten Techniker aller Elektronikkonzerne mit digitaler Aufzeichnung von Klang. Die ersten Prototypen basierten auf magnetischen Speichermedien, wie etwa die klassische Audiokassette. Das erste Gerät auf dem Markt im Jahr 1977 war eine Erweiterung des Betamax-Videorekorders der Firma Sony. Das klobige Gerät und die Störgeräusche bei der Aufnahme konnten die Konsumenten nicht überzeugen. Sony entwickelte spezielle Verfahren um die Störgeräusche zu eliminieren. Um diese Verfahren zu Testen wurden heimlich bei einer Probe eines Konzertes von Herbert von Karajan im September 1978 Aufnahmen gemacht. Karajan wurde später von Sony eingeladen um die Aufnahmen zu beurteilen. Das Ergebnis bewegte die Firma in dieser Richtung weiter zu machen.

Zu gleicher Zeit arbeitete man bei der Firma Philips an der optischen Aufzeichnung von Videos, die die Technik der Videos revolutionieren sollte. Bald entwickelte sich die Idee, diese Technologie auch für digitale Klänge zu benutzen. Beide Firmen standen plötzlich vor einem riesigem Problem. Sie hatten die neuen optischen Datenträger, ähnlich der Schallplatte, mit einem Durchmesser von 30 cm geplant. Bei der Aufzeichnung von bewegten Bildern konnten sie darauf etwa 30 Minuten Videomaterial unterbringen. Bei Audiodaten reichte aber die Kapazität für 13 Stunden und 20 Minuten. Sony war klar, dass das Geschäftsmodell der Musikindustrie zusammenbrechen würde, wenn sie solche Mengen an Musik an die Verbraucher vermarkten sollten.

Nachdem die Audio-Kassette bereits gemeinsam mit der Firma Philips standardisiert wurde, versuchten beide Firmen auch hier einen Standard herbeizuführen. Nach einigen Differenzen schlug Sony vor, dass die neue CD zumindest Beethovens Neunte Sinfonie in voller Länge erfassen sollte. Fündig wurde man bei Wilhelm Furtwängler, dessen Aufnahme von 1951 exakt 74 Minuten dauerte. 74 Minuten bedeuteten 12 cm Durchmesser des optischen Datenträgers. Die Entwickler von Philips reagierten mit Skepsis, da ein so großes Ding nicht in die Anzugtaschen passen würde. Daraufhin maßen Sony-Entwickler Anzüge aus aller Welt aus, mit dem Ergebnis, das für 12 cm überall Platz ist. Damit hatte Beethoven einen neuen Standard festgelegt. 1980 wurde von beiden Firmen für Audioaufnahmen der "Red Book" Standard festgelegt. Am 1. Oktober 1982 erschien der erste CD-Player auf dem Markt und bereits 1988 wurden 100 Millionen Audio-CDs pro Jahr produziert.

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 mikroskopisch kleinen Vertiefungen ("Pits") und Zwischenräumen ("Lands"), die zu einer einzigen langen, spiralförmigen Spur angeordnet sind (insgesamt ca. 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.

Die Pits auf der CD stellen jedoch nicht direkt die Datenbits dar, sondern sind mittels 8-14-Kodierung (engl. Eight to Fourteen Modulation EFM) kodiert. Hierbei ist ein Wechsel (Land/Pit oder Pit/Land) eine logische 1, kein Wechsel eine logische 0. Aus 14 kodierten Bits wird mittels einer Übersetzungstabelle der eindeutige 8-Bit Wert ermittelt. Die kodierten Bits sind jeweils noch durch 3 Füllbits voneinander getrennt. Dies ist nötig, damit auf der CD ein Pit bzw. Land niemals kürzer als 3 Bit und länger als 11 Bit ist, damit beim Abtastvorgang eine sichere Synchronisation gewährleistet ist.

Fehlerkorrektur

Damit sich Kratzer nicht negativ auf die Datensicherheit auswirken, sind die Daten mittels Paritätsbits gesichert, so dass Bitfehler erkannt und korrigiert werden können. Weiterhin sind aufeinander folgende Datenbytes per Interleaving auf eine größere Fläche verteilt. Der Cross-Interleave Reed-Solomon code (CIRC) ist dadurch in der Lage einen Fehler von bis zu 3500 Bits (das entspricht etwa 2,4 mm) zu korrigieren und Fehler von bis zu 12000 Bits (etwa 8,5 mm) bei der Audio-CD zu kompensieren.

Im Gegensatz zur Schallplatte ist die Anzahl Umdrehungen pro Zeiteinheit nicht gleich, sondern wechselt: innen dreht die Compact Disc rascher, außen langsamer. Was gleich bleibt ist die Länge der Spur, die pro Zeiteinheit am Lesekopf vorbeigezogen wird: 1.30 Meter/Sekunde bei Einfachgeschwindigkeit. CDs gibt es in verschiedenen Größen, am verbreitetsten ist jedoch die Version mit einem Durchmesser von 120 mm. Diese kann ca. 74 Minuten Musik oder 650 Megabyte Daten speichern. Unter Ausnutzung von Toleranzen ist es möglich, ca. 80 Minuten Musik, bzw. 700 MB an Daten zu speichern.

CD 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 "CD"-Logos, das auf jeder CD erscheint. Die Musikinformationen werden in 16-Bit Stereo und einer Samplingrate von 44,1 kHz gespeichert.

Einige CD-Player sind in der Lage, so genannte HDCD-CDs abzuspielen. Diese CDs sind mit 20 Bit echter Musik-Information kodiert (anstatt mit 16) und klingen bei hochwertigen Musik-Anlagen besser. HDCD-CDs sind vollständig kompatibel mit "normalen" CD-Playern. HDCD-fähige CD-Player sind im Consumer-Bereich selten zu finden.

Die Spezifikationen der CD-ROM sind im "Yellow Book"-Standard festgelegt. Ein plattformübergreifendes Dateisystem der CD-ROM wurde von der ISO im Standard ISO9660 festgeschrieben.

Ein kleineres Format ist die Mini-CD.

Weiterentwicklungen der CD sind die DVD und die Super-Audio-CD. Diese bietet wesentlich größere Kapazität (von 4,7 GB bis 17,0 GB) und wird vor allem für Videodaten verwendet.

Kopierschutz

Seit 2001 werden in Deutschland auch silberne Scheiben verkauft, die einen Kopierschutz enthalten. Sie werden zwar ebenfalls als CD bezeichnet, entsprechen aber den Bestimmungen des Red Book nicht und sind demnach keine echten Audio-CDs.

Der Kopierschutz wird realisiert, indem künstlich Fehler eingebracht werden oder durch andere Abweichungen vom Red Book-Standard. Es ist dadurch ein "Abspielschutz", da die Fehler bewirken, dass sich die Platten nicht mehr in dem CD-Laufwerk eines PCs abspielen lassen. Dies soll so das Kopieren verhindern. Manche CD-Rom-Laufwerke lassen sich davon aber nicht beeindrucken und können die Daten trotzdem lesen. Viele Autoradios oder andere CD-Spieler haben jedoch Probleme damit oder sind einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt. Meist leidet die Ton-Qualität unter dem so genannten Kopierschutz.

Labelaufdruck

Für den Labelaufdruck bei der CD stehen, ebneso wie bei der DVD, verschiedene Drucktechniken zur Verfügung:

Siebdruck: Im Siebdruck sind bis zu 6 Labelfarben möglich, es können Schmuckfarben (HKS oder Pantone) gewählt werden. Siebdruck ist derzeit die gängigste Variante, um CDs oder DVDs zu bedrucken, wird aber mehr und mehr vom Offsetdruck verdrängt. Der Siebdruck ist geeignet für gepresste CDs und DVDs, auch die Rohlingsbedruckung im Siebdruck ist möglich. Im Siebdruck sind die Farben sehr brillant.

Offsetdruck: Im Offsetdruck (Trockenoffset) sind 4 Labelfarben möglich (cmyk), kombiniert mit dem Siebdruck bis zu 6 Labelfarben (cmyk im Offset und zusätzlich weiß Vollfläche und eine Schmuckfarbe im Siebdruck). Auf Grund der höheren Auflösung als im Siebdruck ist der Offsetdruck ideal für fotorealistische Darstellungen. Seit Anfang 2004 ist der Offsetdruck nicht nur für gepresste CDs und DVDs, sondern auch für CD-Rohlinge und DVD-Rohlinge möglich.

Thermotransferdruck: Bei diesem Druckverfahren wird mit einem speziellen Drucker Farbe von einem Farbband durch Erhitzung des Druckkopfes auf die CD oder DVD übertragen. Technisch bedingt ist das Druckverfahren eher für Schriften und Logos geeignet. In der Praxis wird dieses Verfahren bei kleinen Auflagen (gebrannte CDs und DVDs) angewendet.

ThermoREtransferdruck: Der ThermoREtransferdruck ist die Weiterentwicklung des Thermotransferdrucks. Das Labelmotiv wird im Thermotransferdruckverfahren auf ein Übertargungsband gedruckt und davon dann eine Folie auf die CD aufgebracht. Durch diese Technik ist eine bessere Auflösung möglich. So kann bereits bei Kleinauflagen ein fotorealistischer Druck erreicht werden.

Siehe auch: Audio-CD, CD-ROM, CD-R, CD-RW, Laserdisk, Video-CD (VCD), Super Video CD (SVCD), Isoimage

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