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(letzte Änderung: Donnerstag, 12 Mai 2005)

 

Harddisks als Videospeicher

Video?
Auf die Festplatte damit!
 

Harddisks als Videospeicher

Beim nonlinearen Editing sind Festplatten derzeit das Speichermedium der Wahl. Die Harddisks spielen dabei keineswegs eine periphere Rolle, sondern bestimmen entscheidend die Leistungsfähigkeit eines nonlinearen Schnittsystems.

 

Auf dieser Seite werden folgende Punkte erläutert:

Das Funktionsprinzip einer Festplatte Festplattenbetrieb, Fragmentierung Speicherkapazität
Leistungsfähigkeit, Arbeitsgeschwindigkeit
AV-Platten Preisentwicklung Auswahlkriterien


Unglaublich aber wahr: Es gab mal Computer ohne Festplatten. Heute ist das schon so unvorstellbar, daß es wie eine Nachricht aus grauer Vorzeit klingt, denn eins ist beim derzeitigen Stand der Technik klar: ohne leistungsfähige Festplatten kein digitales Video mit dem Computer und auch kein nonlineares Editing.

Das Funktionsprinzip einer Festplatte

Die Festplatte funktioniert nach einem einfachen Prinzip. Eine Scheibe, in der Regel aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, ist mit einer magnetisierbaren Schicht versehen. Diese Scheibe rotiert in einem Gehäuse. Über der Scheibe schwebt mit winzigem Abstand, aber berührungslos, ein Magnetkopf. Den kann man sich vorstellen wie den Magnetkopf eines Kassettenrecorders, nur eben viel, viel kleiner. Dieser Magnetkopf kann nach dem Tonbandprinzip Informationen, also Daten, auf die Scheibe schreiben und wieder lesen. Wie beim Tonband werden die Daten in Spuren geschrieben, nur daß die Spuren der Festplatte kreisförmig nebeneinander auf der Scheibe angeordnet sind. Jede Spur ist in einzelne Abschnitte untergliedert, die Sektoren. In die Sektoren werden die Daten portionsweise geschrieben. Dieses Wissen über Harddisks reicht für den Anwender im Prinzip aus, auch wenn die Festplattentechnologie in Wirklichkeit viel komplizierter ist.


Festplattenbetrieb, Fragmentierung


Zum normalen Arbeiten mit einer Festplatte gehört, daß immer wieder in rascher Folge Daten auf die Platte geschrieben und von der Platte gelöscht werden. Die Daten eines einzelnen Files werden aber auf der Platte nicht notwendigerweise räumlich zusammenhängend geschrieben, stehen also nicht unbedingt in nebeneinanderliegenden Sektoren der Platte. Vielmehr werden die Daten auf der Platte immer dahin geschrieben, wo zum Zeitpunkt des Schreibens gerade Sektoren frei sind. Die zusammengehörenden Datenbestände eines Files können deshalb quer über die ganze Festplatte verteilt sein. Im Fachjargon spricht man vom Fragmentierungszustand der Platte: Je stärker zusammengehörende Datenbestände über die Platte verteilt und aufgesplittert sind, um so stärker ist die Platte fragmentiert. Soll ein File von einer stark fragmentierten Platte gelesen werden, dann muß der Lesekopf viele Spuren anfahren, um alle einzelnen Sektoren sequentiell lesen zu können. Positionierungsvorgänge brauchen Zeit, und so dauert es in diesem Fall lange, bis das File komplett gelesen und ausgegeben wird: Die Datenausgaberate der Platte sinkt rapide ab. Entsprechendes gilt natürlich für Schreibvorgänge.


Speicherkapazität


Die Speicherkapazität ist bei den Festplatten in den letzten Jahren mit atemberaubender Geschwindigkeit gestiegen. Das ist um so eindrucksvoller, als gleichzeitig auch die Baugröße immer mehr schrumpfte. Derzeit sind Festplatten mit Speicherkapazitäten zwischen einem und neun Gigabyte zu vertretbaren Preisen erhältlich.


Leistungsfähigkeit, Arbeitsgeschwindigkeit

Die Leistungsfähigkeit einer Festplatte läßt sich daran messen, wie schnell die Platte große Datenmengen schreiben und lesen kann. Als Maß hierfür dient die Datentransferrate: Sie gibt an, wieviele Bits die Platte pro Sekunde aufnehmen und abgeben kann. Der hierbei real erreichte Wert wird durch Konstruktions- und Bauart der Festplatte bestimmt, eine Obergrenze setzt aber die Art der Schnittstelle, mit der die Festplatte ausgestattet ist. Als Schnittstelle wird der Anschluß bezeichnet, über den die Festplatte Kontakt zu anderen Geräten aufnimmt um mit diesen Daten auszutauschen. Durchgesetzt hat sich hier die
SCSI Schnittstelle. Zur "normalen" SCSI-2 Schnittstelle kamen in jüngerer Zeit noch die Varianten Fast-SCSI und Wide-SCSI hinzu, die jeweils höhere Datentransferraten ermöglichen. Wichtig ist die durchgehend aufrechterhaltene (sustained) Datentransferrate. Platten, die zwar kurzfristig hohe Raten erreichen, bei denen in Zwischenphasen die Datentransferrate auch sehr weit abfallen kann, sind für den nonlinearen Schnitt und für digitales Video nicht geeignet: Schließlich wollen Sie Ihre Videofilme kontinuierlich sehen und nicht stoßweise mit stockenden Bildern.


AV-Platten

AV-Festplatten sind speziell auf Video und Audioanwendungen abgestimmt. Sie sind konstruktiv so angelegt, daß eine möglichst gleichmäßig hohe Datentransferrate während der ganzen Betriebszeit gewährleistet ist. So verzichten die AV-Festplatten beispielsweise auf den Vorgang der thermischen Rekalibrierung, den andere Platten ausführen. Bei der thermischen Rekalibrierung gleicht die Steuerelektronik kleine Dejustagen zwischen Magnetkopf und Platte aus, die durch Wärmedehnung im Betrieb entstehen können. Dieser Vorgang läuft bei normalen Festplatten von Zeit zu Zeit automatisch ab und reduziert die Datentransferrate dabei für kurze Zeit auf Null: undenkbar beim Abspielen von Videosequenzen.



Preisentwicklung

Die Preise entwickeln sich bei den Festplatten fast genauso schnell nach unten, wie die Speicherkapazität nach oben geht. Davon können Sie profitieren, denn beim DPR lassen sich nach und nach immer neue Festplatten anschließen. Wenn Sie Platten mit Fast-SCSI-Schnittstelle einsetzen, können sie dem DPR paarweise bis zu 14 Platten dieser Bauart zur Seite stellen. Im Gegensatz zu Fast-SCSI-Platten können solche mit Wide-SCSI-Anschluß auch einzeln an den DPR angeschlossen werden. Bis zu 15 Wide-Platten kann der DPR verwalten. Die beiden unterschiedlichen Plattentypen können auch gemischt werden, insgesamt lassen sich dadurch bis zu 29 Festplatten gleichzeitig am DPR betreiben.


Auswahlkriterien

Letztlich gibt es für DPR-Anwender nur ein Auswahlkriterium für eine Festplatte: Welche maximale Bildqualität, also welche minimale Kompressionrate wollen Sie beim nonlinearen Schnitt mit dem DPR erreichen? Je niedriger der Kompressionsfaktor sein soll, umso höher muß die Datentransferrate der Festplatte sein. Das hat folgenden Grund: Kleine Kompressionsraten bedeuten, daß sehr viele Daten pro Videobild aufgezeichnet und wiedergegeben werden müssen. Die Anzahl der Videobilder pro Sekunde ist wiederum durch das Fernsehsystem vorgegeben: 50 Halbbilder pro Sekunde bei PAL, 60 Halbbilder bei NTSC. Es entsteht also 50 oder 60 mal in der Sekunde die Datenmenge eines Bildes. Ist die Datentransferrate einer Video-Festplatte zu niedrig, um die anfallenden Daten in dieser Geschwindigkeit auf die Magnetscheibe zu schreiben und von dort zu lesen, stockt bei der Wiedergabe das Bild, und es werden bei der Aufnahme einzelne Bilder übersprungen und nicht aufgezeichnet. Damit ist klar: Die Datentransferrate der Festplatte ist der begrenzende Faktor für den niedrigstmögliche Kompressionsgrad, den das Schnittsystem bieten kann. Natürlich spielen in der Praxis auch noch andere Kriterien eine wichtige Rolle: Preis und Speicherkapazität. Hier ist der Zusammenhang eindeutig: je schneller (hohe Datentransferrate) und größer (hohe Speicherkapazität) die Platte, umso teurer ist sie auch.

Drei Fragen führen Sie also zur optimalen Festplatte:

  • Welche Kompressionrate will ich im besten Fall erreichen?
  • Wieviele Minuten Bild und Ton will ich digitalisieren?
  • Wieviel Geld kann ich ausgeben?