Videospeicher-Festplatten

09.11.2005

Tempo und Höchstleistung sind nicht immer das Passende

Speicher ist eigentlich immer zuwenig da. Das ist nicht nur im Computer so, sondern auch in anderen Geräten, in denen inzwischen Speicher aus der Computertechnik wie beispielsweise Festplatten verwendet werden. Dem DVD-Videorekorder oder Sat-Empfänger einfach eine größere Festplatte aus dem Regal zu verpassen, kann allerdings schief gehen, denn in der Unterhaltungselektronik wird eine andere Sorte Festplatten verbaut als in der Computertechnik.

Auch wenn verschleißfreie Halbleiterspeicher sie vermutlich eines Tages komplett ablösen werden, ist die rotierende Magnetspeichertechnik "Festplatte" momentan beim Performance und Preis-/Leistungsverhältnis das Optimum im Gigabytebereich. Neben Computerprogrammen und -daten lassen sich so auch Videoaufnahmen gut zwischenlagern, die bis vor kurzem noch auf Stapeln von VHS-Kassetten landeten.

Blick in eine SATA-PC-Festplatte von Western Digital (Bild: Western Digital)

Als der sogenannte "nonlineare" Videoschnitt erstmals aufkam, also die Videobearbeitung auf dem Computer, bei der die Filme auf einer Festplatte gespeichert wurden statt wie bislang üblich auf Bändern, bot diese Technik auf einmal große gestalterische Freiheiten: man konnte Szenen im Film beliebig hin- und herschieben und musste nicht mehr darauf Rücksicht nehmen, wie sie ursprünglich aufgenommen worden waren. Das Problem, den Videofilm der beabsichtigten Handlung entsprechend von vorne nach hinten drehen und schneiden zu müssen, wenn man nicht zusätzlichen Aufwand haben wollte. hatte sich schlagartig erledigt.

Dafür waren nun ganz neue Probleme hinzugekommen: die damalige Computerhardware war mit solchen Dingen am Ende ihrer Leistungskraft! Ein normaler Büro-PC jener Jahre wäre mit Videobearbeitung hoffnungslos überfordert gewesen. Es brauchte die modernsten, größten und schnellsten Festplatten jener Tage, die Seagate Barracuda.

Videobearbeitung braucht hohe Transferraten

Seitdem herrscht die Ansicht, dass für die Videobearbeitung besonders schnelle Festplatten notwendig sind. Doch so ganz stimmt das heute nicht mehr, denn die Computer und Festplatten sind generell leistungsfähiger geworden und ein aktueller PC ist mit weit weniger Zusatzaufwand oder bei entsprechender Ausstattung (Multimedia-PC mit Sat-HDTV-Empfang von der Wursttheke) auch schon aus der Box zur Videobearbeitung tauglich.

Die Preise für Video-Elektronik sind soweit gesunken, dass es die Computertechnik mit Festplatten nun auch in Unterhaltungselektronik-Geräte wie DVD-Videorekorder und Satellitenreceiver geschafft hat. Allerdings sind die Ansprüche eines typischen PCs und von Video nicht wirklich bearbeitenden, sondern lediglich aufzeichnenden und abspielenden Geräten durchaus unterschiedlich: Während der PC schnell auf unterschiedlichste Daten auf der Festplatte zugreifen können muss, wird ein Video meist nur kontinuierlich abgespielt und selbst bei schnellem Vor- oder Rücklauf bleibt man innerhalb ein- und derselben Datei. Hier ist also mehr der Datendurchsatz entscheidend als die Zugriffszeit – den Film wechselt man nicht mehrere Male die Sekunde. Maximal kann es vorkommen, dass mehrere Videoströme parallel bearbeitet werden.

Mit dem Problem der Fragmentierung von Dateien wie auf dem PC haben Videoapplikationen ebenso weniger zu kämpfen: Es wird schlichtweg nicht jede kleine Lücke im Dateisystem wieder aufgefüllt – die Cluster können weit größer sein, ohne dabei zuviel Speicherplatz zu verschwenden. Nur das Umschalten von einer auf die andere Platte im internen Plattenstapel der Festplatte muss schnell gehen, damit hier keine Aussetzer in der Videowiedergabe entstehen.

Eine schnelle Festplatte mit großem Cache ist hierbei durchaus hilfreich. So war ein Kathrein Satellitenreceiver UFD 552, der mit der Original IBM 20 GB-Festplatte mit 5400 Umdrehungen pro Minute zu Abstürzen neigte, wenn man gleichzeitig etwas aufnahm und etwas anderes abspielte, auf einmal stabil, als stattdessen eine 80 GB-Festplatte von Western Digital mit 7200 Umdrehungen pro Minute eingebaut wurde, die außerdem einen 8 MB-RAM-Cache enthielt. Allerdings wurde das Gerät auch etwas lauter.

Leistung macht Krach

Und da ist schon eins der Probleme: Während man im Büro die Festplatten der Computer oft nicht hört, weil sie vom PC-Lüfter übertönt werden, ist dies im Wohnzimmer absolut unerwünscht. Bei modernen Festplatten kann man zwar auch auf geräuscharme Arbeitsweise umschalten, doch es rappelt dann immer noch ziemlich auffällig in der Kiste. Und wozu hat man eine teure Heimkinoanlage, wenn man in der Nacht zum Gruseln nicht den Mörder, sondern die Festplatte um die Ecke pfeifen hört?

Statt der turboschnellen PC-Festplatten werden deshalb in Satellitenreceivern, DVD-Videorekordern oder auch tragbaren MP3-Spielern inzwischen spezielle "CE-Festplatten" ("CE" steht hier für "Consumer Electronics") verwendet. Teilweise sind dies einfach ältere Baureihen, die noch mit 5400 statt 7200 Umdrehungen pro Minute laufen. Damit ist ihre Datenrate immer noch ausreichend, doch Laufgeräusch und Stromaufnahme sind geringer.

Blick in eine für Video gedachte CE-Festplatte der Seagate DB35-Serie (Bild: Seagate)

Allerdings kann die bei Festplatten zum Einsatz in Computern übliche Fehlerkorrektur bei Videoapplikationen ebenfalls Probleme machen. Die Lage ist hier ähnlich wie beim Streaming im Netz: Während es bei einer E-Mail nicht auf Sekunden ankommt und es dafür wichtig ist, dass sie fehlerfrei übertragen wird, ist bei einem Audio- oder Videostream ebenso wie bei der Internettelefonie entscheidend, dass die Daten fortlaufend und schnell ankommen, da sonst Bild und Ton ins Stottern geraten. Wenn dagegen mal ein Bit falsch ist, so knackt es zwar im Ton oder blitzt im Bild, doch die Auswirkungen sind weniger dramatisch als bei einem gekippten Bit in einem Programm oder Datensatz, das falsche Abrechnungen oder den kompletten Absturz zur Folge hat.

Also sind ebenso wie bei der Video-CD gegenüber der normalen CD-ROM oder der DVD-Video gegenüber normalen Daten-DVDs bei speziellen für Video gedachten Festplatten die Fehlerkorrekturmechanismen reduziert: Statt möglicherweise mehreren Sekunden Wartezeit – zulässig sind bis zu 30 Sekunden – bei Datenfehlern auf der Scheibe, in denen hartnäckig versucht wird, den fehlerhaften Bereich erneut auszulesen, kommt das Bild auch bei Lesefehlern weiter kontinuierlich und der Fehler wird einfach übersprungen. Diese neuen "CE-Festplatten", die hardwaretechnisch zunächst einmal nicht wesentlich anders sind als die PC-Modelle und teils auch dieselben Fertigungslinien benutzen, verwenden eine entsprechend andere Firmware.

Einzelne Fehler stören bei Audio und Video weniger als "Hänger"

Seagate hat den Begriff "CE-Festplatte" als erster Hersteller bekannt gemacht, unter anderem mit netten Schlagzeilen wie "bahnbrechende Festplatte für Autos" (gibt es auch Autos plattwalzende Festplatten für Züge?) für das Modell EE 25, das mit besonders rauen Umgebungsbedingungen zurecht kommt. Ob die 1-Zoll-Festplatten der ST1-Serie mit 8 Gigabyte Speicherkapazität für MP3-Player oder Kameras im Compact-Flash-Format, die spezielle Autofestplatte, die auch bei -30°C nicht einfriert, auch +85°C aushält und mit 2,2 G besonders erschütterungsfest ist, oder aber eben Festplatten für digitale Videorekorder in Größen von 80 bis 500 Gigabyte, die DB35-Serie, welche die eigentliche "CE-Festplatte" darstellt – die anderen Modelle sind teils im Zugriff durchaus auf typische Computerbedürfnisse eingestellt.

Die "Autofestplatte" der EE25-Reihe von Seagate: Von den anderen Modellen optisch nur durch das hier eingespiegelte Auto zu unterscheiden (Bild: Seagate)

Neben den bereits erwähnten Kriterien Geräuscharmut und geänderte Fehlerkorrektur besitzt diese Serie einen besonders geringen Anlaufstrom, was bei den nicht so stark wie in Computern ausgelegten Netzteilen in den digitalen Videorekordern von Vorteil ist. Außerdem unterstützt sie Digital Rights Management (DRM), was im Bereich Pay-TV relevant ist, wenn es nicht möglich sein soll, Aufzeichnungen mit dem Computer direkt auszulesen. Details, wie dieses DRM aussehen soll, sind nicht bekannt und außer dem bereits mit heutigen Festplatten möglichen Setzen von ATA-Passwörtern ist momentan auch nichts Entsprechendes in Gebrauch.

Weitere Kriterien sind geringe Wärmeentwicklung und gleichzeitige Aufnahme und Wiedergabe ohne laute Kopf-Klackergeräusche. Eine allgemeine Norm oder Spezifikation existiert hier nicht, vielmehr stellen verschiedene Einsatzgebiete und Preissegmente unterschiedliche Anforderungen an die Geräte und auch bei einem klaren Einsatzgebiet wie "Satellitenreceiver" kann ein Abnehmer spezielle Wünsche stellen.

Probleme beim eigenmächtigen Aufrüsten

Wie unangenehm es enden kann, wenn man auch nur testweise normale PC-Festplatten in solche Satellitenempfänger oder DVD-Videorekorder einbaut, zeigte sich beim Test diverser entsprechender Geräte: der Premiere-zertifizierte Satellitenempfänger Humax PDR9700 ("Premiere" digital auf Festplatte aufzeichnen) lief mit einer gewöhnlichen 200 Gigabyte großen PC-Festplatte von Western Digital zwar an, erkannte deren Größe korrekt und konnte auf diese auch aufzeichnen, doch programmierte Aufzeichnungen schlugen fehl, weil das Gerät die Festplatte beim Einschalten nicht erkannte: sie war nicht schnell genug bereit, der Anlaufstrom war zu hoch.

Außerdem war die Platte anschließend auch in keinem anderen Gerät mehr zu gebrauchen, weil der Receiver auf ihr ein ATA-Passwort gesetzt hatte, um Versuche, darauf gespeicherte Filme in einem PC auslesen zu können, schon auf oberster Ebene zu sabotieren – ein Feature, das in üblichen PC-Festplatten seit längerer Zeit hardwaremäßig implementiert ist und bereits im BIOS der Festplatte geschieht, aber bislang sonst nur von einigen Notebooks benutzt wird. Der Nachteil: Eine Platte mit gesetztem ATA-Passwort lässt sich in anderen Geräten nicht nur nicht mehr auslesen – auch ein Verzicht auf die gespeicherten Daten per Formatieren schlägt fehl, wenn das Passwort nicht bekannt ist. Zudem erkennen die BIOSse der meisten PCs ein gesetztes ATA-Passwort gar nicht: Die Platte wird schlicht als defekt betrachtet, da sie zwar ihren Typ und die Kapazität kundtut, aber keine Daten liefert.

Blick in eine 1-Zoll-Festplatte beispielsweise für MP3-Spieler (Bild: Seagate)

In einem Homecast-Receiver S 8000 (MP3 und Filme zum Download über Satellit) lief die 200-Gigabyte-Festplatte dagegen zuvor ohne Probleme, sie war nur deutlich lauter als das Original-Modell, das wie auch bei Humax eine 80 Gigabyte-IDE-Festplatte von Seagate war. Homecast hatte sein Gerät auch von vornherein flexibel auf größere Festplatten ausgelegt: bis 400 Gigabyte sollten gehen. Allerdings hatte der Hersteller dies zwar so geplant, doch nicht selbst geprüft. Folglich gab es eine sehr üble Überraschung, als sich auf solchen größeren Festplatte mehrere Aufzeichnungen angesammelt hatten, denn die Timeshift-Funktion des Receivers war fehlerhaft programmiert.

Der Satellitenreceiver Homecast S 8000 benutzt dabei ein modifiziertes FAT32-Dateisystem, wie es bei Windows 98 üblich ist. Dies wurde zwar in den meisten Punkten so angepasst, dass nicht nur maximal 28 Bit und damit 128 Gigabyte adressiert werden konnten, doch bei der Timeshift-Funktion hatte man dies vergessen. Die fatale Folge: Selbst wenn die Festplatte nicht bis zum Rand gefüllt war, also auch schon bei Belegung mit weniger als 128 Gigabyte, da bei CE-Anwendungen gelöschte Bereiche eben nicht sofort neu gefüllt werden, löste die Verwendung der Timeshift-Funktion, wozu bereits das kurze Drücken der Pause-Taste ausreichte, durch Zerschießen des Dateisystems rettungslosen Datensalat auf der Festplatte aus – sämtliche bisherigen Aufzeichnungen wurden schlagartig unbrauchbar und die Festplatte musste neu formatiert werden.

Beschränkte Dateisysteme

Dieses Problem wurde bei Homecast zwar mit einem Update der Firmware gelöst, besteht aber noch bei vielen anderen gleichartigen Geräten. Wer also eine Festplatte einbaut, die für das Gerät konstruktiv zu groß ist, kann durchaus zunächst ein scheinbar funktionierendes Gerät mit mehr Speicherplatz erhalten, das dann aber später unerklärlicherweise schlagartig abstürzt und nur noch Datenschrott gespeichert hat. Und selbst physikalische Unterschiede können die selbstgemachte Speichererweiterung vereiteln, wie beispielsweise die Tatsache, dass 80 Gigabyte inzwischen auf einer Festplatten-Scheibe untergebracht werden können, 120 oder 250 Gigabyte dagegen noch mehrere Scheiben benötigen, was dann höhere Anlaufströme verursacht.

Auch bei der gleichen Baureihe und auch bei echten CE-Festplatten kann also das eigenmächtige Erhöhen der Kapazität zum unerwarteten Versagen des Geräts führen. Zudem erlischt mit dem Öffnen des Geräts und spätestens mit solchen Modifikationen üblicherweise der Garantieanspruch, obwohl dies bei fachgerechtem Vorgehen unbemerkt bleiben dürfte, solange man nicht das Gerät im modifizierten Zustand einschickt. Wer seinen Empfänger modifiziert von einem Händler gekauft hat, kann sich deshalb bei Problemen auch nur an diesen wenden und nicht an den Hersteller.

Im Fall Homecast hatte der Programmierer der Brennsoftware DVR-Studio den Fehler in der Timeshift-Funktion entdeckt. Zu diesem Zeitpunkt hatten neben Bastlern nur einige Händler von Satellitenempfängern das Gerät mit größeren Festplatten aufgerüstet, wofür der Hersteller natürlich nicht verantwortlich war. Allerdings wollte Homecast selber ein Modell mit 160 Gigabyte herausbringen, was ohne die rechtzeitige Korrektur des Fehlers böse geendet wäre. Abgesehen von den bis eventuell verloren gegangenen Aufzeichnungen konnten also auch die Käufer solcher modifizierten Empfänger diese später stabiler in Betrieb nehmen. Allerdings scheinen die von einigen Händlern eingebauten 160-Gigabyte-Festplatten von Samsung prompt Ärger mit einem zeitweisen Einfrieren des Bilds zu bereiten – entweder handelt es sich hierbei nicht um richtige CE-Festplatten oder sie sind einfach nicht auf die Bedürfnisse von Videogeräten ausgelegt – CE-Festplatte ist eben nicht automatisch gleich CE-Festplatte.

8-Gigabyte-Mini-Festplatte für Digitalkameras (Bild: Seagate)

Wer auf eigene Faust sein Gerät erweitern will, was bei den Festplattengrößen ab Werk von 80 Gigabyte oder weniger nur zu verständlich ist, kann also unter Umständen nicht nur mit der Garantie, sondern auch mit dessen Funktion Probleme bekommen und sollte auf jeden Fall eine CE-Festplatte verwenden und kein Modell für normale Computer.

Das Dumme: CE-Festplatten bekommt man nicht im normalen Bauteile- oder Computerhandel. Sie werden ausschließlich an die Hersteller solcher Geräte geliefert. Nicht einmal Testmuster wollte Seagate auf Anfrage zur Verfügung stellen. Der Grund: Man sieht die CE-Festplatten dort als zu speziell an das jeweilige Gerät angepasst an und will so verhindern, dass Endverbraucher ihre Geräte modifizieren und bei Problemen dann der CE-Festplatte die Schuld geben. Auch meint man, die heutige Vielfalt von Festplatten – IDE, SATA, SCSI – sei für den Kunden schon schwierig genug; dann auch noch CE-Modelle anzubieten, überfordere ihn und führe beispielsweise zum irrtümlichen Einbau von CE-Festplattenmodellen in normale Computer, was dann nicht nur zu schlechter Performance, sondern aufgrund der reduzierten Datenkorrektur auch zu übelsten Abstürzen führen wird.

Andere Hersteller benutzen für CE-Festplatten übrigens durchaus nicht dieselbe Strategie, um dieselben Ziele zu erreichen. Western Digital fährt die Drehzahl von CE-Festplatten beispielsweise nicht von den bei PCs momentan verbreitetsten 7200 Umdrehungen pro Minute auf die älteren 5400 Umdrehungen zurück, wie Klaas de Vos, Vizepräsident und Geschäftsführer des Unternehmens für Europa, nahem Osten und Afrika im Interview mit Telepolis zu berichten wusste. Mechanisch sind auch hier die Festplatten ähnlich zu den PC-Modellen, eventuell werden die Lager zusätzlich gedämpft oder gar ölgelagert. Jedoch wird die Ansteuerung der Schrittmotoren für die Kopfpositionierung der Festplatte nicht mit Rechtecksignalen wie beim PC, sondern mit sanfter die Köpfe positionierenden Sinussignalen vorgenommen, was die Positionierung zwar etwas langsamer – für Video irrelevant –, doch deutlich geräuschärmer macht.

Es muss nicht immer langsamer drehen...

Auch bei Western Digital gibt es bereits Festplatten bis 400 Gigabyte für Videozwecke, die dank der höheren Umdrehungsgeschwindigkeit bis zu sechs parallele Video-Aufnahme-/Wiedergabestreams verarbeiten können sollen und Festplatten im Compact-Flash-Format hat Western Digital mit bis zu 6 Gigabyte im Sortiment. Bei aktuellen Straßenpreisen für richtige Compact-Flash-Bausteine von 50 Euro für 1 Gigabyte und 200 bis 300 Euro für 4 Gigabyte wird es für diese gegenwärtig im Bereich 150 Euro auf dem Markt zu findenden "Microdrives" allerdings eng.

In der Microsoft-Xbox sind seit 2001 ebenfalls entsprechende CE-Festplatten von Western Digital verbaut. Auch externe Speichererweiterungen in der Art von USB-Festplatten, aber mit Schnittstellen der Unterhaltungselektronik, werden mit CE-Festplatten bestückt. Empfänger, die zumindest hier eine entsprechende Schnittstelle vorgesehen haben, könnten dem Käufer hier eine spätere flexible Speichererweiterung ermöglichen. Und Angst davor, dass die CE-Festplatten in den Einzelhandel geraten, hat Western Digital im Gegensatz zu Seagate auch nicht: Zwar glaubt man nicht, dass der normale Computerhändler sich CE-Festplatten auf Lager legt – Spezialhändler und Händler von Satellitenempfängern wird man jedoch selbstverständlich beliefern, wenn diese das wünschen, ob diese damit nun selbst Geräte mit größerem Speicher aufrüsten oder die CE-Festplatten an Bastler weiterverkaufen.

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