Benjamin Britton, ein außerordentlicher Professor und elektronischer Künstler an der Universität von Cincinnati, liefert die folgende Erklärung:
Die Werkzeuge der Technologie können wie eine verwirrende Buchstabensuppe erscheinen. Begriffe wie ZIP, CD oder DVD werden häufig verwendet, um die Mittel zu beschreiben, die für die Speicherung und den Austausch von Informationen zur Verfügung stehen, von Text über Audio bis hin zu abendfüllenden Filmen. Die DVD, die für Digital Versatile Disc steht, ist das beliebteste und zuverlässigste Speichermedium für Daten, insbesondere für hochwertige digitale Videos. Die DVD setzt sich in den amerikanischen Haushalten als modernste Unterhaltungsoption für Hollywood-Veröffentlichungen durch.
Bevor wir uns mit der Funktionsweise einer DVD befassen, ist es vielleicht am besten, das Warum zu erklären. Mit anderen Worten, warum ersetzt die Industrie frühere Standards für Speichermedien, einschließlich der CD (kurz für Compact Disc)? Ganz einfach, die Speicherkapazität der DVD ist viel größer. Daher ist die DVD für die Videobranche und andere Branchen in einer Weise sinnvoll, wie es die CD nie war. Ein hochwertiges digitales Video könnte niemals auf eine CD passen. Es passt nicht einmal bequem auf eine Computerfestplatte.
In der Tat benötigt ein hochwertiges digitales Video bis zu 100 Megabyte (MB) Speicherplatz pro Minute, abhängig von der verwendeten Komprimierung. MPEG2, ein Format, das häufig für die Wiedergabe von Videos auf Computern verwendet wird, komprimiert eine Minute visueller Daten auf etwa 30 MB. Für ein zweiminütiges Video werden also 60 MB und für einen zweistündigen Film 3.600 MB benötigt. Vergleichen Sie das mit dem maximalen Speicherplatz einer CD, der etwa 640 MB beträgt.
Die Kodierung von Daten auf einer DVD mag wie eine schwarze Kunst erscheinen, aber sie unterscheidet sich eigentlich nicht so sehr von der Kodierung von Daten auf einer Videokassette. Ein Videoband speichert und gibt Informationen wieder, die auf der physikalischen Anordnung von Eisenoxidpartikeln auf dem Bandmaterial basieren. Eine DVD speichert und gibt Informationen auf der Grundlage eines bestimmten „Punktmusters“ auf ihrer Oberfläche wieder. Ein sehr präziser Laser brennt diese Punkte – eigentlich unglaublich kleine Vertiefungen – auf die Master-DVD. Es ist die Kleinheit der Punkte, die die große Speicherkapazität der DVD ermöglicht.
Praktisch gesprochen: Nehmen wir an, ich hätte ein Virtual-Reality-Projekt von 75 MB auf einer Disc. Wenn ich mein Projekt der Öffentlichkeit zugänglich machen oder es in Museen im ganzen Land ausstellen möchte, brauche ich ein zuverlässiges Mittel zur Betrachtung. Daher muss ich es auf DVD brennen, und zwar nicht nur auf einer DVD, sondern auf Tausenden, um es zu verteilen.
Ich stelle also zu Hause eine einzige DVD her und bringe sie dann zu einem Vervielfältigungsunternehmen wie Panasonic, CinRam, Nimbus oder Diner. Die meisten Dienstleister der optischen Industrie befinden sich, wenig überraschend, an der Westküste. Aber es gibt auch regionale Anbieter. Sie leiten die Informationen von meiner Disc über Software-Algorithmen an einen so genannten Brenner weiter, der den Laser steuert, der eine DVD mit Glasoberfläche mit einem Datenmuster aus Punkten beschriftet, die in Bezug auf Abstände sowie Helligkeit und Dunkelheit variieren. Die Abstände sowie die Helligkeits- und Dunkelheitsvariationen der Punkte machen die Daten für einen Computer oder ein DVD-Abspielgerät lesbar, so wie die Vielfalt der Formen und Abstände dieser Buchstaben und Wörter es Ihnen ermöglicht, diese Erklärung zu lesen.
Dann wird von dieser Master-DVD ein Foto gemacht und von diesem Foto eine Ätzung angefertigt. Die Ätzung wird wiederum verwendet, um einen Metallstempel herzustellen. Nehmen wir an, ich möchte 1.000 DVD-Versionen meines Virtual-Reality-Kunstwerks oder 2 Millionen DVD-Kopien meines neuesten Hollywood-Streifens herstellen. Das Vervielfältigungsunternehmen verwendet einfach den Metallstempel, um das Muster in die Kunststoffbeschichtung all dieser DVDs zu prägen.
Was die meisten Leute im örtlichen Filmverleih oder in der Videothek finden, nennt man DVD-5. Sie wird so genannt, weil sie fast fünf Gigabyte (GB) an Informationen speichert. Es gibt auch DVD-9s und DVD-18s. Eine DVD-9 hat die doppelte Kapazität einer DVD-5, weil sie im Grunde aus zwei übereinander gelegten Scheiben besteht. Der Laser, der die Informationen „liest“, interpretiert zunächst die Daten auf der oberen Scheibe und ändert dann den Winkel, um die Daten auf der zweiten Scheibe zu übersetzen. Der DVD-18 funktioniert auf die gleiche Weise, nur dass beide Scheiben doppelseitig sind. Anstatt nur eine Seite zu lesen, liest der Laser beide Seiten, ähnlich wie unsere alten Vinyl-Schallplatten.
Zwei abschließende Anmerkungen dazu, warum Hollywood die DVD als Medium der Wahl für die Veröffentlichung seiner Produkte einsetzt: Erstens sind DVDs haltbarer als die üblichen VHS-Kassetten. Für Filmverleiher bedeutet das langfristig höhere Gewinne, da sie nicht für Ersatzversionen nach mehreren Abspielen bezahlen müssen. (Das hat den zusätzlichen Vorteil, dass sich der örtliche Verleih nicht darum kümmern muss, ob Sie den Film zurückspulen oder nicht). Darüber hinaus wird es aufgrund spezieller Funktionen in den DVD-Abspielgeräten für Fernsehgeräte unmöglich sein, Raubkopien von Filmen auf DVD zu „lesen“ und abzuspielen, ein Problem, das Hollywoods Videomarkt im Ausland geplagt hat.
Weitere Informationen über DVDs stammen von Sylvia Moats, Xiao Tang und Victor McCrary vom National Institute of Standards and Technology (NIST):
DVD (Digital Video Disc) ist eine Technologie, die auf optischer Datenspeicherung basiert, ähnlich der Compact Disc (CD). Die optische Datenspeicherung ist eine Methode zur Speicherung digitaler Informationen (1 und 0), bei der Licht zum Lesen der Informationen verwendet wird. Analoge Informationen werden in digitale Informationen umgewandelt, die dann von innen nach außen auf der Disc kodiert werden. Die digitalen Daten werden mit Hilfe von Vertiefungen auf der Aufnahmeschicht der Disc kodiert. Die Kodierung erfolgt mit einer Technik, die bei CDs als EFM (Acht-zu-Vierzehn-Modulation) und bei DVDs als EFMPlus (Acht-zu-Sechszehn-Modulation) bezeichnet wird.
Die Pits und die Abstände zwischen den Pits, die sogenannten Lands, variieren in ihrer Länge, um die auf der Disc gespeicherten digitalen Informationen darzustellen. Die Pits sind in einer Spur angeordnet, die ein spiralförmiges Muster auf der Aufzeichnungsschicht der Disc bildet. Die Disc dreht sich im Player in einer kreisförmigen Bewegung, während sich ein optischer Kopflaser langsam nach außen bewegt und auf die Pits fokussiert bleibt. Der Laserstrahl wird zu einem Detektor zurückreflektiert, wenn er auf die Lands trifft, und er wird von den Pits vom Detektor weggestreut. Der Übergang zwischen einem Pit und einem Land entspricht einer „1“ im digitalen Bitstrom.
Eine DVD kann über zwei Stunden Video auf einer Schicht der Disc speichern. Im Vergleich zu den 74 Minuten an Daten, die eine CD speichern kann, stellt diese Kapazität eine enorme Verbesserung dar. (Vierundsiebzig Minuten reichen gerade aus, um Beethovens neunte Symphonie auf einer ganzen CD zu speichern.) Die kleinsten Pits auf einer DVD sind etwa 0,4 Mikrometer (0,0001575 Zoll) breit, während die Pits einer CD eine Mindestbreite von 0,83 Mikrometer haben. Die Pits sind in Spuren (dem so genannten Spurabstand) angeordnet, die auf einer DVD viel enger beieinander liegen (0,74 Mikrometer) als auf einer CD (1,6 Mikrometer). Mit dieser Konstruktion kann eine einlagige, einseitige DVD 4,7 GB speichern, während eine einzelne CD nur 650 MB fasst.
Die kleinere Pit-Größe auf einer DVD bedeutet, dass der Laserstrahl, der in einem DVD-Player verwendet wird, eine kürzere Wellenlänge haben muss als der in einem CD-Player. Diese Anforderung ermöglicht jedoch eine doppelte Kompatibilität: DVD-Player sind so konzipiert, dass sie sowohl DVDs als auch CDs abspielen können. Leider ist diese Kompatibilität rückwärtsgerichtet, so dass CD-Spieler keine DVDs abspielen können.
Bei so kleinen Pitbereichen ist die Zahl der möglichen Fehler beim Lesen der Disc unbegrenzt. Daher hat die Fehlerkorrektur-Speicherung eine rasante Entwicklung erfahren. Bei der CD-Technologie befindet sich eine Fehlerkorrekturkodierung (ECC) auf der Disc, um Probleme zu korrigieren, wenn sie auftreten. Die ECC-Algorithmen sind so konfiguriert, dass sie Fehler in den Daten erkennen und perfekt korrigieren. Die gleiche Methode wird für die Fehlerkorrektur in der DVD-Technologie verwendet.
Die größere Menge an Informationen, die auf einem DVD-Video gespeichert wird, ist hauptsächlich auf die geringere Größe des Pits und den engeren Spurabstand zurückzuführen, aber es kommt noch ein weiterer Faktor ins Spiel, nämlich die Kompression. Die Moving Picture Experts Group hat einen fortschrittlichen Videokompressionsalgorithmus entwickelt, der als MPEG2 bezeichnet wird. Diese Entwicklung basiert auf einer zeitlichen Komprimierung, bei der jedes Videobild mit dem folgenden Bild verglichen wird und nur die Änderungen in der Szene gespeichert werden. Dabei wird ein Einzelbild verzögert gespeichert, um den Hintergrund einer Szene kontinuierlich auszublenden und mehr Platz für die Speicherung von Veränderungen in der Szene zu haben. MPEG2 verwendet auch die diskrete Kosinustransformation, bei der Bilder auf ihre Frequenz hin untersucht und dann alle sich wiederholenden Frequenzen komprimiert werden.
Die Videokomprimierung bietet mehr Platz für die Speicherung zusätzlicher Betrachtungsoptionen, was einen großen Teil dessen ausmacht, was die DVD zu einem unglaublichen technischen Fortschritt macht. Um das volle Kinoerlebnis zu ermöglichen, wird DVD-Video in Dolby Digital (AC-3) Surround Sound angeboten. Weitere Optionen sind die Wahl zwischen Breitbild (16:9) und Vollbild (4:3), Tonspuren in verschiedenen Sprachen und Untertitel. Bei DVD-Videos kann der Zuschauer dank vorprogrammierter Szenenschnitte auf der Disc selbst entscheiden, ob der Film die Altersfreigabe R oder PG erhalten soll. Der Zuschauer kann sich auch für eine ungeschnittene Version des Films entscheiden oder sich Ausschnitte aus dem Original ansehen. All diese Auswahlmöglichkeiten können zu Beginn des Films getroffen werden. Die DVD springt dann nahtlos von einer Szene zur nächsten in der Anordnung, die der Zuschauer gewählt hat. Der Regisseur und der Produzent entscheiden über die Anzahl und die Art der verfügbaren Optionen, so dass jede einzelne DVD einige, alle oder keine dieser Optionen enthalten kann.
Eine weitere große Verbesserung der DVD-Videospeicherung ist ihre 525-Zeilen-Auflösung, die weitaus höher ist als die Auflösung von Laserdisc-Medien und fast doppelt so hoch wie die Auflösung von Standard-VHS-Videobändern. Diese Auflösung hängt von den Fähigkeiten des verwendeten Fernsehbildschirms ab, aber der Monitor muss keine hohe Auflösung haben, damit der Zuschauer die Vorteile der DVD genießen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine DVD-Disc nicht physisch berührt wird, während sie sich im Abspielgerät dreht, so dass es keine Abnutzung oder einen Verlust der Wiedergabetreue im Laufe der Zeit gibt. Im Gegensatz dazu berühren Videokassetten einen Abspielmechanismus und gehen mit der Zeit kaputt, was zu einer Verschlechterung der Bildqualität führt.
Allerdings sind DVDs und CDs nicht unempfindlich. Da die Daten spiralförmig gespeichert sind, sollte man nicht kreisförmig über die Disc wischen, sondern von innen nach außen zum Rand hin. Im Vergleich zu Videokassetten ist die DVD aufgrund ihrer Langlebigkeit und der einfacheren Aufbewahrung ein wesentlich günstigeres und benutzerfreundlicheres Medium.
