From 81156284ac290e8c006233302fae781e7cb7d337 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Michael Czechowski Date: Thu, 16 Apr 2026 18:10:00 +0200 Subject: [PATCH] update 223015b chapter 1: new slides, speaker notes, abbreviation fixes MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit - add download/upload speed slides with ADSL/FTTH context - add quiz slide (250 Mbit/s → MB/min) - add analog vs. digital and sampling slides - add cd-audio vertiefung (erklaerung slide) - expand "was sind daten?" with content - expand speaker notes with sources and terminology (DE/EN) - resolve all abbreviations in speaker notes: FTTH, ITU, NTSC, PAL, NHK, IEC - fix typo: "eie" → "eine" binärdatei - fix spelling: "spektrogram" → "spektrogramm" - update zettabyte example and 181 ZB as projection not fact --- slides/223015b/01-grundlagen-text-audio.md | 1042 +++++++++----------- 1 file changed, 446 insertions(+), 596 deletions(-) diff --git a/slides/223015b/01-grundlagen-text-audio.md b/slides/223015b/01-grundlagen-text-audio.md index 8047823..307c8d2 100644 --- a/slides/223015b/01-grundlagen-text-audio.md +++ b/slides/223015b/01-grundlagen-text-audio.md @@ -124,9 +124,151 @@ Hochschule der Medien Stuttgart --- + + # Was sind Daten? -* +--- + +# Was sind (digitale) Daten? + +* **Text** — Artikel, Gesetzestext, Chat → `.txt` `.docx` `.pdf` +* **Bild** — Foto, Screenshot, Logo → `.jpg` `.png` `.svg` +* **Audio** — Song, Podcast, Sprachmemo → `.mp3` `.wav` `.flac` +* **Video** — Reel, Film, Stream → `.mp4` `.mov` `.mkv` + + +--- + +# Was sind (digitale) Daten? + +- **Text** — Artikel, Gesetzestext, Chat → `.txt` `.docx` `.pdf` +- **Bild** — Foto, Screenshot, Logo → `.jpg` `.png` `.svg` +- **Audio** — Song, Podcast, Sprachmemo → `.mp3` `.wav` `.flac` +- **Video** — Reel, Film, Stream → `.mp4` `.mov` `.mkv` + +**Alles davon: Am Ende nur Nullen und Einsen** + + + +--- + +# Download: Was bedeuten 150 Mbit/s? + +**1 Byte = 8 Bit** +**→ MB/s = Mbit/s ÷ 8** + +| Vertrag | MB/s | 1 GB Film | +|---------|-----:|----------:| +| 16 Mbit/s (ADSL) | 2 MB/s | ~8 Min | +| 50 Mbit/s (ADSL) | 6,25 MB/s | ~2,7 Min | +| 150 Mbit/s (ADSL) | 18,75 MB/s | ~54 Sek | +| 1 Gbit/s (Glasfaser) | 125 MB/s | ~8 Sek | + + + +--- + + + +# Wie viele Megabyte können bei einer 250 Mbit/s Leitung pro Minute herunterladen werden? + +* A) 1,8 GB +* B) 31,25 MB +* C) 1.875 MB +* D) 250 MB + + + +--- + +# Upload: Der stille Flaschenhals + +**ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line** + +| Vertrag | Download | Upload | +|---------|----------:|-------:| +| 16 Mbit/s DSL | 16 Mbit/s | 1 Mbit/s | +| 50 Mbit/s DSL | 50 Mbit/s | 10 Mbit/s | +| 150 Mbit/s DSL | 150 Mbit/s | 40 Mbit/s | +| Glasfaser (FTTH) | 1 Gbit/s | 1 Gbit/s | + +**50 MB Upload bei 10 Mbit/s = ~40 Sekunden** + + + +--- + + + +# Analog vs. Digital + +--- + +# Analog vs. Digital + +**Analog:** kontinuierlich — unendlich viele Zwischenwerte +**Digital:** diskret — endlich viele Stufen + +**Analog (Vinyl):** Die Rille *ist* die Schallwelle — physische Kopie in Geometrie +**Digital (CD):** 44.100 Messpunkte pro Sekunde — Annäherung an die Welle + + + + + +--- + +# Sampling: Die Digitalisierung des Klangs + +**Ziel:** Analoge Schallwelle möglichst originalgetreu rekonstruieren + +**Zwei Dimensionen:** + +| Dimension | Bedeutung | CD-Standard | +|-----------|-----------|-------------| +| **Abtastrate** (Sample Rate) | Messpunkte pro Sekunde | 44.100 Hz | +| **Bittiefe** (Bit Depth) | Genauigkeit pro Messung | 16 Bit | + +**Nyquist-Theorem:** Abtastrate muss mindestens 2× die höchste darzustellende Frequenz betragen → 44.100 Hz ÷ 2 = 22.050 Hz (Mensch hört ~20 Hz–20.000 Hz) + + --- @@ -157,13 +299,35 @@ Hochschule der Medien Stuttgart = **10,6 MB pro Minute** --- + + +# CD-Audio – Vertiefung + +Die CD (1982) war nicht das erste digitale Audiomedium — PCM-Aufnahmen existierten seit den späten 1960ern in Tonstudios (u.a. NHK, Nippon Columbia). Die CD war das erste **massenmarktfähige** digitale Distributionsmedium für unkomprimiertes Audio in Konsumentenhänden. + +**Warum 44.100 Hz?** +Kombination aus Nyquist-Limit (2× 20 kHz = 40 kHz Minimum) und Kompatibilität mit Videobandgeräten, die in frühen digitalen Tonstudios als Speichermedium genutzt wurden. NTSC: 3 Samples × 245 Zeilen × 60 Felder = 44.100. PAL: 3 Samples × 294 Zeilen × 50 Felder = 44.100. + +**Warum 16 Bit?** +96 dB Dynamikumfang übersteigt den des menschlichen Gehörs unter realen Hörbedingungen (~80–90 dB). Kompromiss zwischen Qualität und Speicherbedarf auf der physischen Disc. + +--- + ![bg right:40%](./assets/IMG_3617.jpg) # Das Problem skaliert @@ -175,13 +339,14 @@ Aber es skaliert schnell. | 10.000 Songs | ~420 GB | **Kontext 1990er:** -- Festplatte: 100-500 MB -- Modem: 56 kbit/s → 1 Song dauert Stunden +- Festplatte: 100–500 MB +- 56 kbit/s Model → Einfache Songs laden Stunden --- @@ -202,9 +367,9 @@ Das Problem musste gelöst werden. Ein 2-Stunden-Film: über **5 Terabyte** --- @@ -226,7 +391,13 @@ Die physikalische Realität erzwingt Kompression. *Apollo: 50 kbit/s = 0,375 MB/min* --- @@ -240,19 +411,18 @@ Die physikalische Realität erzwingt Kompression. | 1 Min 4K-Video | ~45 GB | ~375 MB (H.264) | ~120× | --- -# Zwei Philosophien der Kompression +# Zwei Arten der Kompression --- @@ -269,7 +438,7 @@ Was ist überhaupt KOMPRESSION? **Prinzip:** Redundanz entfernen -**Beispiel Lauflängenkodierung:** +Beispiel Lauflängenkodierung (Run-Length-Encoding): ``` Original: AAAAABBBCCCCCCCC (16 Zeichen) Komprimiert: 5A3B8C (6 Zeichen) @@ -277,33 +446,41 @@ Komprimiert: 5A3B8C (6 Zeichen) → 62% kleiner, 100% wiederherstellbar -**Anwendung:** ZIP, PNG, FLAC, Programmcode +**Anwendung:** +* ZIP-Archive, PNG-Bilder, FLAC-Audiodateien, RAW-Dateien, Programmcode --- # Verlustbehaftete Kompression (Lossy) -**Prinzip:** Irrelevanz entfernen +**Prinzip:** Irrelevanz entfernen → Warum Daten speichern, die niemand wahrnimmt? -**Die Frage:** Was nimmt ein Mensch nicht wahr? +--- -- Das Ohr hört nicht alle Frequenzen gleich gut -- Das Auge sieht nicht alle Farbnuancen -- Laute Töne überdecken leise Töne +# Verlustbehaftete Kompression (Lossy) -→ Warum Daten speichern, die niemand wahrnimmt? +**Prinzip:** Irrelevanz entfernen → Warum Daten speichern, die niemand wahrnimmt? + +**Die Frage:** Was nimmt ein Mensch eigentlich (nicht oder sehr schlecht) wahr? + +* Das Ohr hört nicht alle Frequenzen (hohe und tiefe Töne) gleich gut +* Das Auge sieht nicht alle Farbnuancen gleich scharf +* Laute Töne überdecken leise Töne (Maskierung) +* Luminanz (Helligkeit/Dunkelheit) besser erkennen als Chrominanz (Farbunterschiede) +* und Vieles mehr --- @@ -318,13 +495,13 @@ Sondern gezielt das entfernen, was Menschen nicht wahrnehmen. | | Verlustfrei (Lossless) | Verlustbehaftet (Lossy) | |---|---|---| | **Prinzip** | **Redundanz** entfernen | **Irrelevanz** entfernen | -| **Reversibel** | Ja (Original wiederherstellbar) | Nein (Information unwiederbringlich verloren) | -| **Reduktion** | 30-50% | 80-99% | +| **Reversibel** | Ja | Nein (Information unwiederbringlich verloren) | +| **Reduktion** | 30–50% | 80–99% | | **Formate** | ZIP, PNG, FLAC, GIF | JPEG, MP3, H.264/H.265 | **Faustregel:** -- Medien für EndnutzerInnen → Lossy oft akzeptabel -- Quellmaterial, Code, Archive → Lossless nötig +- Medien für EndnutzerInnen (Ton, Bild, Film) → Lossy oft akzeptabel +- Quellmaterial, Code, Archive (RAW) → Lossless nötig --- @@ -356,30 +533,29 @@ Claude Shannon definierte 1948 die **Entropie** als theoretische Untergrenze der | Gehör | Maskierungseffekte, Hörschwelle | MP3: Töne unter Maskierungsschwelle weglassen | | Sehen | Farbauflösung, Kontrastempfindlichkeit | JPEG: Chroma-Subsampling, hohe Frequenzen verwerfen | -**Shannon-Limit:** Verlustfreie Kompression ist durch Entropie begrenzt; Verlustbehaftete Kompression kann beliebig weit gehen – auf Kosten der Qualität. +**Shannon-Limit:** Verlustfreie Kompression ist durch Entropie begrenzt; Verlustbehaftete Kompression kann beliebig weit gehen — auf Kosten der Qualität. @@ -395,14 +571,8 @@ PRAXISBEISPIEL: - - --- - # Die Grundbausteine @@ -422,13 +592,9 @@ Demonstration: Glühbirne AN/AUS = 1 Bit --- - - - - # Das Bit -**Kleinste _logische_ Informationseinheit** +**Kleinste Informationseinheit** * **0 oder 1** * AN oder AUS @@ -437,81 +603,22 @@ Demonstration: Glühbirne AN/AUS = 1 Bit * Richtig oder Falsch --- -# Das Bit - -**Kleinste _logische_ Informationseinheit** - -Basis^Exponent = Potenzwert - -Zweierpotenz(werte) = 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, ... - ---- - -# Das Byte besteht aus genau 8 Bit - -**Kleinste Lese- oder Schreibanweisung eines Computers** - -* Computer kennen Bitoperationen, können aber nicht bit-weise lesen und schreiben -* Jede Operation (Lesen, Schreiben, "Löschen") beinhaltet mindestens **8 Bit ≙ 1 Byte** - * Warum eigentlich nicht 8 Bit = 1 Bite? -* **Warum genau 8?** - * Warum denn nicht? - * Bit basiert auf Zweierpotenzen: 1 Byte = 8 Bit = 2⁸ - * Ein Byte (8 Bit) kann mit 2 Hex(adezimal)-Ziffern dargestellt werden - * Mit 1 Byte = 8 Bit = 2 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 erhält man 256 Zustände - - - ---- - - - - - # Das Byte -**Kleinste _adressierbare_ Einheit** für Speicher, Operationen und Prozessoren - - -**1 Byte = 8 Bit** = 2 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 * 2 = **2⁸ = 256** - -``` -0 0 1 0 1 0 1 0 -``` - --- @@ -524,20 +631,30 @@ Frage: "Weiß jemand wieviele Zustände wir mit 8 Bit beschreiben können?" 0 0 1 0 1 0 1 0 ``` - + + +--- + +# Das Byte + +**1 Byte = 8 Bits** + +``` +0 0 1 0 1 0 1 0 +``` + + --- @@ -597,9 +708,6 @@ Eselsbrücke: 1 Byte = 1 Buchstabe/Symbol (in ASCII/UTF-8 für einfache Zeichen) ![bg fit](./assets/grayscale-gradient.png) @@ -610,19 +718,14 @@ Eselsbrücke: 1 Byte = 1 Buchstabe/Symbol (in ASCII/UTF-8 für einfache Zeichen) * **256 Zeichen** (Buchstaben, Zahlen, Symbole) * **256 Helligkeit bzw. Luminanz** (0 = Schwarz/Dunkel, 255 = Weiß/Hell) * **256 Lautstärkestufen** -* **Zahlen 0-255** (oder -128 bis +127) +* **Zahlen 0–255** (oder –128 bis +127) --- @@ -635,7 +738,7 @@ Das menschliche Auge kann etwa 10 Millionen Farben unterscheiden @@ -648,7 +751,6 @@ Welche Farben für ein volles Spektrum bieten sich nach unserer gelernten Sparsa @@ -658,11 +760,11 @@ Sog. RGB Tuple (geordnete endliche Liste) # Farben: RGB-Modell -**1 Pixel = 3 Byte** +**1 Pixel = 3 Bytes** -- **Rot:** 0-255 -- **Grün:** 0-255 -- **Blau:** 0-255 +- **Rot:** 0–255 +- **Grün:** 0–255 +- **Blau:** 0–255 **Beispiele:** `FF 00 00` = Rot @@ -672,14 +774,10 @@ Sog. RGB Tuple (geordnete endliche Liste) `FF FF FF` = Weiß --- @@ -688,24 +786,24 @@ background-color: #FF0000; = Rot **Die Welt hat mehr als 256 Zeichen!** -- Englisches Alphabet: 52 (A-Z, a-z) -- + Ziffern: 10 (0-9) +- Englisches Alphabet: 52 (A–Z, a–z) +- + Ziffern: 10 (0–9) - + Sonderzeichen: ~30 **≈ 90 Zeichen passen problemlos in 1 Byte** -**Jedoch ohne** ä, ö, ü, ß, é, à, ç, α, β, 中, 日, 🌸 +**Jedoch ohne** ä, ö, ü, ß, é, à, ç, α, β, 中, 日, 🌸 --- -# Unicode: Ein Standard für alle (8 Bit) +# Unicode: Ein Standard für alle **Unicode (1991):** Jedes Schriftsystem der Welt @@ -713,27 +811,17 @@ Chaos: Verschiedene Standards für verschiedene Sprachen - Latein, Kyrillisch, Arabisch, Chinesisch, Japanisch... - Mathematische Symbole, Emoji, historische Schriften -**UTF-8:** Variable Länge (1-4 Bytes pro Zeichen) -- **Zeichen 0-127: identisch mit ASCII** (Abwärtskompatibilität!) -- 1.112.064 gültige Zeichen +**UTF-8:** Variable Länge (1–4 Bytes pro Zeichen) +- **Zeichen 0–127: identisch mit ASCII** (Abwärtskompatibilität!) +- 1.112.064 gültige Codepunkte - Umlaute: 2 Bytes · CJK: 3 Bytes · Emoji: 4 Bytes --- @@ -753,10 +841,10 @@ Byte-Längen: **Gesamt: 42 Bytes** für 29 sichtbare Zeichen --- @@ -777,40 +865,20 @@ Hinweis: は wird hier "wa" ausgesprochen (Partikel), nicht "ha" `50 4E 47` (= "PNG" in ASCII) **Jede Hex-Ziffer = 4 Bits (ein "Nibble")** -0-9, A-F (10=A, 11=B, ..., 15=F) +0–9, A–F (10=A, 11=B, ..., 15=F) `5 = 0101` `0 = 0000` `4 = 0100` `E = 1110` `4 = 0100` `7 = 0111` -**ASCII Tabelle (0-127):** +**ASCII Tabelle (0–127):** [https://www.asciitable.com](https://www.asciitable.com) --- @@ -838,12 +906,12 @@ KULTURHISTORISCHER KONTEXT: - "American Standard Code for Information Interchange" (1963) - Entwickelt für US-amerikanische Bedürfnisse - Keine Unterstützung für: Umlaute (ä, ö, ü), ß, diakritische Zeichen (é, ñ, ç) -- Nicht-lateinische Schriftsysteme (Kyrillisch, Arabisch, CJK = Chinese, Japanese, Korean) wurden nicht berücksichtigt +- Nicht-lateinische Schriftsysteme nicht berücksichtigt - Führte zu zahlreichen inkompatiblen Erweiterungen (ISO-8859-1, Windows-1252, etc.) WARUM NOCH HEUTE RELEVANT? -- Abwärtskompatibilität: UTF-8 (Unicode Transformation Format, 8-bit) ist vollständig ASCII-kompatibel (Zeichen 0-127 identisch) -- Internetprotokolle basieren auf ASCII: HTTP (HyperText Transfer Protocol)-Header, SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), URLs (Uniform Resource Locator) +- UTF-8 vollständig ASCII-kompatibel (Zeichen 0–127 identisch) +- Internetprotokolle basieren auf ASCII: HTTP-Header, SMTP, URLs - Programmiersprachen: Schlüsselwörter und Syntax sind ASCII - Ein 60 Jahre alter Standard, der durch Kompatibilitätszwänge fortbesteht @@ -857,24 +925,14 @@ HISTORISCHE RANDNOTIZ: - ![bg fit](./assets/ascii-table-colored.png) --- @@ -906,13 +964,13 @@ US-ASCII (1967) Code Chart | `0100 1110` | `4E` | 78 | **N** | | `0100 0111` | `47` | 71 | **G** | -→ `89` übersteigt den ASCII-Raum und markiert eie Binärdatei +→ `89` übersteigt den ASCII-Raum und markiert eine Binärdatei --- @@ -923,14 +981,6 @@ ASCII geht nur bis 127, also nicht druckbar ![bg fit](./assets/hex-code-hidden.png) - - --- @@ -940,15 +990,13 @@ ASCII geht nur bis 127, also nicht druckbar ![bg fit](./assets/hex-code.png) --- @@ -971,30 +1019,15 @@ Tool: HxD (Windows), Hex Fiend (Mac), xxd (Linux) | PDF | `25 50 44 46` | % P D F ✓ | | ZIP | `50 4B 03 04` | P K ✗ ✗ | -**Wichtig:** ASCII = nur 0-127! Werte darüber (z.B. `89` = 137) sind **nicht druckbar** (non-printable). *Hex-Editoren zeigen dafür `.` oder `ÿ` als Platzhalter.* +**Wichtig:** ASCII = nur 0–127! Werte darüber (z.B. `89` = 137) sind **nicht druckbar** (non-printable). *Hex-Editoren zeigen dafür `.` oder `ÿ` als Platzhalter.* --- @@ -1008,20 +1041,20 @@ Windows vertraut der Endung, aber "file" (Linux) liest Magic Number | Einheit | Bytes | Potenz | Beispiel | |---------|------:|:------:|----------| -| **Byte** | 1 | 10⁰ | Farbwerte eines Pixels | +| **Byte** | 1 | 10⁰ | Farbwert eines Pixels | | **Kilobyte (KB)** | 1.000 | 10³ | Kleiner Programmcode | | **Megabyte (MB)** | 1 Million | 10⁶ | Textdokument | | **Gigabyte (GB)** | 1 Milliarde | 10⁹ | Kinofilm in FullHD | | **Terabyte (TB)** | 1 Billion | 10¹² | ~12h Video in 4K | | **Petabyte (PB)** | 1 Billiarde | 10¹⁵ | Netflix-Gesamtarchiv | | **Exabyte (EB)** | 1 Trillion | 10¹⁸ | Alle E-Mails weltweit/Tag | -| **Zettabyte (ZB)** | 1 Trilliarde | 10²¹ | Internet-Traffic 2016 | +| **Zettabyte (ZB)** | 1 Trilliarde | 10²¹ | Globale Datenmenge 2025 | --- @@ -1089,31 +1121,23 @@ Digital explodierte: IoT, Social Media, Cloud, Video **Perspektive:** - 1986: "Petabyte" war ein theoretisches Konzept -- 2025: ~181 Zettabyte jährlich produziert - -**Magnetband lebt:** LTO-Tapes bleiben günstigstes Archivmedium -(AWS Glacier, Film-Archive, Rechenzentren) +- Magnetband lebt: LTO-Tapes bleiben günstigstes Archivmedium (AWS Glacier, Film-Archive, Rechenzentren) --- @@ -1124,14 +1148,14 @@ VERGLEICH: SSD (Solid State Drive) ~$50/TB, HDD (Hard Disk Drive) ~$15/TB, LTO ~ # Digitaler Wendepunkt – Vertiefung -Die Studie von Hilbert & López (Science, 2011) analysierte 60 Speichertechnologien von 1986–2007. Der Wendepunkt 2002 markiert den Moment, ab dem mehr Information digital als analog existierte. +Die Studie von Hilbert & López (Science 332, 2011) analysierte 60 Speichertechnologien von 1986–2007. Der Wendepunkt 2002 markiert den Moment, ab dem mehr Information digital als analog existierte. **Was 1986 „analog" bedeutete:** - Bücher, Zeitungen, Magazine: ~8 EB - Vinyl-Schallplatten, Musikkassetten: ~12 EB - VHS-Kassetten, Filmrollen: ~60 EB -**Warum analog stagnierte:** Physische Medien haben Kapazitätsgrenzen. Eine VHS speichert 10 GB; eine Blu-ray (2006) bereits 50 GB auf kleinerer Fläche. +**Warum analog stagnierte:** Physische Medien haben Kapazitätsgrenzen. Eine VHS speichert ~10 GB; eine Blu-ray (2006) bereits 50 GB auf kleinerer Fläche. **LTO-Magnetband überlebt** trotz „alter" Technologie: | Medium | Kosten/TB | Lebensdauer | Energiebedarf | @@ -1140,46 +1164,41 @@ Die Studie von Hilbert & López (Science, 2011) analysierte 60 Speichertechnolog | HDD | ~15 € | 3–5 Jahre aktiv | Dauerstrom | | LTO-9 | ~5 € | 30+ Jahre | Nur beim Zugriff | -AWS Glacier, Google Coldline und Film-Archive nutzen LTO – langsamer Zugriff, aber unschlagbar günstig und langlebig. +AWS Glacier, Google Coldline und Film-Archive nutzen LTO — langsamer Zugriff, aber unschlagbar günstig und langlebig. --- - ![bg fit](./assets/2011-hilbert.png) - --- # 181 Zettabyte – Was bedeutet das? -**2025:** Welt erzeugt **181 ZB** pro Jahr +**Prognose 2025:** Welt erzeugt ca. **175–181 ZB** pro Jahr -- **2,5 Quintillionen Bytes** täglich -- **29 Terabyte** pro Sekunde -- **90%** davon: unstrukturiert (Videos, Bilder, Audio) -- **70%** davon: von NutzerInnen generiert +- **1 ZB** = 250 Milliarden DVDs +- **29 Terabyte** pro Sekunde (Hochrechnung) **Zum Vergleich:** -- 1 ZB = 250 Milliarden DVDs -- 181 ZB = Jeder Mensch erzeugt ~23 TB/Jahr +- 2007: 295 Exabyte (Hilbert & López, Science 2011) +- 2020: ~64 Zettabyte (IDC) +- ~2025: ~175–181 ZB (IDC DataSphere Forecast, Prognose von 2021) --- - - ![bg fit](./assets/growth-of-big-data.png) --- @@ -1222,12 +1241,6 @@ Model Collapse: AI trainiert auf AI-Output → Qualitätsverlust ![bg](./assets/cassette-ipod.png) - - --- @@ -1255,7 +1268,7 @@ Visueller Kontrast: Analog vs. Digital # Analoge Medien – Vertiefung -Analoge Speicherung codiert Information als **kontinuierliche physikalische Größe**: Rillentiefe (Vinyl), Magnetfeldstärke (Tonband), Silberkorn-Dichte (Film). Es gibt keine diskreten Stufen – theoretisch unendliche Auflösung, praktisch begrenzt durch Rauschen. +Analoge Speicherung codiert Information als **kontinuierliche physikalische Größe**: Rillentiefe (Vinyl), Magnetfeldstärke (Tonband), Silberkorn-Dichte (Film). Es gibt keine diskreten Stufen — theoretisch unendliche Auflösung, praktisch begrenzt durch Rauschen. **Generationsverlust** entsteht, weil jede Kopie neues Rauschen addiert: - Schallplatte → Kassette: Frequenzgang leidet, Rauschen steigt @@ -1268,7 +1281,7 @@ Analoge Speicherung codiert Information als **kontinuierliche physikalische Grö | Tonband (Studio) | ~30–15.000 Hz | ~55 dB | | 35mm Film | ~4K-äquivalent | ~13 Blendenstufen | -**Paradox der Analogtechnik:** Das Original ist einzigartig und unersetzlich – aber genau deshalb anfällig. Jedes Abspielen einer Schallplatte trägt mikroskopisch Material ab; jeder Filmdurchlauf riskiert Kratzer. +**Paradox der Analogtechnik:** Das Original ist einzigartig und unersetzlich — aber genau deshalb anfällig. Jedes Abspielen einer Schallplatte trägt mikroskopisch Material ab; jeder Filmdurchlauf riskiert Kratzer. --- @@ -1284,12 +1297,11 @@ Analoge Speicherung codiert Information als **kontinuierliche physikalische Grö --- @@ -1300,22 +1312,19 @@ Digitale Kopie = identisch mit Original (kein Unterschied!) Kassette → Kassette → Kassette = immer schlechter **Was Digital anders macht:** -- **Identische Kopien** – kein Qualitätsverlust, nie -- **Einfache Massenproduktion** – Copy & Paste -- **Perfekte Archivierung** – Bits verändern sich nicht +* **Identische Kopien** — kein Qualitätsverlust, nie +* **Einfache Massenproduktion** — Copy & Paste +* **Perfekte Archivierung** — Bits verändern sich nicht **Daher: "Raubkopien"** -Der Begriff entstand, weil digitale Kopien *tatsächlich identisch* mit dem Original waren – nicht wie bei Kassetten eine schlechtere Version. +Der Begriff entstand, weil digitale Kopien *tatsächlich identisch* mit dem Original waren — nicht wie bei Kassetten eine schlechtere Version. Quelle: [c64-wiki.de/wiki/Raubkopie](https://www.c64-wiki.de/wiki/Raubkopie) --- @@ -1345,7 +1354,7 @@ Paradox: Gerade die Perfektion wurde zum "Problem" # Digitale Medien – Vertiefung -Digitale Speicherung quantisiert kontinuierliche Signale in diskrete Werte. Der **Quantisierungsfehler** (Differenz zum Original) ist der Preis der Digitalisierung – aber einmal digitalisiert, bleibt die Information exakt. +Digitale Speicherung quantisiert kontinuierliche Signale in diskrete Werte. Der **Quantisierungsfehler** (Differenz zum Original) ist der Preis der Digitalisierung — aber einmal digitalisiert, bleibt die Information exakt. **Bit-identische Kopien** revolutionierten die Medienindustrie: - Keine Qualitätskette mehr: 1000. Kopie = 1. Kopie = Original @@ -1356,10 +1365,10 @@ Digitale Speicherung quantisiert kontinuierliche Signale in diskrete Werte. Der |--------|--------|---------| | Kopiervorgang | Physikalischer Prozess | Bit-Kopie | | Qualität pro Generation | Verschlechtert | Identisch | -| Fehlerkorrektur | Unmöglich | Möglich (ECC = Error Correcting Code, RAID = Redundant Array of Independent Disks) | +| Fehlerkorrektur | Unmöglich | Möglich (ECC, RAID) | | Formatmigration | Verlust | Verlustfrei möglich | -**Die Kehrseite:** Digitale Obsoleszenz. Ein DOCX von 2025 ist in 50 Jahren womöglich unlesbar – während ein Buch von 1525 heute noch lesbar ist. Offene Formate (PDF/A, FLAC, PNG) mildern dieses Risiko. +**Die Kehrseite:** Digitale Obsoleszenz. Ein DOCX von 2025 ist in 50 Jahren womöglich unlesbar — während ein Buch von 1525 heute noch lesbar ist. Offene Formate (PDF/A, FLAC, PNG) mildern dieses Risiko. --- @@ -1389,7 +1398,7 @@ Digitale Speicherung quantisiert kontinuierliche Signale in diskrete Werte. Der Jede Technologie hat physikalische Vor- und Nachteile: -**Optisch (CD/DVD/Blu-ray):** Laser liest Pits (Vertiefungen) und Lands (Erhöhungen). Robust gegen Magnetfelder, aber empfindlich gegenüber Kratzern und UV-Licht. M-DISC verspricht 1000 Jahre – unter Laborbedingungen. +**Optisch (CD/DVD/Blu-ray):** Laser liest Pits (Vertiefungen) und Lands (Erhöhungen). Robust gegen Magnetfelder, aber empfindlich gegenüber Kratzern und UV-Licht. M-DISC verspricht 1000 Jahre — unter Laborbedingungen. **Magnetisch (HDD/LTO):** Magnetisierte Bereiche auf rotierenden Platten oder Band. HDDs haben bewegliche Teile (Verschleiß); LTO-Bänder sind passiv und extrem langlebig, aber sequentieller Zugriff. @@ -1402,52 +1411,32 @@ Jede Technologie hat physikalische Vor- und Nachteile: | Langzeitarchiv | LTO + M-DISC | Lebensdauer | | Austausch | USB/SD | Portabilität | -**Cloud** ist physisch HDD/SSD/LTO in Rechenzentren – kein eigenes Medium, sondern Zugriffsmethode. +**Cloud** ist physisch HDD/SSD/LTO in Rechenzentren — kein eigenes Medium, sondern Zugriffsmethode. --- # Das Speicherproblem der Digitalisierung - **Ziel: Analoge Schallwelle möglichst originalgetreu rekonstruieren** *CD-Qualität (1982): 44.100 Hz × 16 Bit × 2 Kanäle = 10,584 MB/Minute* - - | Inhalt | Größe | Problem (1990er) | |--------|-------|------------------| | 1 Song (4 Min) | ~42 MB | Ausreichend Speicher | | 1 Album (60 Min) | ~635 MB | Gesamte Festplatte | - --- @@ -1458,23 +1447,16 @@ LÖSUNG: Kompression (MP3, 1993) ![bg cover](./assets/spectogram-chet-baker.png) --- # Die Abtastrate (Sample Rate) **Analog → Digital ≙ Kontinuierlich → Diskret** -``` - Analog (Vinyl): Digital (CD): - ~~~~~~~~~~~~~~~ • • • • • • • • - Kontinuierliche 44.100 Messpunkte - Wellenform pro Sekunde -``` + **Nyquist-Theorem:** > Um eine Frequenz zu rekonstruieren, braucht man mindestens **2× so viele Samples**. @@ -1482,26 +1464,10 @@ Fangfrage: "Wie hoch ist die Sample Rate von Vinyls?" -> *Vinyl has no sample ra (Mensch hört: ~20 Hz bis ~20.000 Hz → passt!) --- @@ -1520,10 +1486,9 @@ DAS SPEKTROGRAMM zeigt es: (von absoluter Stille bis maximaler Lautstärke) --- @@ -1540,9 +1505,8 @@ BITTIEFE = Wie genau messen wir jeden einzelnen Punkt? **44.100 Hz × 16 Bit** × 2 Kanäle = 10,584 MB/Minute --- @@ -1568,13 +1532,9 @@ VERTIKAL (Bittiefe): DYNAMIKUMFANG (leise bis laut) | Kanäle | Mono statt Stereo | Kein Raumklang | --- @@ -1591,25 +1551,12 @@ BEISPIEL Abtastrate: → Container bleibt ähnlich, Inhalt wird "ausgedünnt" --- @@ -1628,10 +1575,10 @@ Karlheinz Brandenburg, Diplom-Ingenieur **1995:** .mp3 Dateiendung offiziell --- @@ -1647,9 +1594,9 @@ Patent lief 2017 aus - Forschung ab 1982, Patent 1988 --- @@ -1667,30 +1614,9 @@ Perfektionist: Jeder Hörtest musste bestehen - Brandenburg hörte "Tom's Diner" über 10.000 Mal - --- @@ -1712,29 +1638,10 @@ Ein Zusammenspiel aus vielen Faktoren: Lossless-Kompression der Restdaten --- @@ -1751,61 +1658,12 @@ MP3 ist KEIN einfaches "Kleiner machen" **Original CD:** 1.411 kbps (unkomprimiert) - - - - - --- # Der Patentkrieg @@ -1821,10 +1679,9 @@ Schlecht für: Fotos, Audio (zu chaotisch) **2017:** Patente laufen aus → MP3 ist frei --- @@ -1841,10 +1698,9 @@ Das Pferd war aus dem Stall - Pandora's Box: Nicht mehr aufzuhalten --- @@ -1857,7 +1713,7 @@ Aber: LimeWire, Kazaa, BitTorrent folgten **2001:** 80 Millionen User **Musikindustrie:** -- CDs kosten $15-20 +- CDs kosten $15–20 - MP3s gratis (illegal, aber yolo) - Einzelne Songs statt Alben @@ -1867,12 +1723,10 @@ Aber: LimeWire, Kazaa, BitTorrent folgten → LimeWire, Kazaa, BitTorrent, später Spotify --- @@ -1892,13 +1746,12 @@ Spotify (2008): Streaming-Ära beginnt ❌ Physische Medien starben --- @@ -1926,20 +1779,20 @@ Vollständige Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ -# Selbstlernen: Audio-Spektrogram +# Selbstlernen: Audio-Spektrogramm **Aufgabe (30 Min):** -- Live Spektrogram untersuchen https://borismus.github.io/spectrogram/ +- Live Spektrogramm untersuchen https://borismus.github.io/spectrogram/ - Mit Effekten experimentieren https://audiomass.co/ - Spektrogramme vergleichen Audacity (kostenloser Download nötig) [https://manual.audacityteam.org/man/spectrogram_view.html](https://manual.audacityteam.org/man/spectrogram_view.html) --- @@ -1961,12 +1814,9 @@ Alternative: Spek (spek.cc) – reiner Spektrogramm-Viewer - Magic Numbers: [en.wikipedia.org/wiki/List_of_file_signatures](https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_file_signatures) - +- Gruppenarbeit: 3-4 Personen +- Ziel: Hex-Dump lesen lernen, Dateiformate verstehen +--> \ No newline at end of file