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マルチレベル記録（ML 、 M-aryとも呼ばれる）は、もともとOptex Corporation [ 1 ]によって開発され、 Calimetricsによって光ディスクの記憶容量を増やすために推進された技術です。しかし、市場で定着しませんでした。Calimetricsは、独自のメディア、レコーダー、リーダー、プレーヤーの改良を組み合わせることで、MLによりCD-ROM、CD-R、CD-RWの容量を2GBまで、シングルレイヤーDVD、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAMの容量を7.1～10GBまで、シングルレイヤーBlu-ray Disc（BD）の容量を最大60GBまで増やすことができると提案しました。オプションで統合できるデジタル著作権管理（DRM）システム「MovieGuard」も提案されました。ML技術の商業化を支援するために、2000年にML Allianceという業界団体が設立されました。最終的にメンバーとなったのは、 Calimetrics、TDK、三洋電機、Plextor、松下コトブキエレクトロニクス、三菱ケミカル、Verbatim、TEACr 、ヤマハなどであった。
2002年の発売を目指して、2GBのML CDベースのレコーダーがいくつか開発されました（TDKのMLCDRW1000とPlextorのPX-ML3630）が、いずれも市場に出回ることはありませんでした。これは主に、CD-R/RWの価格が急速に下落し、同時に書き込み可能なDVD技術の人気が高まったことによる経営判断でした。Calimetricsはその後、自社技術のより高度なDVDおよびBlu-ray Disc版の開発に取り組み、次世代版のEnhanced Versatile Disc（EVD）の開発も提案しました。Calimetricsは2004年に事業を停止しました。
情報を物理的な表面に記録するには、変調コードを用いてデータを一連のマークに変換する必要があります。ほとんどの光ディスクシステムで使用されるコードはバイナリであり、結果として得られる表面の状態はマークありとマークなしの2つだけです。次の図は、 CDおよびDVDで使用されるEFMコードを示しています。
EFMは、最小マークサイズよりも細かいグリッド上にエッジを配置しているため、バイナリコードであるにもかかわらず、最小マークあたり約1.5ビットを実現しています。
マルチレベル記録とは、複数の反射率値を用いてデータを光ディスクに符号化する技術です。2つ以上のレベルを用いることで、最小フィーチャサイズにより多くの情報を記録できます。以下の図はマルチレベルコードを示しています（注：色は輝度の違いを表すためにのみ使用されています）。
試作システムで使用されている8レベルコードは畳み込みコードであり、データセルあたり約2.5ビットを格納します。このコードをより小さなマークサイズとより効率的な誤り訂正コードと組み合わせることで、CDメディアの容量は3倍になりました。デュアルレイヤーDVDに適用した場合、ML記録は容量を1.9倍に増やすことができます。
マルチレベル光記録は、ベースバンドパルス振幅変調の一例です。非バイナリ、またはM値変調は通信業界では一般的ですが、この技術はもともと1990年代初頭にオプテックス社が（ロチェスター大学と共同で）電子トラッピング光メディア（ETOM）で使用するために光ディスク記録用に開発され、特許を取得しました。原理的には単純ですが、データストレージチャネルが非常に非線形であるため、MLの実装は困難でした。MLシステム全体の応答は、従来のCD/DVDシステムよりも個々のコンポーネント（動作温度、メディアの均一性、読み取りヘッドの変動など）の変動に対してはるかに敏感です。これを補うために、ML論理フォーマットは、メディアの欠陥や信号ノイズに対する堅牢性を高めるために、ビットの大部分（前方誤り訂正符号化として）を割り当てています。MLドライブは、書き込み時に高度な電力最適化、読み取り時に適応イコライゼーションを使用しました。
マルチレベル記録は、複数のデータ面を1枚のディスクにまとめるマルチレイヤーストレージと混同されることがある。マルチレイヤーとマルチレベルの技術は組み合わせることも可能であり（例えば、デュアルレイヤーML-DVD-ROMのように）、その場合はディスクの各層にML変調が適用される。