termin-2: restructure video compression into 3 numbered slides

- add "was ist ein digitales bild?" intro slide with context - split compression into: spatial, temporal, motion compensation - add i/p/b frame abbreviation explanations in speaker notes - add terminology notes (intra/inter vs spatial/temporal) - update motion compensation with 16x16 pixel block example
2026-01-16 02:09:38 +01:00
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@@ -138,13 +138,11 @@ Rechts: Stark komprimiert (JPEG-Artefakte sichtbar)

 # Was ist ein digitales Bild?

-**Rasterbild = Pixelraster**
+Ein digitales Bild ist ein Raster aus Farbpunkten (Pixel).
+Jeder Pixel speichert einen RGB-Farbwert (3 Bytes).

 **Beispiel: Full HD (1920×1080)**
-= 2.073.600 Pixel
-
-**Jedes Pixel = 3 Bytes (RGB)**
-2.073.600 × 3 = **6,2 MB**
+= 2.073.600 Pixel × 3 Bytes = **6,2 MB**

 <!--
 Zoom auf Pixel-Ebene zeigen.
@@ -167,8 +165,9 @@ Smartphone-Speicher wäre ohne Kompression sofort voll.
 **Speicherbedarf (unkomprimiert):**
 Breite × Höhe × Farbtiefe (in Bytes)

-**Farbtiefe:**
-| Bits | Farben | Anwendung |
+**Beispiele:** JPEG, PNG, WebP
+
+| Bits (Farbtiefe) | Farben | Anwendung |
 |-----:|-------:|-----------|
 | 1 | 2 | Schwarz/Weiß (Fax) |
 | 8 | 256 | Graustufen, GIF |
@@ -255,7 +254,7 @@ Keine Information geht verloren.
 | **Dateigröße** | Abhängig von Auflösung | Abhängig von Komplexität |
 | **Formate** | JPEG, PNG, WebP | SVG, PDF, AI |
 | **Bearbeitung** | Pixel-basiert | Objekt-basiert |
-| **Kompression** | Verlustbehaftet | Verlustfrei |
+| **Kompression** | meistens verlustbehaftet | Verlustfrei |

 <!--
 Die Entscheidung hängt vom Inhalt ab:
@@ -301,6 +300,64 @@ Niedrige Frequenzen = langsame Wechsel = große Flächen

 ---

+<!-- _header: '' -->
+<!-- _footer: '' -->
+
+<!--![bg contain 50%](./assets/Asterisk_with_jpg-artefacts.png)-->
+![bg contain 50%](./assets/Felis_silvestris_silvestris_small_gradual_decrease_of_quality_-_JPEG_compression.jpg)
+
+---
+
+![bg contain right:34%](./assets/Posterization_example.jpg)
+
+# Grenzen der Kompression: JPEG-Artefakte
+
+**Bei hoher Kompression sichtbar:**
+
+* **Posterization:**
+  Farbverläufe werden stufig
+
+* **"Blocking":**
+  8×8-Blöcke werden sichtbar (Block-Grenzen)
+
+* **Ringing:**
+  "Ghosting" an scharfen Kanten (Gibbs’sches Phänomen)
+
+<!--
+Diese Artefakte entstehen durch die 8×8-Block-Struktur
+und aggressive Quantisierung.
+
+Blocking: Benachbarte Blöcke werden unabhängig komprimiert.
+Ringing: DCT hat Probleme mit harten Kanten.
+Banding: Zu wenig Bits für feine Farbabstufungen.
+-->
+
+---
+
+# JPEG-Qualität in der Praxis
+
+| Quality¹ | Typische Größe (12 MP) | Artefakte |
+|--------:|----------------------:|-----------|
+| 100 | 2-3 MB | Minimal |
+| 85-90 | 200-400 KB | Kaum sichtbar |
+| 60 | ~100 KB | Bei genauem Hinsehen |
+| 30 | ~50 KB | Deutlich sichtbar |
+
+**Sweet Spot: 85-90**
+~10× Kompression, für Menschen kaum unterscheidbar.
+
+<small>¹ je nach Programm andere Einstellungen beim Kodieren</small>
+
+<!--
+Quality 100 ist nicht "unkomprimiert".
+Es ist minimale Lossy-Kompression.
+
+Für Web und Social Media: 60-80 oft ausreichend.
+Für Archivierung: 90-100 oder gleich PNG/RAW.
+-->
+
+---
+
 # JPEG: Schritt 1 – Farbraum

 **RGB → YCbCr** (auch 3 Werte pro Pixel, nur anders aufgeteilt)
@@ -327,7 +384,7 @@ Der Clou: Jetzt können wir Helligkeit und Farbe getrennt behandeln.
 <!-- _header: '' -->
 <!-- _footer: '' -->

-![bg contain](./assets/Common_chroma_subsampling_ratios_YCbCr_CORRECTED.svg.png)
+![bg contain 70%](./assets/Common_chroma_subsampling_ratios_YCbCr_CORRECTED.svg.png)

 ---

@@ -458,52 +515,6 @@ Color Banding (Verläufe werden "treppig")

 ---

-# JPEG-Artefakte
-
-**Bei hoher Kompression sichtbar:**
-
-**Blocking:**
-8×8-Blöcke werden sichtbar (Block-Grenzen)
-
-**Ringing:**
-"Geister" um scharfe Kanten (Gibbs-Phänomen)
-
-**Color Banding:**
-Farbverläufe werden stufig
-
-<!--
-Diese Artefakte entstehen durch die 8×8-Block-Struktur
-und aggressive Quantisierung.
-
-Blocking: Benachbarte Blöcke werden unabhängig komprimiert.
-Ringing: DCT hat Probleme mit harten Kanten.
-Banding: Zu wenig Bits für feine Farbabstufungen.
-->
-
---
-
-# JPEG-Qualität in der Praxis
-
-| Quality | Typische Größe (12 MP) | Artefakte |
-|--------:|----------------------:|-----------|
-| 100 | 2-3 MB | Minimal |
-| 85-90 | 200-400 KB | Kaum sichtbar |
-| 60 | ~100 KB | Bei genauem Hinsehen |
-| 30 | ~50 KB | Deutlich sichtbar |
-
-**Sweet Spot: 85-90**
-~10× Kompression, für Menschen kaum unterscheidbar.
-
-<!--
-Quality 100 ist nicht "unkomprimiert".
-Es ist minimale Lossy-Kompression.
-
-Für Web und Social Media: 60-80 oft ausreichend.
-Für Archivierung: 90-100 oder gleich PNG/RAW.
-->
-
---
-
 <!-- _class: lead -->

 # Andere Bildformate
@@ -804,70 +815,110 @@ P/B-Frames speichern nur Unterschiede

 # Drei Kompressionsprinzipien

-**1. Spatial Compression (Intra-Frame)**
-Jedes Bild einzeln komprimieren (wie JPEG)
+* **1. Spatial Compression (Intra-Frame)**
+  Jedes Bild einzeln komprimieren (wie JPEG)

-**2. Temporal Compression (Inter-Frame)**
-Nur Änderungen zwischen Bildern speichern
+* **2. Temporal Compression (Inter-Frame)**
+  Nur Änderungen zwischen Bildern speichern

-**3. Motion Compensation**
-Bewegung beschreiben statt Pixel kopieren
+* **3. Motion Compensation**
+  Bewegung beschreiben statt Pixel kopieren

 <!--
-Spatial: Innerhalb eines Bildes (räumlich)
-Temporal: Zwischen Bildern (zeitlich)
+BEGRIFFE:
+- Spatial = Intra-Frame: Kompression innerhalb eines Bildes (2D, wie JPEG)
+- Temporal = Inter-Frame: Kompression zwischen Bildern (über Zeit)
+- Motion Compensation: Technik innerhalb von Inter-Frame
+
+ZUSAMMENHANG:
+- I-Frames nutzen nur Intra-Frame/Spatial (jedes Bild für sich)
+- P/B-Frames nutzen Inter-Frame/Temporal + Motion Compensation

 Video hat massive zeitliche Redundanz.
 90% eines Frames ist oft identisch mit dem vorherigen.
+
+QUELLEN:
+- O'Reilly "Web Design in a Nutshell" Ch. 34.2.2: https://www.oreilly.com/library/view/web-design-in/0596009879/ch34s02s02.html
+- ScienceDirect "Temporal Compression": https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/temporal-compression
 -->

 ---

-# I-Frames, P-Frames, B-Frames
+# 1. Spatial Compression (Intra-Frame)

-**I-Frame (Intra):**
-Vollständiges Bild, unabhängig komprimiert
-Groß, aber Ankerpunkt für Navigation
+**Jedes Bild einzeln komprimieren – wie JPEG**

-**P-Frame (Predicted):**
-Referenziert vorherige Frames
-Speichert nur Unterschiede
+Analysiert Redundanz *innerhalb* eines Frames:
+- DCT (Frequenzanalyse)
+- Quantisierung (Details entfernen)
+- Entropie-Coding

-**B-Frame (Bi-directional):**
-Referenziert vorherige UND zukünftige Frames
-Beste Kompression, aber komplexer
+**→ I-Frame (Keyframe)**
+Vollständiges Bild, unabhängig dekodierbar.

 <!--
-GOP = Group of Pictures
-Typisch: I - B - B - P - B - B - P - B - B - I
-
-I-Frames alle 1-2 Sekunden für Seeking.
+I = Intra = innerhalb
 Wenn du im Video springst, sucht der Player den nächsten I-Frame.
-
-B-Frames sind am effizientesten, aber erfordern Lookahead.
 -->

 ---

-# Motion Compensation
+# 2. Temporal Compression (Inter-Frame)

-**Idee:** Bewegung beschreiben statt Pixel kopieren.
+**Nur Änderungen zwischen Bildern speichern**

-**Beispiel:**
-Frame 1: Ball bei Position (100, 200)
-Frame 2: Ball bei Position (120, 200)
+| Frame-Typ | Referenziert | Größe |
+|-----------|--------------|-------|
+| **I-Frame** (Intra) | Keine Referenz (Keyframe) | 100% |
+| **P-Frame** (Predicted) | Vorherige Frames | ~30% |
+| **B-Frame** (Bi-directional) | Vorherige + zukünftige | ~15% |

-**Statt 2 komplette Frames:**
-"Ball bewegt sich 20 Pixel nach rechts"
-
-**Enormer Effizienzgewinn bei Video mit Bewegung.**
+**GOP (Group of Pictures):** I - B - B - P - B - B - P - B - B - I

 <!--
-Motion Vectors beschreiben Bewegung von Blöcken.
-Der Decoder rekonstruiert das Bild aus Referenz + Bewegung.
+ABKÜRZUNGEN:
+- I = Intra (innerhalb) – vollständiges Bild
+- P = Predicted (vorhergesagt) – basiert auf vorherigen
+- B = Bi-directional (bidirektional) – vorherige + zukünftige

-Funktioniert gut bei: Kameraschwenks, bewegten Objekten.
-Funktioniert schlecht bei: Szenenwechseln, Chaos (Konfetti).
+90% eines Frames ist oft identisch mit dem vorherigen.
+P/B-Frames sind winzig im Vergleich zu I-Frames.
+I-Frames alle 1-2 Sekunden für Seeking.
+-->
+
+---
+
+# 3. Motion Compensation
+
+**Bewegung beschreiben statt Pixel kopieren**
+
+**Beispiel:** Ein 16×16 Pixel-Block
+
+Frame 1: Block an Position (100, 200)
+Frame 2: Block an Position (120, 200)
+
+**Statt Block zweimal speichern:**
+→ Motion Vector: "verschiebe um (+20, 0)"
+
+<!--
+Macroblocks: Typisch 16×16 oder 8×8 Pixel.
+Motion Vectors beschreiben Verschiebung jedes Blocks.
+Funktioniert gut bei: Kameraschwenks, bewegte Objekte.
+Funktioniert schlecht bei: Szenenwechsel, Konfetti.
+-->
+
+
+---
+
+<!-- _header: '' -->
+<!-- _footer: '' -->
+
+![bg fit](./assets/ipb-compression-canon.jpg)
+
+<!--
+Visualisierung: I/P/B-Frame-Abhängigkeiten
+I-Frame = Vollbild (Keyframe)
+P/B-Frames speichern nur Unterschiede
 -->

 ---