CD-Formate im Überblick

Alle Informationen auf der CD sind in Sektoren organisiert. Jeder Datentyp - angefangen von Musik bis Video - verlangt eine eigene Anordnung, ein eigenes Format.

 

CD-DA - das Red Book

CD-ROM - das Yellow Book

CD-Rom/XA

CD-I

Video-CD - das White Book

CD Extra /Enhanced CD - das Blue Book

 

Im Zusammenhang mit CD-Formaten tauchen oft die so genannten "bunten Bücher" auf: Red Book, Yellow Book, Blue Book und so weiter. Die Farben beziehen sich auf die Umschlagfarben der Bücher, in denen die Spezifikationen beschrieben sind.
Der grundsätzliche Aufbau einer CD ist im Red Book standardisiert und beschreibt eine Audio-CD. Im Laufe der Zeit entwickelten hauptsächlich Philips und Sony weitere Sektorformate, die aber aus dem Red Book hervorgehen. Die Unterscheidungsmerkmale der restlichen Colour Books liegen weit gehend in einer erweiterten Fehlererkennung und -korrektur und zusätzlichen Informationen am Anfang des Sektors.

Die Audio-CD ist im Red Book spezifiziert, die CD-ROM im Yellow Book. Bei der CD-ROM unterscheidet man auf Grund verschiedener Einsatzbereiche und Anwendungen zwischen Mode-1 und Mode-2, CD-ROM/XA und CD-I. Im White Book ist die Video-CD standardisiert und im Blue Book die CD Extra.

CD-DA - das Red Book

Audio-CD (Digital-Audio-CD, CDDA) und der Standard des Red Book
Audio-CDs basieren auf dem im Red Book festgehaltenen ANSI-Standard, der 1982 von Sony und Philips vereinbart wurde. Dieser Standard legt die primäre Organisation von Daten auf einer CD fest (physikalische Struktur, Kodierung, Fehlerkorrektur, Sektoren) und hat damit auch für andere CD-Formate (Daten-CDs, ...) Gültigkeit. Von den 3234 Byte eines physikalischen Sektors sind 2352 Byte für Nutzdaten vorgesehen. Die verbleibenden Byte dienen der Fehlererkennung und -korrektur oder gehören zum Subcode. Die Adressinformationen werden in sog. Sub-Channels gespeichert, die außerdem Fehlererkennungs- und Fehlerkorrektur-Codes (CIRC) enthalten. Eine Audio-CD enthält mindestens einen und maximal 99 direkt anspringbare Spuren. Ein Musikstück entspricht einer Spur. Die maximale Laufzeit einer 12-cm-CD beträgt 74 Minuten. Alle CD-Formate basieren auf der Spezifikation der CD-DA. Das Aufzeichnungsformat ist weiter oben beschrieben und im so genannten Red Book festgelegt.

Die Audio-CD funktioniert nach dem CLV-Verfahren(Constant Linear Velocity. Bezeichnet die variierende Umdrehungsgeschwindigkeit, bei der die relative Geschwindigkeit zwischen Lesestrahl und Datenspur über die gesamte Datenträgeroberfläche konstant bleibt. Pro Sekunde liest das Abspielgerät 75 Sektoren. Da Musikinformationen in der Regel mit zwei Stereo-Kanälen, 44,1 kHz und in 16 Bit Tiefe digital gesamplet sind, ergibt das eine Datenübertragungsrate von 2 (Kanäle) x 44100 (Hz) x 16 (Bit) = 1.411.200 Bits pro Sekunde. Das entspricht einer Transferrate von 172,26 KByte/s.
Jedes Musikstück ist in einem Track untergebracht. Die Adressierung erfolgt über Minuten, Sekunden und Sektoren. Sie beinhaltet neben der absoluten Zeit seit dem Anfang des ersten Tracks auch die relative Zeit seit Anfang des aktuellen Tracks. Eine CD kann bis zu 99 Tracks enthalten.
Das Red Book spezifiziert auch die CD+G- und CD+MIDI-Formate als Erweiterungen zur CD-DA (Compact Disc-Digital Audio, auch als Audio-CD bekannt. Grundlegendes Dateisystem, das im Red Book von Philips und Sony (1982) spezifiziert ist. Die Red-Book-Spezifikation beschreibt Layout und physikalisches Format einer CD-DA.
Schließen). Hierbei handelt es sich um Audio-CDs, bei denen in den R-W-Subchannels Bild-, Text- oder MIDI-Informationen übertragen werden. (Musical Instrument Digital Interface. Datenübertragungsprotokoll für Musikdaten. Dabei werden Tonhöhe, Tondauer und andere Tonparameter übertragen. MIDI-Geräte können Keyboards, Synthesizer, elektronische Rhythmusgeräte, Sequencer oder Computer mit MIDI-fähigen Soundkarten sein.)

CD-ROM - das Yellow Book

Die Speicherung von Computerdaten auf CD ist im Yellow Book standardisiert. Das Yellow Book unterscheidet sich im Hinblick auf den physikalischen Aufbau und der Einteilung der Daten in Frames und Sektoren nicht vom Red Book. Somit kann jedes CD-ROM-Laufwerk auch Audio-Daten lesen.

Im Jahr 1984 veröffentlichten Sony und Philips das Yellow Book, das den ANSI-Standard für Daten-CDs (CD-Rom) und damit die grundsätzliche Organisation von Daten auf einer CD beschreibt.
Über den Red-Book-Standard hinaus werden zwei Sektor-Typen unterschieden:

Mode 1: für die Computer-Daten (2048 Byte),

Mode 2: für komprimierte Audio- und Video-/Bild-Daten (2336 Byte).

Beide Sektor-Typen können nicht zusammen in einer Spur verwendet werden - die quasi-gleichzeitige Wiedergabe von Computer-Daten und Audio-/Video-Daten ist also nicht möglich. Daten-CDs nach dem Yellow-Book-Standard bestehen meistens nur aus Mode-1-Sektoren.

Für einzelne Dateien führen die Sektoren genaue Adressierungsinformationen am Anfang von jedem Sektor. Mode-1-Sektoren haben zusätzliche Fehlererkennungs- und -korrekturmechanismen (CIRC, Layered EDC/ECC). Die Sektoren sind in logische Blöcke unterteilt. Diese Blöcke werden über den Sektor adressiert.
Außerdem muss bei der CD-ROM im Gegensatz zur CD-DA jeder Sektor einzeln ansprechbar sein. Deswegen stehen am Anfang jedes Sektors auf der CD-ROM 12 Byte zur Synchronisation und vier Header-Byte zur Identifikation des Sektors.
Für Daten legt das Yellow Book zwei Aufzeichnungsverfahren fest. Der Mode-1 benutzt noch zusätzlich Platz für Fehlererkennungs- und Fehlerkorrekturcodes. Beim Mode-2 wird auf diese zusätzliche Sicherheit verzichtet.

CD-ROM Mode-1

Zu den 882 Byte für Fehlererkennung und Fehlerkorrektur, die im Red Book vorgesehen sind, kommen hier zusätzlich 280 Byte hinzu. Diese zweite Sicherheitsebene ist im CD-ROM-Treiber oder in der Firmware des Laufwerks implementiert und heißt LEC für Layered Error Correction. Durch diese zusätzliche Ebene wird die Fehlerquote von 10E-8, die aus CIRC resultiert, auf 10E-12 reduziert. Das bedeutet, dass durchschnittlich pro einer Billion (10E12) übertragenen Byte eines fehlerhaft gelesen wird. Somit liegt die Wahrscheinlichkeit eines fehlerhaft gelesenen Byte pro CD unter 0,1 Prozent.

CD-ROM Mode-2

Bei der CD-ROM Mode-2 wird auf die Layered Error Correction verzichtet. Die Sync- und Header-Byte sind aber auch hier erforderlich, um jeden Sektor einzeln anzusprechen. Dieser Modus wird mittlerweile nicht mehr verwendet. Wenn im Zusammenhang mit CD-ROM von Mode-2 die Rede ist, bezieht sich das auf CD-ROM/XA oder CD-I.

CD-Rom/XA (Multimedia-CD) als Erweiterung des Yellow-Book-Standards

Echte multimediale Anwendungen erfordern die gleichzeitige und genau abgestimmte Wiedergabe von Audio-, Video- und Computer-Daten. Um diesen Zielen Rechnung zu tragen, beschlossen Sony, Philips und Microsoft mit der Definition des CD-Rom/XA (eXtended Architecture), Level 1 (1989) und Level 2 (1991) eine Erweiterung des Yellow Book-Standards.

Die CD-Rom/XA-Definition ist aus dem Green Book entstanden (siehe nächster Punkt). In ihr wurde eine Differenzierung der Mode-2-Sektoren aus dem Yellow Book beschlossen:

Mode 2 / Form 1: Sektor für Computer-Daten mit Fehlerkorrektur-Mechanismen (2048 Byte)
Mode 2 / Form 2: Sektor für komprimierte Audio-/Video-Daten (2324 Byte)

Jeder Sektor besitzt ein sog. Submode-Byte, in dem die globalen Attribute des Sektors festgelegt und die Art der Information (Daten, Audio, Video) spezifiziert wird. Die Daten von beiden Mode-2-Sektoren können nun zusammen in einer Spur gespeichert werden. Damit werden multimediale Darstellungen ermöglicht.
Ein Level 3 für die CD-Rom/XA-Erweiterung ist in Vorbereitung und soll Spezifikationen für MPEG-Video und GEO (Generic Operation Environments) zur Identifizierung des Rechnersystems enthalten.

CD-I

Das CD-I-Format ist im Green Book spezifiziert. Darin wird nicht nur die Sektoraufteilung festgehalten, sondern auch die Eigenschaften der Hard- und Softwarekomponenten. Die CD-I ermöglicht sowohl Red-Book-Audio als auch ADPCM-Audiokodierung sowie MPEG-Videokomprimierung. Als Sektorformat wird je nach Dateninhalt entweder CD-ROM/XA Form 1 oder CD-ROM/XA Form 2 verwendet.

Video-CD - das White Book

Das Video-CD-Format wurde 1993 im White Book spezifiziert. Das Sektorformat entspricht dem der CD-ROM/XA Mode-2 Form 2. Auf einer Video-CD sind bis zu 74 Minuten MPEG-1-komprimiertes Video gespeichert. Die Videodaten sind je nach Herkunftsland im PAL- oder NTSC-Format abgelegt. Video-CDs sind entweder mit CD-I-Playern oder CD-ROM-Laufwerken lesbar. Die Video-CD ist nicht mit der CD-Video der 80er-Jahre zu verwechseln.

CD Extra / Enhanced CD - das Blue Book

Die CD Extra / Enhanced CD-Spezifikation ist seit 1996 im Blue Book festgehalten. Eine CD Extra ist eine Multisession-CD, bei welcher die erste Session Audio-CD-Daten und die zweite Session Daten im CD-ROM/XA-Format enthält. Die Audio-Tracks können in allen CD-Playern abgespielt werden, für die CD-ROM/XA-Daten ist ein entsprechendes CD-ROM-Laufwerk erforderlich. Das CD Extra-Format ermöglicht etwa Künstlern, dem Käufer neben der Musik auch Bild- und Textmaterial zur Verfügung zu stellen und so einen weiteren Kaufanreiz zu schaffen.

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Dieser Artikel:

Entwicklungsgeschichte der CD
Technische Daten
Das optische System
Der Brennvorgang
Die Reflexionsschicht - golden, grün oder blau
Buffer Underrun und Burn Proof - Techniken
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Beschriften von CD Rohlingen

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