DVD-Video, DVD-Audio, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD±R DVD±RW

Digital Video Disc und Digital Versatile Disc

Die DVD ist ein digitales Speichermedium, das optisch einer CD ähnelt, aber über eine deutlich höhere Speicherkapazität verfügt und vielfältiger nutzbar ist. Sie zählt zu den optischen Datenspeichern. Das Kunstwort „DVD“ ging auf die Abkürzung von Digital Video Disc und später Digital Versatile Disc (engl. für digitale vielseitige Scheibe) zurück, ist seit 1999 aber nach Angaben des DVD Forums ein eigenständiger Begriff und unabhängig von einer Langform. In der Alltagssprache wird der Ausdruck „DVD“ im Zusammenhang mit Filmen häufig im Sinne des logischen Formats DVD-Video verwendet.
Dieser Artikel vermittelt einen überblick zur Geschichte der DVD, ihrer Varianten und den Herstellungverfahren. Spezielle Details finden sich in den Artikeln DVD-Video, DVD-Audio, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD±R und DVD±RW.
Seit einigen Jahren gibt es auch Nachfolger des DVD-Standards. Diese heißen HD-DVD (High Definition DVD) und Blu-ray Disc. Sie verfügen über eine wesentlich größere Speicherkapazität, die u. a. für hochauflösende Videos verwendet werden kann. HD-DVD und Blu-ray stecken jedoch noch in den Kinderschuhen und am Markt gibt es nur wenige Laufwerke und Wiedergabegeräte, die die DVD-Nachfolger unterstützen.

Geschichte und Verbreitung
Anfang der 1990er Jahre konnte sich die Compact-Disc als Massenspeicher-Medium bei Computern durchsetzen. Dadurch wuchsen nicht nur die Anwendungsfelder, sondern auch die Bedürfnisse der Verbraucher und der Unterhaltungsindustrie auf der ganzen Welt. Gewünscht wurde ein Medium, mit dem Videos ähnlich komfortabel gehandhabt werden können wie Musik- und Sprachaufnahmen mit der CD. Zwar gab es dies bereits als Video-CD (kurz: VCD) und LaserDisc (kurz: LD), jedoch konnten auf der VCD maximal 74 Minuten und auf der LD maximal 128 Minuten Videomaterial in knapp VHS-Qualität untergebracht werden. Dies führte bei Spielfilmen dazu, dass die VCD/LD mitten im Film gewechselt/umgedreht werden musste, ähnlich wie früher eine Musikkassette oder Langspielplatte.

Die Unterhaltungsindustrie arbeitete daran, die Speicherkapazität der CD weiter zu erhöhen. Hierbei gab es zwei unterschiedliche Konzepte: Sony und Philips betrieben die Entwicklung der Multimedia-CD (kurz: MMCD), Toshiba und Time Warner favorisierten die Super Density CD (kurz: SD). Auf Druck der Film-Industrie, die nicht mehr wie bei der Markteinführung der Videorekorder mehrere Standards unterstützen wollte, einigten sich die Konkurrenten Ende 1995 auf einen gemeinsamen Standard. Da die DVD zunächst als reines Speichermedium für Videodaten gedacht war, stand DVD anfangs für „Digital Video Disc“. Dies wurde jedoch geändert, als andere Verwendungsmöglichkeiten abzusehen waren. Als Alternative wurde „Digital Versatile Disc“ (versatile = vielseitig) ins Spiel gebracht, konnte sich aber nicht durchsetzen. Der aktuelle offizielle Standpunkt des DVD-Forums ist, dass DVD einfach drei Buchstaben ohne exakt festgelegte Bedeutung sind.

Ein Jahr später kamen die ersten Abspielgeräte und DVD-Medien in den Handel. Zuvor mussten Unstimmigkeiten bezüglich der Kopierschutz-Verfahren ausgeräumt werden. Zudem gelang es der Film-Industrie, mit einem Regionalcode Marktkontrolle zu gewinnen. Mit dem Code soll verhindert werden, dass zum Beispiel eine DVD aus den USA auf einem europäischen Gerät abspielbar ist. Die Film-Industrie fürchtete hier Umsatzeinbußen, da Filme in den USA oft schon auf dem Videomarkt erhältlich sind, während sie in Europa noch gar nicht im Kino gezeigt wurden. Als Vertriebstrategie der Anbieter ist auch bekannt, dass durch die regionalen Beschränkung der Anwendbarkeit in unterschiedlichen Regionen unterschiedliche Preise (so genannte „Marktpreise“) erzielt werden können.

Sowohl der verwendete Wiedergabeschutz Content Scrambling System als auch der Regionalcode sind mittlerweile leicht zu umgehen. Die Industrie reagierte darauf einerseits mit rechtlichen Maßnahmen und andererseits mit dem Druck auf die Hersteller von DVD-Laufwerken, die Abfrage des Regionalcodes gerätetechnisch zu implementieren. 1999 kamen die ersten DVD-Brenner in den Handel, die Preise lagen jedoch bei weit über 5.000 DM.

Seit 2001 werden in Deutschland mehr Spielfilme auf DVD verkauft als auf vorbespielten VHS-Kassetten.

Mittlerweile gibt es den offiziellen DVD-Nachfolgestandard namens HD DVD (High Density DVD) bei dem durch Abtastung der noch enger gesetzten Pits und Lands mit einem blau-violetten Laserstrahl noch höhere Datenmengen untergebracht werden können.

In Konkurrenz hierzu haben sich einige Firmen (darunter Sony) zusammengefunden, die eine so genannte Blu-ray Disc (kurz: BD) entwickelt haben. Welches Format sich letztlich durchsetzen wird, ist noch unklar. Zwar ist die HD-DVD leichter herzustellen, der Blu-Ray Disc jedoch technisch in mancher Hinsicht unterlegen. So ist zum Beispiel bei der Blu-Ray Disc die Datenmenge auf einer Scheibe erheblich größer. Zudem ist bei ihr die Fehlerkorrektur (ein Muss bei derartiger Packdichte der Daten) zumindest theoretisch viel robuster. Siehe Vergleich optischer Datenträger.

Geschwindigkeit Die Standard-Datenrate („1X“) entspricht bei DVDs einer Geschwindigkeit von 1,35 MByte/Sek. bzw. 10,8 MBit/Sek. und damit in etwa einem CD-Laufwerk mit dem Geschwindigkeitsfaktor „9X“.

Die zwei grundsätzlichen DVD-Gruppen lassen sich anhand der Farbe ihrer Rückseite unterscheiden.
DVD-Formate
Die DVD gibt es in zahlreichen Varianten, welche als DVD-Formate bezeichnet werden. Alle zehn DVD-Formate lassen sich in zwei Gruppen kategorisieren:

Drei spezielle DVD-Formate, die für bestimmte Verwendungszwecke optimierte Datenstrukturen aufweisen (und ursprünglich nur einen Lesezugriff erlaubten): DVD-Video, DVD-Audio und DVD-ROM.
Sieben für den Konsumenten beschreibbare DVD-Formate: DVD-RAM, DVD-R, DVD+R, DVD-RW, DVD+RW, DVD-R DL, DVD+R DL. Diese sieben Formate lassen sich mit dem bloßen Auge von den drei erstgenannten anhand ihrer Rückseite unterscheiden. Die vom Konsumenten selbst beschreibbaren DVDs besitzen keine graue Rückseite (wie die CD), sondern sind farbig wie etwa blau, violett oder braun. Die DVD-RAM hat außerdem charakteristische aufgedruckte Sektormarken.

DVD-Datenstrukturen
Die DVD wird für folgende drei Verwendungszwecke eingesetzt, für die jeweils eigene DVD-Formate für spezielle Datenstrukturen geschaffen wurden:
DVD-Video ermöglicht die Wiedergabe von Bewegtbildern und Ton mit DVD-Video-fähigen Abspielgeräten.
DVD-Audio ermöglicht die Wiedergabe von Standbildern und Ton in sehr hoher Qualität mit DVD-Audio-fähigen Abspielgeräten.
DVD-ROM ermöglicht das Lesen von allgemeinen Daten (Computerdaten).
Daneben gibt es auch so genannte Hybrid-DVD, welche wie ein „Mischling“ die Eigenschaften einer DVD-Video, DVD-Audio oder DVD-ROM in einer DVD kombiniert. Eine solche Hybrid-DVD enthält Videos, Musik und Computerdaten und präsentiert im DVD-Spieler, DVD-Rekorder oder DVD-Laufwerk des Computers die jeweils abspielbaren Inhalte.

Technisch lässt sich eine Hybrid-DVD sehr einfach realisieren, weil die DVD-Video und DVD-Audio auf der DVD-ROM basieren. Die DVD-ROM speichert alle Inhalte als Dateien nach dem UDF-Dateisystem ab. Für die DVD-Video und DVD-Audio müssen nur zwei weitere Festlegungen vorgenommen werden: Die erlaubten Dateiformate und der Ablageort auf der DVD. Für die Hybrid-DVD ist besonders der Ablageort interessant. Wird eine DVD-Video oder Hybrid-DVD zum Beispiel in einem DVD-Rekorder eingelegt, so sucht dieser die Filmdateien im Unterverzeichnis VIDEO_TS. Nach dem gleichen Schema sucht ein DVD-Player die Audiodaten im Unterverzeichnis AUDIO_TS. Im DVD-Laufwerk eines Computers sind hingegen alle Dateien einer DVD ersichtlich, weil dieser jede DVD als eine DVD-ROM behandelt.

Der AUDIO_TS-Ordner spielt bei Audio-DVDs eine zentrale Rolle. Bei der DVD-Video sind jedoch auch die Audiodaten im VIDEO_TS-Ordner zu finden, genauso wie die diversen Sprachversionen, Untertitel, Kapitelinformationen und Sonderfeatures (alle innerhalb der so genannte ".VOB-Dateien“). Das bei DVDs üblicherweise eingesetzte Kompressionsformat ist MPEG-2, nach dem DVD-Standard ist jedoch auch noch das qualitativ weit unterlegene MPEG-1-Format vorgesehen, das ansonsten vor allem bei Video-CDs Anwendung findet. Der MPEG-2-Videostream (Fernsehbild) wird bei der Erstellung einer Video-DVD gemeinsam mit dem Audiostream und gegebenenfalls mit anderen Datenblöcken verwoben („gemuxt“, s. Multiplexing) und in einer .VOB-Datei („Video Object“) angelegt, die laut DVD-Standard nie größer als 1 Gigabyte sein darf. Wird die Datenmenge von 1 GB überschritten, wird in den Programmen zur DVD-Erstellung (DVD Authoring Software) automatisch eine neue .VOB-Datei angelegt. Die .VOB-Datei dient also als „Containerdatei“ aller Programmströme.

Beim Wechsel der Dateien ist der übergang wegen des in den DVD-Playern integrierten Buffers nicht wahrnehmbar. Beim Abspielen werden abwechselnd Video-, Audio- und gegebenenfalls Steuerungsinformationen ausgelesen, zwischengespeichert und wiedergegeben. Der VIDEO_TS-Ordner enthält außerdem die .IFO-Datei mit der Menüführung und meist mehrere .BUP-Dateien, die jedoch nur als Backup der .IFO-Datei dienen.

Als Tonspuren sind mehrere Formate zugelassen, neben dem datenintensiven – weil unkomprimierten – LPCM-Verfahren gibt es noch mehrere Komprimierungsverfahren: mp2 (meist 192-256 kbit/sec.) in beliebigen Bitraten, AC3-Komprimierung bei Dolby Surround/Mehrkanalton (meist 448 kbit/sec.) oder dts bei 6.1 Surround Sound.

Insgesamt stehen für den gesamten Datenstrom 10,08 Mbit/sec. zur Verfügung, für den Audiostrom maximal 6144 kbit/sec. Die Bildqualität der Video-DVD hängt nicht so sehr von der Bandbreite des Video-Streams als vielmehr von der Effizienz der Komprimierung ab. Oft wird mittels MPEG-Encoder in mehreren Durchläufen kodiert, um ein Höchstmaß an Effizienz zu erreichen. Bei MPEG-2 können die Datenströme im VBR-Verfahren komprimiert werden, d.h., dass die Bandbreite an verschiedenen Stellen des Films stark abweichen kann (variable Bitrate).

Die Bitrate hängt dabei von der gerade anfallenden Datenmenge ab, sodass zum Beispiel bei bewegungsarmen Szenen Bandbreite und damit Speicherplatz auf der DVD gespart werden kann. Bei MPEG-2 werden bei aufeinanderfolgenden Bildern in der Regel nur die „Unterschiede“ zum vorausgehenden Bild gespeichert (P- oder B-Frames), um auf der Disc Platz zu sparen. Mehr Informationen dazu im Artikel DVD-Video.

Daten-DVDs (DVD-ROM) sind anders als Video-DVDs keinen Restriktionen unterworfen und können beliebige Ordner und Dateien enthalten. Als Dateisysteme werden entweder die im Computerbereich vorherrschenden Formate ISO 9660 und ISO/Joliet oder UDF verwendet, beide Systeme können innerhalb des UDF Bridge-Formates (ISO 9660 Level 3 Layer) kombiniert werden. Ebenso wie CDs können auch DVDs in mehreren Sessionen (Sitzungen) beschrieben werden (Multisession). Einige ältere Betriebssysteme oder DVD-Player können jedoch nur auf die erste Session zugreifen, weshalb es sich in diesem Falle empfiehlt, die DVD in einem Zuge zu beschreiben. Zum Auslesen der restlichen Sessionen dienen Zusatzprogramme wie IsoBuster (Freeware), die auch unter älteren Betriebssystemen laufen.

Sony DCR-DVD201E HDV-Camcorder mit direkter Aufzeichnung auf eine 8cm DVD Beschreibbare DVD-Formate
Der Endbenutzer kann nicht nur käufliche DVDs abspielen (die im Presswerk hergestellt wurden), sondern er kann mit einem DVD-Brenner auch eigene DVD-Videos, DVD-Audio oder DVD-ROMs erstellen. DVD-Brenner sind beispielsweise in Computern und Hifi-DVD-Rekordern eingebaut und benötigen beschreibbare DVD-Formate. Historisch haben sich aus Kostengründen die fünf verschiedenen DVD-Formate DVD-R, DVD+R, DVD-RW, DVD+RW und DVD-RAM entwickelt mit einfacher und doppelter Speicherkapazität (DL). Sie werden nach folgender Systematik bezeichnet:

DVD Die Bezeichnung DVD tragen alle Scheiben der DVD-Familie.
– Am „–” sind alle DVD-Formate erkennbar, welche vom DVD Forum stammen.
+ Am „+” sind alle DVD-Formate erkennbar, welche von der DVD+RW Alliance stammen.
± Mit einem „±” wird ausgedrückt, dass hier sowohl die DVD-Formate des DVD Forums wie der DVD+RW Alliance gemeint sind.
R Recordable, das heißt einmal beschreibbar.
RW Rewritable, das heißt wiederbeschreibbar (gewöhnlich bis ca. 1000 Mal veränderbar/korrigierbar).
RAM Random Access Memory, das heißt freier, direkter Schreib-/Lesezugriff auf alle Daten (Details siehe Text) DL Dual (-) bzw. Double (+) Layer, das heißt zwei Datenschichten pro Seite

Die drei DVD-Formate, die vom DVD-Forum stammen, werden auch als Minus-Standard bezeichnet. Nur diese Formate dürfen auch das offizielle DVD-Logo tragen. Entsprechend werden die zwei DVD-Formate von der DVD+RW-Allianz mit einem „+” auch als Plus-Standard bezeichnet. Die DVD-Formate nach dem Plus-Standard sind technisch einfacher aufgebaut, wodurch zum Beispiel die DVD+RW andere Schreibmethoden als die DVD-RW unterstützt. Auch sind die Lizenzgebühren für die Patentnutzung bedeutend niedriger. Diese anfänglichen Preisvorteile des Plus-Standards gibt es inzwischen durch den harten Wettbewerb mit dem Minus-Standard nicht mehr.

Die Formatvielfalt führte anfangs zu einer Kaufzurückhaltung bei den Konsumenten, da unklar war, welches beschreibbare DVD-Format die größere Investitionssicherheit aufweist. Die Industrie reagierte seit 2003 darauf mit (preisgünstigen) Multi-Brennern, die sowohl das Minus- als auch das Plus-Format unterstützten.

Seit 2004 werden einige dieser fünf DVD-Formate auch für den Konsumenten nicht nur mit einer, sondern mit zwei übereinandergeklebten beschreibbaren Schichten angeboten. Diese DVDs werden mit dem Kürzel „DL” für „Dual Layer (-)” bzw. „Double Layer (+)” gekennzeichnet, wie zum Beispiel „DVD-R DL”, „DVD+R DL” und „DVD-RAM DL”. Bei RW-Medien verhindern die zu geringen Reflexionseigenschaften den Einsatz einer zweiten Schicht.

Einerseits lassen sie sich nach ihrer Veränderbarkeit in zwei Gruppen unterteilen:
DVD-Rohlinge, die nur einmal beschreibbar sind: DVD-R und DVD+R. Bei diesen Medien wird die Information in einen so genannten Dye geschrieben. Dies ist ein organischer Farbstoff, meist violetter Farbe.
DVD-Medien, die nachträglich veränderbar sind: DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM. Die RW-Medien verwenden als funktionelle Schicht anstatt des bei den DVD-Rohlingen verwendeten Dyes eine metallische Schicht. Bei den DVD-Medien ist die DVD-RAM 100 Mal öfter wiederbeschreibbar (circa 100.000 Mal) als die DVD-RW bzw. DVD+RW, die etwa 500 bis 1.000 Schreibvorgänge überstehen.
Weiterhin ist die Datensicherheit ein weiteres wichtiges Unterscheidungsmerkmal der einzelnen beschreibbaren DVD-Formate: Die DVD±R reagieren aufgrund ihrer organischen Farbstoffe viel empfindlicher auf Sonnenlicht und Hitze als die DVD±RW mit ihren anorganischen Farbpigmenten.
Andererseits ist bei der DVD±RW erst nach mehrfachem Schreiben (2–10 mal) sichergestellt, dass die Daten stabil gespeichert bleiben, weil sich erst danach die chemischen Eigenschaften nicht mehr so leicht verändern. Die DVD-RAM weist von allen beschreibbaren DVD-Formaten die höchste Datensicherheit auf, weil sie zusätzlich folgende zwei Eigenschaften aufweist:
Sektorierung: DVD-RAM-Medien besitzen eine eingeprägte Sektorierung, die sich visuell als ein Muster von kleinen verstreuten Rechtecken auf der Unterseite einer DVD-RAM zeigen (siehe Abbildung). Sie dienen einer höheren Lese- und Schreibgenauigkeit.
Defektmanagement: Die DVD-RAM besitzt dasselbe bewährte Defektmanagement wie Festplatten. Jede geschriebene Information wird von der Hardware kontrollweise gelesen (verifiziert) und ggf. verbessert. Es gibt daher keine versteckten Schreibfehler wie bei der DVD±R oder DVD±RW.

Technik
Zur Technik der DVD wird zuerst die Speicherkapazität und die Zugriffstechnik erläutert. Anschließend werden die Aspekte der DVD-Herstellung für die Hersteller beleuchtet. Die Technik zur Erstellung von DVDs durch den Konsumenten ist bereits unter dem Kapitel „beschreibbare DVD-Formate“ und DVD-Brenner dargestellt worden.

Der Medienhersteller Imation gibt die voraussichtliche Lebensdauer bei optimaler Luftfeuchte und Temperatur wie folgt an: 3,5-Zoll-Diskette, CD-R und DVD 100 Jahre; CD-RW 70 Jahre und DVD±R sowie DVD±RW 70-100 Jahre.

Speicherkapazität und Zugriffstechnik
Die Spezifikationen sehen die folgenden DVD-Typen in der Version 2 vor. Auf die Darstellung der seltenen Version 1 wird verzichtet. Für eine besser lesbare Tabelle erfolgt die Angabe der Brutto-Speicherkapazität in GiB bzw. GB statt in Byte. Die tatsächlich verwendbare Speicherkapazität hängt vom verwendeten Dateisystem der DVD ab.
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