Dokumentation zum Thema DVD-Laufwerk

Transkript

1 1 Konstanz den Referent: Frank Gaspari Lehrer: H. v. Detten Fach: IST Dokumentation zum Thema DVD-Laufwerk 1. Einleitung 1.1 Definition und Eigenschaften der DVD: Digital Versatile Disc 1.2 Geschichte der DVD 1.3 Leistungsmerkmale einer DVD und Typen 1.4 Die Verschiedenen DVD Größen 1.5 Unterschiede zwischen DVD s und CD s 2. Hauptteil 2.1 Aufbau eines DVD- Laufwerks 2.2 Laufwerksgeschwindigkeiten 2.3 Funktionsweise eines DVD Players 2.4 Lesefunktion von DVD bzw. CD 2.5 Multilayertechnik= Mehrschichtentechnik 2.6 ISO- Ländercodes 3. Schluss: 3.1 Zusammenfassung/Übersicht

2 2 1. Einleitung Definition und Eigenschaften der DVD: Digital Versatile Disc DVD = Digital Versatile Disc oder zu Deutsch= Digitale Vielseitige Scheibe. Die DVD hat eine sehr hohe Speicherkapazität, Informationen dazu noch später. DVD s haben eine überragende Bild und Tonqualität (Surround-Sound). Es können bis zu 8 Sprachversionen und 32 Untertitel auf einer DVD enthalten sein. DVD s haben eine sehr hohe Langlebigkeit es gibt kaum Qualitätsverlust wie bei VHS. DVD s bieten sehr viel Komfort: Top-Standbild, Schnellauf, Kapitelsprung, Zoomen. Man hat die Auswahl verschiedener Perspektiven (Multiangle-Funktion). DVD bieten einfachste Handhabung bei interaktiver Nutzung. DVD-Player sind abwärts kompatibel, d.h. man kann CD s CD-Roms etc benutzen. DVD s sind inzwischen weltweites Medium mit einheitlichen Standard. Quelle: Geschichte der DVD Seit der Einführung der Audio Compact Disc im Jahre 1982 und der CD-ROM im Jahre 1985 ist die CD schnell zum beliebtesten Medium für Musik und Daten geworden. Jedoch war man mit der CD schnell an seine Grenzen gestoßen. Das Problem war die mangelnde Kapazität der CD für die immer Speicherintensiver werdenden Applikationen und Daten, besonders für Video. Deshalb gründete man Anfang der 90er Jahre ein Komitee aus Hollywoods Unterhaltungsindustrie, der Computerindustrie und den großen Unterhaltungselektronik- Anbietern, um sich nach neuen Möglichkeiten umzuschauen. Ein weiterer Grund für diesen Zusammenschluß dem DVD-Konsortium - war auch die Idee der Kreation eines neuen einheitlichen Weltstandards. Gründe hierfür waren die bereits gemachten Fehler bei der Einführung der Videocassette (Beta oder Video 2000 waren Konkurrenten von VHS). Nach vielen verschiedenen Ideen einigte man sich im Dezember 1995 auf die generellen Standards der DVD. Die DVD war erfunden. Der Konsument erhielt höchste digitale Bildqualität mit digitalem Surround-Sound auf einer interaktiven Disc, die sowohl im Unterhaltungsbereich zu Hause (DVD-Player) als auch in der PC-Welt (DVD-ROM Laufwerke) sich beheimatet hat. In den 17 Jahren, seit der es CD s nun gibt, hat die Technik viel gelernt und enorme Fortschritte gemacht. Fabrikationstechnik, digitale Codierungs- und Kompressions- Algorithmen sowie Chiptechnik und Player-Mechanismen sind enorm entwickelt worden. Nur durch diese Innovationen konnte die DVD überhaupt erst entstehen. Quelle:

3 3 Leistungsmerkmale einer DVD und Typen Es gibt 5 verschiedene Formate der DVD: DVD-Video Bis zu 8 Stunden hochqualitative, interaktive Videosequenzen mit 8 Soundspuren und 32 Untertiteln. DVD-Audio Ähnlich wie die Audio CD (16 bit/44 khz) jedoch mit höherer Auflösung und Sampling-Frequenz (bis zu 24 bit/192 khz). DVD-ROM Ein Computer-Speichermedium ähnlich der CD-ROM, jedoch mit bis zu 17 GB Speicherkapazität. DVD-R Einmal beschreibbares Medium ( von 3,9 GB pro Seite, Herbst 1999 bis zu 4,7 GB). Die DVD-R kann mit Datenstrukturen der Formate DVD-Video, DVD-Audio oder DVD-ROM beschrieben werden. DVD-RAM Beschreibbares und löschbares Medium mit zu 2,6 GB Speicher pro Seite. Kann ebenfalls als DVD-Video, DVD-Audio oder DVD-ROM Anwendung finden. Quelle: Die Verschiedenen DVD Größen DVD-Art Seiten Schichten Grösse 1 4,7 GB DVD ,5 GB DVD ,4 GB DVD GB DVD-18

4 4 Quelle: Die DVD-14 ist eine Mischung aus DVD-5 und DVD-9, die eine Seite hat zwei Layer, die andere nur einen. Die DVD-9 wird aus zwei datentragenden Halbdisks, die mit durchsichtigem Kleber zusammengeklebt werden, hergestellt Unterschiede zwischen DVD s und CD s Sad CD DVD Disk-Durchmesser 120mm 120mm Disk-Dicke 1,2mm 1,2mm Seitenanzahl 1Seite 1/2 Seiten Schichten pro Seite 1 Schicht 1/2 Schichten Kleinste Pitgröße 0,83µm 0,4µm Spurbreite 1,6µm 0,74µm Durchschn.Bitrate (Aufzeichn.Dichte) 0,15Mbytes/s 4,7Mbytes/s Quellen: Hauptteil: Aufbau eines DVD- Laufwerks Wie wir wissen gibt es den separaten DVD- Videoplayer und das DVD-Laufwerk für den PC. Das DVD Laufwerk funktioniert fast gleich wie ein CD- Rom Laufwerk. Das CD-ROM - Laufwerk besteht aus einem stabilen Rahmen, den eine Blechhülle kapselt. Drinnen steckt ein meist weich gelagerter Motorblock, der einen Schrittmotor zum Antrieb der Scheibe, einen zweiten Motor für den Vorschub des Lesekopfes und einen dritten für das Aus- und Einfahren der Schublade enthält. In diesen Motorblock wird die CD-ROM zur Spindel und ihrem Andruckmechanismus transportiert oder von dort wieder ausgeworfen. Dann ist noch eine größere Platine in dem CD-ROM- Laufwerk enthalten, welche die gesamte Elektronik enthält. Zum Beispiel: die Motorsteuerung, die Fehlerkorrektur und weitere Feinheiten. Das aufwendige an dieser Mechanik besteht im Andruckmechanismus, der die CD mit einem kleinen Teller fixiert und gegen das zweite Lager an der Oberseite des Gehäuses drückt. Darüber hinaus gleitet der Schlitten mit dem Laser meist auf zwei Stahlschienen, die so präzise ausgeführt werden müssen, daß der Schlitten nicht verkanntet oder in seiner Führung klappert. Der eigentliche Lesevorgang basiert auf dem Prinzip einfacher Reflektion. Dazu führt der Kopfschlitten die Laseroptik knapp unterhalb der rotierenden CD-ROM entlang im rechten Winkel zu den Windungen der Datenspirale. Die Zeit, die diese Positionierung

5 5 benötigt, wirkt sich grundlegend auf die Zugriffsgeschwindigkeit des Laufwerkes aus: Aktuelle Modelle sind in der Lage angeforderte Daten nach einer mittleren Zugriffszeit von weniger als 80 Millisekunden an die Schnittstelle zu liefern. Das setzt voraus, das die Schlittenmechanik nicht nur schnell, sondern auch sehr genau arbeitet. Dazu trägt der Präzisionsantrieb bei; doch auch die Führungsschienen aus Stahl mit einer sehr glatten Oberfläche sind an der schnellen Positionierung beteiligt. Quelle: Laufwerksgeschwindigkeiten Umdrehung x-fach Übertragungsrate in MBit/s Vergleichbar mit CD-Laufwerk x-fach 1 11, , , , , , , , Quelle: Funktionsweise eines DVD Players Das DVD Laufwerk beherrscht die Wiedergabe von Audio- und Video-CDs sowie die eben die Digital Video Disc (DVD). Damit der Player all diese Funktionen ausführen kann, steuert ein ganzes Heer digitaler und analoger Bausteine die Signale von den verschiedenen Trägermedien auf ihrem Weg von der Scheibe zu den Bild- und Tonausgängen. Es lassen sich drei Bereiche im Player unterscheiden: 1. Das Laufwerk, das die digitalen Informationen von der DVD liest, 2. Die digitale Signalverarbeitung sowie 3.Die analogen Ausgangsschaltkreise Das Laufwerk Im Innern des meist gräulich farbenen Kastens im DVD-Laufwerk dreht sich die CD, egal, welchen Typs. Die Laseroptik im Laufwerk liest die auf der Scheibe gespeicherten digitalen Informationen aus und reicht sie - über Optokoppler in elektrische Signale umgewandelt - an die digitale Signalverarbeitung weiter.

6 6 Die Analogen Ausgänge Von den digitalen Video- und Audiodecodern gelangen Bild und Ton über Digital- Analog-Wandler zu den Ausgängen. Bildsignale stellen die meisten Player wahlweise als Composite- (FBAS-) Signal an der gelben Video- Cinchbuchse oder nach Helligkeit und Farbe getrennt als Y/C- Videosignal via Hosidenanschluss zur Verfügung. Einige Player geben über die Euro- AV- (Scart-) Buchse das Bild auch als nach Rot, Grün und Blau aufgeteiltes RGB- Signal aus, das in modernen Fernsehern direkt die Elektronenkanonen der Bildröhre ansteuern kann. Den Ton zum Film stellt der Player über zwei Cinchbuchsen für die Tonkanäle links und rechts bereit. Diese Ausgänge entsprechen denen eines CD-Players. An diese Buchsen lässt sich ein Stereoverstärker oder ein beliebiges Surroundgerät mit Dolby- ProLogic- Decoder anschließen. Die Digitalplatine Hier untersucht ein Steuerprozessor anhand der ankommenden Daten, welcher Disc-Typ sich im Laufwerk befindet und kontrolliert damit die weitere Signalverarbeitung. Der Digital-/Analogwandler: Daten von einer Audio- CD etwa werden einfach über den Digital- Analog- Wandler zur analogen Audiosektion weitergereicht und herausgegeben. Daten von einer Video- CD gelangen über den MPEG- Decoderbaustein als Bild- und Toninformationen ohne Bearbeitung zu den dazugehörigen Ausgängen. Quelle: Bildquelle:

7 7 Komplizierter wird s, wenn eine DVD mit ihren Datenmengen von bis zu 9 Megabit pro Sekunde im Laufwerk rotiert. Hier muss die Digitaltechnik die verschiedenen Informationsanteile wie Bilddaten, Tonspuren, Untertitel und Menüinformationen voneinander trennen und weiterverarbeiten. Videodaten etwa kommen als komprimiertes und datenreduziertes Signal von der Disc und werden über den sogenannten MPEG 2- Videodecoder in analoge Videobilder gewandelt. Beim zugehörigen Ton können nicht nur acht verschiedensprachige Tonspuren vorliegen, sie können auch in unterschiedlichen digitalen Codierungen auf der Disc liegen. Die vom Benutzer ausgewählte Tonspur gibt der Steuer- Chip an den Audiodecoder weiter. Der wandelt den Digitalton in ein PCM- Stereosignal um und gibt ihn über die eingebauten Digital- Analog- Wandler zu den analogen Cinchausgängen weiter. Alternativ kann der digitale Signalprozessor die digitalen Tonsignale auch unbearbeitet zu den Digitalausgängen weiterreichen, etwa wenn der Player mit einem Verstärker zusammenarbeitet, der selbst Digitalsurround entschlüsselt. Quelle: Lesefunktion von DVD bzw.cd Da wir nun wissen, dass DVD s große Ähnlichkeit mit CDs besitzen, und deshalb auch die Laufwerke ähnlich funktionieren, reicht uns zunächst die Erklärung der CD-Laufwerke. Die wichtigsten Unterschiede allerdings liegen in der Art des Lesens. Unterschiede sind z.b., dass die Wellenlänge des DVD-Lasers eine andere ist als die des CD-Lasers (es gibt auch andere Laserfarben wie blau). Außerdem müssen DVD-Laufwerke den Laser exakt fokussieren können, damit die beiden Datenschichten (Multilayertechnik, die später noch erklärt wird) einer Scheibe erfasst werden können. Im übrigen sind alle DVD-Laufwerke zu CDs abwärtskompatibel, es befinden sich extra CD-Lese-Einheiten in den Laufwerken, damit die alten CD-Laufwerke komplett ersetzt werden können. In einer reflektierenden Schicht (land) sind Vertiefungen angebracht (pits), die das Licht schlechter reflektieren. Ein gebündelter Lichtstrahl (Laser) liest in einer von innen nach außen verlaufenden Spirale die Wechsel von Land und Pit. Daher verursachen kreisförmige (d.h. entlang der Leserichtung verlaufende) Kratzer mehr Probleme als radiale (senkrecht zur Leserichtung verlaufende). Dank neuer Lasertechnik (kürzerwelliges Licht) kann man die Pits auf der DVD aber kleiner als auf der CD machen und die Spirale, in der sie angeordnet sind, enger führen. So passen auf die gleiche Fläche mehr Daten. Dafür benötigt man natürlich auch neue Laufwerke, die das lesen können. Das Prinzip der CD-ROM ist relativ einfach: Ein Laserstrahl dringt durch das Trägersubstrat aus Polycarbonat und trifft auf die aufgebrachte Aluminiumschicht. Diese Schicht enthält in spiralenförmiger Bahn kleine Vertiefungen PITS. Ein Pit hat 0.1 Mikrometer Tiefe, 0.5 Mikrometer Breite, 1Mikrometer Länge. Bereich ohne Pits nennt man LAND. Trifft der Laser auf Land,so reflektiert ihn das Aluminium in Richtung eines Fototransitors. Trifft der Laser jedoch auf ein Pit, wird der Laserstrahl so abgelenkt das der Strahl den Lichtempfänger nicht erreicht. Dieses simpel codierte Muster wertet eine aufwendige Elektronik aus, welche die ursprünglichen Daten und Dateien wieder zusammensetzt. Quelle:

8 8 Bildquelle: Würde eine CD-ROM für ein Bit nur jeweils einen Wechsel zwischen Vertiefung nutzen, so hätten die meisten CD-ROMs keine Chance: Schon kleine Kratzer, die ein Auslesen der CD behindern, würden die gespeicherten Information zerstören. Aus diesem Grunde arbeitet die CD mit einem bestimmten Muster: Wechseln sich Pits und Lands regelmäßig ab, so erkennt die Elektronik fortlaufende logische Nullen. Erst wenn dieses Muster einmal unterbrochen wird, realisiert sie eine logische 1. Die bereits angeführte Spirale aus Pits und Lands liest die CD-ROM von innen nach außen. Diese Organisation ergibt bei schnelleren Laufwerken das Problem, daß die Datenübertragungsrate von innen nach außen schnell ansteigt, da die Abstände zwischen den Pits und Lands gleichbleiben aber eine äußere Spur zwangsläufig länger ist als eine innere. Quelle: Im Gegensatz zur CD befindet sich auf der DVD nicht nur eine Schicht (Layer) mit Bildund Toninformationen, sondern sie kann bis zu zwei Schichten auf beiden Seiten (einfach umdrehen!) haben Mittels einem neuentwickelten, fokussierbaren Laserlesekopf können zur Zeit zwei Layer pro Seite abgetastet werden, damit kommen wir nun auch zu sogenannten Quelle: Quelle:

9 9 Multilayertechnik= Mehrschichtentechnik Jede Seite der DVD kann zwei Informationsebenen enthalten, was ihre Kapazität nahezu verdoppelt. Diese Zweischichtentechnik benutzt einen halbtransparenten Film, der um etwa 50 µm vor der ersten Schicht liegt. Wenn die tiefer liegende Informationsschicht abgetastet wird, liest" der Laser also durch diese halbtransparente Schicht hindurch. Dessen eingeprägte Informationen stören nicht, denn der Laser erkennt nur die Informationen, auf die er fokussiert ist. Am Ende der tieferliegenden Schicht wird der Laser auf die semitransparente Schicht fokussiert und liest diese. Das dieses Umschalten flüssig und 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 puffer Speicher, der für bruchlose Wiedergabe sorgt. (reverse spiral dual layer, kurz RSDL). Quelle: DVDs bestehen aus zwei 0,6 mm dicken Halbdisks, die Rücken an Rücken zusammengeklebt werden (bonding). Enthalten beiden Seiten Daten, muß die DVD zum Abspielen der zweiten Seite (wie die Schallplatte) umgedreht werden (ein sog. Flipper). Das ist unpraktisch und wird deshalb weniger verwendet. Quelle: ISO-Ländercodes Da die Hollywood-Filmindustrie auch bei dem neuen Medium DVD die Kontrolle über die internationale Vermarktung von Filmen/Videos haben möchte, forderte sie eine Kodierung nach unterschiedlichen Regionen - bezeichnet als Ländercodes. DVD-Player haben entsprechend der Regionen nur die Möglichkeit den jeweiligen eigenen Code wiederzugeben. Mittlerweile werden jedoch sogenannte codefreie DVD-Player auf dem Markt Angeboten, die ersten Geräte konnte man ebenso noch umstellen manche nur bis zu 5 mal. Quelle:

10 10 Die Verschiedenen Regionen haben folgenden Iso Code: Region 0 keine Einschränkung Region 1 USA, Kanada Region 2 Europa, Japan, Mittlerer Osten, Ägypten, Südafrika, Grönland Region 3 Südostasien(Taiwan, Korea, Philippinen, Indonesien, Hongkong) Region 4 Australien, Neuseeland, Südamerika, Mexiko, Karibik, Pazifische Inseln Region 5 Russland, Osteuropa, Afrika, Indien, Nordkorea, Mongolei Region 6 China Quelle: Quelle: Zusammenfassung: Die DVD und das DVD-Laufwerk Geschichte der DVD: Da der Bereich der Video-Wiedergabe mit der CD sehr schnell an ihre Grenzen stieß, wurde deshalb Anfang der 90er Jahre ein Komitee gebildet aus Hollywoods Unterhaltungsindustrie, der Computerindustrie und den großen Unterhaltungselektronik-Anbietern, um die Weiterentwicklung der CD zu definieren. Ein weiterer Grund für diesen Zusammenschluß - dem heutigen DVD-Konsortium - war auch die Entwicklung eines neuen einheitlichen Weltstandards, um den gleichen Fehler als bei der Videocassette (Beta vs. VHS) zu vermeiden. Im Dezember 1995 wurde die DVD (Digital Versatile Disc = digitale vielseitige Scheibe) vorgestellt. Zum ersten Mal erhält der Kunde höchste digitale Bildqualität mit digitalem Surround-Sound auf einer interaktiven Disc, die sowohl im Unterhaltungsbereich zu Hause (DVD-Player) als auch in der PC-Welt (DVD-ROM Laufwerke) Anwendung findet. Formate der DVD: DVD-Video Bis zu 8 Stunden hochqualitative, interaktive Videosequenzen mit 8 Soundspuren und 32 Untertiteln. DVD-Audio Ähnlich wie die Audio CD (16 bit/44 khz) jedoch mit höherer Auflösung und Sampling-Frequenz (bis zu 24 bit/192 khz). DVD-ROM Ein Computer-Speichermedium ähnlich der CD-ROM, jedoch mit bis zu 17 GB Speicherkapazität. DVD-R Einmal beschreibbares Medium (seit Herbst 1999 bis zu 4,7 GB). Die DVD-R kann mit Datenstrukturen der Formate DVD-Video, DVD-Audio oder DVD-ROM beschrieben werden.

11 11 DVD-RAM Beschreibbares und löschbares Medium mit zu 2,6 GB Speicher pro Seite. Kann ebenfalls als DVD-Video, DVD-Audio oder DVD-ROM Anwendung finden. Wie funktioniert ein DVD-Laufwerk Die DVD funktioniert im Prinzip wie eine CD: In einer reflektierenden Schicht (land) sind Vertiefungen angebracht (pits), die das Licht schlechter reflektieren. Ein gebündelter Lichtstrahl (Laser) liest in einer von innen nach außen verlaufenden Spirale die Wechsel von Land und Pit. Daher verursachen kreisförmige (d.h. entlang der Leserichtung verlaufende) Kratzer mehr Probleme als radiale (senkrecht zur Leserichtung verlaufende). Dank neuer Lasertechnik (kurzwelliges Licht) kann man die Pits auf der DVD aber kleiner als auf der CD machen und die Spirale, in der sie angeordnet sind, enger führen. So passen auf die gleiche Fläche mehr Daten. Dafür benötigt man natürlich auch neue Laufwerke, die das lesen können Multilayertechnik Jede Seite der DVD kann zwei Informationsebenen enthalten, was ihre Kapazität nahezu verdoppelt. Diese neuartige Zweischichtentechnik benutzt einen halbtransparenten Film, der um etwa 50 µm 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 tieferliegenden Schicht wird der Laser auf die semitransparente Schicht fokussiert und liest diese. Sind 2 Schichten vorhanden verlaufen die Spuren zwecks geringerer Pausen gegeneindander. Bezeichnung Schichten Bespielte Seiten Speicherkapazität DVD ,7 GB DVD ,5 GB DVD ,4 GB DVD GB ISO-Ländercodes Da die Hollywood-Filmindustrie auch bei dem neuen Medium DVD die Kontrolle über die internationale Distribution von Filmen/Videos haben möchte, forderte sie eine Kodierung nach unterschiedlichen Regionen - bezeichnet als Ländercodes. DVD-Player haben entsprechend der Regionen nur die Möglichkeit den jeweiligen eigenen Code wiederzugeben. Mittlerweile werden jedoch sogenannte codefreie DVD-Player auf dem Markt angeboten. Region 0 keine Einschränkung Region 1 USA, Kanada Region 2 Europa, Japan, Mittlerer Osten, Ägypten, Südafrika, Grönland Region 3 Südostasien (Taiwan, Korea, Philippinen, Indonesien, Hongkong) Region 4 Australien, Neuseeland, Südamerika, Mexiko, Karibik, Pazifische Inseln Region 5 Russland, Osteuropa, Afrika, Indien, Nordkorea, Mongolei Region 6 China Quellen: