Fonografie Techniek

DVD-VIDEO

DVD-video, DE OPVOLGER VAN DE BEELDPLAAT EN DE CD Compact discs en hun spelers behoren tot de succesvolste produkten van de vermaakselektronica. Sinds de introductie in 1982 zijn er (stand eind 1995) meer dan 400 miljoen spelers en 6 miljard plaatjes verkocht. De CD-ROM (read-only-memory), een afleiding van het oorspronkelijke CD formaat in bijna even succesvol in de PC wereld. Naar verwachting zouden alleen al in 1996 35 miljoen CD-ROM schijfjes zijn  verkocht.De tweede generatie van deze technologie - gebaseerd op de DVD - zal binnenkort zijn debuut maken. Wat is die DVD? Om te beginnen is gestreefd naar vijf universeel toepasbare formaten: naam                          type                                        toepassingen DVD-video                  alleen weergave                     kwalitatief hoogwaardige films en                                                                                        audiovisuele mediaDVD-ROM                  idem                                       hoogwaardige omvangrijke multi-                                                                                        media computer softwareDVD-Audio                 idem                                       meerkanaals HiFi muziekDVD-R                                   éénmalige opname                hoogwaardige, omvangrijke computer                                                                                 mediaDVD-RAM                   meermalige opname              idem Achter de schermen is uitgebreid onderhandeld over de toekomst van de aanstaande multimediale drager. De strijd ging vooral tussen twee partijen, die eerder elk voor zich met for­maat­voor­stellen op de proppen waren gekomen. Op 15 septem­ber 1995 sloten geluk­kig de voor­vech­ters Toshiba, Matsus­hita en Time Warner van de SD (Super Density Disc) een allian­tie met de MMCD (Multi Media CD) club rond Philips en Sony om te voorko­men, dat twee volkomen onuitwissel­bare syste­men en formaten parallel op de markt zouden komen en een heilloze verwarring zouden veroor­zaken met als waarschijn­lijk gevolg een kopers­staking.Beide kampen wensten voortaan een uniform formaat voor een CD-achtig opslagmedi­um met een grotere, ongeveer 14-voudige infor­ma­tie­dicht­heid, dat ook geschikt was voor datageredu­ceerde video­weergave, Dolby Surround Sound en liefst voor computer­doelein­den als aflossing van de langza­merhand verou­derde floppy's. De eerste generatie DVD spelers moet de data repro­duceren met 11 miljoen bits per seconde, passend bij een snelle 9X CD-ROM speler, die op dit punt een nieuwe mijlpaal vormt.In december '95 werd het resultaat van de onderhandelingen bekend, maar het duurde nog tot de Winter Consumer Electronics Show in Las Vegas voordat volledig opening van zaken werd gegeven. Het gaat om het nieuwe medium DVD, waarbij de afkor­ting "V" niet voor video, doch voor "Versatile" (veelzijdige toepassing) staat. Het is dan ook nadrukkelijk de bedoeling, dat het nieuwe medium niet primair muziekenthousias­ten wat beters gaat bieden, maar dat het vooral zal worden gebruikt door de film-, spelletjes en compu­ter­branche - kortom door de hele multimedia branche - wordt opge­pakt.Een voor DVD gemaakte videoproduktie kan bijvoorbeeld niet slechts een complete, volgens MPEG 2 datagereduceerde (maar kwalitatief met een oplossend vermogen van zo’n 500 horizontale lijnen altijd nog beter dan S-VHS of Hi-8) speel­film met een maximale speel­duur van 135 minuten bevat­ten, maar de kijker krijgt ook de keuze tussen verschil­lende camera-instel­lingen (Multi angle), plots (Multi story) en 8 sound-track talen plus ondertiteling in maximaal 32 talen, compatibel met PAL en NTSC en in 4:3 of 16:9 (Multi aspect) formaat. In Japan ver­wacht men veel van interac­tieve karao­ke. Op langere termijn verwacht men uiter­aard ook de DVD-R(ecorda­ble) en gaan digitale camcor­ders gebaseerd op de opneembare DVD-RAM tot de mogelijk­heden beho­ren.Aan de geluidskant heeft het langer geduurd voordat overeenstemming werd bereikt over het formaat. Eind 1997 ging de kogel door de kerk: definitief werd gekozen voor Dolby Digital AC-3 als audio standaard voor PAL DVD software in Europa. Daarmee is het alternatief - MPEG 2 - van de baan.  Zo wordt meerka­naals-, Dolby digitaal (AC-3) geluidsregis­tratie wordt de norm. Holly­wood (en de hele filmin­dus­trie) ver­wach­ten daar veel van. Om ook de audio­gemeen­schap geluk­kig te maken, hebben de DVD-vaders een speci­ale optie openge­laten om met 96kHz bemon­ste­rings­frequentie en 24-bit oplossend vermogen en uiter­aard zonder enigerlei datare­ductie stereomu­ziek te kunnen vastleg­gen. Met name Denon maakt zich sterk om ook een  Hi-Bit vari­ant met meerka­naals geluid voor ruimtelijke weergave in te voeren.Wat precies waren de alternatieven?AC-3: staat voor “Audio Code no. 3” en is feitelijk een interne aanduiding van Dolby Laboratories. Officieel heet het systeemDolby Digital: een meerkanaals audiosysteem voor digitale beeld- en geluiddragers. Hiermee worden zes volledig gescheiden kanalen geregistreerd - links en rechts voor, midden, links en rechts achter plus een subwoofer kanaal. Dit heet ook wel een 5.1 systeem. Het geheel werkt met datareductie, waarbij de zes kanalen samen slechts een derde van de datahoeveelheid van een stereo CD gebruiken. In principe staat voor de surround kanalen dezelfde kwaliteit ter beschikking als voor de frontkanalen, alleen bepaalt een coder dynamisch aan wewlk kanaal hij hoeveel bits toebedeelt. Dolby Digital werd oorspronkelijk voor de bioscoop ontwikkeld, maar is geleidelijk ook bij de Laserdisc en DVD geïntroduceerd.Dolby ProLogic: het klassieke, analoge meerkanaals geluid. Hierbij is de surround informatie binnen de beide stereokanalen gecodeerd en wordt met een decoder teruggewonnen. Die codering leidt tot verschillende ongelukkige compromissen. De ProLogic decoder levert vier signalen: links en rechts voor, midden en surround.DTS: Een door Steven Spielberg ontwikkeld digitaal meerkanaals systeem, dat in de V.S. vooral bij bioscopen in zwang is. In de DVD standaard komt het als optie voor.MPEG-1: Een afkorting die staat voor “Moving pictures expert group”. MPEG is een norm voor datareductie bij de digitale beeld- en geluidsregistratie. MPEG-1 video’s, bijvoorbeeld bij de video-CD liet de beeldkwalitatief te wensen over. Pas een verdere ontwikkeling - MPEG-2 - zorgde voor een doorbraak. Aan geluidskant bleef MPEG-1 actueel met de variant Layer II, die ook als Musicam bekend is wordt het systeem onder andere toegepast bij DAB (Digitale Audio Broadcasting), satellietradio en tweekanaals stereo voor DVD.MPEG-2: Wereldstandaard voor de beeldcodering bij digitale TV en naar het leek bij DVD. Aan geluidskant breidt MPEG-2 het Musicamproces uit tot 5.1 kanalen. Lang was dit het Europese alternatief voor de DVD geluidstak.THX: Kwaliteitsbegrip voor surround componenten. Het gaat dus niet om een meerkanaals systeem, maar uitsluitend om een kwaliteits kenmerk.3D Phonic: Pseudo surround principe met 2 luidsprekers. Met behulp van fase-effecten wordt een bepaalde ruimtelijke indruk gewekt, die echter in vergelijking met de andere systemen inferieur is.Het CD- en DVD formaat hebben de optische opslagtechniek gemeen. De infor­matie wordt in beide gevallen vertegenwoordigd door microscopische pits in het oppervlak van een kunststof plaatje. De verschillen zijn bepaald door de grootte van die pits. Zo hebben de kleinste DVD pits een doorsnee van slechts 0,4m, terwijl de equivalente CD pits ruim dubbel zo groot zijn: 0,83m. Op de DVD liggen de datasporen 0,74m uit elkaar, waar dit bij de CD 1,6m is. Dat maakt de dataspiraal op de DVD met 11km meer dan dubbel zo lang als die op de CD.Van de MMCD werd de tweelaags techniek overgenomen. Daarmee worden twee informatielagen onder elkaar geregistreerd, die door een halfreflecterende laag zijn gescheiden. Uit de SD hoek werd de gedachte overgenomen om twee dunnere schijfjes rugge­lings tot 1 plaatje samen te voegen. Op deze manier wordt niet alleen de opslagca­paciteit verdubbeld, maar ook kromtrek­ken tegengegaan. Voor het overige hoeft de laserstraal minder diep de kunststof beschermingslaag binnen te dringen. De focussering en de lichtopbrengst worden zo verbeterd.Om de kleinere pits feilloos te kunnen uitlezen, wordt een rode halfgeleider laser met een golflengte tussen 635 en 650nm ge­bruikt; ter herinnering: de CD speler gebruikt een infrarode met 780nm. Ook de lens, die scherper moet focusseren heeft een groter diafragma. Maar zo is het al met al mogelijk om de 4,7 c.q. 9,4 of nogmaals verdubbelde ca. 17 gigabyte opslagcapaci­teit te halen. Hoeveel is 17 gigabyte? Erg veel! Zo’n 8 miljoen databits. Of wel zo’n 14.000 gangbare 1,4 MB floppies vol of ook ongeveer 25 audio CD’s.Algemeen gezegd betekent dit, dat met deze vorm van High Density opname de datacapaciteit van een CD verzevenvoudigd wordt. Zowel de spoorbreedte als de pitlengte worden ongeveer gehalveerd en voor de uitlezing wordt een 635 of 650 nm rode laser gebruikt. Dat ziet er verhoudingsgewijs ongeveer zo uit:                    De belangrijkste parameters in vergelijking:                                                                                              DVD                            CDdoorsnee plaat                                                                      120mm                       120mmplaatdikte (substraat)                                                            2x0,6mm                    1x1,2mmdoorsnee middengat                                                             15mm                         15mm                                                                        standaard aftastsnelheid                                                      3,49-3,84m/s              1,2-1,4m/skortste pitlengte                                                                     0,4mu                         0,83muafstand tussen de sporen                                                     0,74mu                       1,6mugolflengte laser                                                                      650/635nm                 780nmdiafragma                                                                              0,60                            0,45spoordichtheid per inch                                                        34.000             16.000bitdichtheid per inch                                                              96.000             43.000data rate                                                                                11Mbit/s                      1,2-4,8opslagcapaciteit -enkellaags, enkelzijdig                                                        4,7GB  0,68GB -enkellaags, dubbelzijdig                                                      9,4GB  - -tweelaags, enkelzijdig                                                         8,5GB  - -tweelaags, dubbelzijdig                                                      17GB              - -eenmalige eigen opname (DVD-R)                                    3,8GB  0,68GB /kant -herhaaldelijke eigen opname (DVD-RAM)                          2,6GB /kantbemonsteringsfrequentie audio                                            96kHz  44,1kHzoplossend vermogen audio                                                  24 bit   16 bit        De vier plaatconfiguraties zien er in de praktijk aldus uit:                           In principe had men nog verder kunnen miniaturiseren en indik­ken, maar dan zou het moeilijk worden om bij massaproduktie van de software de toleranties streng in de hand te houden. Er zijn ook voordelen aan de nieuwe dubbellaags technologie, al moet de optische lijm, die beide lagen verbindt van de grootst mogelijke zuiverheid zijn en in een nauwkeurig gede­finieerde dikte worden aangebracht, omdat anders de focusse­ring van de laser gevaar loopt.Maar de dubbele laag vermindert het risico op kromtrekken en dus op uitleesfouten. De symmetrische constructie van de DVD maakt deze ook minder gevoelig voor temperatuurfluctuaties. De foutcorrectie heeft overigens een zeer krachtige werking. Burstfouten met een lengte van 2.000 bytes ofwel 4mm lengte kunnen keurig worden hersteld; daarvoor is dan wel 13% van de opslagcapaciteit (1/3 van de totale capaciteit van een CD!) voor nodig.Aan de schijnbaar wat terloops behandelde audiokant hebben we ook te maken met een aanzienlijk grotere opslag­capa­ci­teit. De in sommige kringen gehoorde klachten over de te lage bemon­ste­ringsfrequen­tie en het te geringe oplossend vermogen worden met 96kHz c.q. 24-bit ook meteen gehonoreerd. Wat er verder aan opslagruimte vrij blijft, kan worden gebruikt voor meer­kanaals opnamen en/of langere speel­duur. Omdat sommige muziek­producen­ten al in 21- of zelfs 23-bit oplossend vermogen opnemen, komt de DVD als geroepen. Het wachten is nu vooral op goede, "echte" 24-bits D/A omzet­ters. Moderne CD loopwer­ken en aftast­sys­te­men zijn al zo goed, dat ze pro­bleem­loos kleinere en dichter op elkaar volgende pits kunnen uitlezen. Door toepas­sing van een rode in plaats van een infrarode laser (in afwachting van de blauwe) kan die opslag­dicht­heid nog verder worden vergroot, genoeg om de bij 96kHz/24-bit verdrie­voudigde hoeveel­heid data onder te bren­gen. Met name de komst van de groene of blauwe laser kan de dataca­pacteit nogmaals flink opvoeren, tot 50 gigabyte op één 1,2mm dik plaatje: een kleine bibliotheek op een enkel schijf­je.Dankzij de kortere golflengte, de hoger oplossende optiek, de dichter tegen de binnen­rand geschreven informatie, de gehal­veerde afstand tussen de sporen en de eveneens gehalveerde pitlengte is die winst aan opslagcapaciteit te boeken.De dubbellaags versie maakt gebruik van een halfdoorlaatbare spiegel van halfgeleider materiaal, dat door het 3M chemiecon­cern wordt geleverd. Deze "verzegelt" de onderste laag. Op slechts 40 mm daarboven wordt de tweede laag aangebracht. Tijdens het uitlezen kan de laser op en neer springen; hij stelt telkens binnen 3ms weer scherp.Even afgezien van de toepassing voor videoclips kunnen de data voor DVD-video flexibel op de schijf worden ondergebracht:                           Vergeleken met de bestaande Video CD heeft de DVD een aanzienlijk grotere datacapaciteit (4,7GB tegen 0,68GB) en een fors hogere data transmissie verhouding (1,15Mbps vast tegenover max. 9,8 Mbps variabel). Zo kan DVD een groter aantal data in korte tijd verstrekken. DVD komt tot 720x480 pixels, MPEG 1 slechts tot de helft, 352x240, overeenkomstig 500 tegen 250 lijnen. De data compressieverhouding is ook een stuk gunstiger: 1/40 tegen 1/140.Het verschil tussen MPEG 1 en MPEG 2 datareductie kan op de volgende manier worden  geïllustreerd, waarbij dankzij de variabele compressieverhouding een efficiënte registratie is gewaarborgd zonder dat nodeloos afbreuk wordt gedaan aan studio- of masterkwaliteit. De langere speelduur hoeft dus niet te worden bekocht met duidelijk mindere beeldkwaliteit.                                Aan de audiokant is gekozen voor Dolby Digital ofwel AC-3. Een vorm van 5.1 kanaals discrete Surround Sound, waarbij wordt gebruik gemaakt van een front links/midden/rechts luidspreker, links/rechts achter speakers en een subwoofer voor geluiden onder de 120Hz. Het geluid kan op de volgende manieren worden gecodeerd:                Gelukkig is ook lineaire PCM zonder enigerlei datacompressie mogelijk. De opties daarvoor zijn logisch en bekend met naar keuze 48 of 96kHz bemonsteringsfrequentie en 16-, 20- of 24 bit oplossend vermogen.Dan nog iets over de vier beschikbare extra videofuncties.Multi-lingual functioningbiedt de mogelijkheid om stemgeluiden in verschillende talen vast te leggen en ondertitels dito.In de praktijk ziet dat er zo uit:                                     Multi-aspect functioningheeft invloed op de breedte van het TV beeld. Dat werkt zo:                                   Multi-story functioningBij weergave kan de gebruiker zelf kiezen tussen verschillende aflopen van een gegeven verhaal. Dit is een vorm van interactief gebruik, bijvoorbeeld als volgt:                     Multi-angle functioningMaximaal 9 camera-instellingen kunnen in real-time worden vastgelegd en bij weergave worden geselecteerd om verschillende scènes naadloos aaneen te lassen. Met een kinderslot is het bovendien mogelijk om voor hen ongewenste taferelen uit te sluiten.                        De nieuwe generatie DVD spelers is "downward compatible" en kan bestaande CD's normaal afspelen; omgekeerd laat een hui­dige CD speler ons in de steek bij weergave van zo'n nieuwe DVD schijf. Dit alles haakt wat de audioprestaties betreft mooi in op studio-ontwik­kelin­gen, waar al vaak met 18-, 21-, 23- of zelfs 24-bit wordt opgenomen of waar men met interpola­tiemetho­des als Super Bit Mapping probeert een vergelijkbare verbetering te berei­ken. Meer moeite zal men hebben met de invoering van 96kHz aftast­frequentie als nieuwe norm. De maximale opslagkwaliteit van de DVD bedraagt nu al een factor 20 meer ten opzichte van de CD. Verder kan dus worden gezorgd voor digitaal AC-3 5.1 meerka­naals geluid in Bioscoop Master kwali­teit bij het beeld. Die aanduiding 5.1 slaat op de volgens MPEG audio datagereduceerde PCM met altijd nog een data­stroom van 448.000 bits/s om vijf onafhankelijke audioka­nalen plus een subwoofer kanaal in CD kwaliteit te bedruipen. In de "60Hz" landen (de V.S. en Japan) zal dat vermoe­delijk in Dolby AC-3 zijn, in de Europese "50Hz" landen ver­moedelijk MUSICAM Sur­round op basis van MPEG-2, Layer 2.Dat heeft natuurlijk weer het nadeel, dat DVD software niet zonder meer over de hele wereld uitwisselbaar is aan filmkant, tenzij er meteen multinorm apparaten komen.Verder staan nog maximaal 8 in verschillende talen nagesyn­chroniseerde dialoog kanalen ter beschikking plus ondertitels in 32 talen.Voor de LaserDisc liefhebber, die binnenkort zonder nieuwe software komt te zitten, breken gouden tijden aan, want DVD schijfjes zullen niet alleen kleiner, maar ook beter en goed­koper zijn, is de verwachting.Ook de CD-E(rasable) lijkt zoals gezegd een vermoedelijk doodgeboren kindje. Immers, ook voor de bespeelbare DVD zijn de normen meteen vastgelegd: een "Write Once" "DVD-R" kan 3,8 GB bevatten en een naar believen vaak wisbare "DVD-RAM" 2,6GB. Kopieerbeveiliging“Regional code” is het systeem van kopieerbeveiliging voor DCD. De wereld is daartoe verdeeld in 8 regio’s met elk een eigen vorm van bescherming tegen digitaal zowel als analoog kopiëren.