Was ist DVD - und wie funktioniert es? (1)
Was ist DVD? Kurz und bündig: die CD des nächsten Jahrhunderts. Und warum berichten wir über die DVD? Ganz einfach: Seit der zuletzt erschienenen Version des HDDRIVER unterstützen auch Atari-Rechner DVD-Laufwerke, die man im Fachhandel als Einbaugeräte bereits ab 350,- DM erwerben kann.
Und im Zuge der Hardware-Neuheiten wie Beschleunigern, dem Phenix und dem Milan sollte auch das Abspielen von DVD-Filmen in absehbarer Zeit unter TOS möglich sein. Aber wie funktioniert eine DVD genau?
Sie sieht aus wie eine Compact Disc, kann aber noch viel, viel mehr: zum Beispiel Hollywood-Filme in überwältigender Bild- und Tonqualität spielen oder den Inhalt von mehr als 11.000 Floppy-Disks speichern.
Ihre Speicherkapazität ist bis zu 25mal so groß wie die einer CD. Das reicht nach heutiger CD-Technik bequem für sämtliche 41 Symphonien von Mozart auf einer einzigen DVD. Natürlich ist das aber nicht der Sinn der Sache. Sinnvoll und notwendig ist diese Datenkapazität im wesentlichen für zwei Dinge: für Video-und Computeranwendungen. Wie das alles im Detail funktioniert, erfahren Sie ganz genau im Kapitel Technik.
Hier zeigen wir Ihnen schon einmal die wichtigsten Vorteile:
Video
Auf einer DVD lassen sich mehr als 8 Stunden Videoprogramm in einer Bildqualität speichern, wie man sie bisher nur aus den besten Studios gekannt hat. Dazu Untertitel in bis zu 32 Sprachen und 5+1-Kanal Digital-Surround-Sound in bis zu 8 Versionen. Das ergibt ein völlig neuartiges Heimkino-Erlebnis und wird dazu führen, dass man über kurz oder lang eine kleine DVD-Schublade im Fernsehapparat haben wird, die den neuesten Hollywood-Schinken in beeindruckender Su-perqualität abspielt.
Die vom VHS-System her bekannten Probleme mit unzureichender Bildqualität, schlechtem Ton, unangenehmer Bandabnützung und langwierigem Hin- und Herspulen gibt es hier nicht mehr - dafür neuartigen Bedienungskomfort wie zum Beispiel diesen: Gleich nach dem Einlegen der DVD in das Abspielgerät sieht man auf dem Fernsehschirm ein Menü, in dem man sich aussucht, in welcher Sprachversion und mit welchen Untertiteln man den Film sehen möchte, ob im normalen Fernsehformat oder als Breitbildversion. Und man sieht eine Menge kleiner Standbilder, die die Anfänge der verschiedenen Kapitel des Films markieren. Ein Klick mit der Fernbedienung auf eines dieser Bilder -und sofort beginnt der Film genau an dieser Stelle.
Doch das ist nur der Anfang. Noch viel mehr neuartigen Bedienungskomfort lernen Sie auf der Seite Features kennen.
Computer
Für die Computertechnik bietet die DVD zukunftsweisende Vorteile: 17 Gigabyte, das ist die Kapazität von etwa 25 voll bespielten CD-ROMs oder von mehr als 11.000 3,5 " Floppy Disks. Damit lassen sich nun auch komplizierte, hochauflösende Grafikprogramme oder hyperrealistische 3 D-Videospiele auf einem einzigen Datenträger unterbringen. Und die im Vergleich zu CD-ROMs verzehnfachte Datentransferrate sorgt dafür, dass auch die modernen, schnellen Rechner genügend ausgelastet werden. Damit steht schon heute fest, dass die DVD der Datenträger für die neue Generation von Multimedia-Anwendungen aller Art werden wird. Dies um so mehr, als man auf der DVD auch schon selbst aufnehmen kann. Auch nicht schlecht: Die Datensicherheit ist lOx besser als bei CD-ROMs!
DVD allgemein
In den 15 Jahren, die es die Compact Disc nun gibt, hat die Technik viel gelernt und enorme Fortschritte gemacht. Fabrikationstechnik, digitale Codierungs- und Kompressionsalgorithmen sowie Chiptechnik und Player-Mechanismen sind in eindrucksvoller Weise weiterentwickelt worden. Die Summe dieser Erfahrungen und die Wünsche und Träume von Ingenieuren und Anwendern haben nun die nächste Generation von optischen Speichern hervorgebracht: den neuen Weltstandard DVD.
DVD entspricht ebenso präzise den Wünschen des "Studio Advisory Comittee" der Filmindustrie wie den Spezifikationen der "Technical Working Group" der Computerindustrie. Noch nie hat ein Produkt schon vor seiner Einführung so breite internationale Unterstützung gefunden.
Die DVD wird aus Polycarbonat gepreßt wie eine CD. Die darauf eingeprägten Pits sind hier aber bedeutend kleiner, und sie sind enger angeordnet, der Spurabstand ist also geringer (s. Bild 1 und 2). Die DVD hat mit 1,2 mm die gleiche Dicke wie eine CD, besteht aber grundsätzlich aus zwei jeweils 0,6 mm dicken Teilen, die Rücken an Rücken miteinander verklebt werden. Das erhöht die Verwindungssteifheit und damit die Abtastpräzision (s. Bild 3).
Jede Seite der DVD kann zwei Informationsebenen enthalten, was ihre Kapazität nahezu verdoppelt. Diese neuartige Zweischichtentechnik benutzt einen halbtransparenten Film, der um etwa 50 u vor der ersten Schicht liegt. Wenn die tiefer liegende Informationsebene abgetastet wird, "liest" der Laser also durch diesen halbtransparenten Film hindurch. Dessen eingeprägte Informationen stören nicht, denn der Laser erkennt nur die Informationen, auf die er fokussiert ist. Am Ende der tiefer liegenden Schicht springt die Fokussierung des Lasers auf die semitransparente Schicht und liest diese. Daß dieses Umschalten ohne Programmunterbrechung vor sich geht, wird durch zwei Besonderheiten sichergestellt: Erstens wird die erste Schicht von innen nach außen gelesen und die zweite von außen nach innen, so dass die Stellung des Laserschlittens sowie die Drehzahl beim Umschalten nicht verändert werden müssen, und zweitens gibt es einen elektronischen Speicher, der für bruchlose Wiedergabe sorgt (siehe Bilder unten).
Da gibt es eine Menge Antworten, denn DVDs gibt es in verschiedenen Duftnoten. Was den Durchmesser angeht, so gibt es heute nur die klassische 12-cm-Version (zu einem späteren Zeitpunkt aber auch handliche 8-cm-DVDs), und zwar beide 1,2 mm dick. Nähere Spezifikationen entnehmen Sie bitte Tabelle 1.
Jede DVD kann einseitig oder doppelseitig bespielt sein, und jede Seite kann zwei Informationsebenen enthalten. Die entsprechenden Kapazitäten sehen Sie in Tabelle 2).
Benötigt werden durchschnittlich 2 Gigabyte für eine Stunde Video. Diese Faustregel ist aber mit Vorsicht zu genießen, denn wieviel Video wirklich auf eine DVD paßt, hängt zum einen davon ab, wieviel Audio und wieviel Untertitel dazu gepackt werden, zum anderen - und das ganz massiv - davon, wie stark Video und Audio komprimiert sind. Fast überall ist die Angabe von 133 Minuten für eine Informationsebene zu lesen. Wenn Sie sich aber mit Mono-Ton begnügen, sind es schon 160 Minuten, und wenn Sie das Video auf VHS-Qualität (horribile dictu!) zusammenquetschen, passen sage und schreibe 9 Stunden Programm auf eine einzige Informationsebene. Die allgemein veröffentlichten Spielzeitangaben beziehen sich auf eine durchschnittliche Video-Datenrate von 3,5 Mbit/sec. Das entspricht einer sehr hohen Bildqualität bei einem durchschnittlichen Film. Hier sehen Sie, wieviel Platz Video, Audio und Untertitel in der Regel einnehmen. Die maximal nutzbare Datenrate beträgt 9,8 Mbit/sec., davon stehen maximal 6,144 Mbit/sec. für Audio zur Verfügung sowie 0,04 Mbit/sec. für Untertitel (siehe Bild 6 und 7).
Bei einer durchschnittlichen Datenrate von 4,7 Mbit/sec. (nämlich 3,5 Mbit/sec. für Video und 1,2 Mbit/sec. für 3 5+1 Soundtracks) passen ca. 135 Minuten Programm auf eine Informationsebene. Für einen 2-Stunden-Film mit 3 Soundtracks stehen schon 5,2 Mb/sec. zur Verfügung. Und soll die Bildqualität in jeder Sekunde absolut optimal sein, stehen dem 2-Stunden-Film auf zwei Informationsebenen durchschnittlich 9,5 Mbit/sec. zur Verfügung.
DVD-Video
Ein digitalisiertes Videobild hoher Auflösung umfaßt eine Datenmenge von etwa 270 Mbit/sec. Wollte man dies in seiner originalen Form auf DVD speichern, wäre deren Kapazität schon nach wenigen Minuten erschöpft. Aus diesem Grunde wird das Bildsignal nach dem Standard MPEG-2 der "Moving Pictures Experts Group" etwa um den Faktor 36:1 komprimiert. Das ergibt eine Bildauflösung, die um den Faktor 4 besser ist als die von MPEG-1, das noch bei der CD-i zur Anwendung gekommen ist. (DVD-Player können allerdings auch MPEG-1 codierte CD-Programme abspielen.) In Zahlen ausgedrückt: Die DVD erreicht eine Horizontalauflösung von nicht weniger als 540 Linien, das ist sogar noch deutlich mehr als die 425 Linien, die maximal von einer Laserdisc zu bekommen sind. Doch die Bildqualität wird nicht nur von der Auflösung bestimmt. Ebenso wichtig ist der absolut ruhige Bildstand. Man vergleiche ein auf VHS aufgenommenes Testbild mit seinen unruhig flatternden senkrechten Linien mit dem perfekt wie ein Dia dastehenden Bild von einer DVD! Spektakulär tritt auch die völlige Abwesenheit von Bandrauschen in Erscheinung, und schließlich ist da noch eine bisher unerreichte Farbtreue, sogar in der "VHS-Angstfarbe" Rot.
Ton
Der Standard für ein reines DVD-Audio Format, also ohne "Bildbegleitung", wurde gerade erst festgelegt, und es gibt noch keine Geräte und Software dafür. Aber schon die für DVD-Video vorgesehene Tonqualität stellt einen großen Fortschritt gegenüber der bisher bekannten CD dar. Vor allem, weil DVDs Mehrkanalton mit perfekter Kanaltrennung und mit perfektem Frequenzgang für alle Kanäle enthalten können. DENON hat das als erste Firma demonstriert mit DVDs, auf denen komplette Konzertmitschnitte in 5-Kanal Surround-Sound gespeichert sind. Der zweite Audio-Datenstrom auf diesen DVDs enthält synchron das gleiche Konzert, diesmal aber mit DENONs berühmtem "One-Point-Recording" in linearem 16Bit/48kHz Stereo, was spannende Vergleichsmöglichkeiten bietet.
Eine DVD-Video kann bis zu 8 Audio-Datenströme enthalten. Jeder davon kann in einem der folgenden Tonformate gehalten sein:
- Lineare Pulse-Code Modulation: 1 - 8 Audiokanäle
- Dolby Digital (AC-3): 1-5+1 Kanäle
- MPEG 2 Audio: 1 - 5+1 oder 7+1 Kanäle
Auch andere Tonformate, wie zum Beispiel DTS oder DSD, sind erlaubt, allerdings nur in Ergänzung zu mindestens einem der erwähnten Systeme. Zur Verdeutlichung: Zusammen mit einem Film können durchaus 8 verschiedene Soundtracks übertragen werden, jeder davon in 5+1 Kanal-Technik. Das +1 steht dabei für einen wahlweise anschließbaren Subwoofer, der ausschließlich extrem tiefe Audio-Frequenzen überträgt. Um die Sache nun nicht allzu unübersichtlich zu machen und möglicherweise ein Durcheinander an Tonformaten und Wiedergabedecodern heraufzubeschwören, hat man im DVD-Standard zwischen vorgeschriebenen und erlaubten Tonformaten unterschieden.
525/60 DVDs (NTSC) müssen entweder Linear-PCM oder Dolby Digital (AC-3) Ton in Mono oder Stereo enthalten, zusätzlich sind auch Dolby Digital Mehrkanal, MPEG-1 (Mono oder Stereo), MPEG-2 (Mehrkanal), DTS, DSD und andere Formate erlaubt.
625/50 DVDs (PAL) müssen entweder Li-near-PCM, MPEG-1 oder Dolby Digital (AC-3) Ton in Mono oder Stereo enthalten, zusätzlich sind auch Dolby Digital Mehrkanal, MPEG-2 Mehrkanal, DTS, DSD und andere Formate erlaubt.
PCM - Die Lineare Puls-Code Modulation
funktioniert im Prinzip nicht anders als auf der Compact Disc. Nur erlaubt der DVD-Standard verschiedene Qualitätsstufen der PCM-Technik, nämlich Abtastfrequenzen von 48 kHz oder 96 kHz und Quantisierungen von 16, 20 oder 24 Bit. Die von der CD her bekannte Abtastfrequenz von 44,1 kHz wird nicht unterstützt. In Anbetracht dessen, dass die Datenkapazität für den Audio-Teil einer DVD-Video auf 6,144 Mbit/sec. limitiert ist, ergeben sich die folgenden Möglichkeiten (siehe Tabelle 3 unten).
Dolby Digital (AC-3)
Dieses von den Dolby Laboratories entwickelte Verfahren ist in Kinos, auf Laserdiscs und im amerikanischen Satellitenfernsehen bereits gebräuchlich. Es handelt sich um ein Mehrkanal-Verfahren, das das originale PCM komprimiert auf der DVD unterbringt. Dadurch wird eine äußerst niedrige Datenrate erreicht, nämlich, je nach Komplexität des Signals, zwischen 64 kbit/sec. und 448 kbit/sec. für 5+1 Kanäle, mit einem Durchschnittswert von 384 kbit/sec. Für 2-Kanal-Stereo (mit oder ohne Dolby-Surround Codierung) genügen durchschnittlich 192 kbit/sec. AC-3 liefert perfekte Kanaltrennung zwischen allen Kanälen sowie den vollen Frequenzumfang.
MPEG-2
Auch dieses ist ein digitales Mehrkanal-Tonverfahren, das mit Datenkompression arbeitet. Es wurde vom Münchener Institut für Rundfunktechnik und von Philips entwickelt, und dieses hat auch durchgesetzt, dass es in den 625/50 Standard aufgenommen wurde. Die Datenrate für 5+1 Kanäle reicht hier von 32 kbit/sec. bis 912 kbit/sec, mit einem Durchschnitt von 384 kbit/sec. Im MPEG-2-Format sind prinzipiell auch 7+1 Kanäle möglich (fünf vor dem Zuhörer, zwei hinter ihm), ein praktischer Einsatz dieser Option im Heimbereich ist jedoch unwahrscheinlich. MPEG-2 bietet Rückwärtskompatibilität mit dem - nur 2kanaligen - MPEG-1-System.
Zusatzinformationen
Zusätzlich zu Bild und Ton sind auf der DVD-Video noch 32 zusätzliche Datenströme vorgesehen, die insgesamt 3,36 Mbit/sec. umfassen dürfen. Diese werden wohl hauptsächlich für Untertitel Verwendung finden. Man kann damit aber auch Karaoke-Texte, Menüs und auch einfache Animationen kreieren. .
Ländercodes
DVD-Video ist international nicht beliebig austauschbar. Auf Druck der amerikanischen Filmindustrie wurde die DVD-Welt im Februar 1997 in sechs verschiedene Regionen eingeteilt. DVDs können (müssen aber nicht, das steht dem Produzenten frei) einen Code enthalten, der zur Folge hat, dass die DVD nur abgespielt werden kann, wenn sie und das Abspielgerät denselben Regional-Code tragen.
Das gibt den Hollywood-Studios die Kontrolle darüber in die Hand, wann und in welcher Version (Schnitt, Ton, Untertitel) ein Film auf den Markt kommt, wo zuerst und wo erst später. Europa hat den Regional-Code 2, zusammen mit Japan und Südafrika. Eine in den USA gekaufte und für den USA-Markt bestimmte DVD (mit Regional-Code 1) lässt sich demnach auf einem in Europa gekauften DVD-Player nicht abspielen.
Beim Kauf von DVD in außereuropäischen Ländern ist es also unumgänglich, darauf zu achten, dass der Ländercode 2 auf der Verpackung angegeben ist. Oder gar keiner, denn auch das gibt es. Ja, menschenfreundliche Hollywood-Studios haben tatsächlich angekündigt, ältere Filme generell ohne Länderrestriktion auf den Markt zu bringen. Dort steht dann der Ländercode 0 auf der Verpackung.
Kopierschutz
Die phänomenale Bild- und Tonqualität von DVD könnte unlautere Subjekte dazu verführen, den Pfad der Tugend zu verlassen und von populären Filmen Raubkopien in den Handel zu bringen. Da es da um verdammt viel Geld geht, wurden im DVD-System mehrere Hürden eingebaut, die das Kopieren (nahezu) verunmöglichen. Da ist einmal das schon länger bekannte, analoge Macrovision-System. Dieses sorgt dafür, dass beim Überspielen auf VHS die automatische Aussteuerung des VHS-Recorders dermaßen gestört wird, dass die Aufnahme nur ein unangenehmes Flimmern zeigt.
Teil 2 ...
In der kommenden Ausgabe berichten wir von einem weiteren, dritten Kopierschutz, der es insich hat. Dann wenden wir uns den Theman DVD-Audio, DVD-ROM und DVD-RAM.
Dieser Artikel entstand in Zusammenarbeit und mit freundlicher Hilfe des DVD-Forum Schweiz, das Sie im Internet erreichen können: www.dvd-forum.Ch