Blu-ray

Die Blu-ray ist der optische Datenträger, auf dem Spielfilme seit 2006 in HD ausgeliefert werden — und seit der 2015 fertiggestellten Ultra-HD-Fassung auch in 4K. Ihr Platzangebot kommt aus drei Festlegungen der Blu-ray Disc Association: ein blau-violetter Laser mit 405 nm Wellenlänge, ein Objektiv mit der numerischen Apertur 0,85 und eine Deckschicht von nur 0,1 mm über der Datenschicht. Daraus werden rund 25 GB je Schicht — das Fünffache einer DVD. Alles Weitere, von den Kapazitätsstufen über die Ultra HD Blu-ray bis zu den Untertiteln, hängt an diesen drei Zahlen.

Das zugrunde liegende Problem

Ein hochauflösender Film braucht mehr Platz, als eine DVD hat. Wie viel mehr, war beim Entwurf keine Schätzung: Die Blu-ray Disc Founders rechneten mit zwei Stunden des Bitstroms des japanischen BS-Digital-HD-Rundfunks und kamen auf 23 GB als Mindestziel. Eine DVD mit 4,7 GB liegt eine Größenordnung darunter.

Wie viel auf eine optische Scheibe passt, entscheidet die Größe des Lichtflecks, mit dem sie abgetastet wird. Dieser Fleck wird kleiner, wenn die Wellenlänge sinkt, und ebenso, wenn die numerische Apertur des Objektivs steigt — die Kapazität verhält sich umgekehrt proportional zum Quadrat von Wellenlänge geteilt durch numerische Apertur. Der naheliegende Weg wäre also gewesen, den roten DVD-Laser durch einen blauen zu ersetzen und alles andere so zu lassen.

Warum ist das nicht gegangen? Weil eine geneigte Scheibe optische Fehler erzeugt, die mit der dritten Potenz der numerischen Apertur wachsen. Mit der DVD-Deckschicht von 0,6 mm hätte allein der Wechsel auf 405 nm rund 12 GB ergeben, und um den Neigungsspielraum zu halten, hätte die numerische Apertur sogar sinken müssen — bei rund 10 GB wäre Schluss gewesen. Der Ausweg lag in der dritten Zahl: Je dünner die Schicht zwischen Oberfläche und Daten, desto weniger schlägt eine Neigung durch. Mit 0,1 mm Deckschicht behält die Blu-ray denselben Neigungsspielraum von etwa ±0,75 Grad wie die DVD und kann trotzdem mit der numerischen Apertur 0,85 arbeiten.

Funktionsweise

Der blau-violette Laser und die dünne Deckschicht

Die Wellenlänge von 405 nm liegt am Rand des sichtbaren Blau, im Blau-Violetten. Diese Zahl markiert eine physikalische Grenze: Unterhalb von 400 nm verlieren die für optische Scheiben üblichen Kunststoffe ihre Durchlässigkeit und altern unter der Bestrahlung wie Haut unter der Sonne. Kürzer geht also nicht, und weil auch die numerische Apertur bei 0,85 an praktische Grenzen stößt, haben die Blu-ray Disc Founders ihr System 2004 als das letzte optische Scheibensystem mit sichtbarem Licht bezeichnet.

Die beiden Schritte lassen sich getrennt beziffern. Der Wechsel von 650 nm auf 405 nm bringt Faktor 2,5, die Anhebung der numerischen Apertur von 0,6 auf 0,85 noch einmal Faktor 2 — zusammen Faktor 5 und damit rund 25 GB statt 4,7 GB. Sichtbar wird das an der Spur selbst: Der Spurabstand sinkt von 1,6 µm bei der CD über 0,74 µm bei der DVD auf 0,32 µm.

Die dünne Deckschicht hat eine unangenehme Nebenwirkung, und die Entwickler benennen sie selbst: Die Deckschicht verdünnt den Einfluss eines Staubkorns auf der Oberfläche optisch, weil der Lichtkegel an der Oberfläche noch breit ist. Bei 0,1 mm statt 0,6 mm fällt diese Verdünnung geringer aus, ein Fingerabdruck stört also mehr. Die Oberfläche einer gepressten Blu-ray muss deshalb das Abwischen aushalten, ohne Schaden zu nehmen — die Deckschicht kann dafür zusätzlich hart beschichtet werden, geprüft im Taber-Abriebtest nach ASTM D1044.

Eine zweite Datenschicht liegt 25 µm über der ersten, also rund 75 µm unter der Oberfläche. Damit das Gerät die hintere Schicht überhaupt erreicht, muss die vordere mindestens die Hälfte des Lichts durchlassen — auch deshalb steigt die Kapazität mit jeder weiteren Schicht nicht beliebig.

Die Kapazitätsstufen

Die Spezifikation kennt mehr Stufen, als im Handel vorkommen. Für die wiederbeschreibbare Scheibe waren anfangs 23,3, 25 und 27 GB je Schicht festgelegt; die gepresste BD-ROM übernahm davon zunächst 23,3 und 25 GB und strich die niedrigste Stufe ab Fassung 1.3 wieder. Übrig bleiben die beiden Zahlen, die jeder kennt — genau genommen 25,025 GB je Schicht und 50,050 GB für zwei Schichten. Die höhere Stufe mit 27,020 und 54,040 GB steht bis heute als reserviert in der Tabelle; sie wartet laut Spezifikation auf Erfahrungswerte aus der Serienfertigung.

Die Kurznamen BD-25 bis BD-128 sind Branchensprache; die Spezifikation selbst spricht von Kapazitäten in Gigabyte. Die beiden großen Rohlinge gehören zu einer eigenen Familie: BDXL wurde 2010 verabschiedet, mit 100 GB auf drei Schichten (einmal- und wiederbeschreibbar) und 128 GB auf vier Schichten (nur einmalbeschreibbar). Die Blu-ray Disc Association hat sie ausdrücklich für Rundfunk, Medizin und Dokumentenarchive vorgesehen, und sie brauchen dafür ausgelegte Laufwerke. Für Filmveröffentlichungen spielt BDXL keine Rolle.

Was das Laufwerk liefert, ist eine andere Größe als die Datenrate des Films. Für die Filmwiedergabe dreht die BD-ROM mit 7,367 m/s und gibt 53,948 Mbit/s Nutzdaten ab; bei der DVD sind es 10,08 Mbit/s. Der Unterschied zwischen dieser Lesegeschwindigkeit und der Datenrate, die ein Film tatsächlich belegt, erklärt der Eintrag zu Bitrate und Datenrate.

Was auf der Scheibe steht: der Transportstrom

Ein Film liegt auf der Blu-ray als BDAV-MPEG-2-Transportstrom, aufgebaut auf ISO/IEC 13818-1 — derselbe Text, den die ITU als Empfehlung H.222.0 führt und den auch das digitale Fernsehen benutzt. Die DVD arbeitete noch mit dem Programmstrom; der Transportstrom kommt aus dem Rundfunk und ist auf kleine, gleich lange Pakete ausgelegt, die auch dann noch zuzuordnen sind, wenn Daten unterwegs verlorengehen.

Die Blu-ray erweitert dieses Paket um vier Byte: Vor jedes 188-Byte-Transportpaket setzt sie einen TP_extra_header mit dem Ankunftszeitpunkt, was ein Quellpaket von 192 Byte ergibt. Je 32 Quellpakete bilden eine Aligned Unit von 6144 Byte, und die passt genau in drei logische Sektoren zu 2048 Byte. Diese saubere Teilbarkeit ist der eigentliche Trick: Der Datenstrom endet dort, wo auch der Sektor endet, sodass das Laufwerk springen kann, ohne dass ein Paket in der Mitte zerreißt.

Für die klassische Blu-ray gilt eine Multiplexrate von höchstens 48 Mbit/s über alle Spuren zusammen. Das Bild darf davon höchstens 40 Mbit/s belegen, codiert in MPEG-2, MPEG-4 AVC oder SMPTE VC-1. Der Rest gehört Ton, Untertiteln und Menüs — und beim Ton ist der Platz ernsthaft verplant: Dolby Lossless erreicht 18,64 Mbit/s, DTS-HD 24,5 Mbit/s, lineares PCM sogar 27,648 Mbit/s. Diese Obergrenzen sind Codec-Grenzen und lassen sich nicht addieren; die Schranke von 48 Mbit/s gilt für alles zusammen. Genau daher stammt die Eigenart der Scheibe, dass eine verlustfreie Tonspur einen zweistelligen Prozentsatz des Datenbudgets beanspruchen kann. Welcher Träger welches Tonformat aufnimmt und warum der Signalweg darüber entscheidet, steht bei Dolby Atmos übertragen; warum gerade diese Tonspuren über den Rückkanal eines Fernsehers nicht zurückkommen, klärt eARC und ARC.

Untertitel liegen als fertiges Bild vor

Die Blu-ray hat zwei Grafikebenen über dem Bild: eine für Menüs (Interactive Graphics) und eine für Untertitel (Presentation Graphics, kurz PGS). Was in der Untertitelebene liegt, ist bereits ein Bild — eine Fläche mit 8-Bit-Farbtabelle, 24 Bit Farbe und 8 Bit Transparenz je Eintrag, lauflängencodiert und bildgenau eingeblendet. Kein Buchstabe, den das Gerät noch selbst zeichnen müsste.

Warum dieser Umweg? Weil die Scheibe auf jedem Abspielgerät der Welt gleich aussehen soll und ein Gerät nicht jede Schrift an Bord haben kann. Die Spezifikation kennt daneben durchaus einen Textuntertitelstrom mit einstellbaren Stilen — und sie zeigt zugleich, was er kostet: Die Schriften dafür liegen als OpenType-Dateien mit auf der Scheibe. Was diese Unterscheidung praktisch bedeutet, welche Formate zu welcher Familie gehören und was beim Umwandeln verlorengeht, steht bei Untertitelformate.

Bei der Ultra HD Blu-ray ist die Frage entschieden: Diese Fassung des Formats sieht einstellbare Textuntertitelstile ausdrücklich nicht vor. Dazu kommt eine zweite Eigenart. Die Grafikebenen bleiben auch bei 4K-Video bei 1920×1080 und werden vom Abspielgerät auf 3840×2160 hochskaliert, bevor sie über das Bild kommen. Der Untertitel einer Ultra HD Blu-ray ist also ein hochskaliertes Bild in fester Größe — wer größere Untertitel möchte, findet dafür keine Einstellung, weder im Player noch im Fernseher.

Ultra HD Blu-ray und Blu-ray

Physikalisch sind beide dieselbe Scheibe: 405 nm, numerische Apertur 0,85, 0,1 mm Deckschicht, 12 cm Durchmesser. Was die Ultra HD Blu-ray von 2015 unterscheidet, ist das Anwendungsformat darüber — eine eigene Fassung des BD-ROM-Standards mit einem einzigen Geräteprofil, Profil 6.

Beim Bild ist der Codec der Unterschied. Die Ultra HD Blu-ray codiert in HEVC (Main 10, High Tier, Level 5.1) mit bis zu 100 Mbit/s und erlaubt 3840×2160 mit Bildraten von 23,976p bis 60p. MPEG-4 AVC bleibt zulässig, aber gedeckelt auf 1920×1080 und 40 Mbit/s — also genau auf dem Stand der klassischen Blu-ray. Was HEVC gegenüber AVC leistet, steht beim Videocodec.

HDR ist Pflicht im Gerät und Auswahl auf der Scheibe. Verbindlich für jedes Abspielgerät ist BDMV HDR: HEVC mit 10 Bit, YCbCr 4:2:0, der Farbraum BT.2020, die PQ-Kurve nach SMPTE ST 2084 und statische Metadaten nach SMPTE ST 2086 samt MaxCLL und MaxFALL. Dolby Vision und Philips HDR sind für Scheibe wie Gerät optional; eine Scheibe darf zusätzlich eine SDR-Fassung desselben Films mitbringen. Was diese Metadaten im Bildgerät auslösen, führt HDR und Tone Mapping aus, das Dolby-Verfahren im Einzelnen Dolby Vision.

Die Kapazitätsstufe kauft die Datenrate. Hier werden 66 und 100 GB zu mehr als einer größeren Zahl auf der Verpackung. Die höchste zulässige Transportstromrate hängt an der Scheibe: 50 GB erlauben 64 oder 81,7 Mbit/s, 66 und 100 GB erlauben 81,7 oder 109 Mbit/s, und zweizonige 66- und 100-GB-Scheiben kommen im äußeren Bereich auf 127,9 Mbit/s. Dieser äußere Bereich umfasst rund 92 Prozent der Kapazität, ist also der Normalfall und keine Randzone.

Abwärts ja, aufwärts nein. Die Spezifikation verpflichtet jedes neue Ultra-HD-Blu-ray-Gerät dazu, vorhandene Blu-ray Discs wiederzugeben — eine Sammlung wandert also mit. Umgekehrt geht es nicht: Ein Blu-ray-Gerät aus der Zeit vor der Ultra-HD-Fassung kennt weder HEVC noch Profil 6 und erkennt eine Ultra HD Blu-ray gar nicht erst.

Profil 6 hat auch etwas verloren. Es baut auf Profil 5 auf, lässt aber stereoskopisches 3D, Bild-im-Bild und das Mischen mit Sekundärton weg. Für eine vorhandene 3D-Sammlung heißt das: Sie läuft auf einem reinen Ultra-HD-Gerät nicht. Beim Gerätetausch ist das deshalb ein eigener Prüfpunkt, und zwar bevor das alte Gerät aus dem Rack kommt.

Voraussetzungen

Eine Blu-ray braucht ein Abspielgerät, das ihre Scheibengeneration kennt, und einen Signalweg, der Bild und Ton unverändert weiterreicht. Für die Ultra HD Blu-ray kommen zwei Bedingungen dazu, die außerhalb des Players liegen: ein Bildgerät, das das gelieferte HDR-Format annimmt, und ein durchgehend geschützter HDMI-Weg — welche Glieder daran scheitern und warum die Anlage bis zum Einlegen der ersten Scheibe unauffällig läuft, steht bei HDCP.

Beim Ton entscheidet die Reihenfolge der Geräte. Die verlustfreien Tonspuren der Scheibe sind der Grund, warum ein Blu-ray-Gerät im Regelfall direkt an den Verstärker oder Prozessor geht und nicht über den Fernseher zurück; die Gründe dafür führen eARC und ARC aus. Welche Rolle ein Scheibengerät als Zuspieler in der Kette überhaupt spielt, ordnet Quellgerät und Zuspieler ein.

Auf der Scheibe selbst sitzen zwei Dinge, die kein Nutzer sieht und die trotzdem über die Wiedergabe entscheiden: das Dateisystem Universal Disk Format in der Fassung 2.5 und die Verschlüsselung nach dem Advanced Access Content System, mit der Filmscheiben in aller Regel geschützt sind. Zusammen erklären sie, warum ein Rechner eine Blu-ray zwar mechanisch lesen, ihren Film aber nicht ohne Weiteres abspielen kann.

Abgrenzung

DVD. Dieselbe Bauform, dieselbe Handhabung, andere Optik: 650 nm, numerische Apertur 0,6, Deckschicht 0,6 mm, Spurabstand 0,74 µm und 4,7 GB je Schicht. Auch der Datenstrom ist ein anderer — die DVD multiplext im Programmstrom, die Blu-ray im Transportstrom.

BDXL. Eine Rohlingsfamilie für Archive mit 100 und 128 GB, keine Filmveröffentlichung. Die 100-GB-Scheibe der Ultra HD Blu-ray und der 100-GB-BDXL-Rohling sind zwei verschiedene Dinge mit derselben Zahl.

Streaming. Dieselben Filme, ein völlig anderes Auslieferungsmodell. Welche Datenraten dabei zusammenkommen und wo der Unterschied im Bild und im Ton wirklich sichtbar oder hörbar wird, ist auf einer eigenen Seite ausgeführt: UHD-Blu-ray gegen Streaming.

Die Schreibweise. „Blu-ray" verzichtet mit Absicht auf das „e" — aus Markenrecht: Ein alltäglicher Begriff wie „blue ray" lässt sich nicht als Marke eintragen. Die Blu-ray Disc Founders haben das 2004 in einer Fußnote ihres Grundlagenpapiers festgehalten.

Grenzen

Kapazität ist eine Obergrenze, keine Zusage. Ob ein Titel die möglichen 100 Mbit/s auch benutzt, entscheidet die Produktion der Scheibe. Eine Ultra HD Blu-ray auf einer 50-GB-Scheibe ist spezifikationskonform und bleibt trotzdem bei 81,7 Mbit/s Gesamtdatenrate stehen.

Untertitel sind in Größe und Schrift festgelegt. Bei der Ultra HD Blu-ray hat das Format die einstellbare Variante ausdrücklich gestrichen. Wer größere oder anders gesetzte Untertitel braucht, ist auf Textuntertitel angewiesen — die gibt es in Dateien, auf der Scheibe praktisch nie (Untertitelformate).

Regionalcodes. Blu-ray Discs sind mit den Regionen A, B und C codiert; ein Abspielgerät wiederholt die Region seines Verkaufsmarkts und lässt sich nicht umstellen. Ultra HD Blu-ray Discs sind regionsfrei. Für Importe aus Japan oder den USA ist das der Unterschied zwischen „läuft" und „läuft nicht".

Die Oberfläche will gepflegt werden. Die Daten liegen 0,1 mm unter der Oberfläche, ein Fingerabdruck wirkt also stärker als bei der DVD. Die Hartbeschichtung fängt den Alltag ab, macht die Scheibe aber nicht unempfindlich.

Verfügbarkeit. Eine Scheibe muss lieferbar sein, und längst nicht jeder Film erscheint auf Ultra HD Blu-ray. Das ist kein technischer Punkt, entscheidet im Alltag aber häufiger als jede Datenrate.

Verknüpfte Inhalte

Wie Scheibe und Stream im Ergebnis auseinanderliegen, ist bei UHD-Blu-ray gegen Streaming durchgerechnet. Warum Untertitel als Bild oder als Text vorliegen und was beim Umpacken einer Sammlung passiert, steht bei Untertitelformate; wie Bild-, Ton- und Untertitelspuren in einer Datei zusammenliegen, bei Containerformat. Die Bildcodierung selbst klärt Videocodec, die Unterscheidung zwischen Lesegeschwindigkeit und Filmdatenrate Bitrate und Datenrate. Für den Signalweg sind eARC und ARC sowie HDCP die nächsten Stationen, für das Bild HDR und Tone Mapping.

Quellen

Datenstand 2026-08-24. Die optischen Grundparameter — 405 nm, numerische Apertur 0,85, Deckschicht 0,1 mm — sowie die Herleitung über Wellenlänge, Apertur und Neigungsspielraum stammen aus den beiden Grundlagenpapieren der Blu-ray Disc Founders von 2004 (Allgemeiner Teil und Physikalisches Format für BD-RE). Die Kapazitätstabelle mit 25,025 und 50,050 GB, die gestrichene Stufe 23,3/46,6 GB, die reservierten 27,020/54,040 GB, der Spurabstand von 0,32 µm, die Nutzdatenrate von 53,948 Mbit/s für die Filmanwendung und die Hartbeschichtung stehen im Whitepaper zum physikalischen Format der BD-ROM in der sechsten Auflage von Oktober 2010. Aufbau des Transportstroms, Codecs, Datenraten und die beiden Grafikebenen mit Presentation Graphics und Textuntertitelstrom stammen aus dem Anwendungsformat-Whitepaper für BD-ROM von März 2005, die Abgrenzung zum Programmstrom der DVD aus dem entsprechenden Papier für BD-RE vom August 2004; alle Angaben zur Ultra HD Blu-ray aus dem Whitepaper zur Fassung 3.1 von August 2016. Die Kapazitäten 66 und 100 GB und die Pflicht zur Abwärtskompatibilität nennt zusätzlich die Pressemitteilung der Blu-ray Disc Association vom 12. Mai 2015, die BDXL-Stufen die Pressemitteilung vom 25. Juni 2010. Dateisystem, Verschlüsselung und Ersterscheinen 2006 sind über die Formatbeschreibung der Library of Congress zum BDAV-Transportstrom in der Fassung vom 17. Dezember 2024 belegt, die Regionalcodes über einen Support-Artikel von Sony in der Fassung vom 26. Mai 2022.

Die Papiere der Blu-ray Disc Association waren am Prüftag nur über Momentaufnahmen des Webarchivs und eine Kopie auf einer Fremddomain erreichbar; die Domain blu-raydisc.com verweigerte jede Verbindung. Inhalt und Herkunft der Dokumente sind jeweils im Dokument selbst ausgewiesen. Die Angaben beschreiben Formatfassungen von 2004 bis 2016; sie sind seither unverändert, weil eine neue Fassung des BD-ROM-Formats bis heute nicht veröffentlicht wurde.