ŠKODA AUTO a.s. Vysoká škola Studijní program: N6208 Ekonomika a management Studijní obor: 6208T088 Podniková ekonomika a management provozu
ANALÝZA ÚPLNOSTI ZÁZNAMU D A T N A O P T I C K Ý C H M É D I Í CH
Vladislava HÝBLOVÁ
Vedoucí práce: doc. Ing. Eva Jarošová, CSc.
ANOTAČNÍ ZÁZNAM AUTOR
Vladislava Hýblová
STUDIJNÍ OBOR
6208T088 Podniková ekonomika a management provozu
NÁZEV PRÁCE
Analýza úplnosti záznamu dat na optických médiích
VEDOUCÍ PRÁCE
doc. Ing. Eva Jarošová, CSc.
INSTITUT
Institut ekonomiky provozu
ROK
a technických věd
ODEVZDÁNÍ
POČET STRAN
74
POČET OBRÁZKŮ
31
POČET TABULEK
37
POČET PŘÍLOH
4
STRUČNÝ POPIS
Předmětem diplomové
práce
optických
vybraných
médiích
u
2010
je analýza záznamu dat na značek
disků
v různých
experimentálních podmínkách. Cílem je prověřit existenci rozdílu v kvalitě, resp. chybovosti vybraných značek optických disků. Vyhodnocení tohoto experimentu je provedeno pomocí analýzy rozptylu a Kruskal-Wallisova testu. Práce zároveň zahrnuje popis jednotlivých druhů nosičů a technologie záznamu dat na optických
médiích.
Součástí
práce
je
také
vyhodnocení
výběrového dotazníkového šetření o rozsahu 150 respondentů zabývajícího se otázkami využití, kvality a znalosti problematiky optických disků.
KLÍČOVÁ SLOVA
ANOVA, dotazníkové šetření, Kruskalův-Wallisův test, specifikace optických disků, záloha dat.
ANNOTATION AUTHOR
Vladislava Hýblová
FIELD
6208T088 Business Management and Administration
THESIS TITLE
The analysis of recording data integrity on optical media
SUPERVISOR
doc. Ing. Eva Jarošová, CSc.
INSTITUTE
IPT
YEAR
NUMBER OF PAGES
74
NUMBER OF PICTURES
31
NUMBER OF TABLES
37
NUMBER OF APPENDICES
4
SUMMARY
2010
The object of this graduation thesis is in particular the analysis of recording data on optical medias of selected brands in different experimental conditions. The aim is to recognise whether differences in quality or error rates between selected brands of optical disc exist. Experiment is evaluated by means of analysis of variance and Kruskal-Wallis test. The thesis contains the description of various kinds of optical discs and technology of data recording on these medias. In addition, a part of the thesis is an evaluation of questionnaire inquiry, which deals with utilisation, quality and knowledge of optical disc problem.
KEY WORDS
ANOVA, back up, questionnaire survey, Kruskal-Wallis test, optical discs specification.
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury pod odborným vedením vedoucího práce.
Prohlašuji, že citace použitých pramenů je úplná a v práci jsem neporušila autorská práva (ve smyslu zákona č. 121/2000 Sb. o právu autorském a o právech souvisejících s právem autorským).
V Mladé Boleslavi, dne 15.1.2010
Vladislava Hýblová 3
Touto cestou bych ráda poděkovala paní doc. Ing. Evě Jarošové, CSc. za odborné vedení diplomové práce, poskytování rad a informačních podkladů. 4
Obsah 1
Úvod ................................................................................................................ 9
2
Historie kompaktního disku ........................................................................... 11
3
Princip záznamu dat na optických discích ..................................................... 14 3.1
Konstrukce kompaktního disku ............................................................... 14
3.1.1
4
Barviva záznamových vrstev ............................................................ 15
3.2
Záznam a čtení dat na kompaktním disku ............................................... 16
3.3
Specifikace kompaktních disků ............................................................... 18
3.3.1
Červená kniha................................................................................... 18
3.3.2
Žlutá kniha ........................................................................................ 20
3.3.3
Další specifikace kompaktních disků ................................................ 21
3.4
DVD......................................................................................................... 23
3.5
Oprava chyb ............................................................................................ 24
3.5.1
CIRC ................................................................................................. 24
3.5.2
Interpretace chyb c1 a c2 ................................................................. 24
3.5.3
Interpretace chyb PIE a PIF .............................................................. 25
Životnost optických disků .............................................................................. 26 4.1
Faktory ovlivňující životnost .................................................................... 26
4.1.1
Manipulace s disky ........................................................................... 26
4.1.2
Skladování ........................................................................................ 27
4.1.3
Rychlost vypalování .......................................................................... 27
5
Další možnosti zálohování dat ...................................................................... 28
6
Experiment s optickými médii ........................................................................ 31 6.1
Příprava experimentu .............................................................................. 32
6.2
Testování optických disků ....................................................................... 33
6.2.1 6.3
Výstupy z programu .......................................................................... 33
Statistické metody vyhodnocení .............................................................. 34
6.3.1
Analýza rozptylu ............................................................................... 34
6.3.2
Kruskalův-Wallisův test ..................................................................... 35
6.4
Vyhodnocení záznamu dat bezprostředně po vypálení ........................... 36
6.5
Vyhodnocení po provedení zkoušek ....................................................... 42
6.5.1
Škrábání ze spodní stany disku ........................................................ 42
6.5.2
Ohýbání ............................................................................................ 44 5
6.5.3
Nízká teplota ..................................................................................... 47
6.5.4
Světlo a UV záření ............................................................................ 49
6.5.5
Vyhodnocení disků nepodrobovaných experimentálním zkouškám.. 51
7
Souhrnné vyhodnocení ................................................................................. 54
8
Dotazníkové šetření ...................................................................................... 60
9
8.1
Využití optických médií ............................................................................ 60
8.2
Problémy s kvalitou optických disků ........................................................ 62
8.3
Rychlost vypalování ................................................................................ 63
8.4
Vnímání kvality vybraných značek .......................................................... 63
8.5
Životnost .................................................................................................. 65
8.6
Faktory poškozující optické disky ............................................................ 66
8.7
Nákup a skladování optických disků........................................................ 66
8.8
Oblíbenost značek optických médií ......................................................... 67
8.9
Současné využití Blu-ray technologie...................................................... 68
Závěr ............................................................................................................. 70
10 Seznam literatury .......................................................................................... 72 11 Seznam příloh ............................................................................................... 74
6
Seznam zkratek ANOVA
Analysis of variance (analýza rozptylu)
CIRC
Cross-Interleave Reed-Solomon Code
CD
Compact Disc (kompaktní disk)
CD-I
Compact Disc-Interactive
CD-MO
Compact Disc
CD-ROM/XA Compact Disc Read-Only Memory Extended Architecture CD-R
Compact Disk – Recordable
CD-ROM
Compact Disc Read-Only Memory
CD-RW
Compact Disk Rewritable
CD-WO
Compact Disc Write Once
CRC
Cyclic redundancy check
DVD
Digital Versatile Disk
DVD-R
Digital Versatile Disk - Recordable
DVD-ROM
Digital Versatile Disk Read-Only Memory
DVD-RW
Digital Versatile Disk Rewritable
EDC
Extended detection and correction
ECC
Error Correction Code
EF
eight-to-fourteen (osm na čtrnáct)
GB
gigabyte
HD
High Definition
IT
informační technologie
kB
kilobyte
kBps
kilobyte per second (kilobajt za vteřinu)
LAN
Local Area Network
MB
megabyte
MBps
megabyte per second
NAS
Network Attached Storage
nm
nanometr
UV
Ultraviolet (ultrafialový)
PCM
Pulse Code Modulation (pulzní kódová modulace)
PI
Parity Inner
PIE
Parity Inner Error 7
PIF
Parity Inner Failure
PO
Parity Outer
TOC
Table of content
8
1 Úvod Uchovávání informací je velice diskutovanou problematikou. Samotné informace a dobře vybudovaný informační systém jsou základem konkurenční výhody. Všechny oblasti podnikatelské sféry jsou nezbytně spojeny s mnoha informačními toky, které generují obrovské množství dat. S novými technologiemi a digitalizací dat se projevuje rostoucí trend potřeby zálohy dat, spojený s nárůstem objemu těchto dat. Kromě toho na nezbytnost zálohy poukazuje také zákonná povinnost archivace některých dat. Existuje mnoho rizik ztráty či poškození dat, které mohou mít velmi negativní dopady. Ztráta dat bývá mnohdy značně nepříjemná a následné dohledávání ztracených nebo poškozených dat je náročné na čas i peníze. V horším případě se jedná o ztrátu jedinečných dat, která se nedají nijak obnovit a podnik či jednotlivec může být touto skutečností oslaben. Negativní dopady nepředstavuje pouze ztráta dat v důsledku špatné zálohy. Postačí,
když
podnik
použije k distribuci dat,
např. pro reklamní účely,
nespolehlivé nosiče. Zákazník nebo obchodní partner, místo aby byl ohromen nabídkou podniku, nemůže nosič otevřít a k žádným informacím se nedostane. Reklama společnosti je v takových případech nejen zbytečná, ale tato skutečnost také negativně ovlivňuje mínění o podniku. Současné způsoby uchování informací se neustále zdokonalují a stále se hledají nové způsoby zálohy dat. Tato práce se zaměřuje především na záznam a uchování dat na optických médiích. Pojednává však také o dalších možnostech archivace dat. Začátek diplomové práce je zaměřen na samotné optické disky a na technologii záznamu dat na těchto médiích. Popisuje vznik této technologie záznamu, jednotlivé druhy nosičů, dále způsob záznamu a korekce dat, jejichž základní znalost je nezbytná pro pochopení měření chybovosti disků. Práce zároveň dává doporučení, jak zacházet s optickými disky a jak minimalizovat riziko poškození nosiče a ztráty informace.
9
Hlavním cílem práce je provést analýzu záznamu dat vybraných značek optických
médií
a
porovnat
jejich
kvalitu,
resp.
chybovost
v různých
experimentálních podmínkách. Z tohoto důvodu další část práce zahrnuje popis experimentu s optickými médii a jeho následné vyhodnocení za pomocí analýzy rozptylu a Kruskal-Wallisova testu. Součástí práce je také vyhodnocení vlastního dotazníkového šetření, jehož cílem byl průzkum současného využití optických disků a stupeň základních znalostí o těchto médiích u dotazovaných respondentů.
10
2 Historie kompaktního disku Historie kompaktního disku sahá do poloviny 19. století. Souvisí s vynalézáním způsobů ukládání lidského hlasu či jiných zvuků pro pozdější přehrání. Na začátku šlo pouze o záznam zvuku, nikoliv o současně mnohem rozšířenější ukládání dat. To dokazuje existence prostředků pro záznam zvuku mnohem dříve, než byl vynalezen počítač. V roce 1855 byly vynalezeny fonografy s voskovými válečky a o 60 let později vznikly zvukové desky. Významný pokrok nastal v roce 1937, kdy byl vynalezen postup, který se používá pro ukládání dat na kompaktní disky, tzv. pulzní kódová modulace1 (dále PCM) [4]. V roce 1970 vývojáři společnosti Philips vytvořili prototyp kompaktního disku (z angl. „compact disc“ dále CD) ze skla. Společnost Philips si toto technologické prvenství ochránila řadou patentů a v pozdějších letech se stala uznávaným vynálezcem tohoto média. Od roku 1973 japonské společnosti začaly vyvíjet zařízení pro digitální záznam zvuku. Technické společnosti představovaly mnoho prototypů zařízení pro digitální záznam zvuku. Prvenství však obhájila rovněž společnost Philips, která také dala základ pro budoucí standardy. Původní skleněný materiál byl nahrazen polykarbonátem, který se díky svým vlastnostem jevil pro masovou výrobu jako daleko vhodnější. Rovněž Philips ustanovil, že bude čten opačně, než tomu bylo u gramofonových desek, tzn. ze středu ven. Rozhodlo se také o velikosti disku, jehož průměr byl z původních 115 mm zvětšen na 120 mm [4]. Proč nakonec došlo ke změně rozměru je popsáno v následujícím příběhu. Vysoký představitel společnosti Sony, který se rovněž podílel na koncipování kompaktních disků, patřil mezi vášnivé znalce vážné hudby. Podotknul, že se na tehdejší 115 mm nevejdou některé skladby klasické hudby, což by mohl být problém. Nemělo by význam vyvinout hudební médium, na které by se nevešly skladby významných skladatelů. Jakmile je u CD jednou stanovena délka, nelze ji měnit, tedy zhušťovat spirálu, jako tomu bylo u vinylových desek a proto bylo
1
pulzní kódová modulace – základní (starší) typ modulace audio signálu do digitálního tvaru, používaný též pro dekódování a pro převod digitálního signálu na CD a opět do analogového audia pro poslech
11
zvětšeno. Nakonec o velikosti disku rozhodla Beethovenova Devátá symfonie, jejíž nejdelší záznam má právě 74 minut. S tehdejší technologií nebylo možné uchovat tak dlouhý záznam na původní velikost. Nicméně vývoj disků nebyl zdaleka tak náročný, jako vývoj čtecích mechanik [4]. V roce 1983 byl výsledek výše zmíněného vývoje uveden na trh a již v průběhu prvního roku byl zaznamenán rychlý nástup, což dokazuje prodej 30.000 mechanik a 800.000 disků v USA. Během tří let komerčního prodeje hudebních disků se tato čísla v USA vyšplhala na 53 miliónů CD a až na tři miliony přehrávačů [2]. Doposud se disky vyráběly průmyslově za pomoci lisování. Vývoj v této oblasti se neustále zlepšoval a již v roce 1988 bylo představeno datové CD, označované jako CD-ROM. Tento pokrok umožnil záznam dat na disk přímo na stolním
počítači.
Tato
stolní
technologie
je
založena
na
postupném
„vyškrabování“. Podrobnější princip vypalování, je popsán později. Počátkem 90. let 19. století byly tyto stolní CD rekordéry, neboli „vypalovačky“ uvedeny na trh [4]. Rok 1996 přinesl významnou novinku v podobě DVD technologie a již o rok později byl na světě první DVD disk, který je chápán jako vylepšené CD se sedmkrát
větší
kapacitou.
Zkratka
DVD
vznikla
z původního
oficiálního
pojmenování „digital video disk“. Později se přišlo na to, že „video“ je značně omezující výraz, jelikož tento disk má mnoho jiných použití. Byla snaha tento disk zpětně pojmenovat a vytvořil se název „digital versatile disk“ [4]. Počátkem 90. let 20. století společnost Sony uvedla novinku nazvanou MiniDisc, která disponuje kapacitou podobnou CD diskům, ale na rozdíl od nich je uložen v plastovém pouzdře, které jej chrání před mechanickým poškozením. Díky této odlišnosti a kvůli své velikosti (70x67,5x5 mm) se nejvíce používal jako médium přenosných přehrávačů. Tento disk se však nestihl masově rozšířit z důvodu příchodu paměťových karet a přehrávačů s pevným diskem a toto médium se začalo postupně vytrácet [12]. Příchod videa vysokého rozlišení (HD z angl. High Definition) na počátku 21. století si žádal vývoj nového média s větší kapacitou a vyšší rychlostí čtení 12
dat. Začal souboj dvou nových standardů Blu-ray a HD-DVD. Prototyp Blu-ray byl poprvé představen v roce 2000 na veletrhu CEATEC v Japonsku společností Philips a Sony. Standard HD-DVD je prosazován společnostmi Toshiba, NEC, Microsoft a Intel. Tyto standardy jsou navzájem nekompatibilní, tedy disk vytvořený pro jeden standard, nelze číst v mechanice určené pro druhý standard a naopak [4,15]. Formát Blu-ray je chápán jako pokročilejší, disponující vyšší kapacitou a rychlostí zapisování a vyžaduje úplně novou technologii, která je výrazně dražší. Formát HD-DVD je spíše vylepšení stávajícího DVD disku, proto se taky nazývá „High Density DVD“. Přesto tyto formáty mají něco společného. Užívání těchto formátů vyžaduje nákup nových mechanik, které nejsou zároveň schopny zapisovat na klasické DVD [4]. Po tříletém soupeření firma Toshiba svůj boj vzdala a v únoru roku 2008 oznámila, že přestane vyvíjet, vyrábět a prodávat přehrávače a rekordéry HD DVD. Koncern se však zaručil, že zajistí podporu již prodaným přístrojům, které ve světě vlastní zhruba milion spotřebitelů. Příčinou tohoto kroku bylo rozhodnutí významné filmové společnosti Warner Bros. Entertainment, která oznámila, že bude své filmy vydávat pouze na discích Blu-ray [16]. Blu-ray disky jsou teprve rozšiřujícím se médiem na světovém trhu. Masové rozšíření těchto technologií do domácností a kanceláří ještě nějaký ten rok potrvá. Důvodem je především vysoká cena jak mechanik, tak disků, i když výrobci se stále snaží posunovat cenovou hranici této technologie směrem dolů. Dalším důvodem vysoké ceny Blu-ray médií je v porovnání se starší generací optických disků stále malá konkurence. Investice na přechod výroby Blu-ray disků jsou vysoké a některé výrobci s tímto krokem stále vyčkávají až do doby, kdy se zvýší odbyt těchto médií.
13
3 Princip záznamu dat na optických discích Informace jsou na disku zaznamenány formou binárních dat, která jsou pomocí laserového paprsku snímána a převáděna do počítače. Toto je nejjednodušší odpověď na otázku, jak jsou data na kompaktním disku uložena. Pro pochopení principu záznamu dat na optických médiích je však nutno blíže vysvětlit z čeho jsou optické disky vyrobeny a proč, dále jak funguje disková mechanika a popsat způsoby a metody zápisu a čtení. Základní principy jsou vysvětleny na formátu kompaktního disku. U dalších disků jsou zmíněny pouze odlišnosti.
3.1 Konstrukce kompaktního disku Základem konstrukce kompaktního disku je kotouček z polykarbonátu o průměru 120 mm. Vnitřní část disku až po průměr 46 mm neobsahuje žádná data a rovněž je prázdná i vnější část disku od průměru 117 mm. Mezi těmito prázdnými oblastmi se nachází mezikruží, ve kterém se ukládají data, přičemž mezi 46. až 50. milimetrem a 116. až 117. se nachází speciální prostor pro zaváděcí stopu (lead-in) a ukončovací stopu (lead-out). Tyto termíny budou vysvětleny blíže v podkapitole 3.3.1 Červená kniha. Výše popsané rozložení disku je znázorněno na obrázku 1 [2,4].
zdroj: Velká kniha vypalování CD a DVD., str. 25 Obr. 1 Formát CD
Na polykarbonátovém kotoučku je nanesena vrstva z organického barviva, do které se zaznamenávají data. Na barvivu se nachází kovová odrazová vrstva pokrytá lakem, který slouží pro popis, polep a případně potisk. Média určená pro 14
potisk mají navíc speciální vrstvu, která je schopna absorbovat inkousty z tiskárny. Speciální úpravou může disponovat i samotný polykarbonátový kotouček, který stále častěji bývá vylepšen o ochranu proti poškrábání. Řez diskem je znázorněn na obrázku 2. V případě přepisovatelných disků se organické barvivo umisťuje mezi dvě vrstvy dielektrik2. Tím se zamezí vzájemnému spojování vrstev a přechodu elektrického náboje, ke kterému dochází při fázové změně mimo vrstvu s barvivem [2].
zdroj: [17] Obr. 2 Řez diskem CD-R
3.1.1 Barviva záznamových vrstev Vlnová délka laserových paprsků pro CD je 780 nanometrů, která patří do infračerveného spektra a je pro člověka neviditelná. Barviva používaná pro záznamovou vrstvu musí absorbovat právě v této oblasti spektra, tedy kolem 780 nanometr [citace 2, str. 48]. Barva disku závisí na barvě specifického barviva, které bylo použito v záznamové vrstvě. Výsledného odstínu je docíleno přidáním odrazové reflexní vrstvy. Například zelená a zelenomodrá média, která bývají nejlevnější, vznikají kombinací modrého barviva záznamové vrstvy cyaninu a odrazové vrstvy ze slitin zlata a stříbra. Tato média mají menší odrazivost a životnost těchto disků se odhaduje na deset let. Nejnovější cyaninová barviva, do kterých se přidávají kovové částice, vykazují již větší životnost, a to 20 až 50 let [2].
2
Dielektrikum – látka, která není schopná vést elektrický proud.
15
Další možností je použití barviva transparentního ftalocyanin a odrazové fólie ze zlata nebo slitin zlata. Výsledkem je tedy zlatá barva. V porovnání s ostatními médii mají tyto disky největší odrazivost a při dodržení pokynů výrobce by životnost měla dosahovat až 100 let [2]. Poslední kategorii barviv zastupují tzv. azová barviva, která patří mezi kovokomplexní3 barviva obsahující kovové částice již v základu. Používají se v kombinaci s odrazovou vrstvou z hliníku nebo stříbra a diskům dává modrou až tmavě modrou barvu. Trvanlivostí se tyto disky vyrovnají ftalocyaninovým médiím se zlatou odrazovou vrstvou [2].
3.2 Záznam a čtení dat na kompaktním disku Data na kompaktních discích jsou zaznamenána v jedné souvislé spirálovité stopě, na níž leží stejně velké sektory uspořádané těsně vedle sebe. Stopa je tvořena miliony na sebe navazujících prohlubní, které se nazývají „pits“ (jámy) a mezi nimi jsou výstupky „lands“ (plošiny). Takto jsou na disku zaznamenána binární data, která jsou pak následně snímána laserovým paprskem mechaniky [10]. Paprsek má přesně definovanou vlnovou délku 780 nanometrů, tedy patří do infračerveného spektra a je těsně pod hranicí viditelnosti. Toto je vlnová délka ve vzduchu. Pro úplnost, v plastu je tato vlnová délka nižší a to 500 nanometrů. Toto číslo se neuvádí jen pro zajímavost, ale má veliký význam. Hloubka prohlubní je přesně stanovena tak, aby činila jednu čtvrtinu vlnové délky záření. Světlo, které se odrazí od prohlubní, tedy putuje o půl vlnové délky větší dráhu než světlo, které se odrazí od výčnělku. V délkových jednotkách to činí zhruba 0,11 až 0,13 mikrometru [4]. Dopadne-li světelný paprsek na prohlubeň, rozptýlí se a jen část se ho vrátí zpět. Dopadne-li však paprsek na výstupek, odrazí se s výrazně vyšší intenzitou. Paprsek se odrazí do fotodiody, která mění intenzitu světla na elektrické napětí.
3
Kovokomplexní - komplex je tvořen dvěma molekulami barviva vázanými na jeden atom kovu. Proto se tato barviva označují jako komplexy 1:2. Kovem, jež obsahují tyto komplexy, je nejčastěji chrom nebo kobalt.
16
Změna toho to elektrického napětí způsobená změnou intenzity světla pak představuje „1“, zatímco konstantní napětí představuje „0“. Rozhodující není tedy samotná existence prohlubní a výčnělků, ale jejich přechod. Následují-li po sobě dva výčnělky, jedná se o nulu, stejně jako když po sobě následují dvě prohlubně. Tento způsob interpretace výčnělků a prohlubní se nazývá pulsní kódová modulace. Čtecí senzor, fotodetektor, tedy zaznamenává světlo nebo tmu, respektive odraz a téměř žádný odraz a tyto informace si pak jednoduše přeloží do podoby „1“ a „0“. Grafické znázornění je na obrázku 3 [4,9].
zdroj:[13] Obr. 3 Výstupky a prohlubně
zdroj: CD-ROM Příručka pro začínající uživatele Obr. 4 Čtení CD-ROM laserovým paprskem mechaniky
Jak již bylo řečeno, disk je rozdělen na několik stejných sektorů. Aby byla zaručena stejná rychlost čtení dat napříč sektory, je nezbytné, aby se disk při
17
snímání u vnitřního okraje otáčel rychleji, než při snímání na vnějším okraji. Synchronizace je tedy nezbytná [10].
3.3 Specifikace kompaktních disků Následující specifikace určují formáty dat, ve kterých mohou být ukládána na média. K uživatelským datům se přidávají další údaje, například hlavičky (dodatečné informace o daném rámci), synchronizační data a data pro kontrolu chyb. Jednotlivé standardy jsou rozděleny do několika barevně rozlišených knih. 3.3.1 Červená kniha Červená kniha (Red Book) je pojmenování pro původní standard popisující kompaktní disk s analogovým zvukovým záznamem. Jedná se vůbec o první specifikaci kompaktního disku. Název červená byl zvolen, protože vytištěná specifikace byla vložena do červených desek – přesný normativní název zní IEC 908 [4]. Protože rychlost čtení není konstantní, nemusela by být data v případě delších úseků prohlubní nebo výčnělků správně vyhodnocena a paprsek by měl bez pomocných opatření problém rozpoznat, přes kolik nul již prošel. Data tedy musí být sestavena do takové struktury, která zajišťuje, že nedojde k vytvoření žádného nečitelného shluku nul. Také příliš časté střídání mezi „0“ a „1“ může zapříčinit špatné vyhodnocení čtecím laserem, proto i pro tento případ existují opatření [10]. Ke splnění těchto podmínek se používá EF modulace, eight-to-fourteen (osm na čtrnáct), která překóduje osmibitové slovo do 14-bitové formy, aby byly splněny následující podmínky: 1. Logická jednička může opět přijít po dvou logických nulách. 2. Nejpozději po jedenácti nulách musí být opět zapsána jednička. Při čtení dat z disku je 14-bitové slovo opět překódované do osmibitového. Tento postup má tu výhodu, že je možno používat obvyklé systémy detekce chyb. Přes
výše
uvedené
opatření
mohou
stále
nastat
případy,
kdy
dojde
k nežádoucímu sledu bitů, proto se mezi každé slovo vkládají ještě tři samostatné 18
bity, tzv. spojovací bity, které mohou mí podobu jedniček nebo nul a při čtení jsou automaticky odděleny [10]. Doposud jsme opomíjeli synchronizaci systému. Aby bylo docíleno systému, který se bude schopen sám synchronizovat, je nutno sestavit uživatelská data do bloků o 24 informačních posloupnostech. Sečteme-li všechny tyto bity, dostaneme základní stavební kámen pro záznam na audio CD – rámec (frame), který se vždy skládá z 588 bitů [4]. Tab. 1 Uspořádání bitů do datového rámce Synchronizační slovo
24
Bitů
Kontrolní a zobrazovací bity
14
Bitů
Datové bity
336
Bitů
Bity pro korekci chyb
112
Bitů
Spojovací bity
102
Bitů
Rámec
588
Bitů
zdroj: zpracováno dle Velká kniha vypalování CD a DVD, str. 42
Abychom na jednu stopu disku zapsali 24 osmibitových slov, tedy 192 bitů nesoucích skutečnou informaci, potřebujeme celkem 588 bitů. U datových disků je tento rozdíl výraznější a to vlivem třetí korekční vrstvy [4,10]. Na začátku stopy se nachází „lead-in“, neboli zaváděcí stopa, která informuje o začátku záznamu. Skládá se ze samých nul a na konci je dvouvteřinový interval ze samých jedniček. Navíc obsahuje tabulku TOC4, která obsahuje informace o druhu CD, obsahu a délce stopy [4,10]. „Lead-out“, ukončovací stopa se nachází na vnějším okraji disku. Před jejím začátkem se nachází dvou až tří vteřinový interval složený ze samých jedniček a po něm následuje střídající se sekvence jedniček a nul v půl vteřinovém intervalu až po konec záznamového prostoru. Mechanika nečte celý prostor lead-out. Obvykle se zastaví v okamžiku identifikace ukončovací stopy [4].
4
TOC – Table of Content
19
Na této Červené knize byl vybudován standard pro ukládání dat, který byl zanesen do tzv. Žluté knihy (Yellow Book). 3.3.2 Žlutá kniha Standard pro datový disk CD-ROM, neboli „compact disc - read-only memory“, přinesl možnost zaznamenávat na kompaktní disky počítačová data. Kromě toho udává, v jaké formě se na disk ukládá digitalizovaný zvuk, který však není kompatibilní se zvukovými CD a nelze ho tedy přehrát v klasickém CD přehrávači [2,10]. Po fyzické stránce není mezi Audio CD a CD-ROM žádná odlišnost. Po stránce logické, tedy jakým způsobem jsou data na disku uložena, nastává výrazný rozdíl, a to zejména z důvodu existence požadavku na naprostou bezchybnost. U audio CD dochází k mnoha desítkám čtecích chyb, které však mohou být interpolací5 dopočteny, aniž by posluchač cokoliv poznal. V opačném případě dojde nanejvýš ke slyšitelnému pazvuku. Vyskytne-li se však taková chyba na datovém disku např. v zapsaném programu, potom jsou přinejmenším některé části tohoto programu nepoužitelné. Z tohoto důvodu je ve Žluté knize definována druhá úroveň korekce chyb, dodatečná rutina detekce (EDC) a odstraňování chyb (ECC) pro Mode 1, viz podkapitola 3.3.2.2 Detekce a korekce: EDC a ECC [4]. Uspořádání dat oproti Audio CD se u CD-ROMu podstatně liší. Nejsou zde jednotlivé rámce, ale větší jednotky zvané sektory, které se skládají z 98 rámců. 3.3.2.1 Mode 1 a Mode 2 Žlutá kniha představuje dodatečné normy, které definují dva režimy: Mode 1 pro počítačová data a mode 2 pro komprimovaná zvuková data nebo obrazová či grafická data. Mode 1 je základní formát pro ukládání dat. Obsahuje sektory o velikosti 2352 bytů, ovšem pouze z toho 2048 bytů je určeno pro uživatele. Zbytek
5
Interpolace [lat.] matematický způsob, jak nalézt přibližnou hodnotu funkce v bodě intervalu, v němž několik hodnot této funkce známe.
20
zaujímají data pro rozšířenou detekci a korekci chyb. Obsahuje korekční mechanismus první vrstvy, tzv. „Cross-Interleave“ Reed-Solomonův kód (CIRC), převzatý z Audio CD (viz kapitola 3.5.1). Pomocí redundantních dat a interpolací načtených hodnot chyby opraví. Tím dochází ke snížení chybovosti v průměru ze stovky tisíc chyb na disku na pouhou jednu chybu na deset až sto tisíc bitů informací. Jako pojistka pro odfiltrování zbývajících chyb slouží EDC a ECC [4]. Formát Mode 2 je určený rovněž pro ukládání dat, tentokrát hudebních nebo video dat. Nejsou zde požadavky na stoprocentní bezchybnost, proto neobsahuje dodatečný korekční systém. Výsledný prostor pro uživatelská data je tedy o něco větší, tedy 2336 bytů. Standard se ve své prvotní podobě vůbec nepoužívá.
Slouží
pouze
jako
podklad
pro
jiný
formát,
CD-ROM/XA
(viz podkapitola 3.3.3 Další specifikace kompaktních disků) [4]. 3.3.2.2 Detekce a korekce: EDC a ECC EDC a ECC (Extended detection and correction) zastupuje druhou korekční vrstvu. Provádí dvě činnosti, detekci a korekci chyb. Detekce spočívá v provedení kontrolního součtu (CRC – cyclic redundancy check) všech přečtených dat za pomocí pouhých 4 bytů – jednoho kontrolního čísla. Pro korekci je použito 276 bytů zabírající data, s jejíž pomocí lze chyby opravit. Využívá se stejného mechanismu jako při první úrovni korekce, tedy kódu CIRC [4]. 3.3.3 Další specifikace kompaktních disků Výše popsané CD Audio a CD-ROM vytvořily základ pro vznik dalších modifikací těchto disků. Rodina kompaktních disků je velice rozsáhlá a jednotlivé druhy popisují rovněž specifikace popsané v barevných knihách, viz obrázek 5. CD-Recorable
jsou
média
určená
pro
jednorázový
záznam
na
magnetooptických discích (CD-MO), kompaktních discích (CD-WO), které po prvotním zápisu umožňují pouze čtení a na přepisovatelných médiích (CD-RW) [4]. CD-I (interaktivní) představuje zastaralý standard, který vyžaduje speciální stolní přehrávač, jelikož mechanika CD-ROMu není schopna interpretovat tento
21
formát dat. Specifikaci tohoto formátu charakterizuje Zelená kniha (Green B Book) [4]. CD-ROM/XA umožňují ň na jedné stopě ě zapisovat jak data, tak hudbu. Tento duplicitní záznam však přináší nevýhody v podobě horší kvalityy zaznamenané hudby a je určeno čeno pouze pro mechaniky CD-ROM CD [4].
zdroj: zpracováno dle: Velká kniha vypalování, str. 56 Obr. 5 Schéma rodiny kompaktních disků
Rozšířené řené hudební CD je charakterizované Modrou knihou, která kombinuje standardy Červené Č a Zelené knihy. Je urč určeno čeno pro záznam hudby a dat, která jsou na disk výhradně vylisována [4]. CD-i Bridge vychází z formátu CD-ROM/XA a přidává k němu ěmu další kód pro čitelnost v přehrávači ř či pro standard CD-I. CD Je využíván především ředevším formátem Photo CD,, který se používal pro ukládání fotografií ve vysokém vysokém rozlišení zejména př při skenování. Video CD také využívá technologie CD-i CD i Bridge, ale je urč určen výlučně č ě pro ukládání videa [4]. Kompaktní disky se využívají především pro záznam hudby, marketingové účely a distribuce dat.. Archivace dat na těchto tě ěchto médiích se používá jen zř zřídka, ř díky existenci formátu DVD s několika ně ě násobně ě vyšší kapacitou. Další zaznamenávání pro tyto účely čely se stává neefektivní.
22
3.4 DVD Pod zkratkou DVD se rozumí technologie optického záznamu dat. Nejedná se v podstatě o nic jiného než o „vylepšené CD“. Protože DVD vychází ze standardů CD a odlišnosti jsou spíše kvantitativního, než kvalitativního charakteru, uvedeme v této kapitole pouze odlišnosti od kompaktních disků [4]. Hlavní rozdíl je v záznamové vrstvě. Drážky pro záznam jsou uspořádány blíže u sebe a velikost výstupků a prohlubní je menší, čímž se dosáhne většího množství uložených dat na stejném místě. Aby mohla mechanika tuto větší hustotu dat přečíst, využívá se zde paprsek laseru o kratší vlnové délce 650 a 635 nm. Větší úspory dat je také docíleno použitím efektivnějšího systému korekce dat [4]. Kompaktní disky jsou výlučně jednostranné a jednovrstvé. DVD jsou charakterizována jako média, na kterých se mohou vyskytovat dvě vrstvy, a to z jedné strany nebo z obou stran. V praxi se však používá pouze disk s jednovrstvým záznamem z jedné strany, jelikož výroba ostatních modifikací je nákladná. Je výhodnější vyrobit dvě jednovrstvá DVD místo jednoho dvouvrstvého
či oboustranného DVD [4]. Jednotlivé specifikace DVD disků jsou ustanoveny v knihách označené písmeny abecedy, na rozdíl od CD, kde byly jednotlivé standardy ukotveny v barevných knihách:
•
Kniha A (Book A) – základní specifikace pro DVD-ROM, tj. disku určeného jen pro čtení.
•
Kniha B (Book B) – specifikace standardu pro DVD-Video, dnes nejpoužívanější u průmyslově vyráběných disků.
•
Kniha C (Book C) – specifikace pro DVD-Audio, pro vysoce kvalitní multikanálový zvuk, může obsahovat i video nebo obrázky, ale spíše jako doplněk hudebního záznamu.
•
Kniha D (Book D) – specifikace pro zapisovací disky DVD-R a mechaniky.
•
Kniha E (Book E) – specifikace pro přepisovací disky DVD-RW a mechaniky [2].
23
3.5 Oprava chyb Samotné médium chyby neobsahuje. Jedná se o chyby vzniklé v procesu
čtení. V tomto pojetí chybou rozumíme špatné prvotní přečtení dat z disku. Existují různé typy chyb, z nichž nejčastější jsou označovány jako c1 a c2 u kompaktních disků a PI a PIF u DVD disků. Tyto chyby se vyskytují jak na vypalovaném, tak vylisovaném disku [2]. 3.5.1 CIRC CIRC, „Cross Interleaved Reed – solomon Code“, představuje základní opravu chyb na optických discích. Skládá se ze tří vrstev zlepšujících integritu dat. První vrstvou je tzv. Data Interleaving, prokládání dat, pomocí nichž jsou bity uživatelských dat promíchány dle předem definovaného algoritmu. Tento proces zabraňuje ztrátě souvislého bloku dat. V případě poškození disku, např. nějakého souvislého bloku informací, zpětné přemístění způsobí rozložení poškozených bitů do menších intervalů. Tímto způsobem dochází k ulehčení interpretace dat [6,7]. Dalším vrstvami jsou tzv. c1 a c2 chyby. Jak již bylo řečeno, k uživatelským bytům jsou přidávány bity paritní. Výskyt rozdílu mezi těmito byty znamená chybu. Paritní byty představují součet „jedniček“ ve 14-bitovém slově. Lichý výskyt těchto „jedniček“ tvoří „nulu“ a „sudý“ jedničku [4,6,7]. 3.5.2 Interpretace chyb c1 a c2 Chyby c1 se vyskytují téměř na všech discích. Jedná se o opravy v mechanice a tyto chyby nezpůsobují vážnější problémy. Také zde platí, že čím méně chyb se vyskytne, tím lépe. Rychlost čtení disku se tolik nezpomaluje. Nicméně ani velké počty těchto chyb nemusejí ještě znamenat vážné problémy. Jedná se o rozdíl bytů uživatelských dat a řádkového paritního součtu. V případě, že nedojde k opravě dat v této vrstvě, nastupuje korekce ve vrstvě c2 [6,7]. Chyby c2 ukazují na ohrožení integrity dat. Záleží na tom, kolik bitů je v jednom slově chybně přečteno. Samoopravné algoritmy mohou opravit až 4 chybné bity, ale to jen v případě, že je známo, na které pozici ve slově se 24
vyskytují. V opačném případě se dají opravit pouze dva nesprávně interpretované bity. Pokud je počet chyb vyšší, dochází k ztrátě části informace [6,7]. Některé mechaniky umožňují chyby typu c1 a c2 detekovat a informace o jejich výskytu na optickém disku může být dále softwarově zpracována. Takovéto výstupy se dají použít k určení kvality a životnosti dat zapsaných na optických discích. Jejich interpretace není vysloveně exaktní, protože takováto detekce je ovlivněna několika faktory, jako například čtecí rychlostí mechaniky nebo kvalitou čtecího laseru [6,7]. 3.5.3 Interpretace chyb PIE a PIF Chyby PIE a PIF jsou podobné chybám c1 a c2. Data na DVD jsou uspořádána v sektorech, které jsou kvůli protichybovému zabezpečení rozděleny na 12 řádků po 172 bytech. Ke každému řádku se přidává 10 bytů zabezpečovacího kódu Parity Inner (PI). Šestnáct takto uspořádaných sektorů tvoří ECC blok (Error Correction Code) o 192 řádcích a 182 sloupcích. K řádkům je přidáno 16 řádků kódu Parity Outer (PO), které jsou také zabezpečeny desetibitovým kódem PI [6,7,11].
16 řádků 192 řádků
208 řádků
182 bytů 172 bytů
10 bytů
DATA
PI
PO
PI
Obr. 6 ECC blok
Data jsou zabezpečena pomocí obou kódů, ale Parity Outer pouze kódem PI. Chyby při čtení se nejprve detekují a opravují pomocí kódu PI (chyby se označují Parity Inner Error, zkratka PIE nebo PI). Pokud je počet poškozených bitů vyšší a chyba se nedá takto opravit, nastupuje stav PIF (Parity Inner Failure, dříve také PO) a oprava pomocí kódu PO [6,7].
25
4 Životnost optických disků Životnost optických disků je velmi diskutovaným tématem. Jednotlivé názory se značně liší. Zatímco někteří tvrdí, že média vydrží desítky až stovky let, najde se i mnoho nedůvěřivců, kteří říkají, že zmíněná desítka let je maximum a média, která vydrží déle, se vyskytují spíše ojediněle. Společnost Verbatim prováděla několik testů životnosti v klimatizovaných místnostech a došla k závěrům, že životnost optických médií je až 100 let. Také však uvádí, že významnou roli hraje kvalita vypálení (v tomto ohledu se preferují spíše kombinace vypalovačka/médium) a způsob uskladnění [20].
4.1 Faktory ovlivňující životnost Životnosti disků uváděné výrobci je dosaženo za tzv. ideálních podmínek. Ve skutečnosti existuje mnoho aspektů, kterými se uváděná životnost snižuje, a některá data na disku se mohou stát nečitelná. Nejčastěji dochází k poškození disku v důsledku neopatrné manipulace uživatelem. Při fyzické manipulaci s médiem vznikají škrábance a další vady. Dalším důvodem poškození je nesprávné skladování, například ve vysokých teplotách či na světle, přičemž dochází k poškození záznamové vrstvy. Posledními faktory jsou kvalita (rychlost) vypálení a kvalita samotného prázdného média. 4.1.1 Manipulace s disky Největší riziko nevratného poškození dat tkví v neopatrné manipulaci. Zejména škrábance z horní strany disku způsobují narušení odrazové vrstvy a disk je tak nenávratně poškozen a stává se nečitelným. Mnohdy k prvotnímu poškození odrazové vrstvy dochází již při popisování disku v důsledku použití nevhodného popisovače. Ze spodní strany je riziko nenávratného poškození mnohem nižší.
Často obávané otisky prstu diskům výrazně neškodí. Otisky jsou sice zřetelně vidět, ale průchodu světla nebrání a látky, které otisk obsahuje, nejsou natolik agresivní, aby disk poškodily. Poškození vzniká až v důsledku neopatrného
čištění [4].
26
Disky by se neměly polepovat žádnými štítky, protože mění vyvážení disku a způsobují nepravidelnou rotaci a kmitání. Navíc se mohou polepy v mechanice odloupnout a zničit ji [4,20]. 4.1.2 Skladování Výrobci se shodují, že disky by se měly skladovat v temnu, chladu a suchu. Disky čtené laserovým paprskem nejvíce ohrožuje sluneční světlo. Ultrafialové záření je značně agresivní a poškozuje záznamovou vrstvu. Disky by se tedy neměly, především ze spodní strany, tomuto světlu vystavovat. Taktéž vysoké teploty mohou ohrozit stabilitu ochranné a záznamové vrstvy. Teplo způsobuje deformaci disků, které v důsledku způsobí chyby při čtení. Konečně vlhkost spolu s vysokými teplotami může způsobit korozi záznamové vrstvy [20,21]. Nejbezpečnější způsob skladování disku je v plastikové krabičce, kde se disk o nic svou plochou nedotýká. Uchovávání disků je také velice bezpečné v tzv. peněžence, která obsahuje tenká pouzdérka na zastrčení disků. Při vyjímání a zasunování však dochází ke tření a disk je náchylnější k poškrábání. Skladování na „spindlu“, tedy středové tyčce není vhodné, protože disky nejsou nijak fixovány a při tření dochází ke škrábání z obou stran [4]. 4.1.3 Rychlost vypalování Rychlost vypalování má významný vliv nejen na kvalitu vypálených dat, ale také na životnost mechaniky. Mechanika disponuje určitou životností. Při zvyšování rychlosti vypalování roste i potřebný výkon laseru a tím se životnost snižuje. Ve výsledku sice vypálíme více disků za kratší časový úsek, ale celkový počet vypálených disků bude menší. Taktéž kvalita vypálených dat není při rychlejším vypalování stoprocentní. Při rychlém vypalování dochází ke snížení počtu redundantních dat potřebných pro rekonstrukci případných poškozených
částí [21].
27
5 Další možnosti zálohování dat Existuje mnoho rizik, které způsobují ztrátu dat, od chyb způsobených uživatelem až po selhání systému, externí napadení s úmyslem data poškodit nebo působení fyzikálních a přírodních vlivů. Z těchto důvodů je záloha dat nezbytná především ve firemní sféře, ale neměla by se opomíjet ani u běžných uživatelů. Při ztrátě dat ve firmě se podnik vystavuje nebezpečí pokut za nedodržení archivační povinnosti, nebo zneužití konkurencí apod. Ztráta soukromých dat je také velice citlivá, ale uživatel není vystaven riziku právních sporů. V dnešní době existuje mnoho možností zálohy dat. K zálohování se používají vedle zmiňovaných optických disků, také dodatečné pevné disky nebo je možné využít služeb nabízených prostřednictvím internetu. Volba konkrétního způsobu závisí na mnoha aspektech, jako např. povaha, důležitost, objem dat atd. Nemalou úlohu při rozhodování hrají také požadavky na přístupnost (rychlost obnovy) dat a také jejich bezpečnost. Podle způsobu spouštění se zálohy dají členit na automatické, které se spouští
v konkrétních
předem
stanovených
časových
okamžicích,
dále
poloautomatické, které se spustí prostřednictvím ikony na ploše, nebo manuální. Automatické zálohování lze dále rozdělit na průběžné zálohování, kdy systém zálohuje data po každé, když dojde ke změně. Dále trvalou archivaci, při které se pokaždé v pravidelných intervalech zálohují data na nová média, která jsou posléze vhodně archivována. Častým důvodem těchto záloh bývají zákony a předpisy, které ukládají povinnost určitá data uchovávat po stanovenou dobu. Další podskupinou automatického zálohování je zálohování cyklické, u kterého se data v pravidelných intervalech ukládají na několik médií, která se cyklicky střídají. Nevýhodou tohoto způsobu může být ztráta dat předcházejícího cyklu, při nové záloze. Na druhou stranu výhodou této metody je úspora objemu dat např. oproti trvalé archivaci. Objem dat narůstá pouze v závislosti na zvětšení zálohujících dat [13]. K zálohování existuje velké množství jak placených, tak „freewarových“ aplikací. Výběr je skutečně široký a tak si každý může zvolit vhodný software. 28
Záloha dat nepředstavuje jen kopii dat na jiném nosiči nebo místě. Nejedná se tedy pouze o to data někam zkopírovat, ale především mít je k dispozici v případě potřeby. Od konkrétního typu dat se odvíjí volba způsobu archivace a také časový interval, ve kterých k zálohám dochází. Například pro uchování účetní evidence starších období či pro jiné zákonem povinně archivované dokumenty, které není třeba mít bezprostředně po ruce, zvolíme pravděpodobně optická média. Naopak pro zálohu dat, která vyžadují přístup více uživatelů, nebo podléhají častým úpravám, zvolíme síťové disky nebo servery [13]. V následující části jsou popsány výhody a nevýhody výše zmíněných a dalších možností zálohování dat vedle optických disků. Pevný disk Pevný disk slouží jako úložiště všech dat v počítači. Bez pevného disku by počítač nemohl existovat. Vedle tohoto hlavního disku je možné použít další interní či externí pevné disky pro rozšíření kapacity Výhodou je možnost uložení velkého množství dat poměrně spolehlivým a rychlým způsobem za přijatelnou cenu. Pevné disky jsou však náchylné na poškození v důsledku nešetrného zacházení jako pád, náraz apod. Nevýhodou také může být relativně vysoká hmotnost [19]. Flashdisk Tento disk je velmi populární především kvůli své mobilitě. Rychlost zápisu a čtení závisí na konkrétním typu. Díky USB konektoru se je flashdisk univerzální nosič, který se dá navíc pořídit za nízkou cenu. Nevýhodou tohoto nosiče je omezený počet zápisů. Také ztráta dat z flash paměti je jednoduchá. Postačí statická elektřina [19]. NAS (Network Attached Storage) Způsob ukládání dat využívající speciální zálohovací zařízení, která jsou připojená přímo do počítačové sítě. Tato zařízení mají přiřazenou IP adresu a mohou tedy být dostupná klientům skrz jiný server. Tento způsob zálohy dat je využíván především v podnikových sítích a umožňuje přístup mnoha uživatelů. Hlavní výhodou toho způsobu ukládání dat je jeho rozšiřitelnost. V případě potřeby 29
zvýšení kapacity se připojí další NAS zařízení do počítačové sítě. Klientovi se celé NAS zařízení jeví jako jeden fyzický disk. Další výhodou je ochrana dat v případě výpadku serveru [18]. Nevýhodou může být cena těchto zařízení, jelikož se zde nejedná pouze o diskové pole, ale o kompletní řešení, které disponuje vlastním procesorem, pamětí, operačním systémem, atd. Ve srovnání s tradičními souborovými servery je však cena stále nižší [19]. Jelikož jsou tato zařízení připojena přímo do LAN sítě, kde dochází především při „backupu“ k průchodu velkého objemu dat, snižuje se také výkonnost sítě [18]. Online zálohování Další možností je záloha dat na vzdáleném serveru prostřednictvím internetu. Rychlost zálohy a obnovy dat vždy závisí na rychlosti konkrétního připojení počítače. Tuto službu nabízí mnoho poskytovatelů, kteří dokonce nabízejí v rámci lákání nových klientů určitý prostor pro ukládání dat zdarma (až 5 GB, říjen 2009). Aplikace jsou jednoduché na ovládání a výhodou je šifrování dat. Tento typ zálohy mnohdy doprovází nedůvěra, zda data nejsou zneužívána. Pravděpodobnost zneužití je však minimální. Data jsou zašifrována tak, že mnohdy ani poskytovatelé k nim nemají přístup. Navíc zneužití dat na tomto rozšiřujícím trhu s poskytováním online záloh si provozovatelé nemohou dovolit a data chrání spolehlivými bezpečnostními systémy. V budoucnosti bude online záloha běžnou součástí života většiny obyvatelstva [19].
30
6 Experiment s optickými médii Cílem experimentu bylo porovnat kvalitu několika značek optických disků vystavených různým experimentálním podmínkám na základě pozorování četnosti výskytu chyb na těchto médiích. Princip experimentování spočívá v cílené změně různých hodnot veličin (faktorů) a v následném pozorování změn odpovídající veličiny, tzv. odezvy. Jedná se tedy o systematické plánování a uspořádání zkoušek s ohledem na jejich statistické vyhodnocení [5]. Pro tento experiment jsem zvolila optická média čtyř značek, vždy 30 CD-R disků a DVD-R disků od jedné značky. Jedná se o značky Fujifilm, Memorex, Sony a Verbatim, viz obrázek 7. Tyto značky byly vybrány s ohledem na jejich dostupnost v obou kategoriích zkoumaných optických disků a s ohledem na jejich cenu tak, aby v experimentu bylo zastoupeno více cenových kategorií.
Obr. 7 Testovaná CD-R a DVD-R
Je třeba zdůraznit, že jednotlivé značky nemusejí být nutně vyrobeny stejným výrobcem. Média mají sice stejný obal, vypadají stejně a lidským okem jsou většinou nerozeznatelná, nicméně výrobce se může lišit a s tím i kvalita vybraných médií. Konkrétní výrobce se dá zjistit podle ATIPu, kódu obsahujícího základní informace o disku, který je uložen v zaváděcí stopě. Kód je možné zjistit
31
pomocí
vypalovacího
či č
testovacího
programu.
V experimentu
tedy
neporovnáváme výrobce, ale jednotlivé značky znač [2].
6.1 Příprava říprava experimentu Před řed návrhem experimentu je nutná analýza problému. Je nutné zvolit vhodnou odezvu, pokud možno veličinu měřitelnou, podle níž se bude vyhodnocovat jakost. V tomto případě př ě byla odezvou zvolena četnost chyb na disku. Následně ě se identifikují všechny potenciální potenciální vlivy, které by mohly působit na danou odezvu. K identifikaci př příčin č je možné využít například ř Ishikawů ikawův diagram příčin a následků, viz obrázek 8.
Obr. 8 Ishikawův ův diagram
Chybovost disků ů ovlivňuje ovlivň ň mnoho aspektů. ů. ů Testovat všechny potenciální vlivy by bylo značně č ě časově náročné č a v provozních domácích podmínkách nemožné. Proto byly pro experiment vybrány vybr pouze některé ěkteré možné př příčiny č a to světlo ě a UV záření, ření, nízká teplota, škrábance ze spodní strany disku a ohyb. Velice důležitá je také volba rozsahu testovaného souboru tak, aby získaná data měla ěla požadovanou vypovída vypovídací schopnost. Čím je rozsah souboru větší, v tím více informací máme a minimalizuje se riziko, riziko, že nepoznáme existenci vlivu faktoru. Vzhledem k časové náročnosti nároč testování chybovosti disků jsem zvolila počet 6-ti kusů v každé testované skupině. skupině Celkový počet 240 disků byl náhodně
32
rozdělen do 5 skupin, které pak byly vystaveny různým experimentálním podmínkám: 1. Disky poškozované škrábáním. 2. Disky namáhané ohybem. 3. Disky vystavené nízké teplotě. 4. Disky vystavené světlu a UV záření. 5. Disky uchovávané dle doporučení výrobce. Na všechna média byla vypálena stejná data sestavená z různých typů souborů, jako textové soubory, databáze, fotografie, hudba, prezentace. Na DVD byla přidána ještě videa. Data dosahovala celkové velikosti 698 MB u CD-R a 4,3 GB u DVD-R. Rychlost vypalování pro CD-R byla 24x a pro DVD 8x6.
6.2 Testování optických disků Odezva byla měřena pomocí programu Nero CD-DVD Speed (verze 4.7.7.16). Tento program poskytuje mnoho užitečných informací jak o disku, tak o mechanice. Diagnostikuje např. rychlost, zátěž procesoru v různých rychlostech čtení, čas vyhledání dat na disku apod. Provádí test přeplňování, to znamená, že zjišťuje, o kolik dat více je možné na disk uložit oproti kapacitě udané výrobcem. Pro tento experiment byla využita především část programu zabývající se testy kvality disku. 6.2.1 Výstupy z programu Používané výstupy z programu jsou vyobrazeny na obrázku 8. V horní části obrázku 9 jsou znázorněny chyby c1 u CD-R, respektive chyby PIE u DVD-R (modrá barva). Žlutá křivka ukazuje okamžitou rychlost čtení disku během testu. V dolní části obrázku jsou vyobrazeny chyby c2 (u DVD-R chyby PIF).
6
CD: 1x = 150 KBps, DVD: 1x = 1.35 MBps (1,350KBps).
33
zdroj: výstup z programu Nero CD-DVD Speed Obr. 9 Kvalita disku testovaná programem Nero CD/DVD speed
6.3 Statistické metody vyhodnocení 6.3.1 Analýza rozptylu Při vyhodnocení experimentálních dat se nejčastěji používá analýza rozptylu (ANOVA). Tato metoda vychází z představy, že celková variabilita, se kterou kolísají hodnoty sledované náhodné veličiny kolem její střední hodnoty, pochází z několika zdrojů. Celkovou variabilitu lze tedy rozdělit na složky odpovídající jednotlivým faktorům a na nevysvětlenou (náhodnou) část. Hodnoty zkoumaného faktoru se během experimentu mění, což může způsobit zvýšenou variabilitu měřených hodnot. Porovnáním složky variability odpovídající změnám hodnot faktoru a náhodné složky lze posoudit, které z uvažovaných faktorů mají vliv na úroveň sledované veličiny. Pro účely této práce postačí jednofaktorová analýza rozptylu. Testujeme rovnost středních hodnot u I
nezávislých výběrů, tzv. nulovou hypotézu
H 0 : µ 1 = ... = µ I . Pokud dojde k zamítnutí nulové hypotézy, znamená to, že
alespoň jedna střední hodnota se liší od ostatních. Následně se zjišťuje, které konkrétní skupiny se od sebe významně liší. Pro použití analýzy rozptylu by měly být splněny dva základní předpoklady: normalita a shoda rozptylů v různých skupinách. V případě porušení těchto předpokladů je vhodné buď provést transformaci na data blízká normálním nebo 34
zvolit neparametrickou obdobu testu, tj. Kruskalův-Wallisův test v případě jednoho zkoumaného faktoru. Při výběru vhodné transformace je výhodné použít Box-Coxovu transformaci, více [3]. Tato transformace je například součástí procedury General Lineral Model (GLM) statistického paketu Statgraphics, který byl k výpočtům použit. U velkých rozsahů skupin nebývají důsledky porušení normality příliš vážné,
jelikož
platí
centrální
limitní
věta,
která
vyjadřuje
konvergenci
pravděpodobnostních rozdělení k normálnímu rozdělení při dostatečně velkém rozsahu souboru. Takže se často ANOVA používá i v případě ne zcela splněných předpokladů. 6.3.2 Kruskalův-Wallisův test Test předpokládá k nezávislých výběrů o rozsahu ni . Každý výběr pochází z nějakého rozdělení se spojitou distribuční funkcí. Cílem Kruskalova-Wallisova testu je ověřit hypotézu, že všechny výběry pocházejí ze stejného rozdělení. Princip testu spočívá v seřazení hodnot sledované veličiny do rostoucí posloupnosti a určení pořadí všech prvků. Součet pořadí prvků patřící do i -tého výběru ( i = 1,2,..., k ) se označí Ti . Ke kontrole, zda jsou jednotlivá Ti vypočtena správně, lze využít vztah
T1 + T2 + ... + Tk = n ⋅ ( n + 1) / 2.
Kruskalova-Wallisova
statistika je dána vztahem [1]
Q=
(1)
k T2 12 ⋅ ∑ i − 3 ⋅ (n + 1) , n ⋅ (n + 1) i =1 ni
kde n = n1 + n 2 + ... + n k . Tato veličina má při platnosti nulové hypotézy přibližně rozdělení χ 2 s k − 1 stupni volnosti. V případě Q ≥ χ k2−1 (α ) zamítáme hypotézu na hladině významnosti, která je asymptoticky rovna α . Výše uvedený vzorec je platný za předpokladu, že jednotlivé naměřené hodnoty se liší. V případě výskytu stejných hodnot se používá vzorec s opravou na spojitost, obecně ve tvaru
35
Q=
(2)
k T2 12 ⋅ ∑ i − 3 ⋅ ( n + 1) n ⋅ ( n + 1) i =1 ni ns
1−
∑ (t i =1
3 i
− ti )
n3 − n
kde t i je počet shodných pořadí v různých výběrech a n s je počet variant, které se ve výběrech vyskytují [8]. Jsou-li rozsahy výběrů stejné, tedy n1 = n 2 = ... = n k = N , lze použít pro konkrétní zjištění, které z výběrů se vzájemně liší, Neményiho metodu mnohonásobného porovnávání. Je-li absolutní hodnota rozdílu Ti - T j větší než příslušná kritická hodnota (viz příloha 2), zamítá se hypotéza, že i –tý a j –tý výběr pocházejí z téhož rozdělení, neboli že mají stejnou střední hodnotu [1].
6.4 Vyhodnocení záznamu dat bezprostředně po vypálení Prvotní měření bylo provedeno bezprostředně po zápisu dat na disk. Na 30-ti discích od každé ze čtyř značek byl změřen počet chyb c1 (PIE u DVD) a c2 (PIF u DVD). Testujeme hypotézu H0: µ 1 = µ 2 = µ 3 = µ 4 , že faktor nemá vliv, tedy že neexistuje rozdíl mezi značkami. K testu rovnosti středních hodnot použijeme analýzu rozptylu. V daném případě jsou porušeny oba předpoklady použití ANOVA. Z tohoto důvodu je vhodné použít buď neparametrickou obdobu testu nebo před vlastní analýzou provést trasformaci dat. V práci byla zvolena Box-Coxova transformace, která může snížit jak odchylku od normallity, tak rozdíly ve variabilitě v jednotlivých skupinách. Nejprve je uvedeno vyhodnocení chyb c1 u CD-R disků. Zjištěné počty chyb jsou znázorněny bodovým diagramem na obrázku 10 a poukazují na rozdíly ve variabilitě v jednotlivých skupinách. Jedná se o skutečně naměřené hodnoty, nikoliv hodnoty upravené transformací.
36
Obr. 10 Bodový diagram, chyby c1 Tab. 2 ANOVA, chyby c1 Součet čet čtverců
Stupně volnosti
Průměrný čtverec
F
Hodnota P
Značka
1,3008E8
3
4,336E7
81,61
0,0000
Reziduální
6,16349E7
116
531335
Celkem
1,91715E8
119
Zdroj variability
Výše uvedená nulová hypotéza byla na základě ě analýzy rozptylu (viz tabulka 2) zamítnuta na hladině významnosti α = 0,001, jelikož P hodnota je menší než tato hladina významnosti. Můžeme ůžeme tedy konstatovat rozdíl mezi jednotlivými značkami. Protože byl prokázán rozdíl mezi skupinami, vyvstává otázka, které z nich vykazují rozdílnou úroveň. ň. Nejjednodušší možností je porovnat výbě výběry pomocí grafu skupinových průměrů ů ěrů, viz obrázek 11. Kromě průměrů ů ě ů jsou v obrázku zakresleny intervaly, které lze využít k porovnání různých ů dvojic středních ředních hodnot. (Ačkoliv čkoliv jsou rozsahy skupiny stejné, stej transformace dat zapříčinila, ř činila, že intervaly nejsou stejně široké.)
Obr. 11 Graf průměrů,, Bonferroniho metoda (α=0,05),, Statgraphics, chyby c1
37
V případech řípadech ř kdy se jednotlivé intervaly nepřekrývají, nepřř můžeme ůžeme ů očekávat, očč že se jednotlivé střední řední ř hodnoty liší. Nejvě Největší ětší výskyt chyb c1 se dá oč očekávat č u skupiny disků ů Verbatim. Nebyl však prokázán rozdíl této značky čky od disků Memorex. Obě ě tyto značky čky jsou horší hor než značky čky Fujifilm a nejméně chybové Sony. Stejný statistický rozbor je aplikován také na vyhodnocení naměřených naměř chyb c2. Jelikož byl u některých ně ě disků ů nulový výskyt chyb a Box Box-Coxova transformace předpokládá ředpokládá ř kladné hodnoty sledované veličiny, velič činy, bylo tř třeba ř nejprve k naměřeným ěřeným ěř hodnotám přičíst přič ř č nějakou ě konstantu (v tomto případě ř ě rovnou rovno jedné). Bodový diagram na obrázku 12 poukazuje na zvýšenou chybovost disků u značky Memorex. V tabulce 3 je znázorněna ěna analýza rozptylu pro chyby c2.
Obr. 12 Bodový diagram, chyby c2 Tab. 3 ANOVA, chyby c2 Zdroj variability
Součet čet čtverců
Stupně volnosti
Průměrný čtverec
F
Hodnota P
Značka
36023,7
3
12007,9
16,79
0,0000
Reziduální
82958,8
116
715,162
Celkem
118983
119
P hodnota je opět ět ě téměř ěř nulová. Zamítáme nulovou hypotézu na hladině ě významnosti
3 Rovněž ěž konstatujeme rozdíl mezi α = 0,001 , viz tabulka 3.
zkoumanými značkami.
38
Obr. 13 Graf průměrů, ů ě ů, Bonferroniho metoda (α=0,05), ( Statgraphics, chyby c2
Pomocí Bonferroniho metody (viz obrázek 12) byla prokázána na hladině významnosti 0,05 nižší chybovost značky značky Sony oproti ostatním znač značkám. Mezi ostatními značkami odlišnost prokázána nebyla. Již výsledky prvotního testování prokázaly rozdíly mezi výrobci CD-R disků. Nejmenší výskyt chyb c1 a c2 byl zaznamenán u disků ů značky čky Sony Sony. S ohledem na větší ětší závažnost chyb c2 (viz kapitola 3.5.2 Interpretace chyb c1 a cc2) můžeme konstatovat, že nebyly prokázány významné odlišnosti mezi ostatními značkami. znač Vyhodnocení chybovosti DVD-R DVD disků je provedeno stejným jným způ způsobem. Variabilita naměřených ěřených chyb PIE a PIF je znázorněna na obrázcích 14 a 15 15.
Obr. 14 Bodový diagram, chyby PIE
39
Obr. 15 Bodový diagram, chyby PIF
Analýza rozptylu rovněž rovně prokázala rozdíly mezi značkami, čkami, a to v obou případech řípadech pozorovaných chyb, viz tabulka 4 a 5. Tab. 4 ANOVA, chyby PIE Součet čet čtverců
Stupně volnosti
Průměrný čtverec
F
Hodnota P
Značka
1,04263E12
3
3,47544E11
20,25
0,0000
Reziduální
1,99085E12
116
1,71625E10
Celkem
3,03348E12
119
Zdroj variability
U vyhodnocení chyb PIE (viz tabulka 4) je P hodnota téměř ěř nulová, což umožňuje ňuje zamítnout nulovou hypotézu také na hladině významnosti α = 0,001. Graf průměrů ů ě ů chyb PIE a Bonferroniho intervaly poukazují na zvýšený výskyt těchto ě chyb u značky čky Memorex v porovnání s ostatními značkami. čkami. Druhou nejvíce chybovou značkou čkou č je Fujifilm. Nejméně ě chybové se ukázaly znač značky č Sony a Verbatim, viz obrázek 16..
Obr. 16 Graf průměrů, ů ě ů, Bonferroniho metoda (α=0,05), ( =0,05), Statgraphics, chyby PIE
40
Tab. 5 ANOVA, chyby PIF Součet čet čtverců
Stupně volnosti
Průměrný čtverec
F
Hodnota P
Značka
2,52351E8
3
8,4117E7
24,30
0,0000
Reziduální
4,01594E8
116
3,46202E6
Celkem
6,53945E8
119
Zdroj variability
Také v případě ř ě analýzy rozptylu u naměřených naměř ěřených chyb PIF, viz tabulka 5, byla prokázána odlišnost u sledovaných značek. znač č P hodnota je rovněž ěž ě téměř ěř nulová, což umožňuje ňuje ň zamítnout již zmíněnou zmíně ě nulovou hypotézu na hladině ě významnosti α = 0,001. Rovněž ěž existují rozdíly r mezi zkoumanými značkami. Byla prokázána odlišnost v chybovosti mezi značkami. čkami. Graf skupinových průměrů ů ě ů chyb PIF ukazuje, že nejméně ě chybové jsou značky čky č Verbatim a Sony, mezi nimiž nebyla prokázána odlišnost, odlišnost jelikož se jejich příslušné říslušné intervaly překrývají. Rovněž nebyl prokázán rozdíl mezi zbývajícími značkami čkami Fujifilm a Memorex, které se jeví jako více chybové chybové, viz obrázek 17.
Obr. 17 Graf průměrů, ů ě ů, Bonferroniho metoda (α=0,05), ( =0,05), Statgraphics, chyby PIF
U všech vyhodnocovaných druhů ů chyb, naměřených ěř ěřených bezprostř bezprostředně ř ě po vypálení, se projevily určité čité č rozdíly mezi jednotlivými značkami. znač čkami. U CD CD-R disků se za nejméně ě kvalitní dá považovat značka znač č Memorex. Tato značka čka č sice nedosahuje nejhorší úrovně ě co do počtu čtu chyb c1, ale zaujímá první místo ve výskytu chyb c2, které jsou závažnějšího ějšího ě charakteru, a proto považujeme tuto značku znač čku za nejméně ě kvalitní. Nejméně ě chyb bylo zaznamenáno u značky znač čky Sony, a proto ji z vybraných testovaných značek ček považujeme za nejkvalitnější. nejkvalitně Také u DVD-R R disku se projevily rozdíly v chybovosti ihned po záznamu dat na disk. Nejlépe dopadly disky značky znač Sony a Verbatim. 41
Nutno zdůraznit, že výše uvedené výsledky se mohou lišit v závislosti na jiném druhu mechaniky či odlišné rychlosti vypalování dat.
6.5 Vyhodnocení po provedení zkoušek Celkový počet 30 disků od každé značky byl náhodně rozdělen do 5 skupin po 6 kusech a každá skupina byla vystavena různým experimentálním podmínkám. Protože naměřená data nevykazují normální rozdělení a protože rozsahy výběrů jsou nyní malé, byl Kruskalův-Wallisův test. Testujeme nulovou hypotézu H0: µ 1 = µ 2 = µ 3 = µ 4 , dle které neexistují rozdíly v chybovosti mezi jednotlivými značkami, resp. že střední hodnoty naměřených počtů chyb u jednotlivých značek jsou stejné. U CD-R disků je odezvou počet chyb c1 a c2. Analogicky u DVD-R disků jsou odezvou počty chyb označované jako PIE a PIF. 6.5.1 Škrábání ze spodní stany disku Škrábání disku ze spodní strany by nemělo způsobit nenávratné poškození, nicméně má vliv na četnost výskytu chyb při čtení. Jako pomůcka pro škrábání byl zvolen kartonový papír (220g/m2). Aby bylo docíleno co nejpodobnějších podmínek škrábání, disky byly posunovány vždy
čtyřikrát po stejné dráze, a to kružnici o průměru 10 cm. Naměřené hodnoty jsou vyhodnoceny pomocí Kruskal-Wallisovy statistiky dle vztahu (1). V případě vyhodnocení chyb c1 nabývá Kruskal-Wallisova veličina Q hodnoty 13,37, kterou porovnáváme s kvantilem chí-kvadrát rozdělení s k − 1
stupni volnosti. V daném případě je kritická hodnota pro hladinu významnosti
α = 0,05 rovna hodnotě 7,81(viz tabulka 1), to znamená, že zamítáme nulovou hypotézu. Rozdíl ve výskytu chyb c1 u zkoumaných značek byl prokázán. Pro konkrétní zjištění, které z výběrů se vzájemně liší, byla použita Neményiho metoda mnohonásobného porovnávání, jejíž aplikace pro hladinu významnosti α = 0,05 u disků podrobených škrábání je znázorněna v tabulce 6. Přesahuje-li absolutní hodnota rozdílu Ti - T j kritickou hodnotu pro mnohonásobné porovnávání (viz příloha 2), existuje rozdíl mezi i –tou a j –tou
42
značkou. Kritická hodnota pro výběry, kde k = 4 a rozsah N= 6 je 62,9, viz příloha 2. Zvýrazněná pole poukazují na významný rozdíl v chybovosti u příslušné dvojce značek. V tomto případě byl prokázán rozdíl mezi skupinou Verbatim a Fujifilm, a Verbatim a Sony. Tab. 6 Neményiho metoda, chyby c1, škrábání ze spodní strany disku
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
28
Sony
71 43
77 49 6
Nižší pořadí znamená menší počet chyb, proto dosahuje-li rozdíl součtů pořadí vybrané dvojice kladných hodnot, znamená to, že i –tý výběr dosahuje vyššího počtu chyb než j –tý výběr. Je-li výsledný rozdíl součtů záporný, dosahuje i –tý výběr lepší úrovně. V tomto případě to znamená, že CD-R disky značky Verbatim dosahují horší úrovně chybovosti oproti značkám Fujifilm a Sony. Mezi ostatními dvojicemi skupin rozdíly prokázány nebyly. Škrábání ze spodní strany disku mělo nejmenší vliv, co do výskytu chyb c1, na CD-R disky značky Sony a Fujifilm. V případě vyhodnocení chyb c2 hodnota Q = 17,47 Kruskal-Wallisovy veličiny také přesahuje kritickou hodnotu 7,81. Byla prokázána horší úroveň značky Verbatim oproti značkám Memorex a Fujifilm. Dále byl prokázán rozdíl mezi značkou Fujifilm a Sony, přičemž větší chybovost je zaznamenána u značky Sony, viz tabulka 7. Tab. 7 Neményiho metoda, chyb c2, škrábání ze spodní strany disku
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
75
105 30
Sony 36 -39 -69
Při vyhodnocování vlivu škrábání na DVD-R disky byl prokázán rozdíl mezi značkami, a to v obou pozorovaných případech chyb. Hodnota testové statistiky pro PIE je Q = 20,75 a pro PIF Q = 16,46 , což je vyšší než výše uvedená kritická 43
hodnota. Výběry, mezi kterými je prokázána odlišnost, jsou v tabulce 8 a 9 zvýrazněny. Tab. 8 Neményiho metoda, chyby PIE, škrábání ze spodní strany disku
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
-104
Sony
-76 28
-36 68 40
Tab. 9 Neményiho metoda, chyb PIF, škrábání ze spodní strany disku
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
-92
-77 15
Sony -47 45 30
V obou případech chyb DVD-R disků je skupina Verbatim výrazně lepší než média značek Memorex a Fujifilm. V případě výskytu chyb PIE je patrný také určitý rozdíl mezi značkami Memorex a Sony, kde značka Sony dosahuje lepší úrovně. 6.5.2 Ohýbání Pro tuto část experimentu byl vyroben speciální stojan. Po dobu zkoušek se samotný disk se opíral o stojánek ve 4 bodech. Disky byly ohýbány závažím o celkové hmotnosti 2 kg, které bylo k disku přichyceno pomocí podložky o průměru 5,5 cm a kovové osičky stejného rozměru vždy po dobu 20 minut (viz obrázek 18).
. Obr. 18 Ohýbání disku
44
Disky byly testovány bezprostředně po ohybu. Výsledkem působení síly na střed disku uchyceného pouze na krajích bylo zvlnění média. Zajímavostí je cyklický výskyt chyb v návaznosti na zvlnění disku, viz obrázek 19. U DVD-R disků je tato tendence chyb méně znatelná, což je pravděpodobně způsobeno dodatečnou polykarbonátovou vrstvou, která tyto disky mimo jiné zpevňuje.
zdroj: výstup z programu Nero CD-DVD Speed 4.7.7.16 Obr. 19 Grafické znázornění chyb disku v důsledku zvlnění
Pro vyhodnocení naměřených dat, byl opět použit Kruskal-Wallisův test. Hodnota statistiky Q = 17,61 přesahuje příslušnou kritickou hodnotu 7,81, což dokazuje rozdíly ve výskytu chyb c1 mezi jednotlivými skupinami ohýbaných disků. Absolutní hodnota rozdílu součtů pořadí Ti - T j , která přesahuje kritickou hodnotu pro mnohonásobné porovnávání 62,9 (viz příloha 2), poukazuje na odlišnosti mezi dvojicemi značek zvýrazněných v tabulce 10. Tab. 10 Neményiho metoda, chyby c1, ohýbání disku
j
i Memorex Verbatim
Fujifilm
2
Memorex Fujifilm
Sony
80
66
78
64 -14
Jelikož se ve výběrech dat naměřených chyb c2 nachází stejné hodnoty, byl pro výpočet Kruskal-Wallisovy statistiky použit vzorec s opravou na spojitost. Hodnota testové statistiky Q je v tomto případě 17,32 a přesahuje kritickou 45
hodnotu 7,81. Pro aplikaci Neményiho metody se těmto stejným naměřeným počtům chyb přiřadilo průměrné pořadí příslušné těmto stejným hodnotám. Například dvěma stejným hodnotám s 4. a 5. pořadím bylo přiřazeno pořadí 4,5. Závěry jsou stejné jako u vyhodnocení chyb c1, viz tabulka 11. Tab. 11 Neményiho metoda, chyby c2, ohýbání disků
i
j Memorex
Verbatim Memorex Fujifilm
Fujifilm
4
Sony
74 70
74 70 0
Nebyl prokázán rozdíl mezi značkami Memorex a Verbatim, které v porovnání se zbývajícími značkami Sony a Fujifilm, dosahují výrazně vyšší chybovosti u obou druhů chyb c1 a c2. Taktéž rozdíl mezi značkami Fujifilm a Sony nebyl prokázán. V případě vyhodnocení chyb DVD-R disků, byl prokázán rozdíl mezi značkami v případě chyb PIE, kdy veličina Q je rovna 17,39 a přesahuje příslušnou kritickou hodnotu
χ 02,95 (3) = 7,81 . U chyb PIF hodnota Q = 3,82
nepřesahuje příslušnou kritickou hodnotu, rozdíl mezi jednotlivými značkami zde není prokázán. Dvojice značek s prokazatelným rozdílem ve výskytu chyb PIE jsou znázorněny v tabulce 12. Rozdíly součtů pořadí determinují skupinu disků Memorex jako výrazně horší v porovnání se značkami Verbatim a Sony. Tab. 12 Neményiho metoda, chyby PIE, ohýbání disku
j
i Memorex Verbatim
Fujifilm
-85
Memorex Fujifilm
Sony
-50
3
35
88 53
Rozdíl mezi značkami u DVD-R disků v případě ohybu prakticky neexistuje, jelikož byl prokázán pouze zvýšený výskyt chyb PIE u disků značky Memorex. Chyby PIE však nejsou tak směrodatné jako výskyt závažnějších chyby PIF, kde rozdíl mezi značkami nebyl prokázán. 46
6.5.3 Nízká teplota Vybrané optické disky byly uloženy v papírovém obalu a následně v zavíracím igelitovém sáčku. Celkem bylo použito 48 médií, která byla v rámci kategorií disků náhodně rozdělena do osmi sáčků. V každém balíčku bylo 6 testovaných médií a navíc dvě krajní, která nebyla zahrnuta do vyhodnocení, aby byly zajištěny co nejpodobnější testovací podmínky. Tyto sady disků byly uloženy v mrazničce s teplotou -18°C po dobu 5 m ěsíců. Po vyjmutí z mrazničky se disky před testováním nechaly 24 hodin proschnout. Kruskal-Wallisova statistika prokázala rozdíly mezi skupinami v rámci vyhodnocení chyb c1, kdy hodnota statistiky Q = 21,3 přesáhla příslušnou kritickou hodnotu
χ 02,95 (3) = 7,81 . Konkrétně byly prokázány rozdíly mezi skupinami
Verbatim a Fujifilm, Verbatim a Sony i Memorex a Sony, viz tabulka 13. Kladný rozdíl mezi i –tým a j –tým výběrem u těchto odlišných dvojicí skupin poukazuje na zvýšený výskyt chyb c1 u nosičů značek Memorex a Verbatim v porovnání se zbývajícími skupinami, mezi nimiž rozdíl prokázán nebyl. V případě měření chyb c2 se u některých disků vystavených nízké teplotě vyskytly
stejné
počty
chyb,
proto
byl
v tomto
případě
pro
výpočet
Kruskal-Wallisovy statistiky použit vzorec s opravou na spojitost. Vypočtená statistika Q = 18,52 také překračuje příslušnou kritickou hodnotu χ 02,95 (3) = 7,81 , což znamená rozdíl mezi jednotlivými značkami. Při konstruování Neményiho metody byla stejným počtům chyb přiřazena průměrná hodnota pořadí příslušná těmto stejným počtům. Mnohonásobné porovnání pořadí zjištěných chyb c2 u disků vystavených nízké teplotě je uvedeno v tabulce 14. Tab. 13 Neményiho metoda, chyby c1, nízká teplota
j
i Memorex Verbatim
Fujifilm
24
Memorex Fujifilm
Sony
81
87
57
63 6
47
Tab. 14 Neményiho metoda, chyby c2, nízká teplota
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
24
78,5 54,5
Sony 89,5 65,5 11
U chyb c2 byly zaznamenány stejné vztahy mezi značkami, jak v případě chyb c1. Tento výsledek není nijak překvapivý vzhledem k závislosti mezi těmito druhy chyb. Jak již bylo uvedeno, chyby c2 se vyskytují v místech, kde opravné algoritmy c1 nejsou schopny danou část dat zrekonstruovat. Byl prokázán rozdíl v chybovosti u dvojic značek Verbatim vs. Fujifilm, dále Verbatim vs. Sony a Memorex vs. Sony. U ostatních dvojic rozdíl nebyl prokázán. U DVD-R disků se projevily odlišnosti jak u chyb PIE, Q = 20,51 , tak u chyb PIF, kde Q = 13,73 . Obě hodnoty Kruskal-Wallisovy statistiky překračují příslušnou kritickou hodnotu χ 02,95 (3) = 7,81 (příloha 1). Konkrétní dvojice značek, které se od sebe výrazně odlišují, jsou zobrazeny v tabulkách mnohonásobného porovnávání 15 a 16. Ačkoliv u CD-R disků vystavených nízké teplotě značka Verbatim dosahovala horší úrovně výskytu chyb c1 než značky Fuji a Sony, v případě DVD-R dosahuje Verbatim mnohem lepších výsledků a v porovnání se značkami Memorex a Fujifilm je výrazně méně chybová. Rozdíl byl také prokázán mezi skupinami značek Memorex a Sony. Memorex je v tomto případě ve vztahu k ostatním skupinám jednoznačně nejhorší, viz tabulka 15. Tab. 15 Neményiho metoda, chyby PIE, nízká teplota
j
i Memorex Verbatim
Fujifilm
-103
Memorex Fujifilm
Sony
-75
-34
28
69 41
48
Tab. 16 Neményiho metoda, chyby PIF, nízká teplota
j
i Memorex Verbatim
Fujifilm
-80
Memorex
Sony
-45
-7
35
73
Fujifilm
38
V návaznosti na vyhodnocení chyb PIE skupina Memorex dosahuje horší úrovně co do výskytu chyb PIF než skupiny značek Sony a Verbatim, viz tabulka 16. 6.5.4 Světlo a UV záření Disky určené pro tuto zkoušku byly uskladněny v úložném boxu stejným způsobem jako disky nepodrobované testování. Po 5 měsících byly disky rozděleny do osmi skupin. Každá skupina se skládala ze 4 CD-R a 4 DVD-R (vždy bylo náhodně vybráno jedno médium dané značky a typu). Každá skupina byla na 24 hodin ze spodní strany vystavena ultrafialovému záření. Chybovost disků byla měřena bezprostředně po provedení zkoušek. U obou druhů chyb CD-R a DVD-R disků přesahuje hodnota Kruskal-Wallisovy statistiky kritickou
hodnotu
χ 02,95 (3) = 7,81 ,
což
potvrzuje
rozdíl
v chybovosti
mezi
testovanými značkami. V případě CD-R disků je hodnota testové statistiky Q = 17 ,53 u chyb c1 a Q = 21,6 u chyb c2. U naměřených chyb c1 nebyl prokázán rozdíl mezi značkami Verbatim vs. Memorex, a Fujifil vs. Sony, viz tabulka 17. U ostatních dvojic značek je prokázána významná odlišnost. Obecně disky značek Fujifilm a Sony jsou v tomto případě méně chybové než zbývající značky. Tab. 17 Mnohonásobné porovnávání chyb c1 u disků vystavených UV záření
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
12
49
79 67
Sony 77 65 -2
Vyhodnocení chyb c2 do určité míry neguje výsledky vyhodnocení chyb c1. Zatímco u chyb c1, nebyla prokázána odlišnost mezi značkou Verbatim a Memorex, v tomto případě tato dvojce vykazuje významné odlišnosti. Liší se také vztah mezi značkami Fujifilm a Sony, kde rovněž byla zaznamenána odlišnost, viz tabulka 18. Tab. 18 Mnohonásobné porovnávání, chyby c2, disky vystavené UV záření
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
72
108 36
Sony 36 -36 -72
Ve vztahu Verbatim vs. Memorex a Verbatim vs. Fujifilm byla prokázána horší úroveň značky Verbatim. Fujifilm oproti značce Sony dosahuje lepší úrovně chybovosti. V případě ostatních dvojicí značek rozdíl nebyl prokázán. V souvislosti s vyhodnocením chyb PIE byl rovněž prokázán rozdíl mezi značkami,
jelikož
Q = 13, 6
přesahuje
příslušnou
kritickou
hodnotu
7,81.
Mnohonásobné porovnávání odhalilo rozdíl pouze u značky Memorex, která ve vztahu ke značce Verbatim dosahuje horší úrovně. U ostatních dvojic značek rozdíly v chybovosti prokázány nebyly. Značka Verbatim dosahuje nejnižšího součtu pořadí přiřazenému počtu chyb. Naopak značka Memorex se ukázala jako nejvíce chybová. Tab. 19 Mnohonásobné porovnávání, chyby PIE, disky vystavené UV záření
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
-88
-27 61
Sony -45 43 -18
U vyhodnocení chyb PIF, kde Q = 17,52 také překračuje příslušnou kritickou
χ 02,95 (3) = 7,81 byly zaznamenány další rozdíly, viz tabulka 20. Kromě dvojic značek Sony a Verbatim, Memorex vs. Fujifilm, jsou prokázány rozdíly u všech dvojic značek i –tého a j –tého výběru. V tomto případě jsou značky Memorex 50
a Fujifilm obecně více chybové oproti značkám Sony a Verbatim, kde rozdíl nebyl prokázán. Tab. 20 Mnohonásobné porovnávání chyb PIF u disků vystavených UV záření
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
-78
-78 0
Sony -12 66 66
6.5.5 Vyhodnocení disků nepodrobovaných experimentálním zkouškám Určitá část disků nebyla podrobena experimentálním zkouškám z důvodu následného porovnání chybovosti médií uchovávaných dle doporučení výrobce se zkoušenými disky. Disky byly uskladněny v úložném boxu a testovány po uplynutí doby 5-ti měsíců. U obou druhů chyb vyskytujících se na CD-R discích byl pomocí Kruskal-Wallisovy statistiky dle vztahu (1) prokázán rozdíl mezi značkami, jelikož hodnota testové statistiky v obou případech přesáhla příslušnou kritickou hodnotu
χ 02,95 (3) = 7,81 , viz příloha 1. U vyhodnocení chyb c1 je Q = 20,76 a u chyb druhu c2 Q = 20,63. Metoda mnohonásobného porovnávání znázorňuje, které ze dvou konkrétních značek se od sebe na hladině významnosti α = 0,05 významně liší, viz tabulka 21 a 22. Jedná se o rozdíly pořadí i –tého a j –tého výběru, jejichž absolutní hodnota překračuje příslušnou kritickou hodnotu 62,9 (viz příloha 2). Tab. 21 Porovnávání chyb c1 u disku nepodrobených zkouškám
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
12
84 72
Sony 72 60 -12
Na hladině významnosti α = 0,05 byl prokázán rozdíl mezi značkami Verbatim vs. Fujifilm, Verbatim vs. Sony a Memorex vs. Fujifilm.
51
Mnohem důležitější je vyhodnocení chyb c2, viz tabulka 22. Na hladině významnosti α = 0,01 byl prokázán pouze rozdíl mezi značkami Verbatim a Fujifilm, jelikož přesahuje kritickou hodnotu pro tuto hladinu významnosti 76,3 (viz příloha 1). Tab. 22 Porovnávání chyb c2 u disku nepodrobených zkouškám
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
14
Sony
77 63
81 67 4
S ohledem na prioritní postavení chyb c2 lze konstatovat, že značky Fujifilm a Sony se dají na hladině významnosti α = 0,05 považovat za stejně chybové a jsou méně chybové než zbývající značky Memorex a Verbatim, u kterých rozdílná chybovost nebyla prokázána. Na hladině významnosti α = 0,01 byla prokázána pouze zvýšená chybovost značky Verbatim oproti značkám Fujifilm a Sony. DVD-R disky vybraných značek také vykazují rozdíly v chybovosti, jelikož Q = 21,6 ≥ χ 32 (7,81) pro chyby PIE a Q = 14,35 ≥ χ 32 (7,81) pro chyby PIF.
U chyb PIE byl na hladině významnosti α = 0,05 prokázán rozdíl mezi skupinami zvýrazněnými v tabulce 23. Značka Memorex je výrazně více chybová než značky Verbatim a Sony. Rovněž disky značky Fujifilm jsou více chybové oproti značce Verbatim, ale vztahu ke značce Sony však rozdíl prokázán nebyl. Tab. 23 Porovnávání chyb PIE u disku nepodrobených zkouškám
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
-108
-72 36
Sony -36 72 36
V případě chyb PIF byla prokázána zvýšená chybovost disků značky Memorex oproti značkám Verbatim a Sony. Ostatní dvojice se dají pokládat za rovnocenné (viz tabulka 24). 52
Tab. 24 Porovnávání chyb PIF u disku nepodrobených zkouškám
i Verbatim Memorex Fujifilm
j Memorex
Fujifilm
-88
-44 44
Sony -20 68 24
Na hladině významnosti α = 0,01 existuje u chyb PIF odlišnost pouze mezi skupinou Memorex a Verbatim. Všechny skupiny jsou na této hladině významnosti srovnatelné až na horší úroveň značky Memorex.
53
7 Souhrnné vyhodnocení Předchozí kapitola je zaměřena na porovnání chybovosti značek v rámci jednotlivých zkoušek a dle jednotlivých druhů chyb. Výsledky jednotlivých značek disků se napříč jednotlivým zkouškám a mezi kategoriemi CD-R a DVD-R disků vzájemně liší. V porovnávání budeme vycházet z jednotlivých součtů pořadí, které byly určeny pro účely Kruskal-Wallisova testu. Stejně jako v předchozích případech,
čím vyšší je součet pořadí, tím více je daná skupina disků chybová. Ačkoliv jsou ve skutečnosti chyby c2 významnější než chyby c1, budeme v tomto případě předpokládat stejnou závažnost těchto druhů chyb. Chyby c1 jsou sice do jisté míry náhodné, můžeme však říci, že zvýšený výskyt chyb c1 zvyšuje pravděpodobnost výskytu chyb c2. Naopak chyby c2 se mohou vyskytnout pouze v případech, kdy opravné algoritmy chyb c1 jsou neúčinné. V následujícím shrnutí nebude brán zřetel na to, že mezi některými dvojicemi médií rozdíl prokázán nebyl a hodnocení značek bude provedeno pouze na základě výsledného součtu pořadí chyb. U disků podrobených zkoušce škrábání ze spodní strany je přehled jednotlivých pořadí chyb znázorněn v tabulce 25. Nejnižší součet pořadí znamená nejnižší počty chyb, proto je tomuto pořadí přiřazena známka 1. Nejhorší známka je přiřazena nejvyššímu součtu pořadí. Průměrné známky příslušné chybám v rámci kategorie CD-R a DVD-R jsou uvedeny v tabulce 26. Tab. 25 Součty pořadí chyb v rámci značek – disky škrábané ze spodní strany c1
c2
PIE
PIF
Fujifilm
48
24
97
98
Memorex
91
54
125
113
Sony
42
93
57
68
119
129
21
21
Verbatim
Ačkoliv se u CD-R disků skupina Verbatim jevila jako nejhorší, v případě DVD-R dosahuje tato značka nejlepší úrovně.
54
Tab. 26 Hodnocení značek dle součtů pořadí, disky škrábaných ze spodní strany
Značka
Průměrné Průměrné Hodnocení Hodnocení Hodnocení Hodnocení hodnocení hodnocení dle c1 dle c2 dle PIE dle PIE CD-R DVD-R
Průměrné hodnocení značky
Fujifilm
2
1
1,5
3
3
3
2,25
Memorex
3
2
2,5
4
4
4
3,25
Sony
1
3
2
2
2
2
2
Verbatim
4
4
4
1
1
1
2,5
V případě škrábání disků ze spodní strany dosahuje v průměru nejnižšího součtu pořadí značka Sony. Na druhém místě je značka Fujifilm, na třetím místě značka Verbatim a na čtvrtém skupina disků Memorex. Součty pořadí chyb zjištěné při testování chybovosti v závislosti na ohybu jsou uvedeny v tabulce 27. Analogicky jako v předchozím případě jsou skupiny disků očíslovány podle součtu pořadí zjištěných chyb a na základě toho je jim přiřazeno výsledné hodnocení v kategoriích CD-R a DVD-R disků. viz tabulka 28. Nejmenší hodnota znamená v průměru nejnižší pořadí a naopak. Tab. 27 Součty pořadí chyb v rámci značek – ohýbané disky c1 Fujifilm Memorex Sony Verbatim
c2
PIE
PIF
32
39
92
96
110
109
127
83
46
39
39
71
112
113
42
50
Tab. 28 Hodnocení značek dle součtů pořadí, ohýbané disky
Značka
Průměrné Průměrné Hodnocení Hodnocení Hodnocení Hodnocení hodnocení hodnocení dle c1 dle c2 dle PIE dle PIE CD-R DVD-R
Průměrné hodnocení značky
Fujifilm
1
1,5
1,25
3
4
3,5
2,375
Memorex
3
2
2,5
4
3
3,5
3
Sony
2
1,5
1,75
1
2
1,5
1,625
Verbatim
4
4
4
2
1
1,5
2,75
V tabulce 29 jsou uvedeny součty pořadí chyb zjištěné měřením chybovosti u disků vystavených nízké teplotě. Pořadí disků určené na základě těchto součtů pořadí je uvedeno v tabulce 30. Čím menší je výsledná hodnota, tím méně chybová daná značka v průměru je.
55
Tab. 29 Součty pořadí chyb v rámci značek – disky vystavené nízké teplotě c1
c2
Fujifilm
42
Memorex Sony Verbatim
PIE
PIF
44,5
97
87
99
99
125
122
36
33,5
56
49
123
123
22
42
Tab. 30 Hodnocení značek dle součtů pořadí, disky vystavené nízké teplotě
Značka
Průměrné Průměrné Hodnocení Hodnocení Hodnocení Hodnocení hodnocení hodnocení dle c1 dle c2 dle PIE dle PIE CD-R DVD-R
Průměrné hodnocení značky
Fujifilm
2
2
2
3
3
3
2,5
Memorex
3
3
3
4
4
4
3,5
Sony
1
1
1
2
2
2
1,5
Verbatim
4
4
4
1
1
1
2,5
U disků vystavených nízké teplotě se dá celkově za nejméně chybovou značku považovat značka Sony. Na druhém místě je značka Fujifilm a Verbatim. Nejvíce chybovou se ukázala značky Memorex. Souhrnné vyhodnocení chybovosti značek u disků vystavených UV záření je uvedeno v tabulce 31. Hodnocení jednotlivých značek CD-R disků bylo provedeno stejně jako v předchozích případech pomocí ohodnocení absolutních součtů pořadí uvedených, viz tabulka 32. Tab. 31 Součty pořadí chyb v rámci značek – disky vystavené UV záření c1 Fujifilm Memorex Sony Verbatim
c2
PIE
PIF
38
21
62
111
105
57
123
111
40
93
80
45
117
129
35
33
Tab. 32 Celkové hodnocení značek u disků vystavených UV záření
Značka
Průměrné Průměrné Hodnocení Hodnocení Hodnocení Hodnocení hodnocení hodnocení dle c1 dle c2 dle PIE dle PIE CD-R DVD-R
Průměrné hodnocení značky
Fujifilm
1
1
1
2
3,5
2,75
1,875
Memorex
3
2
2,5
4
3,5
3,75
3,125
Sony
2
3
2,5
3
2
2,5
2,5
Verbatim
4
4
4
1
1
1
2,5
56
Celkové hodnocení ukázalo, že v průměru stejně chybové. Nejvíce chybovou se opět ukázala značka Sony. Pro disky uchovávané dle doporučení výrobce jsou jednotlivé součty pořadí chybovosti znázorněny v tabulce 33. Na základě souhrnných výsledků pořadí bylo určeno výsledné hodnocení dle druhu médií, které je uvedeno v tabulce 34. Tab. 33 Součty pořadí chyb – disky uchovávané dle doporučení výrobce c1 Fujifilm Memorex Sony Verbatim
c2
PIE
PIF
33
41
93
81
105
104
129
125
45
37
57
57
117
118
21
37
Tab. 34 Celkové hodnocení značek u disků uchovávaných dle doporučení výrobce
Značka
Průměrné Průměrné Hodnocení Hodnocení Hodnocení Hodnocení hodnocení hodnocení dle c1 dle c2 dle PIE dle PIE CD-R DVD-R
Fujifilm
1
2
Memorex
3
Sony
2
Verbatim
4
Průměrné hodnocení značky
1,5
3
3
3
2,25
3
3
4
4
4
3,5
1
1,5
2
2
2
1,75
4
4
1
1
1
2,5
Na základě výše uvedených hodnocení nelze určit, který z vlivů je největší. Rozdílnost vlivů lze nejjednodušeji posoudit na základě průměrných počtů naměřených chyb, které jsou uvedeny v tabulce 35 pro CD-R a 36 pro DVD-R. Pro následující závěry je v případě nejednoznačností brán více zřetel na chyby c2 (PIF).
57
Tab. 35 Průměrný počet chyb CD-R disků
c2
c1
Značka Fujifilm Memorex Sony Verbatim Fuji Memorex Sony Verbatim
Disky nepodrobené zkouškám
Škrábání ze spodní strany
423 614,5 1 349 723,3 460 502,0 1 759 583,8 9 981,3 2 937,7 4,3 3,3
475 228,3 1 435 815,0 466 972,8 2 001 980,8 8 806,7 8 071,5 3,5 0,8
Ohyb 391 541,3 1 714 105,7 455 599,2 1 733 357,0 5 675,5 20 470,7 18,8 30,7
Nízká teplota 455 317,7 1 631 980,0 449 320,8 2 869 444,7 42 557,2 14 851,8 7,0 4,2
UV záření 478 858,3 3 313 922,5 485 867,7 3 886 739,5 38 613,5 11 339,5 12,3 11,3
V případě CD-R disků jsou největší průměrné počty chyb u značek Fujifilm a Memorex. Naopak značky Sony a Verbatim dosahují poměrně vysoké odolnosti vůči všem vlivům. Nejhorší vliv na chybovost byl zaznamenán v případě UV záření a nízké teploty. Vliv ohybu je nejvíce patrný u značky Memorex. Disky škrábané ze spodní strany dosahují téměř stejné průměrné chybovosti jako disky uchovávané dle doporučení. Tab. 36 Průměrný počet chyb DVD-R disků Disky nepodrobené zkouškám
Škrábání ze spodní strany
Fujifilm
1 847 996,3
2 104 036,0
1 167 787,5
1 381 397,5
1 321 683,5
Memorex
PIE
Značka
Nízká teplota
UV záření
3 582 925,5
3 134 681,2
2 773 310,0
2 643 715,0
2 887 690,0
Sony
691 990,8
777 268,5
434 426,3
573 028,8
782 145,3
Verbatim
446 210,3
468 241,3
426 244,5
397 091,0
444 247,5
7 923,2
34 676,0
32 823,8
7 567,8
26 479,6
11 603,8
79 527,8
22 168,7
15 758,0
22 657,2
Sony
4 762,5
13 388,3
18 091,2
4 121,5
5 265,0
Verbatim
3 001,8
5 390,5
14 006,3
2 362,8
3 268,7
Fuji
PIF
Ohyb
Memorex
DVD-R se obecně ukázala jako nejvíce náchylná na poškrábání ze spodní strany disku. Taktéž ohyb způsobuje značné zvýšení chybovosti oproti diskům nepodrobeným zkouškám. Chybovost disků vystavených UV záření po krátkou dobu (do 24h.) nemá destruktivní účinky, jak varují některé publikace, avšak pokud by tato expozice trvala delší dobu, nelze na základě patrného zhoršení toto tvrzení zcela vyvrátit. U DVD-R disků vystavených nízké teplotě nebyla prokázána větší chybovost, naopak, průměrná chybovost těchto disků je menší než u disků 58
uchovávaných dle doporučení výrobce. To může být zapříčiněno tím, že disky sice byly vystaveny nedoporučované nízké teplotě, ale byly poměrně šetrně uloženy v dvojitém obalu, což je chránilo před vlhkem a světlem. Otázkou zůstává, jak by se chybovost změnila v delším časovém horizontu. Souhrnně lze konstatovat, že značka Sony je schopna relativně nejlépe uchovat zaznamenaná data na médiích navzdory různým experimentálním podmínkám. Ostatní značky také prokázaly schopnost uchovat si záznam v poměrně dobrém a pro mechaniku čitelném stavu. Lze jen odhadovat, jak by se zhoršila integrita dat v delším časovém horizontu. Pravděpodobně by se narušila
čitelnost nejdříve u více chybových disků. Na základě tohoto předpokladu je záznam nejvíce ohrožen u značky Memorex.
59
8 Dotazníkové šetření V souvislosti
s problematikou
této
diplomové
práce
jsem
kromě
experimentu s optickými médii provedla dotazníkové šetření, ření, jehož cílem bylo zjistit míru využití optických médií mezi respondenty, respondenty jejich jich zkušenosti s kvalitou, vnímání kvality vybraných značek, znač ale také částečně č č ě prověřit ěřit znalost technologie optických disků. ů. Konkrétní podoba dotazníku je uvedena v příloze 3. Sběr dat probíhal osobně a prostřednictvím internetu. Celkem bylo dotázáno 150 respondentů. respondentů Jelikož dotazníky byly distribuovány především ředevším přes webové stránky Studentské unie ŠKODA AUTO a.s. Vysoké školy, o. s, nejvíce respondentů ů je ve věku ěku do třiceti tř let. Jak ukazuje obrázek 20, jedná se především př o průměrné ů ě uživatele počítač čítače. Pro tuto věkovou kategorii je však charakteristický také vysoký podíl počítačových č čových fanoušků. fanoušků
Obr. 20 Využití počítače č če
8.1 Využití optických médií Současné časné využití optických disků pro zálohování dat je stále poměrně vysoké, i když je tato to technologie vytlač vytlačována č jinými způsoby ů ůsoby archivace dat. S poklesem cen počítačových čítačových technologií roste obliba ukládání dat na Hard-discích,, což také potvrzuje vyhodnocení dotazníku. Tato alternativa zálohování dat at zastupuje 38% odpovědí ědí na otázku, jak respondenti nejčastěji nejč ě zálohují data. Optické disky zaujímají ve způsobech ůsobech zálohování dat druhou a třetí pozici, a to s 23% odpovědí u DVD disků a 15% u CD. Statistické šetř šetření také prokázalo poměrně ě ě vysoký podíl lidí, kteří kteř data nezálohují vůbec. Do kategorie jiné patří ř především ř lidé, kteří ří k zálohování dat používají FlashDisk, viz obrázek 21. 60
Obr. 21 Způsob ůsob zálohování dat
Součástí průzkumu bylo také zjistit průměrný počet čet vypálení optických disků. Většina respondentů vypaluje v průměru méně ě než 5 disků ů měsíčně mě č ě (57% u CD a 49% u DVD), viz obrázek 22. Mohlo by se zdát, že se jedná o nízké využití optických disků, ů, ale jen pro ilustraci, v případě ř ě vypálení 5 disku měsíčně ěsíčně, se jedná o 282 GB u DVD a 197.400 MB u CD ročně, což představuje tavuje pomě poměrně ě vysoký objem dat. Třetina z dotazovaných na optická média nevypaluje vůbec. ůbec. Do této kategorie patří ř téměř ěř všichni respondenti, kteří kteřří uvedli, že data nezálohují a dále lidé, kteří ří využívají jiných způsobů způ ů archivace dat.
Obr. 22 Měsíční ě č počet čet vypálených disků v %
Až 73% % dotazovaných vypaluje na optická média většinou pro soukromé účely. čely. Tento výsledek není nijak překvapivý, př vezmeme-li v úvahu, že sběr sbě dat probíhal především ředevším mezi studenty. Necelých 17% respondentů ů na optické disky samo data nezaznamenává a zbylých 10% používá disky spíše pro firemní účely. 61
8.2 Problémy s kvalitou optických disků Téměř všichni dotazovaní respondenti, rovných 95%, někdy zaznamenali problémy s kvalitou optických disků. Vyhodnocení odpovědí na otázky spojené s kvalitou těchto respondentů jsou uvedeny v tabulce 37. V prvním sloupci jsou absolutní četnosti jednotlivých odpovědí a ve druhém sloupci je uveden procentní podíl těchto četností na celkovém počtu výskytů sledované kategorie. Poslední sloupec vyjadřuje procentní relativní četnost k počtu respondentů. Tab. 37 Problémy s kvalitou optických disků Odpovědi
Relativní četnost k počtu respondentů
N
%
na nové CD/DVD nejde zapisovat
59
24,0%
39,3%
disk nešel otevřít/přehrát na jiném zařízení
83
33,7%
55,3%
hudební CD se zadrhává
69
28,0%
46,0%
odpadává horní vrstva disku
30
12,2%
20,0%
5
2,0%
3,3%
246
100,0%
Jiné Celkem
7
164,0%
Z tabulky je zřejmé, že nejčastějším problémem s kvalitou byla nemožnost přehrání disku na jiném zařízení (33,7% odpovědí), který zaznamenalo 55,3% respondentů. Poměrně vysoký počet respondentů (39,3%) se také setkal s novými disky, na které nebylo možno zapisovat. Téměř polovina dotazovaných, 46%, zaregistrovala problémy s hudebními médii, která se při přehrávání zadrhávala. S odpadáváním hodní (odrazové) vrstvy disku se setkalo 20% dotazovaných respondentů. Příčinou tohoto problému může být, vedle kvality samotného disku, nevhodná manipulace a skladování např. ve vlhkém prostředí. Do kategorie jiné spadají odpovědi typu vymizení záznamu po určité době (nejméně již rok), nemožnost přehrání či otevření disku bezprostředně po vypálení, CD-RW přestal být čitelný a přepisovatelný nebo se objevilo zadrhávání vypálených dat na DVD či nezobrazování obsahu.
7
Hodnota nad 100% znamená, že řada respondentů zaznamenala více než 1 problém s kvalitou.
62
Až na pár výjimek, dotazovaní respondenti nikdy nezkoušeli testovat kvalitu optických disků. Pouze 7,3% se setkalo s testovacími programy, kterými se dá minimalizovat riziko ztráty informace pomocí včasného identifikování chybového disku.
8.3 Rychlost vypalování Nadpoloviční většina dotazovaných (58,8%) uvedla, že neví, jakou rychlostí vypaluje. Pouze 17,6% uvedlo, jakou rychlostí vypalují různé typy dat. U CD respondenti nejpomaleji vypalují hudbu, poté video. U DVD je toto pořadí naopak. V obou případech respondenti nejrychleji vypalují data. Stejnou rychlost vypalování pro oba druhy optických médií používá 23,6% dotazovaných. Až na pár jednotlivců používají ve svůj prospěch minimální rychlost, nebo rychlosti do 24x8.
8.4 Vnímání kvality vybraných značek Součástí šetření bylo zjistit, jak respondenti vnímají kvalitu jednotlivých značek optických médií, která byla zařazena do experimentu. Respondenti byli vyzváni k očíslování vybraných značek od nejvíce po nejméně kvalitní. Velký vzorek dotazovaných však místo číslování zvolil metodu známkování. Z tohoto důvodu bylo provedeno dvojí vyhodnocení. Skupina respondentů, která jednotlivé značky číslovala (cca 50%), zaujímá názor, že nejkvalitnější optické disky jsou značky Verbatim. Druhé místo zaujímá značka Sony, dále Fujifilm a nejméně kvalitní je značka Memorex, a to v obou sledovaných kategoriích CD-R a DVD-R disků. Výsledky v obou kategoriích se liší pouze nepatrně a výkyvy v jednotlivých kategoriích nemají vliv na celkové pořadí jednotlivých značek. Z tohoto důvodu jsou na obrázku 23 znázorněny výsledky
číslování značek pouze pro kategorii CD-R disků. (Nejkvalitnějším diskům bylo přiděleno číslo 1, nejhorším číslo 4.) Tabulka příslušná grafu je uvedena v příloze 4. V této příloze je uveden také graf s tabulkou znázorňující vnímání kvality DVD-R disků.
8
CD: 1x = 150 kBps, DVD: 1x = 1.35 MBps (1,350kBps).
63
80% 60% 40% 20% 0% 1
2
Fujifilm
3
4
Memorex
Sony
značku nezná Verbatim
Obr. 23 Hodnocení kvality značek CD-R disků
Respondenti, kteří ří ř hodnotili kvalitu vybraných značek značček pomocí známkování, známkování zvolili za nejkvalitnější ější ě znač značku č Sony, avšak rozdíl oproti značce čce č Verbatim je velmi nepatrný.
Jednotlivé
známkování
znač značek č
znázorněno ě ěno
je
na polygonech
absolutních četností tností známek, viz obrázky 24 a 25.
50 40 30 20 10 0
50 40 30 20 10 0 1
2
3
4
značku neznám
1
2
3
4
značku neznám
FUJIFILM
Memorex
FUJIFILM
Memorex
Sony
Verbatim
Sony
Verbatim
Obr. 24 Polygon absolutních četností
Obr. 25 Polygon absolutních četností
známkování značek disků CD-R R
známkování značek disků DVD--R
Odlišnosti ve vyobrazených polygonech jsou pouze drobného charakteru, což svědší ě o společném čném vnímání kvality znač značky, jak pro CD-R, R, tak pro DVD DVD-R disky. Známkování disků ů je velmi podobné mezi značkami znač čkami Sony a Verbatim, a Memorex a Fujifim.
64
Odpovědi zastupující neznalost značek nebyly zahrnuty do vyhodnocení, je však nutné poukázat na velký počet respondentů, které značky Fujifilm a Memorex neznají.
8.5 Životnost Většina dotazovaných respondentů 57,9% se domnívá, že životnost disků CD a DVD je stejná. Téměř třetina dotazovaných (30,7%) si myslí, že DVD disky mají vyšší životnost než CD a pouze 11,4% se domnívá, že data uložená na CD discích vydrží déle než na DVD. Nejvíce rozšířený názor (91,9%) je, že životnost optických disků je menší než 30 let. Na obrázcích 26 a 27 jsou uvedeny histogramy četností životnosti jednotlivých kategorií disků životnosti do 30 let.
64
70
60 50
60 životnost v letech
životnost v letech
70 47
40 30 20 10
12 6 2
5
50
53 44
40 30 20
16
10
0
16 1
3
0
roky
roky Obr. 26 Histogram životnosti CD-R do 30 let
Obr. 27 Histogram životnosti DVD-R do 30 let
65
8.6 Faktory poškozující optické disky Součástí č šetření ření ř bylo zjistit jednotlivé názory ohledně ě škodlivých vlivů ů na kvalitu optických disků. ů. ů Respondenti měli mě ěli vybrat 3 potenciální faktory a seřadit seřř je podle závažnosti. Za nejškodlivě nejškodlivější ě faktory jsou považovány především ředevším ř škrábance ze spodní strany disku, ohýbání a prach. prach Poměrně ě ě vysoký počet poč respondentů ů (25%) uvedl faktory, které si myslí, že mají vliv na kvalitu disků, ů nicméně ě neurčili č pořadí řadí ř jejich závažnost závažnosti. Z tohoto důvodu byly tyto odpovědi ědi vyhodnoceny samostatně. samostatně Závěrem vyhodnocení jsou taktéž škrábance krábance ze spodní strany disku a prach. Třetím, řetím, odlišným faktorem je vlhkost.
8.7 Nákup a skladování optických disků Kvalitu a uchování dat na vypálených médiích výrazně ě ovlivňuje ňuje také jakost samotných prázdných disků, disků které nakupujeme. Nejen že existují rozdíly ve kvalitě mezi výrobci nebo značkami, čkami, mohou existovat také rozdíly ve kvalitě způsobené ů odlišnou distribucí a skladováním. Jak již bylo uvedeno, nejlepší je skladovat disky samostatně, ě, a tak je tomu i s novými disky. Než se disk dostane ke spotř spotřebiteli, je sním často manipulováno, čímž č se disk může ů skrytě ě poškodit. Je tedy lepší kupovat samostatně ě zabalené disky, disky čímž se minimalizuje riziko nákupu porušeného disku. Jak ukazuje obrázek 28, 56% respondentů však dává přednost nákupu disků ů v ekonomickém balení na tzv. spindlu.
Obr. 28 Balení nakupovaných optických disků v %
66
Většina ětšina lidí uchovává disky v pevném obalu nebo v tzv. peněžence ěžence, což jak již bylo uvedeno dříve říve je nejbez nejbezpečnější způsob skladování disků.. Zatímco při nákupu hraje významnou roli cena, při přři skladování je vedle ochrany dů důležitý ů systém uchování disků ů či estetika balení, což přispívá př k volbě ě těchto ěchto obalů. Velká část respondentů č ů skladuje disky na tzv. spindlu. Tento způsob ůsob je nejméně nej prostorově ě náročný, čný, č nicméně ě co se týče če č uchování záznamu dat nešetrný. Způ Způsoby ů skladování zobrazuje obrázek 29. 1% papírový obal
7%
31%
pevný obal 36%
spindl samovolně (bez obalu)
22%
úložný box, tzv. peněženka
3%
jiné
Obr. 29 Skladování disků
8.8 Oblíbenost značek ček optických médií Téměř 47% % dotazovaných respondentů má určitou oblíbenou značku optických médií. Z nich nejoblíbeně ejoblíbenější značkou u dotazovaných je Verbatim a na druhém místě je značka čka Sony, Sony kterou preferuje 23% výše zmíněných ěných respondentů. respondentů Další jmenované značky čky byly Bell, Emgeton, Imation a Memorex, které jsou zahrnuty v kategorii jiné, z důvodu dů velmi nízké četnosti, č viz obrázek 30 30. Vysoké procento oblíbenosti znač značky Verbatim svědčí ě čí o dobrém marketingu společnosti. čnosti. Média této znač značky jsou jedna z prvních, která se objevila na českém trhu, jsou velice rozšířená řená a dostupná téměř v každém obchodě ě s výpočetní technikou. Spotřebitelé řebitelé ř tyto disky vnímají jako kvalitní médium za přijatelnou přřijatelnou cenu.
67
Obr. 30 Oblíbenost značek znač optických disků ův%
8.9 Současné časné využití Blu-ray Blu technologie V současné době se Blu-ray technologie v České republice teprve rozšiř rozšiřuje. Důvodem ůvodem je velice nízká poptávka p jak po mechanikách, tak po discích a to z důvodu vysoké ceny. Z dotazníku je patrné, že většina vě ětšina respondentů ů technologii zná, ale zatím s ní nemá žádné zkušenosti, viz obrázek 31. Dalším důvodem ůvodem malé rozšířenosti rozšíř je zatím nízká potř potřeba využití vysokokapacitního disku. Opodstatnění využití těchto disků ů je především př v ukládání videa vysokého rozlišení. Jelikož v současné č době ě většina ětšina ččeských televizních kanálů nevysílá ve Full-HD, Full mnoho spotřebitelů s investicí do této technologie vyčkává. Používání těchto tě ě disků ů pro ukládání běžných ěžných ě uživatelských dat by bylo pro mnohé nepraktické a neekonomické. 4% 2% 34%
nezná Blu-ray disky zná Blu-ray, ray, ale nepoužívá je disky aktivně používá
60%
jiné
Obr. 31 Použití Blu-ray ray disků v %
68
Taktéž čísla charakterizující neznalost této technologie jsou překvapivě vysoká. Hlavním důvodem tohoto faktu je pravděpodobně nedostatečná marketingová podpora. Pouze malá část respondentů Blu-ray technologii aktivně využívá, nicméně podle odhadu asociace Blu-ray forum.cz by již v roce 2012 měla být polovina
českých domácností těmito přehrávači vybavena [15].
69
9 Závěr Hlavním cílem práce bylo zjistit, zda existují rozdíly v chybovosti u vybraných značek optických médií v různých experimentálních podmínkách. Značky testovaných médií byly vybrány s ohledem na dostupnost v obou kategoriích zkoumaných CD-R a DVD-R disků a rovněž s ohledem na jejich cenu tak, aby v experimentu bylo zastoupeno více cenových kategorií. Do experimentu byly zahrnuty čtyři značky, které jsou běžně dostupné na českém trhu. Jedná se o značky Fujifim, Memorex, Sony a Verbatim. Byla pozorována chybovost na médiích uchovávaných dle doporučení výrobce, dále na discích vystavených nízké teplotě, UV záření, ohybu a na discích škrábaných ze spodní strany. Účelem testování nebylo optické disky zničit, ale pouze docílit takového poškození, které zapříčiní zvýšenou chybovost. Práce poskytuje informace o problematice záznamu dat, poukazuje na rozdílnou kvalitu, respektive chybovost u pozorovaných médií při různých zkouškách. Rovněž poukazuje na změny průměrné chybovosti disků v důsledku působení rozdílných vlivů, a tím nabízí čtenářům základní povědomí o způsobech minimalizace pravděpodobnosti poškození dat pomocí použití vhodného média a způsobu zacházení. Součástí práce je zároveň dotazníkové šetření u 150 respondentů, obsahující odpovědi poukazující na současné využití této technologie a na základní znalosti této problematiky u dotazovaných respondentů. Výsledky experimentu prokázaly, že mnohdy i lacinější značky mohou konkurovat ostatním značkám či dosahovat lepší úrovně chybovosti než některá dražší média. Naopak média, která respondenti považují za nejvíce kvalitní, se v mnoha případech ukázala jako více chybová ve vztahu k ostatním zkoumaným značkám. Negativní dopady v důsledku ztráty dat jsou nevyčíslitelné, což poukazuje na nezbytnost kvalitní zálohy. Cílem této práce je poukázat na úskalí zálohování dat na optických discích a informovat o tom, které vlivy mohou působit negativně na záznam. Nezanedbatelnou příčinou ztráty dat je samozřejmě časový faktor. 70
Tato nesporně důležitá oblast nebyla však v této práci zcela obsažena, protože problém by musel být řešen v řádu několika let. Nicméně výskyt chyb naměřených na discích v průběhu experimentu poukazuje na rostoucí chybovost v závislosti na
čase. Nevyhrazuji si právo určit či jmenovat konkrétní značku, která napříč všemi zkouškami dopadla nejhůře či nejlépe. Posouzení nechám na každém jednotlivci. Nutno zdůraznit, že pro vyšší závaznost tohoto závěru by bylo žádoucí zvýšit variabilitu experimentálních podmínek např. použitím různých rychlostí zápisu či za použití více druhů mechanik. Vzhledem k časové náročnosti jednotlivých zkoušek a omezených finančních prostředků však nebylo možné takto rozsáhlý projekt plně realizovat.
71
10 Seznam literatury [1]
ANDĚL, J. Matematická statistika. Praha: SNTL/ALFA, 1978. 346 s.
[2]
DEDEK, J. Vypalovačky a vypalovací média CD a DVD. Brno: Computer Press, a.s., 2006. 157 s. ISBN 80-251-0946-1.
[3]
HEBÁK, P. a kolektiv, Vícerozměrné statistické metody (1). 2. přeprac. vyd. Praha: INFORMATORIUM, 2007. 253 s. ISBN 978-80-7333-056-9.
[4]
HLAVENKA, J. a kolektiv. Velká kniha vypalování CD a DVD. 2. aktualiz. vyd. Brno: CP Books, a.s., 2005. 470 s. ISBN 80-251-0629-2.
[5]
HŮLOVÁ, M. a JAROŠOVÁ, E. Statistické modely v managementu kvality,
environmentu a bezpečnosti. 3. vyd. Praha: Oeconomica, 2004. 119 s. ISBN 80-245-0691-2. [6]
MICHELONI, R., MARELLI, A. a RAVASIO, R. Error Correction Codes for
Non-Volatile Memories. 1 vyd., 2008. 340 s. ISBN 978-1-4020-8390-7. [7]
POHLMANN,
K. Principles
of Digital Audio. 5.vyd.
2005.
842 s.
ISBN-13: 978-0-07-144156-8. [8]
ŘEZANKOVÁ, H. Analýza dat z dotazníkových šetření. 1. vyd. Příbram: Professional Publishing, 2007. 212 s. ISBN 978-80-86946-49-8.
[9]
OUTENBURG, H. Experimental Design and Model Choice. Heidelberg: Physica_Verlag, 1995. ISBN 3-7908-0873-3.
[10] WEBER, U. CD-ROM: Příručka pro začínající uživatele. Ostrava: HEL, 1996. 202 s. ISBN 80-902059-2-5.
Internetové zdroje [11] Deep in IT, diit.cz: Testování DVD médií na CD-R serveru [online]. c2009 [cit. 2009-09-22]. Dostupný z WWW:
. [12] DOHNALOVÁ, L. Dosavadní historie optických disků: od CD k Blu-ray [online]. c2006-2009 [cit. 2009-06-23]. Dostupný z WWW: . [13] Itlevne.cz: Zálohování dat [online]. [cit. 2009-11-18]. Dostupný z WWW: .
72
[14] Geoff M. a Corey J. DC Content and Digital Sum Value [online]. [cit.
2009-10-07].
Dostupný
z
WWW:
faculty%20pages/ballora/203B/DC_Content.html>. [15] Novinky.cz: Co bylo kdysi: Historie Blu-ray disků [online]. c2003-2009 [cit. 2009-10-04]. Dostupný z WWW: . [16] KÁLAL, J. Potvrzeno: Toshiba končí s HD DVD, válku formátů vyhrál Blu-ray [online].
c2005-2009
[cit.
2009-06-25].
Dostupný
z
WWW:
. [17] Lightscribe.uzasne.cz. Jak to funguje[online]. [cit. 2009-06-23]. Dostupný z WWW: . [18] Mrnka, L. Nevýhody NAS [online]. [cit. 2009-11-20]. Dostupný z WWW: . [19] SWMag.cz - softwarový magazín Mlejnek, M. Zálohování dat [online]. Dostupný z WWW: . [20] Technet.cz: Dvořák J. Jak správně zacházet s CD a DVD disky a co jim
nejvíce škodí? [online]. c1999 – 2010 [cit. 2009-10-24]. Dostupný z WWW: . [21] Technet.cz Všetečka R. a Kužník J. Myslíte si, že jsou vaše data na CD
v bezpečí? (3. díl) – Praktické rady [online]. [cit. 2009-10-24]. Dostupný z WWW: .
73
11 Seznam příloh 1
Tabulka kritických hodnot chí-kvadrát rozdělení
1 strana
2
Tabulka kritických hodnot pro mnohonásobné porovnávání
1 strana
3
Dotazník
1 strana
4
Vnímání kvality CD-R a DVD-R disků
1 strana
74
Příloha 1 - Tabulka kritických hodnot chí-kvadrát chí rozdělení 2 Kritické hodnoty χ f (α )
zdroj: [1]
Příloha 2 - Tabulka kritických hodnot pro mnohonásobné porovnávání
α = 0,05
α = 0,01
zdroj: [1]
Příloha 3 - Dotazník
Příloha 4 - Vnímání kvality CD-R a DVD-R disků
