DVD: общие сведения, структура файлов DVD-диска, защита и региональное кодирование
Общие сведения
DVD- стандарт записи цифрового видео, служащий для увеличения функций просмотра, использования видео и пришедший на замену формату VideoCD.
Возможности DVD-Видео:
• 133 минуты качественного MPEG-2 видео с многоканальным объёмным звуком
• Выбор широкоформатного, letter box и pan & scan видео форматов
• Аудио до 8 языков
• Субтитры до 32 языков
• Меню и программные цепочки для интерактивности
• До 9 углов камеры для предоставления пользователю более широкого выбора
• Защита от цифрового и аналогового копирования
• Функция родительского контроля для защиты от детей
Большинство DVD включают также дополнительные материалы, которые не могут быть включены в VHS, такие как биографии, комментарии режиссёра, рассказ о создании фильма и т.д. Увеличивается число дисков, которые включают дополнительные возможности для DVD-ROM’ов, которые варьируются от ссылок на соответствующие веб сайты до игр, основанных на киноленте. Доступ к веб сайтам позволяет использовать диск в различных целях, так как информация на веб сайте может обновляться, тем самым дополняя видео, содержащееся на диске.
Спецификация DVD-Видео основана на DVD (DVD ROM) с файловой системой UDF Bridge (UDF — Universal Disk Filesystem — Универсальная дисковая файловая система). Следовательно, DVD-Видео может представлять собой диск DVD-5, DVD-10 или DVD-9 в зависимости от длины фильма и других факторов. Для всех дисков, продолжительность которых больше 133 минут используется DVD-9. DVD-10 имеет смысл использовать, когда на диске требуется разместить широкоформатную и pan & scan версии. Использование формата DVD-10 не рекомендуется для размещения на них материала с большой продолжительностью, так как диск требуется переворачивать для проигрывания второй стороны.
На обычный DVD-5 диск помещается около 2-х часов видео в наилучшем для данного формата качестве. Для DVD-9 и т.д. это время увеличивается, поскольку емкость диска возрастает. Существующие на данный момент емкости:
1. DVD-5 (Single-side single-layer disk) - односторонние однослойные диски с емкостью 4.7 Гбайт. Запись данных осуществляется только на одной стороне диска. Другая сторона может быть использована для художественного оформления программы на диске - этикетка. примерно 2 часа видео.
2. DVD-9 (Single-side double-layer disk) - двухслойные односторонние диски емкостью 8.5 Гбайт. Имеют два информационных слоя: внутренний, на поверхность которого наносится второй (внешний), информационный слой из специального полупрозрачного (для самофокусирующегося лазера) материала. Опять же, другая сторона может быть использована для художественного оформления программы на диске - этикетка. 4 часов видео
3. DVD-10 (Double-side single-layer disk) - двухсторонний диск с одним информационном слоем на каждой стороне. Обладает емкостью 9.4 Гбайт. Этикетка может быть выполнена в виде тоненького кольца внутри поверхности диска (как на виниловой пластинке). около 4,5 часа видео
4. DVD-18 (Double-side double-layer disk) - двухсторонний диск с двумя информационными слоями на каждой стороне. Имеет емкость 17 Гбайт. Этикетка тоже может быть выполнена в виде тоненького кольца внутри поверхности диска (как на виниловой пластинке) около 8 часов видео.
DVD-Видео диски содержат видео, аудио и другие данные, используя специфику структуры диска и структуры файлов и директорий. Внутри файлов данные организованы в виде потоков данных.
Структура файлов DVD-диска
DVD-Видео приложения (titles) представляют собой иерархическую структуру, показанную на рисунке ниже. DVD-Видео диск поделен на комплекты видео приложений (Video Title Sets — VTS) или, попросту говоря, видео приложений (Titles). На нём есть как минимум один Видео Менеджер (VMG — Video Manager) и один комплект видео приложений (VTS). Диск, содержащий фильм и документальные съёмки о его создании весьма вероятно будет поделен на два видео приложения. Диск, содержащий 6 серий телевизионной программы будет поделен на 6 видео приложений. Несмотря на это в обоих случаях можно иметь только одно видео приложение на диске:
Информация комплекта видео приложений (VTSI — Video Title Set Information) заключает в себе управляющие данные (Control Data) и видео объекты (Video Objects — Vob’s) для меню (если присутствует) и для самих видео приложений (неподвижные и видео). Каждый VOB (базовая файловая единица диска) включает видео, аудио, субтитры и навигационные данные. Когда проигрывается VOB, плеер не только последовательно проигрывает видео, но также следует навигационным командам для отображения меню, принятия команд от пользователя и т.д. Каждый VOB включает в себя отдельные ячейки (cells), связанные вместе при помощи Программных Цепочек (Program Chains — PGC), которые обеспечивают требуемую интерактивность, используя простой язык программирования, разработанный для DVD-Видео. PGC используются для регулирования проигрывания видео, аудио и субтитров в VOB’ах, отображения меню, и ввода и исполнения команд пользователя. Существует три типа PGC: последовательного проигрывания (sequential play), произвольного проигрывания (random play) и смешанного (shuffle play) проигрывания. Отдельные ячейки могут использоваться более чем одной PGC, которая может определять различные последовательности проигрыша видеоматериала, например для обеспечения бесшовного ветвления (seamless branching). PGC подчиняются набору команд для элементарного программирования, включающему математические и логические операторы, условные переходы, обратный отсчёт времени и т.д. Имеется 16 обычных регистров для более сложного программирования, и 16 системных регистров.
Файлы и директории:
VOB’ы и другие данные располагаются в директории VIDEO_TS. Таблица внизу показывает пример диска с одним комплектом видео приложений:
VIDEO_TS.IFO - Файл VMGI (Информация Видео Менеджера)
VIDEO_TS.VOB - VOB file для меню VMG
VIDEO_TS.BUP - Резервный файл VMGI
VTS_01_0.IFO - Файл VTSI (Информация Менеджера Комплекта Видео приложения)
VTS_01_0.VOB - Набор видео объектов для меню VTS
VTS_01_0.BUP - Резервный файл VTSI
VTS_01_1.VOB - Первый файл видеоролика из комплекта видео объектов ( Video Object Set’a)
VTS_01_2.VOB - Второй файл видеоролика из комплекта видео объектов
. . . . . .
VTS_01_n.VOB - Последний файл видеоролика из комплекта видео объектов (n не более 9)
Аудио, видео и субтитры могут содержатся не более чем в 9 VOB файлах, относящихся к данному видео приложению, каждый из которых по размеру не превышает 1 Гб. На DVD-5 будет не более 5 VOB файлов, относящихся к видео приложению, для DVD-9 могут потребоваться все 9.
Файлы VTS*.* могут повторяться для каждого комплекта видео приложений (VTS) и будут соответственно называться VTS_02*.*, VTS_03*.* и т.д. На каждый VTS будет приходиться один .IFO и .BUP файлы, плюс один или больше .VOB файлов.
Типовая структура файлов DVD-Видео приведена ниже:
Потоки данных DVD-Видео:
Для того чтобы отвечать требованиям стандарта, DVD-Видео диски разработаны для хранения аудио- видеопоследовательности, каждая из которых включает в себя потоки данных 4 типов:
1. Видео - Количество потоков: 1, Максимальный битрейт: 9.08 Мбит/с, Характеристика: MPEG-1 or MPEG-2 видео и неподвижные картинки
2. Аудио - Количество потоков: до 8, Максимальный битрейт: 6.144 Мбит/с, Характеристика: Допускается несколько аудио форматов для стерео и объёмного звука
3. Субтитры - Количество потоков: до 32, Максимальный битрейт: 3.36 Мбит/с, Характеристика: Методом кодирования длин серий ( run length encoding) 2 бит/пиксел
4. Навигационные - Количество потоков: 1, Максимальный битрейт: —, Характеристика: Программные Цепочки для обеспечения интерактивности
Максимальный битрейт — 9.8 Мбит/с для видео, аудио и субтитров (общий предел, включающий управляющую информацию — 10.08 Мбит/с). Для продолжительности в 133 минуты, средний битрейт — 4.7 Мбит/с.
Средний видео битрейт зависит от количества аудио потоков и от метода кодирования, но должен быть около 4 Мбит/с для качественного результата. Более высокий битрейт используется для того, чтобы достичь ещё более высокого качества видео.
Защита от копирования:
Для защиты авторских прав DVD-Видео диски могут быть защищены от записи, а также быть закодированными для проигрывания только в определённом(ых) регионе(ах). Защита от записи включает защиту от цифрового и аналогового методов копирования.
1. Защита от цифрового метода копирования.
Система шифрования материала (CSS — Content Scrambling System) используется для шифрования аудио/видео данных на DVD-Видео диске. Каждый комплект видео приложений может быть выборочно зашифрован при помощи уникального ключа. Каждому отдельному приложению назначен один Ключ Диска (Disk Key) и до 99 Ключей приложения (Title Keys), по одному на каждое видео приложение, которые хранятся на диске в шифрованной форме. Декодер получает исходные ключи путём расшифровки, и использует их получения данных в изначальном виде. Шифруются только видео данные. В DVD-ROM’ах декодер MPEG-2 обращается к устройству и получает необходимые ключи для расшифровки. Это гарантирует, что может использоваться только проверенное оборудование/программное обеспечение.
Ключи должны быть уникальными для каждого видео приложения, и шифруются организацией CSS Licensing Authority, и, обычно, шифрование осуществляется во время создания стеклянного мастер-диска.
Безопасность стоит на первом месте, поэтому используемые ключи и алгоритмы шифрования должны держаться в секрете. Только те компании, которые производят аппаратуру и программное обеспечение для кодирования и/или декодирования CSS, нуждаются в информации об используемых алгоритмах и системах.
2. Защита от аналогового копирования.
Система защиты от аналогового копирования фирмы Macrovision (APS — Analogue Protection System) основана на Macrovision версии 7.0 и используется для искажения композитного сигнала на видеовыходе, для предотвращения записи и просмотра на VHS. Это не распространяется на выходные сигналы RGB и YUV, для которых требуются иные методы, которые на данный момент исследуются.
Для того чтобы защитить DVD-Видео диск при помощи APS, владелец материала должен получить лицензию у Macrovision, а также дать указание студии, создающей диск, поставить параметр для включения APS при его проигрывании.
3. Региональное кодирование.
DVD-Видео, защищённые при помощи CSS, могут быть также закодированы для проигрывания в определённом регионе, например, чтобы предотвратить проигрывание диска, произведённого в США, в Европе, и наоборот. Это позволяет распространять фильмы в разное время в разных частях света. Было определено 6 регионов (или, так называемых, зон) для включения в них всех стран мира:
1. Бермуды, Каймановы острова, Канада, США и зависимые территории
2. Юго-Восточная Азия, Гонконг, Макао, Тайвань, Южная Корея
3. Карибский бассейн, Мексика, Центральная Америка, Южная Америка (за исключением Французской Гвианы), Океания
4. Китайская Народная Республика (за исключением Макао, Гонконга и Тайваня)
5. Африка (за исключением Египта и Южной Африки) Белоруссия, Казахстан, Киргизия, Монголия, Россия, Северная Корея, Таджикистан, Туркменистан, Узбекистан, Украина, Южная Азия
6. Европейский союз, Азербайджан, Албания, Андорра, Бахрейн, Босния и Герцеговина, Ватикан, Гернси, Гренландия, Грузия, Джерси, Египет, Йемен, Израиль, Иордания, Ирак, Иран, Исландия, Испания, Косово, Кувейт, Лесото, Ливан, Лихтенштейн, Македония, Молдавия, Монако, Остров Мэн, Норвегия, Объединенные Арабские Эмираты, Оман, Сан-Марино, Саудовская Аравия, Свазиленд, Сербия, Сирия, Турция, Фарерские острова, Французская Гвиана, Хорватия, Черногория, Швейцария, Южная Африка, Япония
Карта распределения зон в мире приведена ниже: