Computerhardware: CD: Codierung

Kodierung von Musik-CDs

Das analoge Mikrofonsignal wird von der Soundkarte digitalisiert. Der CD-Standard schreibt vor, dass eine Samplingfrequenz von 44,1 kHz verwendet wird. Das bedeutet, dass 44 100 Abtastungen pro Sekunde erfolgen. Jede dieser Abtastungen wird in zwei 16-Bit-Worten gespeichert, pro Stereokanal eins. Diese vier Byte, die das Ergebnis einer von 44 100 Abtastungen pro Sekunde sind, nennt man ein „Sample“.

Je sechs Samples werden zu einem Frame zusammengefasst (24 Byte). Um die Auswirkungen möglicher Lesefehler zu verringern, werden mehrere Frames gemischt, d. h. in eine definierte andere Reihenfolge gebracht.

Die 24 Bytes jedes Frames werden um weitere vier Bytes ergänzt, die so genannte Q-Parität. Diese resultierenden Blöcke von 28 Byte werden erneut gemischt und um weitere vier Paritätsbytes ergänzt, die P-Parität. Hiermit ist ein Frame von 24 auf 32 Byte angewachsen. Das verwendete Codierungsverfahren heißt CIRC (Cross Interleaved Reed-Solomon Code).

Nun wird ein weiteres Byte vorangestellt (das Subcode-Byte). Die resultierenden 33 Byte werden EFM-kodiert. Das bedeutet, dass jedes der 33 Bytes durch eine 14-Bit-Gruppe ersetzt wird, wobei diese 14-Bit-Gruppen durch drei Merge Bits getrennt werden. Die Trennbits können die Werte 000, 001, 010 oder 100 annehmen. Wozu diese Kompliziertheit?

Damit die Pits und Lands vom Laser sicher erkannt und unterschieden werden können, müssen auf jede Eins mindestens zwei, aber höchstens 10 Nullen folgen.

Bisher sind aus 8 Bit schon 17 geworden, jedes Frame ist von 24 auf 58 Byte gewachsen. Nun werden jedem Frame 24 Synchronisations-Bits sowie weitere drei Trennbits vorangestellt.

Mittlerweile besteht ein Frame aus 588 Bits, davon sind 192 Daten-Bits. Die Nutzdaten auf einer Musik-CD machen also weniger als ein Drittel der Kapazität aus.

Kodierung von Daten-CDs

Daten-CDs werden in der ersten Etappe wie Musik-CDs verschlüsselt. Weil Fehler auf einer Daten-CD weitaus unangenehmer sind als Fehler auf einer Musik-CD, wird eine weitere Fehlerkorrekturschicht hinzugefügt. Dadurch passen auf eine Daten-CD nur 650 MByte normale Daten, während auf eine Musik-CD 754 MByte passen.

Kodierung von DVD

Es gibt Unterschiede zur Kodierung von CDs. Beispielsweise werden 8 Bit nicht durch 14, sondern 16 Bit ersetzt. Das Verfahren baut auf dem oben beschriebenen Verfahren auf, wurde aber durch zusätzliche Raffinessen ergänzt.

Links

Der Vorgang der Digitalisierung ist im Abschnitt Soundkarte genauer beschrieben.