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D igital V ersatile D isc Oliver Vornberger Fachbereich Mathematik/Informatik Universität Osnabrück

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Präsentation zum Thema: "D igital V ersatile D isc Oliver Vornberger Fachbereich Mathematik/Informatik Universität Osnabrück"—  Präsentation transkript:

1 D igital V ersatile D isc Oliver Vornberger Fachbereich Mathematik/Informatik Universität Osnabrück http://www-lehre.inf.uos.de/mm/mm15/paper/index.html http://www-lehre.inf.uos.de/mm/mm15/paper.pdf

2 Gliederung Überblick Optische Speicher CSS MPEG Filmtransfer Minerva Impression

3 Geschichte 1995: Vorschlag von Sony, Philips, Pioneer,... 1995: Vorschlag von Toshiba, Matshushita, Hitachi,... 1996: Einigung durch IBM

4 Pro bis zu 8 Stunden Qualitäts-Video 16:9-Unterstützung 8 Spur Digital Audio mit bis zu 8 Kanälen 32 Untertitel 9 Kamerastandpunkte interaktive Menus kein Rückspulen Haltbarkeit 100 Jahre

5 Contra noch kleiner Filmbestand noch keine Aufnahme PAL / NTSC-Varianten analoger Kopierschutz digitaler Kopierschutz Region-Code

6 Region Code 4 1 1 2 2 5 62 3 5 4

7 Verbreitung 15.000 erhältliche Titel 100.000.000 verkaufte DVDs 70.000.000 verkaufte Laufwerke

8 Lizenzgebühren Einmalig Pro Player Pro Disc Spezifikation5.000 $ DVD-Konsortium15.000 $ Sony, Philips, Pioneer,...10.00 $0.05 $ Toshiba, Matsushita, Hitachi,...12.00 $0.08 $ CSS10.000 $ Macrovision30.000 $ 0.07 $ Dolby1.00 $0.01 $ MPEG4.00 $0.04 $ Diverse3.00 $ Summe30.00 $0.25 $

9 DVD-Varianten DurchmesserSeitenSchichtenKapazitätSpieldauer DVD-512 cmSSSL4.37 GB2.0 Std. DVD-912 cmSSDL7.95 GB4.0 Std. DVD-1012 cmDSSL8.74 GB4.5 Std. DVD-1812 cmDSDL 15.90 GB 8.0 Std. DVD-1 8 cmSSSL1.36 GB0.5 Std. DVD-2 8 cmSSDL2.47 GB1.3 Std. DVD-3 8 cmDSSL2.72 GB1.4 Std. DVD-4 8 cmDSDL4.95 GB2.5 Std. DVD-R 1.012 cmSSSL3.68 GB1.5 Std. DVD-R 2.012 cmSSSL4.37 GB2.0 Std. DVD-RW 2.012 cmSSSL4.37 GB2.0 Std. DVD-RAM 1.012 cmSSSL2.40 GB1.3 Std. DVD-RAM 1.012 cmDSSL4.80 GB2.5 Std. DVD-RAM 2.012 cmSSSL4.37 GB2.0 Std. DVD-RAM 2.012 cmDSSL8.75 GB4.5 Std. DVD-RAM 2.0 8 cmDSSL1.36 GB0.5 Std.

10 Optische Speicher CD-ROM: Spurabstand 1,6 m 6 km Spurlänge Constant Linear Velocity von 1,3 m/sec

11 Optische Speicher Intensität des reflektierten Lasers Land Pit Fokussiersystem Fotodiode Laser Halb durchlässiger Spiegel

12 Channelbits 1: Wechsel von Land nach Pit oder von Pit nach Land 0: kein Wechsel Zu schnelle Wechsel kann der Laser nicht auflösen Zu lange Folgen behindern die Synchronisation Zwischen zwei Einsen : mindestens zwei Nullen Zwischen zwei Einsen : höchstens zehn Nullen 00010000000100100001000

13 Eight-to-Fourteen-Modulation (EFM) mit 14 Bits lassen sich 16384 Folgen bilden davon sind 267 zulässige Codewörter davon werden 256 ausgesucht zwischen je zwei Codewörter kommen 3 geeignete Merge-Channelbits Datenbyte 17 Kanalbits.

14 EFM-Beispiel für 4,5,2 10010000100000 Channelbits für 2Channelbits für 5 00000100010000 Channelbits für 4 01000100000000100010100000 001001000100000 110000100000000 210010000100000 310001000100000 401000100000000 500000100010000 600010000100000 700100100000000 801001001000000 910000001000000

15 CD-ROMDVD Faktor CD-ROM versus DVD 26.16 Mbit/sec Brutto10.08 Mbit/sec netto Channelbits pro Datenbye 17161.06 2 Beschreibbare Fläche in cm 86.087.61.02 mSpurabstand in 1.60.742.16 mMinimale Länge eines Pit in 0.830.402.08 Zahl der Bytes pro Datenblock inkl. Fehlerkorrektur 339024181.40 7 Gesamtfaktor

16 Content Scrambling System (CSS) 408 Schlüssel auf jeder DVD pro Lizenznehmer ein passender Schlüssel Videodaten verschlüsselt mit Title Key im Sektor Title Key verschlüsselt mit Disc Key im Sektor-Header Disc Key 408 mal verschlüsselt im Disc Key Sektor Authentifizierung durch Challenge-Response Datentransfer von Schlüssel und Daten

17 DecoderLaufwerk Authentifizierung Erzeugt Challenge c1 Berechnet Response r1 := f(c1, s) Verifiziiert r1 mit c1 und s Erzeugt Challenge c2 Berechnet Response r2 := f(c2, s) Verifiziiert r2 mit c2 und s Berechnet Bus Key b aus r1 und r2

18 DecoderLaufwerk Datentransfer sendet den mit 408 Player Keys verschlüsselten Disc Key Sektor P(s) sendet den mit dem Disc Key verschlüsselten Title Key d(t) sendet den mit dem Title Key veschlüsselten Sektorinhalt t(x) errechnet mit dem Player Key p den Disc Key d d :=p(P(s) errechnet mit dem Disc Key d den Title Key t t := d(d(t)) errechnet mit dem Title Key t den Sektorinhalt x x := t(t(x)

19 Schwachstellen 40 Bit Schlüssellänge erlaubt Brute-Force-Attack Player-Key im XING-Decoder war ungeschützt Gericht veröffentlicht CSS-Verfahren auf Web-Seite

20 Videokompression 768 x 576 Pixel à 24 Bit bei 25 Hz 253 MBit/sec mittlere DVD-Video-Datenrate: 3.5 MBit/sec Kompressionsfaktor 70

21 Subsampling Transformation von RGB nach YUV Luminanzmatrix erhalten Chrominanzmatrizen vereinfachen

22 Räumliche Redundanz (JPEG) Diskrete Kosinustransformation Quantisierung Lauflängen-Kodierung Huffman-Kodierung

23 Zeitliche Redundanz (MPEG) I-Picture: JPEG-Bild P-Picture: Motion Vektor + Differenz B-Picture: Interpolation + Differenz IBBBPBBBI IPBBBIBBB

24 Formate PAL 768 x 57625.00 Hz (Halbbilder) NTSC 640 x 48029.97 Hz (Halbbilder) Kino 36 x 24 mm Zelluloid24 Hz DVD 720 x 576 Breitwandfilm 1.85 : 1 Video 1.33 : 1 Monitor progressive 1024 x 768 TV interlaced 4:3 PAL / NTSC TV interlaced 16:9 PAL / NTCS

25 Konvertierung Letterbox für 4:3 720 x 390 Pixel Pan & Scan für 4:3 720 x 576 Pixel Letterbox für 16:9 720 x 390 Pixel Letterbox gezoomt für 16:9 720 x 390 Pixel Anamorph kodiert 720 x 553 Pixel Anamorph entzerrt für 16:9 720 x 533 Pixel

26 Vom Vollbild zum Halbbild A B C D A1 A2 A1 B2 B1 C2 C1 C2 D1 D2 A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D2 PAL 2:2 Pulldown NTSC 3:2 Pulldown wegen 25 Hz 4 % zu schnell wegen 29.97 Hz 0.1 % zu schnell

27 vom Halbbild zum Vollbild 1. Halbbild2. Halbbild 1. Vollbild2. Vollbild

28 Erfassen der Medien

29 Adobe Premiere

30 Ligos MPEG Encoder

31 Adobe Photoshop Menus Untertitel

32 Autorensysteme www.dvddemystified.com

33 Minerva Impression 00:00:18:00 00:00:21:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-01.bmp 00:00:22:00 00:00:27:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-02.bmp 00:00:28:00 00:00:30:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-03.bmp 00:00:31:00 00:00:36:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-04.bmp 00:00:37:00 00:00:41:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-05.bmp 00:00:42:00 00:00:44:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-06.bmp 00:00:45:00 00:00:48:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-07.bmp 00:01:11:00 00:01:22:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-08.bmp 00:01:23:00 00:01:29:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-09.bmp 00:01:30:00 00:01:35:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-10.bmp 00:01:36:00 00:01:38:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-11.bmp 00:01:39:00 00:01:40:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-12.bmp 00:01:43:00 00:01:44:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-13.bmp 00:01:47:00 00:01:49:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-14.bmp 00:01:51:00 00:01:58:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-15.bmp 00:00:18:00 00:00:21:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-01.bmp 00:00:22:00 00:00:27:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-02.bmp 00:00:28:00 00:00:30:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-03.bmp 00:00:31:00 00:00:36:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-04.bmp 00:00:37:00 00:00:41:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-05.bmp 00:00:42:00 00:00:44:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-06.bmp 00:00:45:00 00:00:48:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-07.bmp 00:01:11:00 00:01:22:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-08.bmp 00:01:23:00 00:01:29:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-09.bmp 00:01:30:00 00:01:35:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-10.bmp 00:01:36:00 00:01:38:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-11.bmp 00:01:39:00 00:01:40:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-12.bmp 00:01:43:00 00:01:44:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-13.bmp 00:01:47:00 00:01:49:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-14.bmp 00:01:51:00 00:01:58:12 E:\Armin\Untertitel\subpic-15.bmp

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