DVD, DVD Audio und DVD-ROM (DVD-R, DVD-RW, DVD+W, DVD+RW)

Dezember 2016

Vorstellung der DVD

Die DVD (Digital Versatile Disc, seltener auch Digital Video Disc) ist eine «Alternative» zur Compact Disc (CD), deren Kapazität sechsmal höher ist (für den einfachen DVD-Träger von geringer Kapazität, einseitig und einschichtig). Das DVD-Format ist vorgesehen worden als Universal-Speicherträger, während die CD ursprünglich nur als Audio-Träger geplant war.

Das DVD-Format ist vorgesehen um die Daten zufallsbedingt adressierbar und zugänglich zu machen (auf nicht-sequenzielle Art). Es besitzt eine komplexe Struktur, die eine umfangreiche Interaktivität ermöglicht, aber die Verwendung von hochentwickelten Mikroprozessoren benötigt.

Das DVD-Format wurde ursprünglich (ab dem 15. September 1995) von einem Konsortium von zehn Firmen der Multimedia-Welt getragen (Hitachi, JVC, Matsushita, Mitsubishi, Philips, Pioneer, Sony, Thomson, Time Warner und Toshiba). Ab 1997, übernimmt ein neues Konsortium, «DVD Forum» genannt, die Rolle des ursprünglichen Konsortiums.

Eine DVD kann leicht mit einer CD verwechselt werden, da beide Träger Plastikscheiben von 12 cm Diameter und 1.2 mm Dicke sind und ihr Ablesen auf Benutzung eines Laserstrahls beruht. Allerdings benutzen die CD einen Infrarotlaser mit einer Wellenlänge von 780 Nanometer (NM) während die DVD-Brenner einen Rotlaser mit einer Wellenlänge von 635 NM oder 650 NM verwenden. Außerdem benutzen die CD-Player meist ein Linse mit einer Brennweite von 0,5, währen die DVD-Player sich auf eine Linse stützen, deren Brennweite 0,6 beträgt. So besitzen die DVD auch Gruben, deren Mindestgröße bei 0,40µ liegt, bei einem Abstand von 0,74µ, gegen 0,834µ und 1,6µ für die CD.

Surface d\'un DVD-ROM

Der Vorteil der DVD liegt hauptsächlich in ihrer Speicherkapazität, die aus ihr den Video-Träger schlechthin macht. Eine DVD von 4,7 GO ermöglicht es über zwei Stunden komprimierte Videodaten in MPEG-2 (Motion Picture Experts Group) zu speichern, ein Format mit dem die Bilder komprimiert werden können, aber trotzdem eine hohe Bildqualität behalten.

Physische Struktur

Die DVD gibt es in «einfach beschichteter» Version und «doppelt beschichtet» (auf englisch «Dual Layer», geschrieben DL). Letztere bestehen aus einer halb-durchsichtigen und halb-reflektierenden Schicht auf Goldbasis, und einer reflektierenden und lichtundurchlässigen Schicht auf Silberbasis, getrennt durch ein Verbindungsschicht (bonding layer). Um beide Schichten zu lesen, verfügt das Laufwerk über einen Laser der seine Intensität, seine Frequenz und seine Brennweite ändern kann  :

  • bei geringer Intensität wird der Strahl von der oberen, goldenen Oberfläche reflektiert,
  • bei einer höheren Intensität durchdringt der Strahl die erste Schicht und wird von der inneren, silbernen Schicht reflektiert.

Die untere Schicht hat jedoch eine geringere Dichte. Außerdem wird die Information dort «umgekehrt» gespeichert, auf einer umgekehrten Spirale, um die Latenzzeit beim Übergang von einer Schicht auf die andere zu reduzieren.

Fonctionnement d\'un lecteur de DVD-ROM double couche

Ferner gibt es die DVD in einseitiger oder zweiseitiger Version, so wie die Vinyl-Schallplatten. In letzterem Fall wird die Information auf beiden Seiten des Trägers gespeichert.

Man unterscheidet allgemein 4 große DVD-Trägerfamilien, die verschiedene Kapazitäten besitzen, je nach ihren physischen Merkmalen :

Trägertyp Eigenschaften Kapazität entsprechende Musikspielzeit entsprechende CD-Anzahl
CD   650Mo 1h14 min 1
DVD-5 einseitig, einschichtig 4.7 Go 9h30 7
DVD-9 einseitig, doppelschichtig 8.5 Go 17h30 13
DVD-10 doppelseitig, doppelschichtig 9.4 Go 19h 14
DVD-17 doppelseitig, doppelschichtig 18 Go 35h 26

DVD-Standardformate

Die offiziellen Spezifizierungen der DVD werden in fünf Büchern dekliniert :

  • das Buch-A (Book A) für die DVD-ROM ;
  • das Buch-B (Book B) für die Video-DVD ;
  • das Buch-C (Book C) für die Audio-DVD ;
  • das Buch-D (Book D) für die beschreibbare DVD (DVD-R) und die wiederbeschreibbare DVD (DVD-RW). Das Format DVD-R ist ein einmal-beschreibbares Format (Write-Once), während das Format DVD-RW ein wiederbeschreibbares Format ist, mi dem es möglich ist Daten zu löschen oder zu ändern, dank einer Phase, die ihren Zustand ändern kann ;
  • das Buch-E (Book E) für die wiederbeschreibbare DVD (auch DVD-RAM, für DVD Random Access Memory). Die DVD-RAM ist ein wiederbeschreibbarer Träger, der ein Phasenwechseltechnologie zur Datenaufnahme verwendet. Die DVD-RAM sind tatsächlich Kartuschen, die aus einem Gehäuse und einer DVD bestehen. Manche Kartuschen sind abnehmbar, damit das Ablesen der DVD-RAM im DVD-Player des Wohnzimmers gewährleistet ist.

Standardformate für beschreibbare DVD

Es gibt derzeit drei Formate für beschreibbare DVD :

  • DVD-RAM von Toshiba © und Matsushita ©. Es handel sich um ein Format, das hauptsächlich in Japan verwendet wird.
  • DVD-R / DVD-RW, getragen von dem DVD Forum. Die DVD im Format DVD-R sind einmal beschreibbar, während die DVD im Format DVD-RW wiederbeschreibbar sind, und zwar bis etwa 1 000 Aufnahmevorgänge. Das Format DVD-R, sowie das Format DVD-RW, bietet eine Gesamtkapazität von 4.7 Go.
  • DVD+R / DVD+RW, getragen von Sony und Philips innerhalb der DVD+RW Allianz, die, zusätzlich zu den genannten, die Firmen Dell, Hewlett-Packard, Mitsubishi/Verbatim, Ricoh, Thomson und Yamaha vereint.

Diese drei Formate sind nicht untereinander kompatibel, trotz vergleichbarer Leistungen. Das Format DVD-RAM wird nicht detailliert ausgeführt, da es hauptsächlich in Japan benutzt wird. Die Formate DVD-R(W) und DVD+R(W) sind allerdings weitgehend in Europa verbreitet.

DVD-R/RW

Das Format DVD-R/DVD-RW basiert auf einer sogenannten «Pre-Pit-Technik». So wie die beschreibbaren CD (CD-R), benutzen die beschreibbaren und wiederbeschreibbaren DVD eine «pre-groove» (eine auf den Träger vorgebrannte Spirale), die sich nach einer Sinuskurve wellt, die wobble genannt wird. Mit der pre-groove kann die Positionierung des Schreibkopfes auf dem Träger definiert werden (genannt tracking) während die Schwingungsfrequenz es dem Brenner ermöglicht, seine Geschwindigkeit anzupassen. Die Adressierinformationen (Position der Daten) werden allerdings über die auf den Träger vorgebrannten Gruben definiert, in den Vertiefungen (genannt land) zwischen den Rillen der Platte (genannt groove), «land pré pits» getauft (abgekürzt LPP).

Pré-pits, groove et land

Die Pre-Pits sind also ein zweites Signal, das zur Positionierung der Daten dient. Wenn der Laser einem Pre-Pit begegnet, erscheint ein Hochpunkt im Ausmaß der Schwingungen, der dem Brenner angibt, wo die Daten gebrannt werden sollen. Die Spezifikationen der DVD-R geben an, dass ein Pre-Pit eine Länge von mindestens einer Periode (1T) besitzen muss.

Das Format DVD-R/DVD-RW bietet Fehlerverwaltungsfunktionen an, hauptsächlich auf Software-Basis (genannt Persistent-DM und DRT-DM).

DVD+R/RW

Das Format DVD+R/DVD+RW benutzt eine Spirale deren Schwingung (wobble) über eine sehr viel höhere Frequenz verfügt als die DVD-R (817,4 kHz für die DVD+R gegen 140,6 für die DVD-R) und die die Adressierung dank einer Modulation der Schwingungsphase vornimmt, d.h. eine Codierung durch Umkehrung der Phase, genannt ADIP (ADdress In Pre-groove). Die Umkehrung der Phase erscheint alle 32 Perioden (32T).

ADIP - ADdress In Pre-groove

Das Format DVD+RW biete ein Fehlerkorrekturfunktion an, genannt DVD+MRW (Mount Rainier for DVD+RW abgekürzt in Mt Rainier for DVD+RW) mit der die defekten Blöcke markiert werden können. Wenn sich lesbare Daten auf diesem Block befinden, ermöglicht es ein Mechanismus, diese auf einen gesunden Block zu verschiebende und das Datei-Zuordnungsverzeichnis zu aktualisieren (man spricht dann von Logical to Physical Address Translation).

Eine Hintergrunds-Überprüfung ist außerdem in den Spezifikationen vorgesehen, die es erlaubt zu überprüfen ob Fehler auf der Platte bestehen, ohne dass das Laufwerk aktiv ist. Der Benutzer kann trotzdem den Träger jederzeit lesen oder auswerfen - in diesem Fall wird die Überprüfung fortgesetzt, sobald das Laufwerk wieder in Funktionsbereitschaft ist.

Unterschiede zwischen DVD+ und DVD-

Die von den DVD+R verwendete Adressierungsmethode (Phasenmodulation), besitzt allgemein eine bessere Resistenz gegenüber elektromagnetischen Störungen, als die Pre-Pits-Methode. Während des Brennvorgangs muss der Brenner auch die Pre-Pits lesen, um die Daten ordnungsgemäß auf dem Träger zu positionieren. Das vom Laser ausgehende Licht kann allerdings zu Störungen führen.

Angesichts der Periode die der Länge eines Pre-Pits entspricht (1T), sind die Pre-Pits außerdem um so schwerer zu finden, als die Lese-Geschwindigkeit hoch ist. Es ist also nicht verwunderlich, dass der erste kommerzialisierte Brenner 16x im Format DVD+RW war.

So verfügt das Format DVD+R(W), mit neueren Spezifikationen, über bessere Leistungen, sowie zusätzliche Funktionen. Das Format DVD-R(W) ist jedoch von dem DVD Forum ratifiziert en entspricht dem ursprünglichen Format, so dass die meisten Lesegeräte, insbesondere für Wohnzimmergebrauch, kompatibel sind.

Die DVD-Brenner nehmen meist beide Plattenformate an. Abschließend kann man sagen, dass das Format DVD-R(W), wegen seiner besseren Kompatibilität mit Wohnzimmer-Lesegeräten, für Video-DVD vorzuziehen ist, während das Format DVD+R(W) Vorteil für die Herstellung von Daten-DVDs mit sich bringt.

DVD DL

Der Begriff «DVD DL» (DVD Dual Layer) bezeichnet die beschreibbaren, doppelschichtigen DVDs. Diese Träger bieten eine größere Speicherkapazität als die einfachen, einschichtigen DVD und verwenden eine Technologie die sich der DVD-9 (DVD doppelschichtig gepresst) annähert.

Logische Struktur

Eine DVD besteht hauptsächlich aus drei Zonen, die die «Informationszone darstellen» (information area) :

  • Die Zone Lead-in Area (manchmal LIA abgekürzt) die ausschließlich Informationen enthält, die den Inhalt des Trägers beschreiben (diese Informationen sind gespeichert in der TOC, Table of Contents, zu übersetzen mit Inhaltsverzeichnis). Die Zone Lead-in dient dem CD-Player um die spiralförmigen Vertiefungen zu verfolgen, um sich mit den Daten zu synchronisieren, die sich in der Programmzone befinden.
  • Die Programmzone (Program Area) ist die Zone die die Daten enthält.
  • Die Zone Lead-Out (manchmal LOA abgekürzt) enthält Nulldaten (Pausen bei einer Audio-DVD) und markiert das Ende der CD.

Zones lead-in et lead-out du DVD

Eine beschreibbare DVD enthält, zusätzlich zu den drei oben beschriebenen Zonen, eine Zone die PCA (Power Calibration Area) genannt wird und eine Zone RMA (Recording Management Area) die sich vor der Lead-In-Zone befindet.

Die PCA kann wie eine Testzone für den Laser begriffen werden, damit er seine Leistung an den Trägertyp anpassen kann. Dank dieser Zone ist es möglich Rohträger zu kommerzialisieren, die verschiedene organische Farbstoffe und reflektierende Schichten verwenden. Bei jeder Kalibrierung, notiert der Brenner, dass er einen Test gemacht hat. Maximal 99 Tests pro Medium sind erlaubt.

Datei- und Verzeichnissystem

Die DVD benutzen das Dateisystem UDF (Universal Disk Format). Um eine gewisse Kompatibilität mit älteren Betriebssystemen aufrecht zu erhalten, ist ein hybrides Dateisystem entwickelt worden, genannt «UDF Bridge», welches sowie UDF als auch das von den CD-ROM benutzte Dateisystem ISO 9660 trägt. Es muss allerdings angemerkt werden, dass die DVD-Video- und DVD-Audio-Player nur das UDF System tragen.

Struktur einer Video-DVD

Eine Video-DVD kann Daten enthalten, die für Wohnzimmer DVD-Player bestimmt sind, sowie zusätzliche Daten, die am Computer gelesen werden können.

Ein DVD Video besitzt eine hierarchische Organisation Verzeichnisse in denen Audio und Videodaten gespeichert werden. Er beruht gewöhnlich auf der folgenden Struktur :

Structure d\'un DVD

Das Hauptverzeichnis, genannt VIDEO_TS (für Video Title Sets), ist für die Dateien der Video-DVD bestimmt. Das Verzeichnis AUDIO_TS betrifft Audio-DVD, wird aber von manchen Wohnzimmer-DVD-Player verlangt. JACKET_P enthält die Bilder des DVD-Umschlags. Man kann außerdem auch noch andere Verzeichnisse hinzufügen, die am Computer gelesen werden können.

Eine Video-DVD besteht aus einer gewissen Anzahl von Elementen, die sich im Verzeichnis VIDEO_TS  befinden:

  • ein Video-Verwalter (VMG, für Video Manager). Der VMG beinhaltet meist das oder die Einführungsvideos, sowie das Menü, mit dem Zugang zu den anderen Video-Titeln (inbegriffen die Untermenüs).
  • eine oder mehrere Gruppen von Video-Titeln (VTS, für video titles sets), die Video-Titel beinhalten.

Die «Video Title» entsprechen Filmen, Videos oder Alben. Ein Titel besteht aus einer «Gruppe von Video-Objekten» (VOBS, Video Object Block Sets), bestehende aus  :

  • einer «Kontrolldatei» (genannt VTSI, für Video Title Set Information), die Navigationsdaten enthält.
  • einem oder mehrere Video-Objekte VOB, Video Object Block). Das Video-Objekt (VOB) ist das Basiselement der DVD. Es enthält die Video- und Audiodaten und die Multiplexbilder im Format MPEG2. Eine .VOB-Datei kann also von einer Video-Lese-Software gelesen werden, indem die Erweiterung in «.MPG» geändert wird. Die Spezifizierungen der DVD. erlauben nicht dass eine VOB-Datei mehr als ein Giga-Oktett wiegt. Jeder VOB besteht selber aus «Zellen» (Cells), die die verschiedene Video- oder Audio-Clips darstellen, aus denen das VOB besteht : z.B. die Video-Kapitel oder die Tracks auf einem Album.
  • eine Kopie vom VTSI (VTSI Backup).

Eine DVD kann bis zu 99 Titel enthalten (VTS), jeder unterteilt in bis zu 10 Kapitel.

So enthält das Verzeichnis VIDEO_TS gewöhnlich drei Dateitypen, mit folgenden Erweiterungen :

  • IFO mit den Navigationsinformationen (entspricht dem Video Manager).
  • VOB (Video Object Block) enthält die Video-Flüsse, die verschiedenen Audio-Kanäle sowie die Untertitel eines Video-Titels.
  • BUP (BUP heißt Backup), enthält eine Sicherungskopie der IFO-Dateien, für den Fall dass diese unlesbar wären.

VOBS, VOB, VMG et VTS

Eine besondere Datei, genannt VIDEO_TS.IFO (IFO was Information bedeutet) enthält die für das Lesegerät nötigen Informationen zur Anzeige des Hauptmenüs. Sie wird von der Datei VIDEO_TS.VOB begleitet, die den einführenden Animationsclip, sowie eine Sicherungskopie (genannt VIDEO_TS.BUP)enthält.

Zonen

Die Video-DVD sind dafür bestimmt, nur in gewissen Teilen der Welt gelesen werden zu können: es handelt sich um die Zonenaufteilung (ursprünglich dazu gedacht, die Verbreitung von Raubkopien zu begrenzen) So ist es theoretisch unmöglich eine DVD einer Zone zu lesen, wenn man sich in einer anderen befindet. Allerdings können so gut wie alle DVD-Computerlaufwerke und eine große Anzahl von Wohnzimmer-DVD-Player mit Dienstprogrammen «entzont» werden.

Les zones de DVD vidéo

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