SpV Desktop Video Jörg Westbomke Westbomke@ls1.cs.uni-dortmund.de Donnerstag, den 1.7.1999 Jörg Westbomke Westbomke@ls1.cs.uni-dortmund.de 1.7.99

Übersicht der Vorlesungsstunde DVD Technische Grundlagen Speicherkapazität DVD-Video Bild Ton DVD-Features Mehrsprachigkeit Untertitel Ländercodes Vorführung 1.7.99

Übersicht der Vorlesungsstunde II Streaming-Technologie Begriffsdefinition Technische Grundlagen RTSP/RTP/RTCP Anwendungen RealVideo Quicktime 4 1.7.99

DVD (Digital Versatile Disc) 1.7.99

Digital Versatile Disc (DVD) Optisches Speichermedium Nachfolger der Compact Disc (CD) 12cm/8cm - Scheibe / 1,2 mm Stärke Hohe Datendichte (bis zu 17GB) 2-seitige Bespielbarkeit geeignet zur Speicherung von digitalem Video 1.7.99

DVD - Technische Grundlagen CD: Ein-seitiges, Ein-schichtiges Verfahren bis zu 650MB Speicherkapazität Laser mit 780 nm Wellenlänge DVD: Zwei-seitiges, Zwei-schichtiges Verfahren bis zu 17 GB Speicherkapazität Laser mit 635 bzw. 650 nm Wellenlänge 1.7.99

DVD - Technische Grundlagen II CD-ROM DVD-5 DVD-Verbesserung gegenüber CD-ROM Pit-Mindestlänge 0,83 µm 0,4 µm Faktor 2,08 Pit-Höchstlänge 3,05 - 3,56 µm 1,87 µm Abstand zwischen den Tracks 1,6 µm 0,74 µm Faktor 2,16 Datenbereich 86,0 cm2 87,6 cm2 Faktor 1,02 DVD: effizientere Channel Bit Modulation Faktor 1,06 DVD: effizientere Fehlerkorrektur Faktor 1,32 DVD: kleinerer Sektor-Overhead Faktor 1,06 ========= insgesamt Faktor  7 1.7.99

DVD - Speicherkapazität Spezifikation Seiten Ebenen Kapazität (GB) Videospielzeit (h) DVD-5 1 1 4,7 > 2 DVD-9 1 2 8,5  4 DVD-10 2 1 9,4  4.5 ( DVD-14 2 1/2 13,2 ) DVD-18 2 2 17 > 8 1.7.99

DVD - Single Layer Prinzip Abtastverfahren, wie bei der herkömmlichen CD 1.7.99

DVD - Dual Layer Prinzip Erste Informationsschicht ist lichtdurchlässig Dual-Fokus Laser Second Layer: minimale Pit-Länge 0,44 anstatt 0,40 µm maximale Pit-Länge 2,13 anstatt 1,87 µm Abstände zwischen den Pits sind größer => geringere Datenkapazität der 2. Schicht 1.7.99

DVD - Speicherkapazität II 1.7.99

DVD - Spezifikationen Book A DVD-ROM August ‘96 Book B DVD-Video “ Book C DVD-Audio Book D DVD-R (write-once) April ‘97 Book E DVD-RAM (rewriteable) “ 1.7.99

DVD - Video Format: MPEG-2 mit konstanter oder variabler Kompressionsrate Maximale Datenrate: 9.8 Mbps (3.5 Mbps durchschnitllich, 28:1) Bildformate: PAL (720x576, 704x576, 352x576, 352x288) NTSC (720x480, 704x480, 352x480, 352x240) Seitenverhältnis: 4:3, 16:9 Bildwiederholrate: PAL 25 Bilder/s NTSC 30 Bilder/s 1.7.99

DVD - Bildformate Abtastung in voller Breite Abtastung im Letterbox Abtastung im Pan & Scan und Höhe : Verfahren : Verfahren : Nach der Filmabtastung und der elektronischen Speicherung (anamorph) 16:9 Bild-material 4:3 Bild-material 1.7.99

Darstellung auf 4:3 TV Darstellung auf 16:9 TV 4:3 TV-Vollbild mit 432 4:3 TV-Vollbild mit 432 4:3 TV-Vollbild mit 576 aktiven Bildzeilen aktivenBildzeilen aktiven Bildzeilen Darstellung auf 16:9 TV 16:9 TV-Breitbild mit maximal 16:9 TV-Breitbild mit 433 Zeilen 16:9 TV-Breitbild mit 576 Zeilen möglichen 576 Zeilen bietet bietet ein Bild ohne Störende bietet maximale Bildschärfe jedoch beste Bildschärfe schwarze Streifen, jedoch nur mit mit schwarzen Streifen am linken weniger aktiven Bildzeilen und und rechten Bildrand. damit geringerer Schärfe. Filmausschnitt aus "Eine Frage der Ehre" auf DVD von Columbia Tristar Home Video 1.7.99

DVD - Audio Es werden Stereo und Multichannel-Spuren unterstützt 1.7.99

DVD - Audio II Bis zu 8 Audio-Spuren pro Track primäre Formate: Dolby Digital, MPEG-2 und lineare PCM zusätzliche Formate: DTS, SDDS NTSC-DVD: mind. eine Dolby Digital oder PCM Spur, restliche Spuren beliebiges Format PAL-DVD: mind. eine MPEG oder PCM Spur, restliche Spuren beliebiges Format Bitrate: 32 kbps bis 6.144 Mbps (384 kbps typisch) 1.7.99

DVD - Audioformate Dolby-Digital (AC-3) Entwickelt von Dolby Laboratories komprimiertes PCM-Verfahren mit 48kHz /  20bit 5.1 Multichannel-Signal Bitrate: 64 bis 448 kbps (384 kbps typisch) Frequenzgang: 3 Hz - 20 kHz (5 Hauptkanäle) 3 Hz - 120 Hz (Baßspur) 1.7.99

DVD - Audioformate MPEG Audio PCM-Verfahren mit 48kHz / 16bit Bitrate: 64 bis 912 kbps (384 kbps typisch) MPEG-1 Layer II, MPEG-2 (BC) Es werden bis zu 8 Kanäle unterstützt (Stereo bis 7.1 Multichannel) Zwei Kanäle werden MPEG kodiert, die weiteren 6 Kanäle werden als Enhancement in das MPEG-Signal hineinkodiert. 1.7.99

DVD - Features Mehrsprachigkeit Untertitel Ländercodes Kameraperspektiven Kindersicherung (Parental Control) Kopierschutz 1.7.99

DVD - Mehrsprachigkeit Realisiert durch die bis zu 8 Tonspuren 1.7.99

DVD - Untertitel Bis zu 32 Untertitel-Spuren als Video-Overlay Bitmaps möglich Bildgröße:  720x573 Bitmaps Bits per Pixel: 2 (4 Typen) Pixel Typen: Hintergrund, Vordergrund, Betonung1 und Betonung2 Farben: 4 von 16 (eine pro Typ) Transparenz: 4 von 16 (eine pro Typ) Bitrate:  3.36 Mbps (RLE komprimiert) 1.7.99

DVD - Ländercodes Einteilung der Welt in 6+1 Zonen Zonenkennung der DVD und des Players müssen übereinstimmen. Kennung 0 erlaubt das Abspielen der DVD auf allen Playern. Zone 1: Kanada, USA und Puerto Rico Zone 2: Europa, Japan,Südafrika, Türkei, und Mittlerer Osten Zone 3: Ostasien, Hong Kong und Südostasien Zone 4: Australien, Karibik, Mittel- und Südamerika und Neuseeland Zone 5: Afrika, Indien, Mongolei, Pakistian, Nordkorea und Rusland Zone 6: China und Tibet 1.7.99

DVD - Kameraperspektiven Kodierung der verschiedenen Kameraperspektiven als interleaved Videoblöcke Gleiche Blocklänge Gleiche Audiospur Perspektive 1 Perspektive 2 Perspektive 3 1.7.99

DVD - Kindersicherung Durch Motion Picture Association of America (MPAA) festgelegte 8 Sicherheitsstufen. Player spielen nur die DVD‘s, die mind. die gleiche Sicherheitsstufe haben wie die des Players. Sicherheitsstufe am Player einstellbar. Beschränkung kann sich auf die ganze DVD, oder nur auf einzelne Szenen beziehen 1.7.99

DVD - Kopierschutz Analoger Kopierschutz (Macro Vision) Automatic Gain Control Zusätzliche Pulse im vertikalen Synchronisationssignal stören die automatische Aussteuerung des VCR Farbrauschen Zusätzliche Farbsignale stören die Bildverarbeitung des VCR Copy Generation Management Digitaler Standard bisher noch nicht spezifiziert Im analogen Fall sind in Zeile 21 des NTSC-Bildes Informationen enthalten, ob das Video kopiert werden darf oder nicht. 1.7.99

DVD - Kopierschutz II Content Scrambling Die Sektoren der DVD werden zufällig vertauscht und können nur durch Kenntnis des „Schlüssel“ in die richtige Reihenfolge gebracht werden. Der Schlüssel steht an einer „versteckten“ Stelle der DVD und kann von DVD-Brennern nicht geschrieben werden. Kopien der DVD sind damit unbrauchbar, da sie nicht den Schlüssel enthalten. 1.7.99

DVD - Präsentation Navigationsfunktionen Interaktivität Play - Fast Forward -Fast Reverse Pause - Standbild -Sprung zu Timecode Interaktivität Menü - Szenenanwahl - Auswahl der Tonspur Untertitel - Zusatzinfos MPEG-II (verschiedene Kompressionsraten) Bildmaterial von der DVD-Demystified 1.7.99

Streaming Video 1.7.99

Übersicht der Vorlesungsstunde II Streaming-Technologie Begriffsdefinition Technische Grundlagen Protokolle (RTSP/RTP/RTCP) Anwendungen RealVideo Quicktime 4 1.7.99

Begriffsdefinition Streaming Video (allgemein) Netzwerkorientierte Übermittlung von Videodaten Sobald Daten vorliegen werden diese abgespielt Streaming Video (speziell) Interaktive Kontrolle des Datenstroms QoS-Eigenschaften Bandwidth-Negotiation 1.7.99

Technische Grundlagen Paketorientierte Netzwerke (Internet) Client-Server-Architektur Point-to-Point Verbindungen Zerlegung der zu übertragenden Daten in Pakete Abfolge der Pakete = Stream 1.7.99

Technische Grundlagen II Übertragungsmodi Point-to-Point (Unicast) Multicast Broadcast 1.7.99

Realtime Streaming Protocol (RTSP) Genormt: RFC 2326 (April 1998) Framework für die Übertragung von Audio/Video-Daten Protokoll der Anwendungsschicht Setzt auf Protokolle der Transportschicht auf (zumeist RTP) 1.7.99

RTSP II Textorientierte Client <-> Server Kommunikation Eine Session besteht aus einer Menge von Frage-Antwort Nachrichten 1.7.99

RTSP - Verwendete Nachrichten method direction object requirement DESCRIBE C->S P,S recommended ANNOUNCE C->S, S->C P,S optional GET_PARAMETER C->S, S->C P,S optional OPTIONS C->S, S->C P,S required (S->C: optional) PAUSE C->S P,S recommended PLAY C->S P,S required RECORD C->S P,S optional REDIRECT S->C P,S optional SETUP C->S S required SET_PARAMETER C->S, S->C P,S optional TEARDOWN C->S P,S required 1.7.99

RTSP III - Beispielsitzung Beispiel: Media on Demand (Unicast) Client C fordert einen Film an. Die Sitzungsbeschreibung liegt auf dem Webserver W. Die Audiospur kommt vom Medienserver A (audio.example.com), die Videospur vom Medienserver V (video.example.com). C->W: GET /twister.sdp HTTP/1.1 Host: www.example.com Accept: application/sdp W->C: HTTP/1.0 200 OK Content-Type: application/sdp v=0 o=- 2890844526 2890842807 IN IP4 192.16.24.202 s=RTSP Session m=audio 0 RTP/AVP 0 a=control:rtsp://audio.example.com/twister/audio.en m=video 0 RTP/AVP 31 a=control:rtsp://video.example.com/twister/video 1.7.99

RTSP III - Beispielsitzung II C->A: SETUP rtsp://audio.example.com/twister/audio.en RTSP/1.0 CSeq: 1 Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port=3056-3057 A->C: RTSP/1.0 200 OK Session: 12345678 Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port=3056-3057; server_port=5000-5001 C->V: SETUP rtsp://video.example.com/twister/video RTSP/1.0 Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port=3058-3059 V->C: RTSP/1.0 200 OK Session: 23456789 Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port=3058-3059; server_port=5002-5003 1.7.99

RTSP III - Beispielsitzung III C->V: PLAY rtsp://video.example.com/twister/video RTSP/1.0 CSeq: 2 Session: 23456789 Range: smpte=0:10:00- V->C: RTSP/1.0 200 OK Range: smpte=0:10:00-0:20:00 RTP-Info: url=rtsp://video.example.com/twister/video; seq=12312232;rtptime=78712811 C->A: PLAY rtsp://audio.example.com/twister/audio.en RTSP/1.0 Session: 12345678 1.7.99

RTSP III - Beispielsitzung IV A->C: RTSP/1.0 200 OK CSeq: 2 Session: 12345678 Range: smpte=0:10:00-0:20:00 RTP-Info: url=rtsp://audio.example.com/twister/audio.en; seq=876655;rtptime=1032181 C->A: TEARDOWN rtsp://audio.example.com/twister/audio.en RTSP/1.0 CSeq: 3 C->V: TEARDOWN rtsp://video.example.com/twister/video RTSP/1.0 Session: 23456789 V->C: RTSP/1.0 200 OK 1.7.99

Realtime Transport Protokoll (RTP) Festgelegt durch RFC 1889 Übertragungsstandard für Daten mit Echtzeit Eigenschaften Z. B. Audio- / Videodaten Stetzt zumeist auf UDP als Netzwerkprotokoll auf Unterstützt Multicast 1.7.99

Realtime Transport Protokoll II Übersichtsgrafik 1.7.99

RTP-Paketformat RTP Header M=Marker PT=Payload type SSRC=Synchronization Source ID CSRC=Contributing Sources ID 1.7.99

RTP Control Protokoll (RTCP) Periodisches Versenden von Kontrollpaketen an alle Teilnehmer einer RTP-Sitzung Rückmeldung der erzielten Dienstqualität (QoS) Identifikation der Sitzungteilnehmer (CNAME) Sitzungskontrolle Schätzung der Paketumlaufzeit und Datensynchronisation 1.7.99

RTCP - Pakettypen SR: Sender report RR: Receiver report Empfangs- und Sendestatistiken von aktiven Sendern RR: Receiver report Empfangsstatistiken von nicht aktiven Sendern SDES: Source description items Metainformationen des Teilnehmers BYE: Verlassen einer RTP Sitzung APP: Applikationsspezifische Funktionen 1.7.99

RTCP - SR-report 1.7.99

RTCP - SR-report II Auswertung des Sender reports: Evtl. Reduktion der Übertragungsrate Empfänger können Empfangsprobleme als lokal, regional oder global erkennen Monitoring der RTP-Sitzung ist möglich, ohne RTP-Pakete zu betrachten 1.7.99

Anwendungen Real Video (Übersicht) 1.7.99

Real Video Player G2 (Vorführung) Starten des Real Players G2 Anwahl von CNN aus den Channels Navigation durch das Material von CNN 1.7.99

Quicktime 4 Player (Vorführung) Starten von Netscape Communicator http://www.apple.com/quicktime/showcase/live/index.html Anwahl der Fox News im Quicktime Player Anhalten/fortsetzen des Videostroms Zurück zu Netscape Betrachten von The Weather Channel/Daily Weather Animation eingebettet in den Browser 1.7.99