Datenspeicherung auf Mikrofilm könnte Mikrofiche ersetzen

Revisionssichere Langzeitarchivierung mit „WORM-Filmen“

04.08.2007 | Autor / Redakteur: Bernd Schöne / Nico Litzel

Drei Laserstrahlen belichten ein Farbbild auf dem Spezialfilm. (Bild Fraunhofer IPM)
Drei Laserstrahlen belichten ein Farbbild auf dem Spezialfilm. (Bild Fraunhofer IPM)

Film ist tot, digital ist in. Daher fotografiert auch jeder auf Chip und nicht auf Film. Archivare denken genau andersrum. Sie haben nach Jahrzehnten vergebenen Wartens auf eine wartungsfreie Langzeitarchivierung von digitalen Informationen die Nase voll und setzen auf ein Medium, das sie gut kennen und die Zeiten garantiert ohne Update überdauert: den guten alten Silberhalogenidfilm. Dank COM (Computer Output Microfilm) sollen Daten 500 Jahre ohne Migration überdauern.

Reden zwei vom selben Ding, können sie durchaus völlig Verschiedenes meinen. Wenn das IT-Marketing den Begriff Langzeitarchivierung verwendet, sind bestenfalls Jahrzehnte gemeint. Wobei jedes zweite Soft- und Hardwareupdate einen Umkopierprozess nach sich zieht. Wenn die Leiter von Archiven und Bibliotheken über Langzeitarchivierung reden, denken sie über jahrhundertelange Aufbewahrung nach.

Kein Wunder, liegen doch in ihren Tresoren Dokumente, die manchmal Jahrtausende auf dem Buckel haben. Überlebt haben sie als Originale. Backups oder ähnliche Eingriffe waren weder möglich noch nötig. Diesen Service kann die IT-Welt nicht bieten.

Bis zu 500 Jahre haltbar

In dem halben Jahrhundert ihrer Existenz hat die IT Dutzende von Darstellungsverfahren verschlissen. Und jedes Bit erfordert nach nur einigen Dutzend Monaten Verweildauer auf einem Medium die nächste aufwendige Auffrischung. Für Langzeitarchive ist das völlig unbezahlbar. Kein Wunder, dass hier nach beständigen Lösungen gesucht wird. Das Medium dafür ist ganz eindeutig Film: Die Alterungsbeständigkeit des Materials ist auch praktisch für über hundert Jahre nachgewiesen, solange „leben“ die ältesten Negative. Dass hier noch mehr möglich ist, behaupten die Filmhersteller selbst, die mit einer Haltbarkeit ihres Mediums von bis zu 500 Jahren werben.

Die Idee, digitale Dokumente auf fotografischem Film zu speichern, ist nicht neu. Bereits seit Jahrzehnten bietet zum Beispiel die Dortmunder Firma DMS und ihre Tochter DMI diesen Service für Versicherungen und Krankenhäuser an. Dabei wird aber vom analogen Dokument nur ein Image beziehungsweise ein Screen Dump angefertigt. Die Dateien werden meist ins speicherintensive TIFF-Format umgewandelt und dann von einem Kodak-Belichter auf Schwarzweißfilm geschrieben. Zusammen mit digitalen Metadaten findet man so im „Ernstfall“ wichtige medizinische Dokumente und Versicherungspolicen wieder.

Bits auf Archivfilme

Im Labor von Prof. Elmar Wagner vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) in Freiburg geht man allerdings seit Anfang dieses Jahres konsequent einen anderen Weg: So wie man digitale Daten auf eine CD brennen und wieder auslesen kann, so könnte man das auch auf dem Medium Film machen.

Noch sind die Geräte Labormuster. In eineinhalb Jahren soll das System aber marktreif sein. Das Equipment zum Ausbelichten digitaler Farbbilder gibt es heute schon. „Wir liefern gerade die ersten Belichter aus“, erläutert David M. Weiss von der Frankfurter Firma Microarchives, die das vom IPM entwickelte Gerät vermarktet.

Finanziert wurde die Entwicklung teilweise aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums im Rahmen des „ARCHE“-Projektes zur Sicherung von Kulturgütern. Als Medium dient nicht ein normaler Kleinbildfilm vom Fotohändler, sondern ein neuentwickelter Farb-Archivfilm von Ilford aus der Schweiz, der außerordentlich unempfindlich ist, dafür aber über eine hohe Speicherdichte und Haltbarkeit verfügt. Dieser Film ermöglicht es erstmals, Dokumente in Farbe auf kleinstem Raum zu reproduzieren und für lange Zeit aufzubewahren.

Dieser Spezialfilm kommt in Rollen von 600 Metern Länge vom Hersteller und ist mit 35 Millimetern so breit wie handelsüblicher Kinofilm – allerdings fehlt die Perforation. Die ist bei der Archivierung überflüssig und würde nur teuren Speicherplatz verschlingen.

Zwar lassen sich solche Verkleinerungen auch optisch mit Spezialkameras erzeugen, doch das ist nicht das Optimum. Archivfilm ist rund 250-mal lichtunempfindlicher als gewöhnlicher Fotofilm.

Die geringe Körnigkeit stellt gleichzeitig extreme Anforderungen an die optischen Systeme, wenn die Qualität des Films wirklich ausgeschöpft werden soll. „Das Laserbild sieht einfach besser aus“, erklärt Professor Wagner. Die präzisen Laserstrahlen schöpfen die Speicherreserven des Films – im Gegensatz zu beugungsbegrenzten Objektiven – bis zum Anschlag aus.

Der Film ist so feinkörnig, dass sich bis zu 25 DIN-A4-Vorlagen auf ein 32 x 45 Millimeter großes Filmstück belichten lassen. Die kleinen Farbbildchen auf dem entwickelten Film wirken wie Dias. Doch der Archivfilm ist anders aufgebaut als der Diafilm aus dem Fotogeschäft. Er enthält reine Azofarbstoffe ohne Silber. Das macht ihn zusammen mit dem Polyestherträger besonders robust gegen Alterung und Farbveränderungen.

Belichtet wird das Material über drei wartungsarme Festkörperlaser, die sich rasend schnell in der Intensität modulieren lassen. Einen entsprechenden Belichter hatte man in Freiburg vor rund einem Jahrzehnt für den Münchner Kamerahersteller Arnold & Richter (Arri-Film) entwickelt. Die Academy of Motion Picture Arts and Sciences zeichnete den Arri-Belichter 2002 mit einem Sci-Tech-Award aus, dem sogenannten Technik-Oscar.

Von Harry Potter bis zu „Herr der Ringe“, es gibt kaum einen Streifen mit Spezialeffekten, der nicht durch einen Arri-Belichter lief. 150 Exemplare stehen weltweit in den Kopierwerken. Im Rahmen des „Arche“-Projekts wurde die Pixelgröße von sechs auf drei Mikrometer geschrumpft. Die Anzahl der Bildpunkte stieg auf 10.000 x 15.000 Pixel.

Die Mikrofilme mit den Faksimiles unersetzlicher Bildwerke, illuminierter Handschriften und Noten wandern nach der Verarbeitung in den St. Barbarastollen in der Nähe des Ortes Oberried (Nähe Freiburg). Hier sollen die vom Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK) erstellten Mikrofilme luft- und staubgeschützt in Metallkapseln die Wirren der Zeiten überdauern. Der Brand der Anna-Amalia Bibliothek in Weimar hat allen Beteiligten erneut gezeigt, wie wichtig die Sicherheitsverfilmung wertvoller Unikate ist.

So viel Detailreichtum ist nicht ganz billig. Der laufende Meter schlägt mit über fünf Euro zu Buche. Rund 250.000 Euro kostet zudem der Laserbelichter, der dazu passende Scanner – er ist gerade in der Entwicklung – wird preislich in derselben Klasse liegen und soll innerhalb der nächsten 18 Monaten Marktreife erlangen.

Beide Geräte zusammen ermöglichen es den Käufern, eine geschlossene analog-digitale und demnächst auch Digital-Analog-Digital-Archivierung anzubieten. In der Regel werden die Käufer Dienstleister sein, denn die teuren Geräte rechnen sich nur, wenn sie im Dauerbetrieb sind. Zudem erfordert die notwendige „Nassarbeit“ mit Fotochemie und Dunkelkammer besonders ausgestattete Räume und ein geschultes Personal.

Doch der Aufwand rechnet sich. „Bei einer Speicherdauer von mehr als fünf Jahren“, so Professor Wagner, „ist Mikroverfilmung günstiger als magnetischer Plattenspeicher.“ Archivieren bedeutet hier, den erstellten Datensatz so wie er ist für lange Zeit aufzubewahren. Nachträgliche Ergänzungen und Veränderungen sind beim Film naturgemäß nicht mehr möglich. Film ist also kein Ersatz für RAID & Co. Die Technik stammt schließlich aus dem Bereich der Kulturgut-Sicherung.

Revisionssichere Datenhaltung

Genau dieser Umstand macht den Film aber auch interessant für Anwendungen, in denen gar nicht die Langzeitarchivierung über Jahrhunderte sondern revisionssichere Datenhaltung im Vordergrund stehen. Die Konstruktionsunterlagen von Kernkraftwerken müssen schon heute für mindestens 80 Jahre vorgehalten werden, die europäische Flugaufsicht verlangt sogar, dass die Wartungsunterlagen von Flugzeugen über einen Zeitraum von 99 Jahren aufbewahrt werden. Der Anwender hat den Behörden die Integrität und Authentizität der Dokumente nachzuweisen. Ähnliche Nachweise verlangen Schiffsversicherer, die auch bei einem 50 Jahre alten Schiff im Schadensfall sämtliche Veränderungen am versicherten Objekt und alle Werftaufenthalte überprüfen möchten.

Auch wenn der Film, aus welchen Gründen auch immer, einmal umkopiert werden müsste, der Inhalt bleibt erhalten. Der Film hat die gesetzlich anerkannte Revisionssicherheit also quasi „eingebaut“.

Wenn nicht mehr nur Bilder, sondern demnächst auch Bitströme archiviert werden sollen, muss aber auch sichergestellt werden, das nicht kleine Veränderungen an den „Datenwolken“ (so ungefähr muss man sich ausbelichtete Daten auf Film vorstellen), etwa Staub oder langsam ausbleichende Farben, den Datensatz verändern können. Sie sind vergleichbar mit den Fehlerkorrekturverfahren, die bei CD und DVD zum Einsatz kommen. Am Institut für Nachrichtentechnik der TU-Braunschweig wird derzeit geklärt, welche Fehlerkorrekturverfahren für digitale COM-Anwendungen (Computer Output Microfilm) besonders geeignet sind. „Eine spannende Aufgabe für einen Nachrichtentechniker“, erläutert Professor Tim Fingscheidt von der TU-Baunschweig. Noch ist offen, welche Verfahren ein Höchstmaß an Sicherheit bei größtmöglicher Schreibdichte bieten. Damit ist allerdings auch noch unklar, ob das Ziel von einem Terabyte Daten pro Filmrolle übertroffen wird oder nicht.

Als Archivformat für die zu sichernden Dokumente wird sich vermutlich PDF/A durchsetzen, eine für Archivzwecke optimierte Version des bekannten Dateiformates PDF, die gegenüber dem Bildformat TIFF wesentliche Vorteile aufweist: PDF/A bietet die Möglichkeit der Volltextrecherche innerhalb der gespeicherten Informationen und ist zurzeit fast konkurrenzlos. Microsoft hat inzwischen allerdings ein eigenes Verfahren angekündigt.

Noch sind allerdings nicht alle Entscheidungen getroffen. Umstritten ist, ob die Archivierung von Daten wirklich auf dem relativ teuren Farbfilm erfolgen soll, der zudem nur in Ilford-P5-Chemie entwickelt werden kann. Die Auflösung des Films von 300 Linien pro Millimeter wird auch von Schwarzweißfilmen erreicht. „Der Film speichert nur drei mal mehr Daten, kostet aber zehn mal mehr als normaler Schwarzweißfilm“, so ein Mitarbeiter des Projektes. Die Bits würden in diesem Fall nicht als farbige Wolke, sondern als grauer Schleier erscheinen.

Eine weitere Stellschraube ist die Länge der Filmrolle: Man könnte auch Spulen mit 1.000 Metern Länge verwenden und so mehr Bits hineinpacken. Auch bei der Auflösung der Graustufen oder Farben ist das letzte Wort noch nicht gesprochen. An der TU-Braunschweig wird zurzeit geklärt, ob ein, zwei oder vier Bit pro Pixel optimal sind.

Fraglich ist auch, wie sehr man mit der Schreibdichte an die Grenzen des Films gehen soll. Die jetzt verwendeten drei Mikrometer Pixelgröße sind für den Belichter noch nicht das Ende der Fahnenstange, eventuell aber für den Film. Schließlich sollen die Punkte mit den Bitinformationen auch noch nach langer Zeit eindeutig auswertbar sein – auch mit Stockflecken und Staub. „Bei den Archiven steht vor allem Langzeitstabilität im Vordergrund“, erläutert Professor Wagner, „nicht die maximale Datendichte.“ Für andere Anwendungen, bei denen die Bits nicht Jahrhunderte sondern vielleicht nur Jahrzehnte überdauern müssen, bietet das Verfahren also noch Luft.

Fazit

Ein erfolgversprechender Versuch, Qualität „Made in Germany“ zweitzuverwerten. Der vom IPM entwickelte ARRI-Laser hat im Kino alle Konkurrenten aus den USA aus dem Feld geschlagen. Zusammen mit dem noch recht neuen Farbarchivfilm von Ilford aus der Schweiz könnte die jetzt vorgestellte Weiterentwicklung erstmals die Möglichkeit eröffnen, digitale Informationen ohne menschliches Zutun über lange Zeiträume zu bewahren.

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