Funktionsweise

Aufbau einer CD

Die Oberseite dieses Trägers enthält die digitalen informationen in Form von mikrometerkleinen Vertiefungen (Pits), die nicht einmal durch ein Lichtmikroskop zu erkennen sind (sondern beispielsweise nur durch ein Rastersondenmikroskop), und zwischenräumen („Lands“), die zu einer einzigen langen, spiralförmigen Spur angeordnet sind (insgesamt etwa 5 km).Die CD besteht zum größten Teil aus einem durchsichtigen Trägermaterial (Polycarbonat), das mittels Spritzprägen geformt wird.

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. Daraus folgt auch, dass der Laser die Pits nicht als Vertiefungen, sondern durch das Polycarbonat als Hügel sieht.

Eine Bitzelle mit einem Wechsel am Anfang von Land/Pit oder Pit/Land stellt eine logische Kanalbit-Eins dar, eine Bitzelle ohne einen solchen Wechsel eine logische Kanalbit-Null (NRZ-I-Codierung).Ein Spurabschnitt von ca. 0,3 Mikrometer Länge (eine Bitzelle) stellt ein sogenanntes Kanalbit (Null oder Eins) dar.

Die 14-Bit-Datenwörter zeichnen sich dadurch aus, dass auf jede Eins immer mindestens zwei und maximal zehn Nullen folgen. Eight-to-Fourteen-Modulation EFM), das heißt jeweils 14 Kanalbits repräsentieren ein 8-Bit-Datenwort.Der so ausgelesene Datenstrom ist EFM-codiert (engl. Die 14-Bit-Datenwörter sind – unter anderem zur Sicherstellung dieser Bedingung (manche fangen mit einer Eins an, andere hören mit einer Eins auf) – jeweils noch durch drei Füllbits (auch Trennbits oder Mergingbits genannt) voneinander getrennt.

Bei der EFM-Codierung ergeben sich zwar gut die doppelte Menge von Kanalbits (17 Kanalbits statt 8 Datenbits), diese passen jedoch auf zweidrittel des Platzes, den die uncodierten Datenbits erfordern würden. Eine Bitzelle hat dann – bei gleicher Pit/Land-Länge – nur noch die Länge von knapp einen drittel Mikrometer. Dieses so gebildete (kürzeste) Pit/Land würde genau eine Bitzelle darstellen. Wenn im Datenstrom zwei Einsen aufeinander folgen dürften, würde dies in der Spur zum Beispiel wie folgt aussehen: Wechsel vom Land zum Pit plus Bitzellenlänge für die erste Eins und Wechsel vom Pit zum Land plus Bitzellenlänge für die zweite Eins (oder umgekehrt).Aufgrund dieser Struktur des Datenstroms, bei der statt 8 Bits jeweils 17 Bits abgespeichert werden, passen überraschenderweise 50 Prozent mehr information auf die Disc: Das kürzeste vom Laserpunkt auslesbare Pit/Land ist aus physikalischen Gründen knapp einen Mikrometer lang (limitierende Größe ist der Durchmesser des optimal fokussierten Punkts). Umgekehrt entspräche eine Bitzellenlänge genau der Länge des kürzesten Pits/Lands, sprich knapp einen Mikrometer. Wenn jedoch immer wenigstens zwei Nullen auf eine Eins folgen bevor die nächste Eins kommt, kann ein solches kürzestes Pit/Land plötzlich drei Bits darstellen (Wechsel plus eine Bitzelle für die Eins plus zwei weitere Bitzellen für die beiden Nullen, dann folgt wieder der Wechsel für die folgende Eins).

Beim Auslesen werden die drei Füllbits sofort aus dem Datenstrom entfernt, und für die je 14 EFM-codierten Kanalbits wird dann mittels einer Übersetzungstabelle der entsprechende Wert des uncodierten 8-Bit-Datenworts ermittelt.

Ein Block enthält also 2352 Byte uncodierte Nutzdaten, 75 Blöcke enthalten eine Sekunde Audiomaterial. Je 24 uncodierte Bytes (entsprechend 6 Stereo-Samples) zzgl.Die Daten sind darüber hinaus als Blöcke und Frames organisiert. 8 Byte Fehlerkorrekturinformationen bilden einen Frame, von denen wiederum 98 einen Block bilden.