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D igital V ersatile D isc

D igital V ersatile D isc. 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.

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. Gliederung • Überblick • Optische Speicher • CSS • MPEG • Filmtransfer • Minerva Impression

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

  4. 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

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

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

  7. Verbreitung • 15.000 erhältliche Titel • 100.000.000 verkaufte DVDs • 70.000.000 verkaufte Laufwerke

  8. 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 $ Lizenzgebühren

  9. 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 12 cm DS SL 8.74 GB 4.5 Std. DVD-18 12 cm DS DL 8.0 Std. 15.90 GB 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. DVD-Varianten

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

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

  12. 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

  13. 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.

  14. Channelbits für 2 Channelbits für 5 Channelbits für 4 01000100000000 00000100010000 10010000100000 EFM-Beispiel für 4,5,2 0 010010001000001 100001000000002 100100001000003 100010001000004 010001000000005 000001000100006 000100001000007 001001000000008 010010010000009 10000001000000 010 100 000 100

  15. CD-ROM DVD Faktor Channelbits pro Datenbye 17 16 1.06 2 Beschreibbare Fläche in cm 86.0 87.6 1.02 m 1.6 0.74 2.16 Spurabstand in m m 0.83 0.40 2.08 Minimale Länge eines Pit in m Zahl der Bytes pro Datenblock inkl. Fehlerkorrektur 3390 2418 1.40 » Gesamtfaktor 7 CD-ROM versus DVD 26.16 Mbit/sec Brutto 10.08 Mbit/sec netto

  16. 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

  17. 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

  18. Decoder Laufwerk errechnet mit dem Player Key p den Disc Key d d :=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) 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)

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

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

  21. Subsampling • Transformation von RGB nach YUV • Luminanzmatrix erhalten • Chrominanzmatrizen vereinfachen

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

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

  24. Monitor progressive 1024 x 768 Breitwandfilm 1.85 : 1 TV interlaced 4:3 PAL / NTSC DVD 720 x 576 Video 1.33 : 1 TV interlaced 16:9 PAL / NTCS 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

  25. Letterbox für 4:3 720 x 390 Pixel Pan & Scan für 4:3 720 x 576 Pixel Letterbox gezoomt für 16:9 720 x 390 Pixel Letterbox für 16:9 720 x 390 Pixel Anamorph entzerrt für 16:9 720 x 533 Pixel Anamorph kodiert 720 x 553 Pixel Konvertierung

  26. A B C D Vom Vollbild zum Halbbild A1 A1 A2 A2 PAL2:2 Pulldown NTSC3:2 Pulldown A1 B1 B2 B2 B1 C2 C1 C1 wegen 25 Hz4 % zu schnell wegen 29.97 Hz0.1 % zu schnell C2 C2 D1 D1 D2 D2

  27. 1. Halbbild 2. Halbbild 1. Vollbild 2. Vollbild vom Halbbild zum Vollbild

  28. Erfassen der Medien

  29. Adobe Premiere

  30. Ligos MPEG Encoder

  31. Menus Untertitel Adobe Photoshop

  32. Autorensysteme www.dvddemystified.com

  33. 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 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 Minerva Impression

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