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Digital Versatile Disc
Oliver Vornberger Fachbereich Mathematik/Informatik Universität Osnabrück
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Gliederung Überblick Optische Speicher CSS MPEG Filmtransfer
Minerva Impression
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Geschichte 1995: Vorschlag von Sony, Philips, Pioneer, ...
1995: Vorschlag von Toshiba, Matshushita, Hitachi, ... 1996: Einigung durch IBM
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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
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Contra noch kleiner Filmbestand noch keine Aufnahme
PAL / NTSC-Varianten analoger Kopierschutz digitaler Kopierschutz Region-Code
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Region Code 5 1 2 1 6 2 3 5 4 2 4
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Verbreitung 15.000 erhältliche Titel 100.000.000 verkaufte DVDs
verkaufte Laufwerke
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Lizenzgebühren Einmalig Pro Player Pro Disc Spezifikation 5.000 $
DVD-Konsortium $ Sony, Philips, Pioneer, ... 10.00 $ 0.05 $ Toshiba, Matsushita, Hitachi, ... 12.00 $ 0.08 $ CSS $ Macrovision $ 0.07 $ Dolby 1.00 $ 0.01 $ MPEG 4.00 $ 0.04 $ Diverse 3.00 $ Summe 30.00 $ 0.25 $
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DVD-Varianten Durchmesser Seiten Schichten Kapazität Spieldauer DVD-5
12 cm SS SL 4.37 GB 2.0 Std. DVD-9 12 cm SS DL 7.95 GB 4.0 Std. DVD-10 DS SL 8.74 GB 4.5 Std. DVD-18 15.90 GB 8.0 Std. DVD-1 8 cm 1.36 GB 0.5 Std. DVD-2 2.47 GB 1.3 Std. DVD-3 2.72 GB 1.4 Std. DVD-4 4.95 GB 2.5 Std. DVD-R 1.0 3.68 GB 1.5 Std. DVD-R 2.0 4.37 GB 2.0 Std. DVD-RW 2.0 DVD-RAM 1.0 2.40 GB 4.80 GB DVD-RAM 2.0 8.75 GB 8 cm
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Optische Speicher CD-ROM: Spurabstand 1,6 m 6 km Spurlänge
Constant Linear Velocity von 1,3 m/sec
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Optische Speicher Pit Land Fokussiersystem Halb durchlässiger Spiegel
Fotodiode Laser Halb durchlässiger Spiegel Intensität des reflektierten Lasers
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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
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Eight-to-Fourteen-Modulation (EFM)
mit 14 Bits lassen sich Folgen bilden davon sind 267 zulässige Codewörter davon werden 256 ausgesucht zwischen je zwei Codewörter kommen 3 geeignete Merge-Channelbits Datenbyte 17 Kanalbits.
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EFM-Beispiel für 4,5,2 010 Channelbits für 4 100 Channelbits für 5 000 Channelbits für 2 100
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CD-ROM versus DVD 26.16 Mbit/sec Brutto 10.08 Mbit/sec netto CD-ROM
Faktor Channelbits pro Datenbye 17 16 1.06 2 Beschreibbare Fläche in cm 86.0 87.6 1.02 m Spurabstand in 1.6 0.74 2.16 m Minimale Länge eines Pit in 0.83 0.40 2.08 Zahl der Bytes pro Datenblock inkl. Fehlerkorrektur 3390 2418 1.40 7 Gesamtfaktor 26.16 Mbit/sec Brutto 10.08 Mbit/sec netto
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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
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Authentifizierung Decoder Laufwerk 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 Berechnet Bus Key b aus r1 und r2
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Datentransfer Decoder Laufwerk
sendet den mit 408 Player Keys verschlüsselten Disc Key Sektor P(s) errechnet mit dem Player Key p den Disc Key d d :=p(P(s) sendet den mit dem Disc Key verschlüsselten Title Key d(t) errechnet mit dem Disc Key d den Title Key t t := d(d(t)) sendet den mit dem Title Key veschlüsselten Sektorinhalt t(x) errechnet mit dem Title Key t den Sektorinhalt x x := t(t(x)
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Schwachstellen 40 Bit Schlüssellänge erlaubt Brute-Force-Attack
Player-Key im XING-Decoder war ungeschützt Gericht veröffentlicht CSS-Verfahren auf Web-Seite
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Videokompression 768 x 576 Pixel à 24 Bit bei 25 Hz 253 MBit/sec
mittlere DVD-Video-Datenrate: 3.5 MBit/sec Kompressionsfaktor 70
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Subsampling Transformation von RGB nach YUV Luminanzmatrix erhalten
Chrominanzmatrizen vereinfachen
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Räumliche Redundanz (JPEG)
Diskrete Kosinustransformation Quantisierung Lauflängen-Kodierung Huffman-Kodierung
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Zeitliche Redundanz (MPEG)
I-Picture: JPEG-Bild P-Picture: Motion Vektor + Differenz B-Picture: Interpolation + Differenz I B P I P B
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Formate PAL 768 x 576 25.00 Hz (Halbbilder)
NTSC x Hz (Halbbilder) Kino 36 x 24 mm Zelluloid 24 Hz Monitor progressive 1024 x 768 Breitwandfilm 1.85 : 1 DVD 720 x 576 TV interlaced 4:3 PAL / NTSC Video 1.33 : 1 TV interlaced 16:9 PAL / NTCS
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Konvertierung Letterbox für 4:3 720 x 390 Pixel Pan & Scan für 4:3
gezoomt für 16:9 720 x 390 Pixel Anamorph kodiert 720 x 553 Pixel Anamorph entzerrt für 16:9 720 x 533 Pixel
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Vom Vollbild zum Halbbild
C D A1 A1 A2 A2 PAL 2:2 Pulldown NTSC 3:2 Pulldown A1 B1 B2 B2 B1 C1 C2 C1 wegen 25 Hz 4 % zu schnell C2 wegen Hz 0.1 % zu schnell C2 D1 D1 D2 D2
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vom Halbbild zum Vollbild
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Erfassen der Medien
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Adobe Premiere
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Ligos MPEG Encoder
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Adobe Photoshop Menus Untertitel
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Autorensysteme
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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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