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
4
1
12
2
5
6 2
3
5
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-VariantenDurchmesser 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 12 cm DS SL 8.74 GB 4.5 Std.DVD-18 12 cm DS DL 15.90 GB 8.0 Std.DVD-1 8 cm SS SL 1.36 GB 0.5 Std.DVD-2 8 cm SS DL 2.47 GB 1.3 Std.DVD-3 8 cm DS SL 2.72 GB 1.4 Std.DVD-4 8 cm DS DL 4.95 GB 2.5 Std.DVD-R 1.0 12 cm SS SL 3.68 GB 1.5 Std.DVD-R 2.0 12 cm SS SL 4.37 GB 2.0 Std.DVD-RW 2.0 12 cm SS SL 4.37 GB 2.0 Std.DVD-RAM 1.0 12 cm SS SL 2.40 GB 1.3 Std.DVD-RAM 1.0 12 cm DS SL 4.80 GB 2.5 Std.DVD-RAM 2.0 12 cm SS SL 4.37 GB 2.0 Std.DVD-RAM 2.0 12 cm DS SL 8.75 GB 4.5 Std.DVD-RAM 2.0 8 cm DS SL 1.36 GB 0.5 Std.
Optische Speicher
• CD-ROM: Spurabstand 1,6 m 6 km Spurlänge • Constant Linear Velocity von 1,3 m/sec
Optische Speicher
Intensität des reflektierten Lasers
Land
Pit
Fokussiersystem
Fotodiode
Laser
HalbdurchlässigerSpiegel
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
10010000100000
Channelbits für 2Channelbits für 5
00000100010000
Channelbits für 4
01000100000000 100010 100 000
0 010010001000001 100001000000002 100100001000003 100010001000004 010001000000005 000001000100006 000100001000007 001001000000008 010010010000009 10000001000000
CD-ROM DVD Faktor
CD-ROM versus DVD
26.16 Mbit/sec Brutto 10.08 Mbit/sec netto
Channelbits pro Datenbye 17 16 1.062Beschreibbare Fläche in cm 86.0 87.6 1.02
mSpurabstand in 1.6 0.74 2.16
mMinimale Länge eines Pit in 0.83 0.40 2.08
Zahl der Bytes pro Datenblock inkl. Fehlerkorrektur 3390 2418 1.40
7Gesamtfaktor
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
Decoder Laufwerk
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
Berechnet Bus Key b aus r1 und r2
Decoder Laufwerk
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 dd :=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)
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 B B P B B B I
I P B B B I B B 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
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
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
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
PAL2:2 Pulldown
NTSC3:2 Pulldown
wegen 25 Hz4 % zu schnell
wegen 29.97 Hz0.1 % zu schnell
vom Halbbild zum Vollbild
1. Halbbild 2. Halbbild
1. Vollbild 2. 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.bmp00:00:22:00 00:00:27:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-02.bmp00:00:28:00 00:00:30:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-03.bmp00:00:31:00 00:00:36:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-04.bmp00:00:37:00 00:00:41:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-05.bmp00:00:42:00 00:00:44:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-06.bmp00:00:45:00 00:00:48:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-07.bmp00:01:11:00 00:01:22:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-08.bmp00:01:23:00 00:01:29:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-09.bmp00:01:30:00 00:01:35:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-10.bmp00:01:36:00 00:01:38:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-11.bmp00:01:39:00 00:01:40:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-12.bmp00:01:43:00 00:01:44:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-13.bmp00:01:47:00 00:01:49:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-14.bmp00:01:51:00 00:01:58:12 E:\Armin\Untertitel\untertitel-15.bmp
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