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Physik und PhysikalischesInformatik und InformatorischesFaksimile und Verhinderungen

Audio CDs11.06.2006 / GPN 5

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Physik und PhysikalischesInformatik und InformatorischesFaksimile und VerhinderungenHubbeln auf CD = 101101011 ?

Kleine Hubbel sind die 1enKleine Löcher sind die 0enLaser lieÿt irgendwie Hubbel und Löcher101010001 ist Musik/Daten


Physik und PhysikalischesInformatik und InformatorischesFaksimile und VerhinderungenGliederung

1 Physik und PhysikalischesMaÿeHerstellung einer CDLesen der CD

2 Informatik und InformatorischesDigitale TöneFehlerkorrekturKodierung des Audio-Signals auf der CD

3 Faksimile und Verhinderungen


Physik und PhysikalischesInformatik und InformatorischesFaksimile und VerhinderungenMaÿeHerstellung einer CDLesen der CD

Gliederung






Maÿe der CD

Durchmesser des Loches:Niederländisches 10 Cent Stück



Durchmesser einer Kassette

Beethovens 9. ?



Gliederung






Der Rohsto� - Polycarbonat

Materialwert etwa 5 Cent



Schmelzen des Polycarbonat



Prägung durch die Matrize



Aufdampfung der Re�exionsschicht

Re�exionsschicht ausAluminium, Silber oder Gold



Die Pits im Detail

Pits und LandSpurbreite 1,6 µmPitbreite 0,5 µmSpurbreite einer dt.Autobahn 3,5m=>Autobahn mit ca. 262km Breite



Gliederung






Laser liest CD

roter Laser 780nmPittiefe ein Viertel derWellenlänge =>Laufzeitunterschied =>InterferenzPit-Land Übergang wirdals 1 gelesen. 0en werden�ausgezählt�.

FactDie Channelbits sindTiming-Vorschriften!


Physik und PhysikalischesInformatik und InformatorischesFaksimile und VerhinderungenDigitale TöneFehlerkorrekturKodierung des Audio-Signals auf der CD

Gliederung






Abtasten eines Audio-Signals

Abtasten der Signal-Amplitudemit einer bestimmten Frequenz



Abtasttheorem

TheoremEin Audio-Signal lässt sich verlustfrei rekonstruieren, wenn es mitmindestens der doppelten Frequenz abgetastet wird.



Quantisierung

z.B. mit 4 Bit => 16Quantisierungsstufen



Pulse Code Modulation (PCM)



Spezi�kation der Audio-CD

Quantisierung mit 16 Bit, Stereo. 216 = 65536 StufenZur Aufzeichnung des Audiosignals wurde einPAL-Videorekorder benutzt96 Bit pro Videozeile - 294 Zeilen - 50 Bilder pro Sekunde96*294*50 = 1411200 Bit pro Sekundebei 2*16Bit pro Sekunde: 44100 Werte pro Sekunde74 Minuten Spielzeit



Gliederung






Fehler entdecken mit Paritätsbits

Auszählen der 1en und 0en eines DatenwortesEin Paritätsbit ergänzen, so dass Anzahl der 1en gerade wirdIst nach Übermittlung des Signals die Anzahl ungerade, mussein Fehler aufgetreten sein

Example1101001010101 Sieben 1en1101001010101|1 Ergänzung einer 1 als Paritätsbit



Komplexere Paritätsverfahren

10 04 04 02 2005 04 11 02 2201 12 06 03 2200 07 12 06 2516 27 33 13 89

10 04 04 02 2005 04 11 02 2201 18 06 03 2200 07 12 06 2516 27 33 13 89



Flächenfehler vermeiden mit Interleaving



Fehler ausbessern: Verdeckung

Stumm schalten (mit Hilfe einer Verzögerungsschaltung)InterpolationQualität der Verdeckung abhängig vom CD-Spieler (HIFI!)



Cross Interleave Reed-Solomon Code (CIRC)

Audio-CDs benutzen CIRC zur FehlerkorrekturKombination aus zwei Paritätscodes und dreiInterleaving-StufenTatsächliche Qualität der Fehlerkorrektur abhängig vomCD-Spieler



Gliederung






Was wird alles auf der CD gespeichert?

Das Audio-Signal als PCM kodiertFehlerkorrektur-InformationenInformationen zu Anzahl der Titel, Anfangs- undEndzeitpunkte, Spielzeiten etc.: der sog. �Subcode�



Der Datenstrom wird in Frames unterteilt

Sechs PCM-Samplingabschnitte zu 32 Bit: abwechselnd 16 Bitlinker und rechter Kanal. Insgesamt 192 Datenbits.Danach werden die Datenwörter mit Hilfe von CIRC kodiert.Zusätzliche 64 Paritätsbits.Anschlieÿend anhängen von 8 Bit Subcode.



Fertige Frames werden noch einmal moduliert

Eight-to-Fourteen-Modulation: EFM8 Bit werden auf jeweils 14 Bit umgesetzt (1 < Anzahl derNullen <11 )Einfügen von drei Trennbits pro 14 Bit SymbolAnschlieÿend noch 24 Kanalbits zur Synchronisierung(Winkelgeschw. => CD timet sich selbst!)



Wieviel Platz bleibt für die Daten?

Jedes Frame belegt insgesamt 588 Bits bei 192 BitAudiodaten.

FactNur 33% der CD speichert tatsächlich Nutzdaten


Physik und PhysikalischesInformatik und InformatorischesFaksimile und VerhinderungenGrundsätzliche Techniken

Kopierschutz Flag im Subcode (ursprünglich)Einfügen von defekten Samples in den DatenstromIllegale Table of Content (TOC)Illegaler SubcodeSoftwaretechnische Maÿnahmen (Windows-Autostart etc.)


Physik und PhysikalischesInformatik und InformatorischesFaksimile und VerhinderungenDefekte Samples

Absichtlich falsche Samples werden eingefügtAudio-CD-Player korrigiert Samples durch InterpolationCD-Rom Laufwerk korrigiert nicht => Klicken im Audio-SignalHerstellerseitig minderwertige Audiodaten!!

ExampleSafeAudio von Macrovision


Physik und PhysikalischesInformatik und InformatorischesFaksimile und VerhinderungenIllegale TOC

CD enthält mehrere SessionsAudio-CD Player sieht nur die erste Session mit gültiger TOCCD-ROM Laufwerk sieht alle SessionsRestliche Sessions enthalten zusätzliche TOCs mitwidersprüchlichen InformationenAlternativ: Mehrere widersprüchliche TOCs hintereinander inder gleichen Session

ExampleMediaCloQ and MediaMax CD3 von SunnComm


Physik und PhysikalischesInformatik und InformatorischesFaksimile und VerhinderungenIllegaler Subcode

Audio-CD Player springen zu Beginn eines Tracks und spielendiesen ohne zusätzliche Adressierungen am Stück ab (->Schallplattenspieler)CD-ROM Laufwerke arbeiten Block orientiert und überprüfenauch Adressierungen innerhalb des TracksLeicht verschobene Adressinformationen im Subcode innerhalbdes Tracks sollen zu Aussetzern und Stottern führenKeine gesicherten Informationen über dies Methode. Wurdeanscheinend noch nicht in freier Wildbahn beobachtet.

ExampleCactus Data Shield von MidBar (wahrscheinlich)


Physik und PhysikalischesInformatik und InformatorischesFaksimile und VerhinderungenSoftware Maÿnahmen

Das Sony Rootkit: XCP von First 4 InternetInstalliert sich über den Windows Auto-StartFiltert CD Zugri�eVersteckt alle Daten, die mit $sys$ beginnen => von anderenSchädlingen ausnutzbar


Physik und PhysikalischesInformatik und InformatorischesFaksimile und VerhinderungenFragen

Fragen?


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