Opneembare CD’s en DVD’s
Toen CD’s voor het eerst populair werden in de jaren 80, werden ze alleen verkocht als alleen-lezen audio compact discs (CD-DA, die je wel muziek kon afspelen maar niet opnemen). Het duurde niet lang voordat computerbedrijven zich realiseerden dat ze CD’s konden gebruiken om heel goedkoop software (programma’s) te distribueren, en gewone computergebruikers zagen al snel dat CD’s nog beter zouden zijn als je er muziek en gegevens op kon schrijven en niet alleen van ze kon lezen.Zo werden opneembare CD’s (CD-R’s) ontwikkeld, maar het addertje onder het gras was dat er maar één keer op kon worden geschreven; je kon ze niet wissen en opnieuw gebruiken.Al snel ontwikkelden de computernerds echter herschrijfbare CD’s (CD-RW’s) die je een willekeurig aantal keren kon wissen en herschrijven.
Photo: Een cd/dvd-schrijver/brander heeft een veel geavanceerdere laserlees-/schrijfkop dan een gewone cd/dvd-speler. Afhankelijk van het type speler moet de lees/schrijf-kop gewone CD’s en DVD’s, beschrijfbare schijven en herschrijfbare schijven kunnen lezen – hij moet dus echt verschillende lees- en schrijfbewerkingen kunnen uitvoeren.
Hoe werkt een beschrijfbare CD (CD-R)?
In theorie zou je, als je thuis gewone CD’s zou willen maken, een enorme en dure CD-persmachine moeten installeren. Gelukkig hoeft dat niet, en dat komt omdat opneembare CD’s (CD-R’s) op een heel andere manier werken. Deze keer zijn er geen putjes en landjes op het plastic gedrukt. In plaats daarvan zit er tussen het beschermende polycarbonaat en het reflecterende aluminium een laag kleurstof. Normaal gesproken is de kleurstof doorzichtig: laserlicht dat vanuit een CD-speler op de schijf valt, gaat er dwars doorheen, raakt het reflecterende aluminium, en stuitert meteen weer naar beneden.
Zo ver zo goed, maar hoe slaan we informatie op een compact disc als deze op? Een CD-Rwriter heeft een laser met een hoger vermogen dan normaal, die hitte genereert wanneer hij de schijf raakt, waardoor de kleurstof “verbrandt” en een kleine zwarte vlek ontstaat. Wanneer een CD-lezer later zijn laser op die vlek richt, wordt het licht volledig geabsorbeerd en niet teruggekaatst. Dit geeft aan dat er op dat punt een nul (“0”) op de schijf is opgeslagen. Op plaatsen waar de kleurstof niet verbrand is, reflecteert het laserlicht weer recht terug, wat aangeeft dat er een “1” op de schijf staat. Zie je waar dit heen gaat? Door gebieden te creëren met “gebrande” punten, en andere plaatsen waar de kleurstof onaangeroerd is gebleven, creëert een CD-R schrijver een patroon van binaire nullen en enen die kunnen worden gebruikt om informatie op te slaan. Helaas, als de kleurstof eenmaal “gebrand” is, is hij voorgoed veranderd: u kunt hem niet meer terug veranderen. En daarom kan een CD-R maar één keer worden beschreven. Terloops zij opgemerkt dat, hoewel CD-branders vaak CD-branders worden genoemd, zij geen dingen verbranden (verbranden met zuurstof): zij gebruiken alleen een laser om de lichtgevoelige kleurstof te veranderen.
Illustratie: Bij een CD-R wordt binaire informatie opgeslagen als “gebrande” gebieden (0) en onverbrande gebieden (1) in de kleurstoflaag tussen het beschermende polycarbonaat en het reflecterende aluminium.
Hoe werkt een herschrijfbare CD (CD-RW)?
Laten we zeggen dat u de taak hebt een type compact disks te ontwikkelen waarop kan worden geschreven of dat steeds weer kan worden gewist. Het is duidelijk dat je geen van de tot nu toe besproken methoden kunt gebruiken (de “pits andlands”-methode van alleen-lezen audio-CD’s of de “gebrande”-kleurstofmethode die bij CD-R’s wordt gebruikt). Wat je echt nodig hebt is een CD die gemaakt is van een stof die gemakkelijk heen en weer kan worden geschoven tussen twee verschillende vormen, zodat hij kan worden gebruikt om een patroon van nullen en enen op te slaan, en dan te worden gewist en gebruikt om later een ander patroon op te slaan als dat nodig is.
De meesten van ons hebben op school geleerd dat de atomen (of moleculen) in vaste stoffen, vloeistoffen en gassen zich in verschillende posities ordenen, waarbij de atomen in vaste stoffen strak tegen elkaar aan liggen. Sommige vaste materialen zijn complexer dan dit: hun atomen (of moleculen) kunnen op twee of meer verschillende manieren gerangschikt zijn, vaste fasen genoemd. (Vaste koolstof, bijvoorbeeld, kan bestaan in verschillende fasen, waaronder grafiet en diamant). Dat is precies wat we nodig hebben om een CD-RW-schijfje te maken.
In plaats van een laag kleurstof heeft een CD-RW een laag metaallegering die in twee verschillende vaste vormen kan bestaan en daartussen heen en weer kan schakelen. Dit wordt een fase-veranderings- of fase-verschuivingsmateriaal genoemd. Soms is het kristallijn, met zijn atomen/moleculen op ordelijke wijze gerangschikt, zodat het doorschijnend is en er licht doorheen kan; andere keren zijn de atomen/moleculen door elkaar gehusseld in een veel willekeuriger en wanordelijker vorm die anamorfe vaste stof wordt genoemd, die ondoorzichtig is en licht tegenhoudt. Als een CD-RW laser op dit materiaal inwerkt, verandert het kleine stukjes van het materiaal heen en weer tussen de kristallijne en amorfe vormen. Wanneer een kristallijn gebied wordt gecreëerd, wordt een deel van de CD reflecterend en wordt er een één (“1”) op geschreven; wanneer een amorf gebied wordt gecreëerd, wordt de CD niet-reflecterend en wordt er een nul (“0”) op geschreven.Omdat dit proces een willekeurig aantal keren kan worden herhaald, kun je een CD-RW zo vaak schrijven en herschrijven als je maar wilt!
Illustratie: Bij een CD-RW wordt binaire informatie opgeslagen als gebieden van metaallegeringen die ofwel kristallijn ofwel amorf zijn. Kristallijne gebieden hebben een regelmatige structuur die licht doorlaat naar het aluminiumgebied en weer naar beneden weerkaatst, en zo enen opslaat. Amorfe oppervlakken hebben een willekeurige structuur die inkomend laserlicht verstrooit, zodat het niet terug kan reflecteren, waardoor nullen worden opgeslagen. Een CD-rewriter kan de metaallegering op de CD van de ene vorm in de andere veranderen en weer terug, waardoor dit soort schijfjes vele malen kan worden gewist en herschreven.
Andere soorten CD’s
CD’s werden oorspronkelijk alleen gebruikt om muziek op te slaan. Op elke schijf kon 74 minuten stereogeluid worden opgeslagen – meer dan genoeg voor een gewone lp-opname. In de jaren negentig werd de CD-technologie ook populair voor het opslaan van computerprogramma’s, spelletjes en andere informatie. Het PhotoCD-systeem van Kodak (een manier om tot 100 foto’s op een compact disc op te slaan), werd ook in de jaren 1990 gelanceerd.
De oorspronkelijke vorm van computer-CD werd CD-ROM (CD-Read Only Memory) genoemd, omdat de meeste computers alleen informatie van CD-ROM’s konden lezen (en er geen informatie op konden opslaan). In die tijd had je een apart apparaat nodig, een “brander” genaamd, om je eigen CD’s te schrijven, die vaak WORMs (Write Once Read Many) werden genoemd. Tegenwoordig hebben computers vaker CD-R- of CD/RW-stations om hun eigen CD’s te branden, hoewel de meeste nieuwe computers nu DVD-stations hebben.
Het verschil tussen CD’s en DVD’s is de hoeveelheid informatie die erop kan worden opgeslagen. Een cd kan 650 megabytes (miljoen karakters) aan gegevens bevatten, terwijl een dvd minstens 4,7 gigabytes (duizendmegabytes) kan bevatten – dat is ongeveer zeven keer zoveel. Omdat DVD’s even groot zijn als CD’s, en zeven keer zoveel informatie opslaan, moeten de nullen en enen (of putjes en landjes) op een DVD dienovereenkomstig kleiner zijn dan die op een CD. De nieuwste optische schijven maken gebruik van een technologie die Blu-ray heet en waarmee zes keer zoveel gegevens kunnen worden opgeslagen als op DVD’s, of 40 keer zoveel als op CD’s (zie het kader onderaan voor een volledige uitleg).
Photo: Cd’s hebben ons kennis laten maken met digitale muziek, maar ze worden nu verdrongen door mp3-spelers en digitale downloads. Waarom? Kijk eens hoe moeilijk het is om een dozijn CD’s in je hand te houden. Zelfs een 20GB Apple iPod MP3 speler kan zo’n 400-500 CD’s aan muziek bevatten zonder ook maar met je ogen te knipperen, en hij past in je borstzakje! Dat gezegd hebbende, een muzieknummer op CD zal altijd beter klinken dan het equivalent op MP3, om redenen die we uitleggen in ons artikel over MP3-spelers en digitale muziek.
Meer over die nullen en enen
Het is leuk en makkelijk om CDs uit te leggen door te zeggen dat putjes corresponderen met nullen en landjes met enen, maar dat is niet echt waar.De informatie op een CD is op een veel subtielere manier gecodeerd, waarbij gebruik wordt gemaakt van complexe en slimme data-coderingstechnieken, waaronder acht-tot-veertien-modulatie (EFM) en NRZI-codering (non-return to zero inverted). Dat klinkt heel technisch, maar het is niet zo moeilijk te begrijpen. EFM betekent in wezen gewoon het omzetten van korte gegevenspatronen in langere (paradoxaal genoeg) om ze efficiënter op te slaan met minder kans op fouten. NRZI betekent dat de laser, in plaats van afzonderlijke putjes en landjes te lezen, op zoek gaat naar veranderingen tussen een putje en een landje, of lange reeksen van putjes en landjes, en die omzet in enen en nullen. Als de laser bijvoorbeeld een lange kuil afleest en plotseling een land tegenkomt, wordt dat geïnterpreteerd als een één. Als het een land leest en plotseling een kuil tegenkomt, wordt dat ook geïnterpreteerd als een één. Aan de andere kant worden onveranderlijke gebieden van land of pit beide geïnterpreteerd als nullen.
Artwork: Hoe pits en lands nullen en enen coderen op het oppervlak van een CD. De overgang van pit naar land, of land naar pit, codeert een één; een lengte van ononderbroken pit of land codeert een nul.
Waarom dit soort technieken gebruiken in plaats van de eenvoudige “pit is gelijk aan nul, land is gelijk aan één”-methode die ik hierboven heb beschreven? Deze methode maakt efficiënter gebruik van de ruimte op de schijf (zodat we meer gegevens op een schijf kunnen zetten), vermijdt de noodzaak van zeer korte of lange pits of lands, en minimaliseert het belang van bits die verloren gaan door krassen of vuil (en helpt zo fouten te corrigeren). Tenzij je je eigen CD-speler bouwt of aan datacommunicatie doet, hoef je echt niet precies te weten hoe je gegevens op een CD of DVD worden opgeslagen, dus als je wilt denken dat putjes nullen zijn en lands één, is dat een prima benadering van wat er gebeurt – en alles wat de meesten van ons willen weten. (Voor veel meer details, zie het hoofdstuk over Data Codering in The Compact Disc Handbook van Ken C. Pohlmann, vanaf blz. 74.)
Wie heeft CD’s uitgevonden?
De technologie achter CD’s is aan het eind van de jaren zestig uitgevonden door James T. Russell (1931-). Als fervent muziekliefhebber streefde hij naar een geluidsregistratiesysteem dat muziek nauwkeuriger zou weergeven dan LP-platen en cassettebandjes. Hij patenteerde het eerste optische geluidsopnamesysteem in 1970 en verfijnde het in de daaropvolgende jaren. Audio-CD’s maakten uiteindelijk hun commerciële debuut in Europa in 1982, op de markt gebracht door de elektronicaconcerns Sony en Philips, en verschenen het jaar daarop in de Verenigde Staten. CD-ROM’s werden populair in de jaren negentig, toen uitgevers als Encyclopedia Britannica, Broderbund en Dorling-Kindersley populaire “multimedia”-encyclopedieën uitbrachten met geschreven tekst, geluid, foto’s, animaties en video’s. CD-ROM’s zijn tegenwoordig minder populair dankzij het World Wide Web (WWW), dat het gemakkelijker maakt om informatie onmiddellijk te publiceren en bij te werken en om pagina’s uit veel verschillende bronnen aan elkaar te koppelen.