光ディスク記録技術

光ディスクのオーサリングには、光ディスクメディアからファームウェア、光ディスク ドライブの制御電子機器に至るまで、連携して動作するさまざまな光ディスクレコーダーテクノロジが必要です。

市場には、記録可能な光ディスクのフォーマットが数多く存在しています。これらはすべて、市販の光ディスクをプレスしたときに作成されるピットとランドの効果を再現するために、レーザーを使用してデジタル記録媒体の反射率を変更することに基づいています。ホログラフィック データ ストレージや3D 光データ ストレージなどの新しいテクノロジは、まったく異なるデータ ストレージ方法を使用することを目指していますが、これらの製品はまだ開発中であり、広く利用可能になっていません。

最も初期の形式は光磁気方式で、磁場とレーザーを組み合わせて媒体に書き込むものです。民生用機器では広く使用されていませんが、オリジナルのNeXTキューブでは MO 媒体を標準のストレージ デバイスとして使用しており、民生用 MO 技術はSonyのMiniDiscの形で提供されています。この形式の媒体は書き換え可能です。

記録可能な光メディアの最も一般的な形式は、CD-Rの形で普及し、現在でもDVD-Rなどの大容量メディアに使用されている、一度だけ書き込み可能 な有機染料技術です。この技術では、レーザーのみを使用して透明な有機染料 (通常はシアニン、フタロシアニン、またはアゾ化合物ベース) を焼き、反射らせん溝の上に「ピット」(つまり暗いスポット) を作成します。このようなメディアのほとんどは、R (記録可能) という接尾辞で指定されます。このようなディスクは、通常、青、淡い黄色、または緑の色合いで、非常にカラフルであることが多いです。

書き換え可能な非磁性光媒体は、ドライブレーザーからの熱を使用して結晶状態と非晶質状態（異なる反射率を持つ）の間で変換される相変化合金を使用することで可能になります。相変化材料は染料ベースの媒体よりも反射率のコントラストが低いため、このような媒体は特別に調整されたドライブで再生する必要があります。ほとんどの最新のドライブはこのような媒体をサポートしていますが、多くの古いCD ドライブはより狭いしきい値を認識できず、このようなディスクを読み取ることができません。相変化ディスクは、RW（書き換え可能）または RE（記録消去可能）で指定されます。相変化ディスクは、多くの場合、暗い灰色で表示されます。

別の技術では、無機炭素層にピットを作成し、「一度だけ書き込み可能」なオプションがあります。Millenniata によって開発されたM-DISCは、数百年のデータ寿命を持つ特殊な M-DISC にデータを記録します。^[1]

最適パワー キャリブレーション(OPC) は、使用中のメディアに特定のセッションを書き込むための適切なレーザー パワーをチェックする機能です。より高度なのはアクティブ OPCで、最適なレーザー パワーを計算してリアルタイムで調整します。

光ディスクは、ディスク アット ワンス、トラック アット ワンス、セッション アット ワンス(つまり、1 つのディスクに複数の書き込みセッション)、またはパケット書き込みモードで記録できます。各モードには、それぞれ異なる目的があります。

• ディスク アット ワンス: ディスク全体を 1 回のパスで書き込みます。複製マスターに適しています。
• トラック アット ワンス: トラック間にギャップを設けて個々のトラックを書き込みます。オーディオ CD に使用されます。
• セッション アット ワンス: 1 枚の CD に複数のセッションを書き込み、ファイナライズします。通常、CD オーディオではサポートされておらず、オーサリング ソフトウェアでも普遍的にサポートされているわけではありません。
• パケット書き込み: 要求に応じてデータをメディアに書き込みます (下記参照)

初期のCD-ROMドライブとは異なり、光ディスク レコーダー ドライブは一般に業界標準の接続プロトコルを使用しています。初期のコンピュータ ベースの CD レコーダーは一般にSCSI経由で接続されていましたが、SCSI は主要なユーザー (特にApple Computer ) によって放棄されたため、ほとんどのコンピュータ ユーザーにとって高価なオプションになりました。その結果、市場ではほとんどの内蔵ドライブがパラレル ATA接続に切り替わりました。外付けドライブでは一般に、 FireWireや Hi-Speed USB 2.0などの高速シリアル バスに接続するケース内のブリッジに接続された PATA ドライブ メカニズムが使用されています。ほぼすべての最新のドライブ、特にBlu-rayドライブはシリアル ATA を使用しています。

スタンドアロン レコーダーは、オーディオ用にRCA コネクタ、TOSlink、S/PDIFなど、ビデオ用にRF、コンポジット ビデオ、コンポーネント ビデオ、S-Video、SCART、FireWireなどの標準 A/V 接続を使用します。レコーダー デバイスは暗号化されたビデオ コンテンツを 復号化できないため、 HDMIなどの高帯域幅デジタル接続は使用されない可能性があります。

オーバーバーンとは、記録可能なメディアの通常のベンダー指定のサイズ制限を超えてデータを記録するプロセスです。ATIP の構造では、このようなサイズを指定することはできません。

記録ディスクのベンダーが評価する容量は保証容量に過ぎず、それを超えると実際の容量は不定となるため、オーバーバーンは記録ディスクの実際の容量限界を判断するために使用される場合があります。指定された容量を超えたデータは読み取り可能であることが保証されません。^[2]

通常、レコーダーは中断することなく完全な書き込みを実行する必要があります。レーザーがオンになると、記録プロセスを停止して再開すると欠陥が発生する可能性があります。

バッファアンダーランは、書き込みが完了する前にレコーダーへのデータの供給が中断された場合に、記録中に発生します。ソフトウェアは通常、記録するデータをバッファに移動します。アンダーランは、レコーダーがバッファ内のデータをソフトウェアが再ロードするよりも速く処理した場合に発生します。歴史的に、バッファ アンダーランは、低速デバイスから取得したデータの書き込み、または低速プロセッサまたは他のタスクを同時に実行しているプロセッサによる記録ソフトウェアの低速によって発生することが多かったです。

さまざまなレコーダーは、次の方法でバッファ アンダーランを最小限に抑えたり対処したりします。

• ほぼすべてのバーナーは、ディスクの回転を遅くして、より遅い速度で記録することができます。バーナーは、ソフトウェアがデータをリロードするよりも速くバッファ内のデータを消費していることを感知すると、これを行います。
• 録音ソフトウェアは、CD レコーダーが初めて導入されたときよりも大きなバッファを維持しています。レコーダーによっては、コンピューターから独立して独自のバッファ メモリを維持しているものもあります。この追加のバッファリングにより、データの供給が一時的に停止してもバッファ アンダーランが発生しません。
• 実際、一部のレコーダーはセッションの途中で書き込みを停止し、バッファが補充されると書き込みを再開することができます。このようなバッファ アンダーラン保護機能を備えたレコーダーは、ディスク上の記録トラックに非常に小さなギャップを残すことで中断を処理します。^[3]バッファ アンダーランに対する保護技術はベンダー固有のものであるため、技術的な詳細は異なります。
• DVD+R、DVD+RW、および記録可能なブルーレイ形式は、バッファ アンダーランの影響を受けません。これらのディスクには、レコーダーの書き込みメカニズムが記録されたトラックの終わりを正確に特定し、中断したところからシームレスに続行できるようにするテクノロジが含まれているためです。多くのディスク オーサリング ユーティリティは、これらのディスクへの書き込み時にバッファ アンダーラン保護オプションを無効にします。^{[4] [より適切なソースが必要]}

バッファ アンダーランは、レコーダがセッション全体またはディスク全体ではなくパケットを書き込む戦略によって最小限に抑えられます。再書き込み可能なメディア( CD-RW、DVD-RW、DVD-RAM ) を使用する場合、UDFファイル システムはディスクを個別に書き込まれるパケットに編成します。パケットは、単一の更新されたアドレス テーブルによって参照されます。

BURN-Proof（バッファアンダーランプローフ）は、三洋電機が開発したバッファアンダーラン保護の独自技術である。^[5]

FlextraLinkは、 Asusが開発したバッファアンダーラン保護のための独自の技術です。^[6]

FlextraSpeedは記録メディアを継続的に監視し、高速書き込みに耐えられないディスクに対しても最適な書き込み速度を設定して最高の記録品質を確保します。^[7]

Power Burn は、ソニーが開発したバッファ アンダーラン保護の独自技術です。特徴:

• バッファ アンダーラン保護:バッファ アンダーランが発生すると、ドライブは書き込みを一時停止します。ドライブは書き込み終了ポイントとタイミングを記憶し、バッファ メモリに十分なデータが満たされると、そのポイントからすぐに書き込みを再開します。
• 衝撃や振動による書き込みエラーからの保護: PowerBurn の Shock Proof テクノロジーは、デバイスが移動したときに書き込みを一時停止し、ドライブが安定した後に書き込みを再開します。これにより、モバイル環境での動作が可能になります。
• 書き込み条件の最適化: ドライブは各メディアの特性を検出し、書き込み速度、レーザー出力、書き込み戦略などのすべての主要な書き込み条件を最適化します。

SafeBurn は、ヤマハ株式会社が開発したバッファアンダーラン防止の独自技術です。

パケット ライティングは、光ディスクをフロッピー ディスクと同じように使用できるようにするテクノロジです。パケット ライティングは、1 回書き込み可能なメディアと再書き込み可能なメディアの両方で使用できます。DirectCD やInCDなど、競合し互換性のないパケット ライティング ディスク形式がいくつか開発されています。パケット ライティングの標準形式は、プレーン、VAT、およびスペア ビルドの ユニバーサル ディスク形式です。

光ディスク オーサリングソフトウェアのシミュレートされた書き込み機能またはシミュレートされた書き込み機能を使用すると、書き込みプロセスがシミュレートされます。つまり、実際の書き込みプロセスのようにディスクが回転し、レーザーが動きますが、ディスクにデータが記録されることはありません。

この機能により、異なる書き込み速度設定での書き込み速度とパターン（例えば、一定角速度、一定線速度、P-CAVおよびZ-CLVのバリエーション）を観察し、オーバーバーンを使用して達成可能な個々のディスクの最大容量をテストすることができます。^[8]

この機能はCD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RWでは標準化されているが、DVD+RとDVD+RWでは標準化されておらず、これまでのところPlextor光学ドライブのみがシミュレートされた書き込みをサポートしている。^{[9] [10]}

市販の記録可能/書き込み可能な光メディアには、データを記録するための染料が光メディア内/上に含まれていますが、工場で製造された光メディアは、プラスチックの型/鋳造によって作成された物理的な「ピット」を使用しています。その結果、市販の光メディア上のデータ保存は、工場で製造された光メディアほどの寿命がありません。この問題は、レコーダーの書き込みレーザーが使用されるにつれて、その出力が経年変化 (通常はわずか数年) とともに低下するため、さらに悪化します。その結果、耐用年数の終わりに近づいているレーザーで書き込まれたディスクは、新しいレーザーを使用した場合ほど長く読み取り可能にならない可能性があります。

貴重なデータをアーカイブするために、染料ベースの光学メディアだけに頼るべきではありません。MAM-A（三井物産）は、アーカイブ用ゴールドCD -Rの寿命は300年、ゴールドDVDの寿命は100年であると主張しています。良い代替案としては、他のメディア技術を使用してメディアを追加でバックアップしたり、不揮発性メモリ技術に投資したりすることが挙げられます。^[11]

• CDおよびDVDの書き込み速度
• MODSディスク
• 光ディスク記録モード
• 戦略を書く

• CD-R と CD-RW を理解する (ヒュー・ベネット著)
• 記録可能および書き換え可能な DVD について (ヒュー・ベネット著)
• 長期戦に向けて燃える
• CD と DVD の寿命: どれくらい長持ちしますか?
• ブルーレイテクノロジー