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Erschienen in EasyLinux 05/2004   »   Ausgabe bestellen

Kein Standard in Sicht: Die DVD-Formate im Überblick

Ausgerechnet DVD

von Mirko Dölle und Anja M. Wagner


Plus, Minus, RAM und ROM, das sind die vier Grundrechenarten der DVD. Dieser Artikel erklärt Ihnen das kleine Einmaleins der DVD-Medien und zeigt, welche Vorteile die Formate bieten und wo der Haken ist.

Der Streit um die DVD-Formate ist längst nicht entschieden: Während das offizielle DVD-Konsortium nach wie von an der DVD-R und DVD-RW festhält, springen immer mehr Hersteller auf den Zug der konkurrierenden DVD-Plus-Medien auf. Der Anwender hat davon eine Flut von Laufwerken und Medien, bei denen ein kleines Zeichen darüber entscheidet, ob sie nun miteinander funktionieren oder nicht. Zeit für ein wenig DVD-Kunde.

Physikalischer Aufbau

Auf den ersten Blick unterscheidet sich die DVD kaum von der CD. Auch die Methode der Datenspeicherung basiert auf dem selben Prinzip: Der Laser erzeugt kleine Vertiefungen, so genannte Pits, in der organischen Farbschicht des jeweiligen Mediums. Bein Lesen reflektiert die Metallschicht, meist Silber oder Aluminium, den von unten eindringenden Laser. Trifft der Strahl auf ein Pit, unterscheidet sich die Reflexion deutlich von der einer Erhöhung, auch Land genannt.

Der Übergang von einem Pit zu einem Land und umgekehrt wird als logische 1 interpretiert, ein Nicht-Wechsel als logische 0. Durch den Wechsel von Nullen und Einsen entsteht ein Muster, das ein Byte darstellt. Dieses Muster besteht aus so genannten Channel-Bits. Ein Channel-Bit ist die kleinste Informationseinheit auf der DVD. Zwischen zwei Einsen müssen mindestens zwei Nullen und höchstens zehn Nullen stehen, die Länge der Pits ist also begrenzt.

Channel-Bits

Das kleinste Pit bezeichnet man als 3T-Pit, das größte als 11T-Pit. Das erste Channel-Bit mit dem Wert 1 wird bei dieser Rechnung weggelassen. Da ein Channel-Bit bei einer DVD 0,133 µm lang ist, beläuft sich die Länge eines Pits auf mindestens 0,400 µm.

Die Kapazität von nominell 4,7 GByte pro DVD wird möglich, weil die Daten-Spirale sehr viel dichter gepackt ist als bei einer CD, entsprechend kleiner müssen auch die Pits sein. Der Abstand bei einer CD beträgt 1,6 µm, bei einer DVD sind es nur 0,74 µm. Die Pits auf einer CD können im Minimum 0,83 µm klein sein, die Pits einer DVD dagegen 0,4 µm. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von ungefähr 100 µm.

Geklebte Scheiben

DVDs bestehen aus zwei 0,6 mm dicken Polycarbonat-Scheiben, die einfach aufeinander geklebt sind (Abbildung 1). Je nachdem, ob es sich um ein einseitiges oder zweiseitiges Medium handelt, werden entweder eine entsprechend beschichtete Datenscheibe und eine unbeschichtete Polycarbonat-Scheibe oder einfach zwei Datenscheiben Reflektor an Reflektor aufeinander geklebt.

Die Reflexionsschicht befindet sich bei DVDs also stets in der Mitte des Mediums und ist somit sehr gut vor Beschädigungen geschützt. Bei der CD befindet sich die empfindliche Reflexionsschicht, sie besteht meist aus Aluminium oder Silber, direkt unter dem Aufdruck der Oberseite -- ein Kratzer, und die CD kann an dieser Stelle nicht mehr gelesen werden.

Abb. 1: DVDs werden einfach aus zwei Scheiben zusammengeklebt, bei doppelseitigen Medien sind es zwei Datenscheiben, bei einseitigen eine Datenscheibe und eine unbeschichtete.

Der Vorteil einer zusammengeklebten DVD mit der Reflexionsschicht in der Mitte der Scheibe ist, dass die Daten-Pits einer einseitigen und einer zweiseitigen DVD stets in der gleichen Tiefe unter der Oberfläche liegen -- es ist nur eine Fokussierungseinstellung zum Lesen einseitiger und doppelseitiger Medien nötig.

Zwei Datenschichten

Der DVD-Standard sieht zusätzlich Medien mit zwei Datenschichten vor (DVD-9). Hier gibt es zwei Farbschichten übereinander, in die jeweils Pits eingebrannt werden. Entsprechende Laufwerke und Medien wurden auf der diesjährigen CeBIT vorgestellt. Um die zweite Schicht zu lesen, muss der Laser jedoch neu fokussieren, was je nach Laufwerk von wenigen Millisekunden bis zu einer Sekunde dauert. Damit lassen sich zwei mal 4,7 GByte pro Schicht, bei zweiseitigen Medien also 18,8 GByte unterbringen -- allerdings rechnen alle Medienhersteller mit 1000 Bytes pro KByte anstatt 1024 Bytes, so dass effektiv nur 17,5 GByte auf eine doppelseitige und zweischichtige DVD passen; eine herkömmliche einseitige DVD fasst also auch nur 4482 MByte statt 4,7 GByte. Waren sich bei der Entwicklung der beschreibbaren CD noch (fast) alle Hersteller in Sachen Technik einig, gibt es bei den DVD-Medien einen regelrechten Wildwuchs: Derzeit gibt es drei verschiedene Standards mit fünf unterschiedlichen Medientypen, und je nach DVD-ROM lässt sich der eine oder andere Typ nicht lesen.

Methusalem DVD-RAM

Das älteste beschreibbare DVD-Format ist die DVD-RAM. Sie wurde als Wechselplatte entwickelt und funktioniert daher in DVD-RAM-Laufwerken ohne Treiber wie eine große Diskette oder Festplatte. Darüber hinaus kann sie von fast allen DVD-ROM-Laufwerken problemlos gelesen werden. Die Kapazität einer formatierten DVD-RAM beträgt allerdings nur gut 4,2 GByte.

Früher wurden DVD-RAM fast ausschließlich in einer Cartridge geliefert, heutige Laufwerke wie der LG GSA-4040B benötigen das Medium jedoch ohne Gehäuse -- weshalb man bei vielen Cartridges die Datenscheibe einfach herausnehmen kann. Das Medium lässt sich übrigens über 100.000 mal neu beschreiben, während DVD-RW und DVD+RW lediglich bis zu 1000 mal verkraften.

Die DVD-RAM benutzt "Zoned CLV", eine Kombination von Constant Linear Velocity (CLV) und Constant Angular Velocity (CAV): Bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 16 bis 37 U/s wird eine konstante Bitrate von 11,08 MBit/s erreicht. Die konzentrischen Spuren sind in 18 bis 23 Zonen (vergleichbar den Sektoren einer Festplatte) aufgeteilt, jede Zone enthält ca. 2500 Bytes. Die Zonengrenzen sind durch Pits markiert und auf dem unteren Medium in Abbildung 2 deutlich zu sehen.

Abb. 2: Alle fünf beschreibbaren DVD-Medien im Überblick: links oben DVD-RW, rechts oben DVD+RW, links unten DVD-R, rechts unten DVD+R und unten DVD-RAM. Deutlich sind die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften zu erkennen, bei der DVD-RAM sind sogar die Sektoren auszumachen.

DVD-R und DVD-RW

Die DVD-R entspricht in vielen Dingen der CD-R, so muss die DVD-R zum Beispiel auch mit einem Brennprogramm beschrieben werden und lässt sich nicht einfach formatieren, mounten und beschreiben. Von der DVD-R gibt es zwei Varianten, die DVD-R(G) ("for General use") und die DVD-R(A) ("for Authoring") -- letztere hat aber praktisch keine Bedeutung mehr, heutige Laufwerke schreiben stets DVD-R(G). Für die DVD-R(A) wurde ein Laser mit kürzerer Wellenlänge (635 nm) verwendet, bei DVD-R(G) hat der Laser eine Wellenlänge von 650 nm.

Heutige DVD-R-Brenner arbeiten mit bis zu achtfacher DVD-Geschwindigkeit, das sind 8 x 1385 KByte/s, also knapp 11 MByte/s. Bei wiederbeschreibbaren DVD-RW liegt die maximale Brenngeschwindigkeit meist bei der Hälfte -- die Reflexionseigenschaften der wiederbeschreibbaren Medien sind deutlich schlechter als die der einmal beschreibbaren, so dass der Laser mehr Energie aufwenden muss, um die Pits in die organische Farbschicht hineinzubrennen. Die Aufzeichnung erfolgt übrigens mit Constant Linear Velocity (CLV), also stets gleicher Transferrate vom Laufwerk zur DVD (siehe Kasten).

Newcomer DVD+RW und DVD+R

Die DVD+RW war chronologisch das vierte Format -- es erschien noch vor den nur einmal beschreibbaren DVD+R. Der DVD+R-Standard ist nicht vom DVD-Konsortium abgesegnet, sondern ein Konkurrenzformat, das von einigen Herstellern durchgesetzt werden soll -- die DVD-Plus dürfen daher auch nicht das offizielle DVD-Logo tragen.

Technisch bietet der Plus-Standard einige Vorteile, so können wiederbeschreibbare Medien ähnlich einer DVD-RAM eingebunden und ohne Brennprogramm beschrieben werden. Auch ist die minimale Brenngeschwindigkeit mit 2,4-fach DVD (also 3,2 MByte/s) höher als bei der DVD-R/RW. Allerdings sind die Plus-Medien erheblich teurer und funktionieren längst nicht mit allen DVD-ROM-Laufwerken.

Besonders die DVD+R, die derzeit letzte Entwicklung im DVD-Sektor, leidet unter Kompatibilitätsproblemen: Viele DVD-Videoplayer und auch DVD-ROM-Laufwerke erkennen diese Medien nicht, weil die Firmware vor Veröffentlichung des Standards programmiert wurde. Deshalb sollten Sie erst einmal ausprobieren, ob Ihr DVD-Player überhaupt DVD+R erkennt, bevor Sie Videofilme in diesem Format brennen.

Während DVD-Minus stets im CLV-Modus beschrieben werden, arbeiten manche DVD-Plus-Brenner mit Constant Angular Velocity (CAV), also einer konstanten Winkelgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass die Transferrate während des Brennprozesses deutlich ansteigt.

Probleme mit DVD-Playern

Auch wenn DVD-R/RW und DVD+R/RW technisch sehr nah an der Video-DVD sind, gibt es in der Praxis immer wieder Probleme mit Stand-Alone-Playern. Schuld daran ist oft die alte Firmware. Zweischichtige gepresste Video-DVD-ROM (z. B. Das fünfte Element), reflektieren deutlich weniger Laser-Licht als die einschichtigen gepressten DVDs. Das gilt aber auch für DVD-Rohlinge, bei DVD-R und DVD+R liegt der Reflexionsgrad zwischen 45 und 85 Prozent einer gepressten DVD-ROM, bei DVD-RW und DVD+RW sind es gerade noch 18 bis 30 Prozent -- dieser Unterschied ist sogar mit bloßem Auge zu erkennen (Abbildung 2). Findet ein alter DVD-Player einen Datenträger mit niedrigem Reflexionsgrad, geht er von einer zweischichtigen DVD-ROM aus, und versucht, mit dem Laser die beiden Datenspuren auszulesen. Bei einem Rohling scheitert er unweigerlich daran, dass es keine zweite Datenspur gibt, und verweigert das Medium.

DVD-Player, die in den letzten drei Jahren gekauft wurden, haben dieses Problem meist nicht mehr -- wird keine zweite Datenspur gefunden, fokussiert der Player auf die Datenspur der selbst gebrannten DVD und stellt die Laufwerksparameter anhand der vorgefundenen Medienkennung ein. Das wiederum geht mit DVD+R häufig schief: Da der Standard der jüngste ist, erkennen die meisten Player die Medienkennung nicht und verweigern den Dienst. Derzeit kann man davon ausgehen, dass DVD-R-Medien in den meisten Stand-Alone-Playern funktionieren, dicht gefolgt von DVD-RW, DVD+RW und dann DVD+R -- DVD-RAM funktioniert aufgrund des völlig anderen Aufzeichnungsformats praktisch nie. Mit aktualisierter Firmware sollten sich aber die vier Plus- und Minus-Medien in jedem Stand-Alone-Player abspielen lassen.

DVD-Plus optimal für Daten

Im Bereich der Datenspeicherung hat allerdings DVD+RW gegenüber der DVD-RW die Nase vorn: Bei diesem Format ist es möglich, beliebige Stellen der DVD anzusteuern, zu löschen und neu zu beschreiben. So kann man mit einem speziellen Kernel einen DVD+RW-Rohling als frei beschreibbaren Datenträger nutzen und ihn zum Beispiel mit dem Ext2- oder Ext3-Dateisystem formatieren. Der Haken an der Sache ist, dass sich ein DVD+RW-Rohling nur rund 1000 mal beschreiben lässt und diese Marke mitunter schon nach ein bis zwei Monaten erreicht ist -- Ext2, Ext3 und auch ReiserFS sind für diesen Zweck nicht gedacht. Hier wird das Mount-Rainier-Format interessant, dessen Umsetzung unter Linux Red Hat sich auf die Fahnen geschrieben hat.

Das Problem mit den verschiedenen Formaten besteht darin, dass sie von den Brennern speziell unterstützt werden müssen. Erst im letzten halben Jahr sind Laufwerke wie das LG GSA 4040B, LG GSA 4081B oder das Superdrive von Iomega erschienen, die alle fünf DVD-Formate schreiben können. Mit rund 100 Euro ist das LG-Laufwerk jedoch kaum teurer als ein einfacher DVD-Brenner, der nur zwei oder vier Standards beherrscht.

Die Zukunft ist blau

Bluray und Advanced Optical Disc (AOD) heißt die Zukunft der DVD -- und wie könnte es anders sein, streiten sich die Hersteller wieder um die Formate und wollen genau ihres durchsetzen, so dass Bluray und AOD nicht nur miteinander inkompatibel sind, sondern auch DVD-R/RW, DVD+R/RW und DVD-RAM nicht beschreiben können. Die Kapazität soll bei Bluray und AOD zwischen 17 und 30 GByte pro Seite betragen, erste Laufwerke gab es auf der CeBIT 2004 zu sehen. Welcher DVD-Standard sich endgültig durchsetzt, steht also weiter in den Sternen. (mdö)

Aufzeichnungsmethoden

CLV, Constant Linear Velocity: Hier bleibt die unter dem Laser zurückgelegte Strecke pro Zeit konstant. Da der Umfang der Spirale nach außen größer wird, muss die Umdrehungsgeschwindigkeit immer mehr verringert werden. CLV ermöglicht eine konstante Bitrate und eine bessere Ausnutzung der Datenkapazität, braucht aber höhere Zugriffszeiten, weil das Laufwerk abbremsen und beschleunigen muss.

CAV, Constant Angular Velocity: Die Anzahl der Umdrehungen/s bleibt konstant. Die Datendichte nimmt nach außen hin ab, die Bitrate wird geringer. Dafür hat CAV bessere Zugriffszeiten und ist geeignet für Computer-Dateien.

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