Digital Versatile Disc 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

Gliederung Überblick Optische Speicher CSS MPEG Filmtransfer Minerva Impression

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

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

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

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

Verbreitung 15.000 erhältliche Titel 100.000.000 verkaufte DVDs 70.000.000 verkaufte Laufwerke

Lizenzgebühren Einmalig Pro Player Pro Disc Spezifikation 5.000 $ DVD-Konsortium 15.000 $ Sony, Philips, Pioneer, ... 10.00 $ 0.05 $ Toshiba, Matsushita, Hitachi, ... 12.00 $ 0.08 $ CSS 10.000 $ Macrovision 30.000 $ 0.07 $ Dolby 1.00 $ 0.01 $ MPEG 4.00 $ 0.04 $ Diverse 3.00 $ Summe 30.00 $ 0.25 $

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

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

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

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

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.

EFM-Beispiel für 4,5,2 0 01001000100000 1 10000100000000 2 10010000100000 3 10001000100000 4 01000100000000 5 00000100010000 6 00010000100000 7 00100100000000 8 01001001000000 9 10000001000000 010 Channelbits für 4 01000100000000 100 Channelbits für 5 00000100010000 000 10010000100000 Channelbits für 2 100

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

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

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

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)

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

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

Subsampling Transformation von RGB nach YUV Luminanzmatrix erhalten Chrominanzmatrizen vereinfachen

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

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

Formate PAL 768 x 576 25.00 Hz (Halbbilder) NTSC 640 x 480 29.97 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

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

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 29.97 Hz 0.1 % zu schnell C2 D1 D1 D2 D2

vom Halbbild zum Vollbild

Erfassen der Medien

Adobe Premiere

Ligos MPEG Encoder

Adobe Photoshop Menus Untertitel

Autorensysteme www.dvddemystified.com

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