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true	gaia	true		Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege	Michael Czechowski – HdM Stuttgart – WS 2025/26	Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege

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Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege

223015c · Modul "Technik 1" · 1. Semester Digital- und Medienwirtschaft Hochschule der Medien Stuttgart

Wintersemester 2025/26

https://git.librete.ch/hdm/223015b

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Termin 1 – 19.12.2025

Grundlagen, Text & Audio

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WTF!?

89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A
00 00 00 0D 49 48 44 52
00 00 01 90 00 00 01 2C

Was ist das?

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Das Bit

Kleinste Informationseinheit

• 0 oder 1
• AN oder AUS
• Strom fließt oder nicht

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Das Byte

8 Bits = 1 Byte

0 1 0 0 1 1 0 1

Wie viele Kombinationen? 2⁸ = 256 Möglichkeiten (0-255)

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Was kann man mit 256 Zuständen machen?

• 256 Zeichen (Buchstaben, Zahlen, Symbole)
• 256 Graustufen (0 = Schwarz, 255 = Weiß)
• 256 Lautstärkestufen
• Zahlen 0-255 (oder -128 bis +127)

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Farben: RGB-Modell

1 Pixel = 3 Bytes

• Rot: 0-255
• Grün: 0-255
• Blau: 0-255

Beispiele: FF 00 00 = Rot | 00 FF 00 = Grün 00 00 00 = Schwarz | FF FF FF = Weiß

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Das Problem: Sprachen

Die Welt hat mehr als 256 Zeichen!

• Englisches Alphabet: 52 (A-Z, a-z)
• • Ziffern: 10 (0-9)
• • Sonderzeichen: ~30

≈ 90 Zeichen → passt in 1 Byte

Aber: ä, ö, ü, ß, é, à, ç, α, β, 中, 日, 😀

→ 1 Byte reicht nicht!

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Unicode: Ein Standard für alle

Unicode (1991): Jedes Schriftsystem der Welt

>150.000 Zeichen:

• Latein, Kyrillisch, Arabisch, Chinesisch, Japanisch...
• Mathematische Symbole, Emoji, historische Schriften

UTF-8: Variable Länge (1-4 Bytes pro Zeichen)

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Beispiel: Bytes zählen

Text: "Why the heck braucht 💩 4 Bytes?!"

W h y   → je 1 Byte (4 Bytes)
t h e   → je 1 Byte (4 Bytes)
h e c k → je 1 Byte (4 Bytes)
        → 1 Byte (Leerzeichen)
b r a u c h t → je 1 Byte (7 Bytes)
        → 1 Byte
💩      → 4 Bytes! (0xF0 9F 92 A9)
        → 1 Byte
4   B y t e s ? ! → je 1 Byte (9 Bytes)

Gesamt: 37 Bytes

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Hexadezimal: Lesbarkeit

Binär ist unleserlich: 01001101 01010000 00110011

Hexadezimal (Base 16): 4D 50 33 (= "MP3" in ASCII)

Jede Hex-Ziffer = 4 Bits (ein "Nibble") 0-9, A-F (10=A, 11=B, ..., 15=F)

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Magic Numbers

Dateityp-Identifikation durch erste Bytes

Format	Magic Number (Hex)	ASCII
PNG	89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A	.PNG
JPEG	FF D8 FF	ÿØÿ
PDF	25 50 44 46	%PDF
ZIP/DOCX/ODT	50 4B 03 04	PK

Achtung: TXT, HTML, CSS haben keine Magic Number!

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Hands-On: WTF Files

Aufgabe (30 Min):

1. Drei Dateien ohne Extension: wtf1, wtf2, wtf3 → Download: materials/ Ordner
2. Öffne im Hex-Editor
3. Lies erste 16 Bytes
4. Identifiziere Format (Magic Number)
5. Benenne um und öffne

Tools: hexed.it (online), HxD, Hex Fiend, Bless

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Fleißaufgabe bis nächste Woche

Finde eine Datei auf deinem Computer

1. Öffne im Hex-Editor
2. Schau dir die ersten 16 Bytes an
3. Identifiziere die Magic Number (falls vorhanden)
4. Nächste Woche: Kurze Diskussion

Bonus: Finde Datei ohne Magic Number

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Teil 2: Die MP3-Revolution

Psychoakustik & Audio-Kompression

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Das Problem (1990)

1 Minute CD-Audio:

• Sample Rate: 44.100 Hz
• Bit Depth: 16 Bit
• Stereo: 2 Kanäle

Rechnung: 44.100 × 16 × 2 = 1.411.200 Bits/Sekunde ≈ 10,6 MB/Minute ≈ 635 MB für 60-Min-Album

1990: Festplatten hatten 100-500 MB!

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Zwei Philosophien

Lossless (Verlustfrei):

• Original exakt wiederherstellbar
• ZIP, PNG, FLAC
• 30-50% Ersparnis

Lossy (Verlustbehaftet):

• Daten irreversibel verändert
• JPEG, MP3, H.264
• 90%+ Ersparnis

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Lossless: Run-Length Encoding

Lauflängenkodierung

Original:

AAAAABBBCCCCCCCC

Komprimiert:

5A 3B 8C

Ersparnis: 16 → 6 Zeichen (62% Reduktion)

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Lossy: Der Trick

Kernidee: Wirf weg, was der Mensch eh nicht wahrnimmt

JPEG: Schwächen des Auges

• Helligkeit besser als Farbe wahrgenommen
• Große Flächen besser als feine Details

MP3: Schwächen des Ohrs

• Mittlere Frequenzen besser als hohe/tiefe
• Laute Töne "maskieren" leise Töne

→ Psychoakustik / Psychovisuell

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Karlheinz Brandenburg

"Vater der MP3"

• Diplom-Ingenieur, Universität Erlangen-Nürnberg
• Fraunhofer IIS (Institut für Integrierte Schaltungen)
• Forschung ab 1982, Patent 1988
• Hörte "Tom's Diner" über 10.000 Mal

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Die Geburt der MP3

1982: Universität Erlangen-Nürnberg Karlheinz Brandenburg, Diplom-Ingenieur

1987: Fraunhofer IIS entwickelt MPEG-1 Audio Layer III

1988: Patentanmeldung

1992: Erste Software-Implementierung

1995: .mp3 Dateiendung offiziell

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Suzanne Vega

"Tom's Diner" (1987)

• A cappella (keine Instrumente)
• Klare, hohe Frequenzen
• Perfekter Stresstest für Kompression
• Der erste Song, der als MP3 kodiert wurde

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"Tom's Diner"

Warum dieser Song?

• A cappella (keine Instrumente)
• Suzanne Vegas Stimme ist "schwierig"
• Klare, hohe Frequenzen → Stresstest

"If I could code Suzanne Vega's voice well, I could code anything." — Karlheinz Brandenburg

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Wie funktioniert MP3?

1. Frequenz-Analyse (FFT) Audio → Frequenzspektrum

2. Psychoakustisches Modell Welche Töne hört Mensch nicht?

3. Quantisierung Unwichtige Frequenzen reduzieren

4. Huffman-Coding Lossless-Kompression der Restdaten

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Bitrate: Der Qualitäts-Knopf

Bitrate	Qualität	Kompression
128 kbps	Hörbar schlechter	~11x
192 kbps	Akzeptabel	~7x
256 kbps	Gut	~5,5x
320 kbps	"CD-Qualität"	~4,4x

Original CD: 1.411 kbps (unkomprimiert)

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Der Patentkrieg

1990er: Fraunhofer + Thomson halten MP3-Patente

Lizenzgebühren:

• $0,75 pro Decoder
• $2,50 pro Encoder

Problem: Napster (1999) → unkontrollierte Verbreitung

2017: Patente laufen aus → MP3 ist frei

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Napster (1999)

P2P-Filesharing für MP3s

• Shawn Fanning, 19 Jahre alt
• 80 Millionen User in 2 Jahren
• Musikindustrie verklagt (2001)
• Pandora's Box: Nicht mehr aufzuhalten

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Napster & Musikindustrie

1999: Napster startet 2001: 80 Millionen User

Musikindustrie:

• CDs kosten $15-20
• MP3s gratis (illegal, aber egal)
• Einzelne Songs statt Alben

2001: Napster verklagt, geschlossen

Aber: Pandora's Box offen → LimeWire, Kazaa, BitTorrent, später Spotify

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Kulturelle Revolution

MP3 veränderte:

✓ Musik wurde portabel (Walkman → iPod) ✓ Alben wurden irrelevant (Playlists) ✓ Musikkonsum explodierte (kostenlos/billig) ✓ Künstler verloren Kontrolle

Aber auch: ❌ Künstler verdienen weniger pro Stream ❌ Audio-Qualität sank (Loudness War) ❌ Physische Medien starben

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Hands-On: MP3 sezieren

Aufgabe (30 Min):

1. Lade Lied runter (eigenes oder CC)
2. Konvertiere in verschiedene Bitraten:
   • 320 kbps, 128 kbps, 64 kbps
3. Tool: Audacity (kostenlos)
4. Höre Unterschiede (Kopfhörer!)
5. Vergleiche Dateigrößen

Spektrogramm: Track-Menü → Spektrogramm

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Fleißaufgabe bis nächste Woche

Nimm ein Lied (eigenes oder CC)

1. Exportiere: WAV, MP3 320 kbps, MP3 128 kbps
2. Höre die Unterschiede (Kopfhörer!)
3. Vergleiche die Dateigrößen

Bonus: Niedrigste Bitrate finden, bei der du keinen Unterschied hörst

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Fragen & Diskussion

Kontakt: mail@librete.ch Folien: Online verfügbar unter https://hdm.librete.ch

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Lizenz & Attribution

Diese Präsentation ist lizenziert unter Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International (CC BY-SA 4.0)

• Erlaubt Teilen & Anpassen mit Namensnennung
• Adaptionen müssen unter gleicher Lizenz geteilt werden

Vollständige Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/