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Computertechnik-Fibel

Die Computertechnik-Fibel, das Computer-Buch

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Netzwerktechnik-Fibel

Die Netzwerktechnik-Fibel

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DVD - Digital Versatile Disc

DVD-Logo des DVD-Forums für eine offizielle DVD
Die DVD ist ein Massenspeicher, ähnlich wie die CD-ROM. Mit einer Speicherkapazität von 4,7 GByte (Single Layer) bzw. 8,5 GByte (Dual Layer) konnten viel mehr Daten gespeichert werden, als auf einer CD-ROM. Parallel dazu wurden beschreibbare und wiederbeschreibbare DVD-Varianten entwickelt.
Ursprünglich stand DVD für Digital Video Disc. Ein Großteil der Anwendungen liegen jedoch im Computerbereich. Daher ist heute die korrekte Bezeichnung Digital Versatile Disc.

Geschichte

Nach Einführung der Audio-CD in den 80er Jahren wurde dieses Speichermedium schnell für den Computer-Bereich als Massenspeicher weiterentwickelt. Die CD-ROM bietet 650, 700 oder mehr MByte Speicherplatz. Bald musst ein Medium her, um neben Daten und Ton auch Videos auf die Scheibe zu bringen. Die Filmindustrie war daran interessiert ihre Filme auf eine kompakte Scheibe, wie eine CD unterzubringen. Und die Computer-Industrie verlangte nach einem Speicher, der noch größere Datenmengen speichern konnte, als die CD-ROM.
Daher wurde das Konzept der CD aufgegriffen und verbessert. Heraus kam die DVD.

Anfangs gab es zwei verschiedene Firmen-Kooperationen, die unabhängig voneinander einen CD-Nachfolger entwickelten. Ende 1994 stellten die Firmen Sony und Philips die Multimedia-CD (MM-CD) vor. Dieses Speichermedium fasste 3,4 GByte Daten.
Eine andere Firmen-Kooperation von rund 20 Firmen stellt Anfang 1995 die Super Density-CD (SD-CD) vor. Sie bot ca. 4,7 GByte Speicherplatz. Beide Speichermedien unterschieden sich nicht nur in ihrem Speicher, sondern auch in ihrem Aufbau. Bei der MM-CD wurde nur auf eine Seite die Daten gepresst. Die SD-CD hatte auf beiden Seiten, der Ober- und Unterseite, eine Datenträgerschicht.
Im Zeitraum zwischen 1995 und 1996 vermittelte dann die Film- und Computerindustrie zwischen den beiden Parteien. Daraus entstand das DVD-Konsortium, später DVD-Forum genannt. Man einigte sich damals auf die DVD als gemeinsames Format. Ende 1996 erschienen dann auch die ersten DVD-Laufwerke.

Aufbau einer DVD

Oberfläche einer DVD
Die Daten auf einer DVD werden in Erhöhungen (Pits) und Vertiefungen (Lands) in der Reflektionsschicht gespeichert. Der Übergang von einem Pit zu einem Land bzw. umgekehrt wird als logische 1 gewertet. Findet kein Wechsel statt, wird das als logische 0 gewertet. Um mehr Daten auf ein gleich großes Medium wie die CD unterzubringen, werden die Pits und deren Abstand zueinander verkürzt und die Daten auf vier übereinanderliegende Schichten verteilt. Dadurch entsteht ein Speichermedium, das bis zu 17 GByte speichern kann.
Um die kleineren Pits lesen zu können, ist die Wellenlänge des roten Lasers auf 635 nm bzw. 650 nm verkürzt. Zum Vergleich: die CD-ROM wird mit einem infraroten Laser und einer Wellenlänge von 780 mm gelesen.
Die Auflösung der Leseoptik ist verbessert. Von 0,45 (CD) auf 0,6 (DVD). Man spricht von der numerischen Apertur. Sie ermöglicht es mit dem Laserstrahl die Pits abzutasten, die auf einer Spur liegen. Der Abstand zwischen den Spuren wurde von 1,6 µm (CD) auf 0,74 µm (DVD) mehr als halbiert.
Die feinere Datendichte ist natürlich auch empfindlicher bei Kratzern oder Verschmutzungen. Die Daten werden wesentlich schneller unlesbar. Um dem vorzubeugen setzt man die fehlertolerante 8/16-Modulation und die aufwendige Fehlerkorrektur Reed-Solomon Product-Code (RSPC) ein. Letztere wurde speziell für die DVD entwickelt.
Die physikalischen Eigenschaften einer DVD sind durch die ECMA und ISO in einer Spezifikation definiert. Dort ist unter anderem festgelegt, wie dick, schwer und groß eine DVD sein darf. Jeder Bereich auf der Scheibe und die Dicke der einzelnen Schichten ist exakt festgelegt. Auch die Anforderungen an die Beschriftungslabel ist angegeben.
Der Durchmesser einer DVD beträgt 12 cm oder 120 mm. Die Scheibe ist 1,2 mm dick und wiegt zwischen 13 und 20 Gramm. Das Loch in der Mitte muss mindestens 15 mm groß sein. Es darf nicht enger, aber 0,15 mm weiter sein.
Maße und Beschreibung der Unterseite einer DVD
Nach dem Loch kommt ein Ring (Stackring) auf der Oberseite und einer leicht versetzte Rille auf der Unterseite. Beide mechanischen Ungleichmäßigkeiten verhindern, dass die gestapelten DVDs sich bei der Produktion gegenseitig durch Reibung zerkratzen.
Es folgt der Lead-In, der zwischen 44 mm und 45,2 mm vom Loch aus gesehen beginnt. Er endet nach 48 mm und geht dann in den Datenbereich über. Nach dem Datenbereich folgt der Lead-Out.
Bei Dual-Layer-Medien (DVD-9 und DVD-18) gibt es eine Besonderheit. Es gibt zwei Möglichkeiten sie zu lesen. Einmal von innen nach außen und von außen nach innen. Im letzteren Fall wird auf den Lead-Out verzichtet und stattdessen eine sogenannte Mittelzone verwendet. Außerdem befindet sich auf dem Layer 1 (unten) kein Lead-In.
Im Lead-In kann es die Burst Cutting Area (BCA) geben, in der durch einen Barcode-ähnlichen Streifen eine Seriennummer aufgepresst ist. Der BCA-Code wird erst nach der DVD-Herstellung eingefügt. Er kennzeichnet eine DVD-ROM-Serie oder jede einzelne DVD.
Der Lead-Out ist mindestens 2 mm breit. Die letzten Millimeter am Außenrand der DVD sind der Rand (Rim Area), der keine Daten enthält. Der Datenbereich endet spätestens nach 116 mm. Wann genau der Lead-Out beginnt, hängt vom Ende des Datenbereichs ab.

  CD DVD SL DVD DL
Gewicht 14 - 33 g 13 - 20 g 13 - 20 g
Dicke 1,2 mm 1,2 mm (2 x 0,6 mm) 1,2 mm (2 x 0,6 mm)
Durchmesser 120 mm 120 mm 120 mm
Ausleseseiten 1 1 oder 2 1 oder 2
Schichten pro Seite 1 1 2
Lesegeschwindigkeit (1x) 1,2 m/s 3,49 m/s 3,84 m/s
Lochdurchmesser 15 mm 15 mm 15 mm
Spurabstand 1,6 µm 0,74 µm 0,74 µm
kleinste Pit-Länge 0,833µm 0,4 µm 0,44 µm
Numerische Apertur 0,45 0,6 0,6
Reflektionsgrad min. 70 % 45 - 85 % 18 - 30 %
Laserwellenlänge 780 nm 635/650 nm 635/650 nm

Speicherkapazität

Die Speicherkapazitäten einer DVD sind eine Vorgabe der Filmindustrie. Diese geht von einer Standardlänge pro Film von 135 Minuten aus. Durch Addieren der Datenrate pro Sekunde kommt man mit Bild und Ton in mehreren Sprachen und Untertitel auf 4,69 MBit. In der Minute sind das 281,4 MBit. Bei 135 Minuten ergibt das eine Datenmenge von ca. 38 GBit, was umgerechnet etwa 4,7 GByte entspricht. Das ist die Speicherkapazität einer DVD-5 (Single Layer). Diese wird für Video-DVDs verwendet. Wenn die Speicherkapazität nicht ausreicht, dann greift man auf die doppellagige DVD-9 (Dual-Layer) zurück.

Bei der Speicherkapazität rechnet man in 1 kByte. Wobei 1 kByte gleich 1.000 Byte (dezimal) und nicht 1.024 Byte (binär) ist. Bei der Bezeichnung des Typs wird dann die Speicherkapazität noch mal großzügig aufgerundet. So kommt es zu den unterschiedlichen Werten bei der Angabe der Speicherkapazität.

Übersicht der DVD-Typen

DVD-Typ Seiten Schichten Speicherkapazität Besonderheit
binär dezimal
DVD-5 1 1 4,38 GibiByte 4,7 GByte -
DVD-9 1 2 7,92 GibiByte 8,5 GByte -
DVD-10 2 1 8,76 GibiByte 9,4 GByte -
DVD-14 2 1/2 12,3 GibiByte 13,2 GByte -
DVD-18 2 2 15,84 GibiByte 17 GByte -
DVD-plus 2 1 4,28 GibiByte 4,7 GByte DVD-5/CD-ROM
DVD-1 1 1   1,5 GByte 8 cm Durchmesser
DVD-2 1 2   2,7 GByte 8 cm Durchmesser
DVD-3 2 1   2,9 GByte 8 cm Durchmesser
DVD-4 2 2   5,3 GByte 8 cm Durchmesser

DVD-Formate

DVD-Video Mehrstündige Videos mit hochqualitativen, interaktiven Videosequenzen mit mehreren Soundspuren und Untertiteln. Die Video-Daten werden mit MPEG2 komprimiert.
DVD-Audio Musik mit 24-Bit-Auflösung und 96 kHz Sampling-Frequenz.
DVD-ROM Speichermedium für Computer, ähnlich der CD-ROM.
DVD-R Einmalbeschreibbare DVD wie die CD-R.
DVD-R DL Einmalbeschreibbare DVD mit zwei Aufnahmeschichten, wie bei einer DVD-9
DVD-RW Wiederbeschreibbare DVD des DVD-Forums, ähnlich der CD-RW.
DVD+R Einmalbeschreibbare DVD und Konkurrenz zur DVD-R.
DVD+R DL Einmalbeschreibbare DVD mit zwei Aufnahmeschichten, wie bei einer DVD-9
DVD+RW Wiederbeschreibbare DVD und Konkurrenz zur DVD-RW.
DVD-RAM Wiederbeschreibbare DVD ähnlich wie DVD-RW und DVD+RW.
Recordable CSS Filme mit dem "DVD Download"-Siegel lassen sich auf spezielle "DVD-R for CSS Managed Recording" brennen.

Laufwerksgeschwindigkeiten

Geht man von einer Video-DVD aus, so reicht die 1x-Geschwindigkeit aus um sie abspielen zu können.

Umdrehung x-fach Übertragungsrate Verbleichbar mit CD-Laufwerk x-fach
1 11,08 MBit/s 1,385 MByte/s 9
222,16 MBit/s 2,770 MByte/s 18
444,32 MBit/s 5,540 MByte/s 36
555,40 MBit/s 6,925 MByte/s 45
666,48 MBit/s 8,310 MByte/s 54
888,64 MBit/s 11,080 MByte/s 72
10110,80 MBit/s 13,850 MByte/s 90
16177,28 MBit/s 22,160 MByte/s 144

Mehr Informationen über die DVD:

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