split klausurfragen into per-course files and add erklaerung slides to 223015c

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+95 -89
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@@ -70,18 +70,23 @@ section.aufgabe footer {
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@@ -301,23 +306,23 @@ KLAUSURRELEVANT:
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# Kompression: Erklaerung
# Kompression – Vertiefung
**Definition:** Kompression reduziert die Dateigroesse durch Entfernen von Redundanz (Lossless) oder Irrelevanz (Lossy).
Claude Shannon definierte 1948 die **Entropie** als theoretische Untergrenze der Kompression. Ein Text mit gleichmäßiger Zeichenverteilung hat hohe Entropie (schwer komprimierbar); repetitive Texte haben niedrige Entropie.
| Typ | Prinzip | Reversibel | Beispiele |
|-----|---------|------------|-----------|
| **Verlustfrei** | Redundanz entfernen | Ja | ZIP, PNG, FLAC |
| **Verlustbehaftet** | Irrelevanz entfernen | Nein | JPEG, MP3, H.264 |
**Verlustfreie Kompression** erreicht diese Grenze durch:
- **Statistische Kodierung:** Huffman, Arithmetic Coding
- **Wörterbuch-Methoden:** LZ77, LZ78, DEFLATE (ZIP, PNG)
- Originalzustand ist exakt rekonstruierbar
**Redundanz:** Wiederholende Muster kompakter darstellen
- "AAAA" → "4×A" (Run-Length Encoding)
**Verlustbehaftete Kompression** unterschreitet die Grenze, indem sie menschliche Wahrnehmungsgrenzen ausnutzt:
**Irrelevanz:** Fuer Menschen nicht wahrnehmbare Information entfernen
- Psychoakustik: Toene unter Hoerschwelle
- Psychovisuell: Farbunterschiede im Randbereich
| Sinneskanal | Psychophysisches Modell | Ausnutzung |
|-------------|------------------------|------------|
| Gehör | Maskierungseffekte, Hörschwelle | MP3: Töne unter Maskierungsschwelle weglassen |
| Sehen | Farbauflösung, Kontrastempfindlichkeit | JPEG: Chroma-Subsampling, hohe Frequenzen verwerfen |
**Merkhilfe:** "Redundanz = Wiederholung, Irrelevanz = Unwichtig"
**Shannon-Limit:** Verlustfreie Kompression kann nicht unter die Entropie; verlustbehaftete kann beliebig weit gehen – auf Kosten der Qualität.
---
@@ -892,23 +897,22 @@ Eselsbrücke: "Kilo Mega Giga Tera Peta Exa Zetta Yotta"
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# Dateneinheiten: Erklaerung
# Dateneinheiten – Vertiefung
**Definition:** Standardisierte Groessenangaben fuer digitale Datenmengen basierend auf SI-Praefixen (Dezimal).
Zwei konkurrierende Standards existieren seit der IEC-Normierung 1998:
| Einheit | Bytes | Potenz | Alltagsbeispiel |
|---------|-------|--------|-----------------|
| KB | 1.000 | 10³ | Kurze E-Mail |
| MB | 1.000.000 | 10⁶ | MP3-Song (~4 MB) |
| GB | 1 Milliarde | 10⁹ | HD-Film (~4 GB) |
| TB | 1 Billion | 10¹² | Externe Festplatte |
| Präfix | SI (Dezimal) | IEC (Binär) | Differenz |
|--------|--------------|-------------|-----------|
| Kilo | 1.000 (10³) | 1.024 (2¹⁰) KiB | 2,4% |
| Mega | 1.000.000 (10⁶) | 1.048.576 MiB | 4,9% |
| Giga | 10⁹ | 2³⁰ GiB | 7,4% |
| Tera | 10¹² | 2⁴⁰ TiB | 10% |
**Dezimal vs. Binaer:**
- SI (Hersteller): 1 KB = 1.000 Bytes
- IEC (Computer): 1 KiB = 1.024 Bytes
- Daher: 1 TB Festplatte zeigt nur ~931 GB an
**Warum der Unterschied wächst:** (2¹⁰)ⁿ ÷ (10³)ⁿ = 1,024ⁿ. Bei Terabyte sind es bereits 10% Abweichung.
**Merkhilfe:** "**K**omm **M**it **G**rossem **T**ee, **P**eter **E**xte **Z**ettelt **Y**achten"
**Festplatten-Marketing:** Hersteller nutzen SI (dezimal), Betriebssysteme zeigen IEC (binär). Eine „1 TB"-Festplatte zeigt daher nur 931 GiB an – technisch korrekt, aber verwirrend.
**Historischer Kontext:** RAM wurde immer binär gemessen (2ⁿ Adressen), Festplatten ursprünglich dezimal (physikalische Geometrie). Die IEC führte 1998 KiB/MiB/GiB ein – diese Notation setzt sich langsam durch.
---
@@ -982,24 +986,25 @@ VERGLEICH: SSD ~$50/TB, HDD ~$15/TB, LTO ~$5/TB
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# Digitaler Wendepunkt: Erklaerung
# Digitaler Wendepunkt – Vertiefung
**Definition:** Der Zeitpunkt, ab dem mehr Daten digital als analog gespeichert wurden.
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 Meilensteine:**
| Jahr | Ereignis |
|------|----------|
| 1986 | 99% analog, nur 1% digital |
| **2002** | **Wendepunkt: 50% digital** |
| 2007 | 94% digital, nur 6% analog |
| 2025 | ~181 Zettabyte jaehrlich |
**Was 1986 „analog" bedeutete:**
- Bücher, Zeitungen, Magazine: ~8 EB
- Vinyl-Schallplatten, Musikkassetten: ~12 EB
- VHS-Kassetten, Filmrollen: ~60 EB
**Warum Magnetband noch lebt:**
- LTO-Tapes: ~5 USD/TB (guenstigstes Archivmedium)
- Vergleich: SSD ~50 USD/TB, HDD ~15 USD/TB
- Einsatz: AWS Glacier, Filmarchive, Cold Storage
**Warum analog stagnierte:** Physische Medien haben Kapazitätsgrenzen. Eine VHS speichert 10 GB; eine Blu-ray (2006) bereits 50 GB auf kleinerer Fläche.
**Merkhilfe:** "**2002** = **D**igitale **D**ominanz beginnt" (2-0-0-2 = D-D)
**LTO-Magnetband überlebt** trotz „alter" Technologie:
| Medium | Kosten/TB | Lebensdauer | Energiebedarf |
|--------|-----------|-------------|---------------|
| SSD | ~50 € | 5–10 Jahre | Dauerstrom |
| 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.
---
@@ -1108,23 +1113,22 @@ Visueller Kontrast: Analog vs. Digital
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# Analoge Medien: Erklaerung
# Analoge Medien – Vertiefung
**Definition:** Medien, bei denen Information durch kontinuierliche physikalische Groessen (Rillen, Magnetisierung, Licht) gespeichert wird.
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.
| Medium | Typ | Speicherprinzip |
|--------|-----|-----------------|
| Schallplatte | Audio | Rillen in Vinyl |
| Tonband | Audio | Magnetische Partikel |
| Film | Video | Lichtempfindliche Emulsion |
| VHS | Video | Magnetband |
**Generationsverlust** entsteht, weil jede Kopie neues Rauschen addiert:
- Schallplatte → Kassette: Frequenzgang leidet, Rauschen steigt
- VHS → VHS: Farbsättigung sinkt, Schärfe nimmt ab
- 3. Generation: oft unbrauchbar
**Kernmerkmal Generationsverlust:**
- Jede Kopie ist schlechter als das Original
- Kassette → Kassette → Kassette = zunehmend schlechter
- Das Original bleibt einzigartig
| Medium | Typische Auflösung | Dynamik |
|--------|-------------------|---------|
| Vinyl (audiophil) | ~20–20.000 Hz | ~70 dB |
| Tonband (Studio) | ~30–15.000 Hz | ~55 dB |
| 35mm Film | ~4K-äquivalent | ~13 Blendenstufen |
**Distribution:** Physisch (Kauf, Verleih, Kopie von Hand)
**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.
---
@@ -1199,22 +1203,23 @@ Paradox: Gerade die Perfektion wurde zum "Problem"
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<!-- _footer: '' -->
# Digitale Medien: Erklaerung
# Digitale Medien – Vertiefung
**Definition:** Medien, bei denen Information als diskrete Zahlenwerte (Bits) gespeichert wird.
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.
| Medientyp | Formate | Typische Verwendung |
|-----------|---------|---------------------|
| Text | PDF, EPUB, DOCX | E-Books, Dokumente |
| Bild | JPEG, PNG, WebP | Fotos, Grafiken |
| Audio | MP3, FLAC, AAC | Musik, Podcasts |
| Video | MP4, MKV, WebM | Filme, Streaming |
**Bit-identische Kopien** revolutionierten die Medienindustrie:
- Keine Qualitätskette mehr: 1000. Kopie = 1. Kopie = Original
- Kosten pro Kopie: praktisch null (nur Speicherplatz)
- Perfekte Archivierung: Bits altern nicht (nur der Datenträger)
**Kernvorteil gegenueber Analog:**
- **Identische Kopien** - kein Qualitaetsverlust
- Kopie = Original (bit-identisch)
| Aspekt | Analog | Digital |
|--------|--------|---------|
| Kopiervorgang | Physikalischer Prozess | Bit-Kopie |
| Qualität pro Generation | Verschlechtert | Identisch |
| Fehlerkorrektur | Unmöglich | Möglich (ECC, RAID) |
| Formatmigration | Verlust | Verlustfrei möglich |
**Distribution:** Datentraeger, Download, Streaming, P2P
**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.
---
@@ -1240,23 +1245,24 @@ Paradox: Gerade die Perfektion wurde zum "Problem"
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# Digitale Speichermedien: Erklaerung
# Digitale Speichermedien – Vertiefung
**Definition:** Physische oder virtuelle Medien zur dauerhaften Speicherung digitaler Daten.
Jede Technologie hat physikalische Vor- und Nachteile:
| Kategorie | Technologie | Eigenschaften |
|-----------|-------------|---------------|
| **Optisch** | CD, DVD, Blu-ray | Laser liest Pits/Lands |
| **Magnetisch** | HDD, LTO-Band | Magnetisierte Bereiche |
| **Flash** | SSD, USB, SD | Elektrische Ladung in Zellen |
| **Cloud** | AWS, Google, Dropbox | Verteilte Server |
**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.
**Auswahlkriterien:**
- **Geschwindigkeit:** SSD > HDD > Optisch > Band
- **Kosten/TB:** Band < HDD < SSD < Cloud
- **Haltbarkeit:** Band (~30 Jahre) > Optisch > SSD > HDD
**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.
**Merkhilfe:** "**O**ptisch **M**agnetisch **F**lash **C**loud" = OMFC
**Flash (SSD/USB/SD):** Elektronen in Floating Gates speichern Bits. Keine beweglichen Teile, aber begrenzte Schreibzyklen (TLC: ~3.000, SLC: ~100.000). Ohne Strom verlieren Zellen nach Jahren ihre Ladung.
| Szenario | Empfehlung | Grund |
|----------|------------|-------|
| Betriebssystem | NVMe SSD | Geschwindigkeit |
| Videoarchiv | HDD | Kapazität/Preis |
| Langzeitarchiv | LTO + M-DISC | Lebensdauer |
| Austausch | USB/SD | Portabilität |
**Cloud** ist physisch HDD/SSD/LTO in Rechenzentren – kein eigenes Medium, sondern Zugriffsmethode.
---
+134 -150
View File
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@@ -251,26 +256,19 @@ KLAUSURRELEVANT:
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# Rastergrafiken: Erklaerung
# Rastergrafik – Vertiefung
**Definition:** Bilder als zweidimensionales Raster (Array) von Pixeln mit Farbwerten.
Ein Pixel ist die kleinste adressierbare Einheit. Bei 24-Bit-Farbtiefe speichert jeder Pixel drei 8-Bit-Werte (0–255) für Rot, Grün und Blau. Diese additive Farbmischung erzeugt 256³ = 16,7 Millionen mögliche Farbtöne.
**Speicherberechnung (unkomprimiert):**
```
Breite × Hoehe × (Farbtiefe ÷ 8) = Bytes
```
**Speicherberechnung:** `Breite × Höhe × Bytes pro Pixel`
**Beispiel:** 1920×1080 bei 24 Bit
- 1920 × 1080 × 3 = 6.220.800 Bytes ≈ **6,2 MB**
| Auflösung | Farbtiefe | Berechnung | Größe |
|-----------|-----------|------------|-------|
| 1920×1080 | 24 Bit (3 B) | 2.073.600 × 3 | 6,2 MB |
| 4K (3840×2160) | 24 Bit | 8.294.400 × 3 | 24,9 MB |
| 4K | 32 Bit (4 B) | 8.294.400 × 4 | 33,2 MB |
| Farbtiefe | Farben | Anwendung |
|-----------|--------|-----------|
| 1 Bit | 2 | S/W, Fax |
| 8 Bit | 256 | Graustufen, GIF |
| 24 Bit | 16,7 Mio | True Color (RGB) |
| 32 Bit | 16,7 Mio + Alpha | Transparenz |
**Merkhilfe:** "24 Bit = 3 Bytes = RGB" (8+8+8)
Der Alpha-Kanal (32 Bit) speichert Transparenz als Wert von 0 (unsichtbar) bis 255 (vollständig sichtbar). PNG nutzt dies für weiche Kanten; JPEG unterstützt keinen Alpha-Kanal.
---
@@ -332,26 +330,23 @@ KLAUSURRELEVANT:
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<!-- _footer: '' -->
# Vektorgrafiken: Erklaerung
# Vektorgrafik – Vertiefung
**Definition:** Bilder als mathematische Beschreibung geometrischer Formen (Pfade, Kurven, Formen).
Vektorgrafiken speichern keine Pixel, sondern mathematische Beschreibungen: Koordinaten, Kurvenparameter (Bézier-Kontrollpunkte), Füllfarben, Strichstärken. Der Renderer berechnet die Pixel erst bei der Ausgabe – daher beliebig skalierbar.
| Eigenschaft | Raster | Vektor |
|-------------|--------|--------|
| Speicherung | Pixel-Array | Geometrie-Anweisungen |
| Skalierung | Qualitaetsverlust | Verlustfrei |
| Ideal fuer | Fotos | Logos, Icons |
| Formate | JPEG, PNG | SVG, PDF, AI |
**Bézier-Kurven** (Pierre Bézier, 1962, für Renault-Karosserien entwickelt):
- Definiert durch Ankerpunkte und Kontrollpunkte
- Kubische Bézier: 2 Anker + 2 Kontrollpunkte
- Mathematisch exakt reproduzierbar
**SVG-Beispiel:**
```xml
<circle cx="50" cy="50" r="40" fill="red"/>
```
→ Beschreibt WAS, nicht WIE (deklarativ)
| Aspekt | Raster | Vektor |
|--------|--------|--------|
| Skalierung 10× | Pixel sichtbar | Perfekt scharf |
| Foto-Realismus | Gut geeignet | Unpraktikabel |
| Dateigröße Logo | Wächst mit Auflösung | Konstant (~5 KB) |
| Editierbarkeit | Destruktiv | Nicht-destruktiv |
**Konvertierung:**
- Vektor → Raster: Einfach (Rasterisierung)
- Raster → Vektor: Schwierig (Tracing)
**Rasterisierung:** GPU wandelt Vektordaten in Pixel um. Geschieht bei jeder Darstellung neu – deshalb ist ein 4K-Monitor schärfer als ein 1080p-Monitor bei gleichem SVG.
---
@@ -423,24 +418,21 @@ KLAUSURRELEVANT:
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<!-- _footer: '' -->
# Psychovisuelle Wahrnehmung: Erklaerung
# Psychovisuelle Wahrnehmung – Vertiefung
**Definition:** Das menschliche Auge hat Schwaechen, die Kompressionsverfahren gezielt ausnutzen.
Die Netzhaut enthält ~120 Mio. Stäbchen (Helligkeitswahrnehmung) aber nur ~6 Mio. Zapfen (Farbwahrnehmung). Dieses 20:1-Verhältnis erklärt, warum JPEG Farbinformationen stärker reduzieren kann als Helligkeitsinformationen.
**Was Menschen schlecht sehen:**
| Eigenschaft | Wahrnehmung | JPEG-Strategie |
|-------------|-------------|----------------|
| Farbe vs. Helligkeit | Helligkeit besser | Farbaufloesung reduzieren |
| Hohe Frequenzen | Schlechter | Feine Details verwerfen |
| Kleine Unterschiede | Kaum merkbar | Quantisierung |
**Räumliche Frequenz** beschreibt, wie schnell sich die Helligkeit über eine Bildfläche ändert:
- **Niedrig:** Himmel, Wand – große einheitliche Flächen
- **Hoch:** Haare, Texturen, Schrift – schnelle Wechsel
**Raeumliche Frequenz:**
- **Niedrig:** Langsame Aenderung = grosse Flaechen
- **Hoch:** Schnelle Aenderung = feine Details, Kanten
Das Auge ist ein Tiefpassfilter: Hohe Frequenzen (feine Details) werden schwächer wahrgenommen. JPEG verwirft daher zuerst die hohen Frequenzen – der Qualitätsverlust bleibt meist unsichtbar.
**Biologische Grundlage:**
- Mehr Staebchen (Helligkeit) als Zapfen (Farbe) im Auge
- Aehnlich: Psychoakustik bei MP3 (Maskierungseffekte)
| Biologisches Limit | Ausnutzung in JPEG |
|-------------------|-------------------|
| Farbauflösung ~20× geringer | Chroma Subsampling (4:2:0) |
| Hohe Frequenzen unscharf | DCT + Quantisierung |
| Kontrast-Maskierung | Artefakte in Texturen versteckt |
---
@@ -552,25 +544,27 @@ KLAUSURRELEVANT:
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<!-- _footer: '' -->
# JPEG Farbraumkonversion: Erklaerung
# Farbraumkonversion – Vertiefung
**Definition:** Umwandlung von RGB (Rot-Gruen-Blau) in YCbCr (Helligkeit + Farbdifferenzen).
RGB→YCbCr nutzt die Biologie des menschlichen Auges: 120 Mio. Stäbchen (Helligkeit) vs. nur 6 Mio. Zapfen (Farbe) – ein 20:1-Verhältnis. Die Transformation erfolgt über eine lineare Matrix:
| Kanal | Bedeutung | Behandlung |
|-------|-----------|------------|
| **Y** | Luminanz (Helligkeit) | Volle Aufloesung behalten |
| **Cb** | Blau-Gelb-Differenz | Kann reduziert werden |
| **Cr** | Rot-Gruen-Differenz | Kann reduziert werden |
```
Y = 0.299·R + 0.587·G + 0.114·B
Cb = −0.169·R − 0.331·G + 0.500·B + 128
Cr = 0.500·R − 0.419·G − 0.081·B + 128
```
**Warum diese Trennung?**
- Menschliches Auge: empfindlicher fuer Helligkeit als Farbe
- Y behaelt volle Aufloesung → Schaerfe erhalten
- Cb/Cr reduziert (Chroma Subsampling) → Daten sparen
Die Gewichtung (G dominiert mit 59%) entspricht der spektralen Empfindlichkeit des Auges bei Tageslicht. Y enthält alle Schärfeinformation; Cb/Cr können reduziert werden.
**Chroma Subsampling 4:2:0:**
- 4 Pixel teilen sich einen Farbwert
- Jeder Pixel behaelt eigene Helligkeit
- = 50% Datenreduktion bei kaum sichtbarem Verlust
**Chroma Subsampling – Notation J:a:b** (bezogen auf 4×2 Pixel):
| Schema | Farbdaten | Einsatz |
|--------|-----------|---------|
| 4:4:4 | 100% | Postproduktion, Grafik |
| 4:2:2 | 50% | Broadcast, Pro-Video |
| 4:2:0 | 25% | JPEG, H.264, Streaming |
Bei 4:2:0 teilen sich 4 Pixel einen Farbwert, behalten aber individuelle Helligkeit → 50% Dateneinsparung bei kaum sichtbarem Unterschied.
---
@@ -763,25 +757,26 @@ KLAUSURRELEVANT:
<!-- _header: '' -->
<!-- _footer: '' -->
# Huffman-Coding: Erklaerung
# Huffman-Coding – Vertiefung
**Definition:** Verlustfreie Kompression durch variable Codelaengen basierend auf Zeichenhaeufigkeit.
David Huffman entwickelte 1952 als Student am MIT einen optimalen Algorithmus für präfixfreie Codes – ursprünglich als Hausaufgabe, die zur Veröffentlichung führte.
**Prinzip:**
- Haeufige Zeichen → kurze Codes
- Seltene Zeichen → lange Codes
- Praefix-frei: Kein Code ist Anfang eines anderen
**Algorithmus (Bottom-Up-Baumkonstruktion):**
1. Alle Symbole nach Häufigkeit sortieren
2. Die zwei seltensten Symbole zu einem Knoten kombinieren
3. Wiederholen bis nur noch die Wurzel übrig ist
4. Codes ablesen: links = 0, rechts = 1
**Beispiel ABRACADABRA:**
| Zeichen | Haeufigkeit | Code |
|---------|-------------|------|
| A | 5× | `0` (1 Bit) |
| B | 2× | `10` (2 Bit) |
| R | 2× | `110` (3 Bit) |
**Präfixfreiheit:** Kein Code ist Anfang eines anderen → sofort dekodierbar ohne Trennzeichen.
**Kompression:** 88 Bit → 23 Bit = **74% gespart**
| Eigenschaft | Huffman | Arithmetisch |
|-------------|---------|--------------|
| Einheit | Ganze Bits | Fraktionale Bits |
| Optimalität | Optimal für ganze Bits | Näher an Entropie |
| Geschwindigkeit | Schneller | Langsamer |
| JPEG-Einsatz | Standard (Baseline) | Optional (selten) |
**Einsatz:** JPEG, ZIP, PNG, MP3, DEFLATE
JPEG verwendet zwei Huffman-Tabellen: eine für DC-Koeffizienten (Durchschnittswerte), eine für AC-Koeffizienten (Frequenzen). Die Tabellen sind im JPEG-Header gespeichert.
---
@@ -931,27 +926,21 @@ KLAUSURRELEVANT:
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<!-- _footer: '' -->
# WebP & AVIF: Erklaerung
# WebP & AVIF – Vertiefung
**Definition:** Moderne Bildformate mit besserer Kompression als JPEG.
**WebP** entstand 2010 aus Googles VP8-Videocodec (On2 Technologies, für $133M gekauft). Statt I-Frames für Video werden sie als Einzelbilder verwendet. WebP nutzt Intra-Frame-Prediction, die benachbarte Blöcke zur Vorhersage verwendet – effizienter als JPEGs blockweise DCT.
| Format | Jahr | Basis | Vorteil |
|--------|------|-------|---------|
| **WebP** | 2010 | VP8 (Google) | 25-35% kleiner als JPEG |
| **AVIF** | 2019 | AV1 | 50% kleiner als JPEG |
**AVIF** basiert auf dem AV1-Videocodec, entwickelt 2015–2018 von der Alliance for Open Media (Google, Apple, Netflix, Amazon, Microsoft, Mozilla). Nach dem Patent-Chaos von H.265/HEVC vereinten sich die Konkurrenten für einen lizenzfreien Standard.
**WebP Features:**
- Lossy und Lossless
- Transparenz (Alpha)
- Animationen (ersetzt GIF)
| Aspekt | WebP | AVIF |
|--------|------|------|
| Basis-Codec | VP8/VP9 | AV1 |
| Kompression vs. JPEG | 25–35% besser | 50% besser |
| HDR/Wide Gamut | Nein | Ja (10/12 Bit) |
| Encoding-Geschwindigkeit | Schnell | Sehr langsam |
| Browser-Support 2025 | 97%+ | 93%+ |
**AVIF Features:**
- HDR-Unterstuetzung
- Patent-frei (Alliance for Open Media)
- Beste Kompression, aber langsamer
**Browser-Support 2025:** WebP universell, AVIF waechst
**Realitaet:** JPEG bleibt dominant (Kompatibilitaet)
**Warum JPEG dominiert:** Kameras, Bildbearbeitungssoftware und Content-Management-Systeme sind auf JPEG optimiert. Der Wechsel erfordert Infrastruktur-Updates über die gesamte Pipeline.
---
@@ -1077,26 +1066,26 @@ KLAUSURRELEVANT:
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# Container vs. Codec: Erklaerung
# Container vs. Codec – Vertiefung
**Definition:** Container und Codec sind zwei verschiedene Konzepte bei Videodateien.
**Container** (Multiplexer-Format) organisiert mehrere Datenströme mit Timing-Informationen. Er enthält keine Kompressionslogik, sondern synchronisiert Video, Audio, Untertitel und Metadaten.
| Begriff | Bedeutung | Beispiele |
|---------|-----------|-----------|
| **Container** | Dateiformat/"Box" | MP4, MKV, WebM, MOV |
| **Codec** | Kompressionsalgorithmus | H.264, H.265, VP9, AV1 |
**Codec** (Coder-Decoder) definiert den Kompressionsalgorithmus. Derselbe Container kann verschiedene Codecs enthalten – die Dateiendung verrät den Codec nicht.
**Container enthaelt:**
- Video-Stream (komprimiert mit Codec)
- Audio-Stream(s)
- Untertitel
- Metadaten (Kapitel, Thumbnail)
| Container | Entwickler | Typische Codecs | Besonderheit |
|-----------|------------|-----------------|--------------|
| MP4 | ISO/MPEG | H.264, H.265, AAC | Web-Standard, DRM-fähig |
| MKV | Matroska | Alle | Beliebig viele Streams, Kapitel |
| WebM | Google | VP9, AV1, Opus | HTML5-optimiert, lizenzfrei |
| MOV | Apple | ProRes, H.264 | Professionelle Produktion |
**Wichtig:** Gleiche Endung ≠ gleicher Inhalt!
- film.mp4 kann H.264, H.265 oder AV1 enthalten
- Tool-Tipp: **MediaInfo** zeigt beides an
**Metadaten im Container:**
- Timecodes für Frame-genaue Synchronisation
- Kapitelmarken, Thumbnails
- Sprach-Tags für Audio/Untertitel
- HDR-Metadaten (MaxCLL, MaxFALL)
**Merkhilfe:** "Container = Schachtel, Codec = Verpackungsart"
**Praktisches Problem:** Eine `.mp4`-Datei mit AV1-Codec spielt auf älteren Geräten nicht ab, obwohl sie MP4 „unterstützen" – der Hardware-Decoder fehlt für AV1.
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@@ -1329,26 +1318,25 @@ KLAUSURRELEVANT:
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# H.264/AVC: Erklaerung
# H.264/AVC – Vertiefung
**Definition:** Der dominierende Video-Codec seit 2003, der modernes Video-Streaming erst ermoeglichte.
H.264 (2003) ermöglichte erst YouTube (2005), Netflix-Streaming (2007) und Blu-ray. Vor H.264 war MPEG-2 Standard – H.264 erreichte bei gleicher Qualität die halbe Bitrate.
**Warum so erfolgreich?**
| Eigenschaft | Bedeutung |
|-------------|-----------|
| Kompression | ~100:1 moeglich |
| Hardware | Decoder in jedem Geraet seit ~2010 |
| Verbreitung | YouTube, Netflix, Blu-ray |
**Technische Innovationen:**
- **Variable Blockgrößen:** 16×16 bis 4×4 Macroblocks (MPEG-2: nur 16×16)
- **Intra-Prediction:** Blöcke werden aus Nachbarn vorhergesagt
- **In-Loop Deblocking:** Filter reduziert Blockartefakte vor der Referenzierung
- **CABAC:** Arithmetic Coding ersetzt Huffman (10–15% effizienter)
**Technische Features:**
- Variable Block-Groessen (16×16 bis 4×4)
- Deblocking-Filter (reduziert Blocking-Artefakte)
- I-, P-, B-Frames (temporale Kompression)
| Profile | Anwendung | Max. Auflösung |
|---------|-----------|----------------|
| Baseline | Videotelefonie, ältere Geräte | 480p |
| Main | Broadcast, Streaming | 1080p |
| High | Blu-ray, professionell | 4K |
**Patent-Situation:**
- MPEG-LA Pool: 2000+ Patente
- "Internet Broadcast" fuer Endnutzer kostenlos
- Hardware-Decoder: ~$0,20/Geraet
**Hardware-Ubiquität:** Seit 2010 hat jedes Smartphone, jede GPU, jeder Smart-TV einen H.264-Hardware-Decoder. Encoding in Echtzeit braucht keine CPU – das ermöglichte erst mobiles Video-Streaming und Videotelefonie.
**Patent-Pool (MPEG-LA):** ~2.000 Patente von 30+ Unternehmen. Endnutzer-Streaming ist lizenzfrei; Hardware-Hersteller zahlen ~$0,20/Gerät.
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@@ -1462,26 +1450,22 @@ KLAUSURRELEVANT:
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# AV1: Erklaerung
# AV1 – Vertiefung
**Definition:** Der offene, lizenzfreie Video-Codec der Zukunft, entwickelt von der Alliance for Open Media.
Die **Alliance for Open Media** (2015) vereinte Konkurrenten nach dem Patent-Chaos von H.265/HEVC. Drei separate Patent-Pools (MPEG-LA, HEVC Advance, Velos Media) machten H.265-Lizenzierung unberechenbar – die Industrie wollte einen garantiert lizenzfreien Standard.
**Alliance for Open Media (AOM):**
- Gegruendet 2015: Google, Netflix, Amazon, Microsoft, Apple, Mozilla
- Ziel: Patent-freier Standard nach H.265-Chaos
**Gründungsmitglieder:** Google, Mozilla, Cisco, Netflix, Amazon, Microsoft. Apple trat 2018 bei – historisch, da Apple sonst eigene Standards bevorzugt.
| Eigenschaft | AV1 |
|-------------|-----|
| Effizienz | 30% besser als H.265 |
| Lizenz | Royalty-free, Open Source |
| Features | 8K, HDR, hohe Frame-Rates |
| Technische Innovation | Beschreibung |
|----------------------|--------------|
| Superblocks | Bis 128×128 Pixel (H.264: max 16×16) |
| Prediction Modes | 56 Intra-Modi (H.264: 9) |
| Transform | 10 verschiedene Transformtypen |
| Film Grain Synthesis | Filmkorn wird als Parameter übertragen |
**Stand 2025:**
- YouTube, Netflix nutzen AV1 fuer 4K/8K
- Hardware-Encoder in aktuellen GPUs
- Emmy-Gewinner 2024 fuer technische Innovation
**Encoding-Performance:** Software-Encoding ist 50–200× langsamer als H.264. Erst Hardware-Encoder (Intel ab Gen 12, NVIDIA RTX 40, Apple M3) machen Echtzeit-Encoding praktikabel.
**Nachteil:** Encoding sehr langsam (Hardware loest das)
**Adoption 2025:** YouTube und Netflix nutzen AV1 für 4K/8K-Streams. 2024 gewann AV1 einen Emmy für technische Innovation – offene Standards können Industriestandard werden.
---
@@ -70,18 +70,23 @@ section.aufgabe footer {
}
section.erklaerung {
font-size: 1.1rem;
background: linear-gradient(180deg, #f8fbff 0%, #e8f4fc 100%) !important;
border-left: 6px solid #1e5f8a;
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135deg,
#e3f2fd,
#e3f2fd 40px,
#fff 40px,
#fff 80px
) !important;
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@media print {
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section.erklaerung h1 {
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section.erklaerung h2 {
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@@ -89,11 +94,11 @@ section.erklaerung ol {
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section.erklaerung table {
font-size: 0.95rem;
font-size: 0.9rem;
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</style>
@@ -266,22 +271,22 @@ Kleine SSD für System + große HDD für Archiv.
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<!-- _footer: '' -->
# HDD vs. SSD: Erklaerung
# HDD vs. SSD – Vertiefung
**Kernunterschied:** HDD = mechanisch (Magnetplatten), SSD = elektronisch (Flash-Speicher)
**HDD (Hard Disk Drive):** Magnetplatten rotieren mit 5.400–7.200 RPM; ein Schreib-/Lesekopf schwebt nanometerweit über der Oberfläche. Die Zugriffszeit setzt sich zusammen aus Seek Time (Kopf bewegen) + Rotational Latency (warten auf Sektor).
| Eigenschaft | HDD | SSD |
|-------------|-----|-----|
| Zugriffszeit | ~10 ms | ~0.1 ms |
| Seq. Lesen | ~150 MB/s | ~500-7000 MB/s |
| Preis/TB | guenstig | teurer |
| Haltbarkeit | mechanisch anfaellig | Schreibzyklen begrenzt |
**SSD (Solid State Drive):** NAND-Flash-Zellen speichern Bits als elektrische Ladung. Kein mechanischer Zugriff → konstant schnelle Latenz. Aber: Zellen haben begrenzte Schreibzyklen (P/E Cycles).
**Entscheidungsregel:**
- **SSD:** Haeufiger Zugriff, Geschwindigkeit wichtig (OS, Apps, aktive Projekte)
- **HDD:** Grosse Datenmengen, selten genutzt (Archiv, Backup, Cold Storage)
| Aspekt | HDD | SATA SSD | NVMe SSD |
|--------|-----|----------|----------|
| Latenz | 5–10 ms | 0,1 ms | 0,02 ms |
| Seq. Lesen | 150 MB/s | 550 MB/s | 7.000 MB/s |
| IOPS (4K random) | 100 | 90.000 | 1.000.000 |
| TBW (1 TB Modell) | ∞ | 600 TBW | 600 TBW |
**Merkhilfe:** "Schnell = SSD, Speicher = HDD"
**Wear Leveling:** SSD-Controller verteilen Schreibvorgänge gleichmäßig, um einzelne Zellen nicht vorzeitig zu erschöpfen. TRIM informiert den Controller über gelöschte Blöcke.
**Praxis:** System-SSD für OS/Anwendungen (Geschwindigkeit), HDD für Medienarchiv (Kapazität/Preis). RAID schützt vor Einzelausfällen bei beiden.
---
@@ -538,24 +543,23 @@ Warum 1 Offsite?
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<!-- _footer: '' -->
# 3-2-1-Backup-Regel: Erklaerung
# 3-2-1-Backup-Regel – Vertiefung
**Definition:** Bewährte Strategie zur Datensicherung gegen unterschiedliche Verlustszenarien.
Peter Krogh formulierte die Regel 2005 in „The DAM Book" (Digital Asset Management). Sie schützt gegen unterschiedliche Verlustszenarien:
| Element | Bedeutung | Schutz gegen |
|---------|-----------|--------------|
| **3** Kopien | Original + 2 Backups | Hardware-Defekt |
| **2** Medientypen | z.B. SSD + HDD | Medienspezifische Fehler |
| **1** Offsite | Anderer Ort/Cloud | Lokale Katastrophen |
| Bedrohung | Schutz durch | Beispiel |
|-----------|--------------|----------|
| Hardware-Defekt | 3 Kopien | SSD stirbt → HDD-Backup vorhanden |
| Firmware-Bug/Ransomware | 2 Medientypen | Malware infiziert nur ein System |
| Feuer/Diebstahl/Flut | 1 Offsite | Haus brennt → Cloud-Backup sicher |
**Beispiel-Setup:**
1. Arbeitsdaten auf SSD (Original)
2. Externes Backup auf HDD (lokal)
3. Cloud-Backup bei Anbieter (offsite)
**Moderne Erweiterung 3-2-1-1-0:**
- **+1** Air-Gapped (offline, nicht verbunden)
- **+0** Verifizierte Backups (regelmäßig Restore testen)
**Merkhilfe:** "3 Kopien, 2 Medien, 1 woanders"
**Ransomware-Problem:** Vernetzte Backups werden oft mitverschlüsselt. Air-Gapped-Medien (externe HDD im Safe, LTO-Band) bleiben sicher, weil sie physisch getrennt sind.
**Herkunft:** Peter Krogh, "The DAM Book" (2005) - gilt bis heute als Goldstandard.
**Realitäts-Check:** Die meisten Datenverluste entstehen durch menschliche Fehler (versehentliches Löschen), nicht Hardware-Ausfälle. Versionierte Backups (Time Machine, Borg) schützen auch davor – die gelöschte Datei existiert noch in älteren Snapshots.
---
+977
View File
@@ -0,0 +1,977 @@
---
marp: true
theme: gaia
paginate: true
backgroundColor: #fff
header: ""
footer: ""
title: "Fragenkatalog – Dateiformate (223015b)"
---
<style>
:root {
--color-foreground: #1a1a2e;
--color-highlight: #1e5f8a;
--color-dimmed: #4a4a6a;
}
section.invert {
--color-foreground: #fff;
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section {
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h1 {
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pre code {
background: transparent;
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}
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color: var(--color-highlight);
}
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opacity: 0.3;
}
</style>
# Klausurfragen – 223015b
**Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien · HdM Stuttgart · M. Czechowski**
<small>Stand: 01.02.2026</small>
---
> **Legende – Moodle XML-Typen:**
> `[MC]` = `multichoice` (einzelne Auswahl)
> `[MM]` = `multichoice` + `<single>false</single>` (Mehrfachauswahl)
> `[MATCH]` = `matching` (Zuordnung)
> `[ORDER]` = `ordering` (Reihenfolge)
> `[ESSAY]` = `essay` (Freitext, manuell bewertet)
> `[SHORTANS]` = `shortanswer` (Stichwort/Satz, automatisch geprüft)
> `[NUMERIC]` = `numerical` (Zahlenwert ± Toleranz)
> `[CLOZE]` = `cloze` (Lückentext, gemischt)`
---
<!-- _class: lead -->
## BLOCK J – Dateiformate: Grundbegriffe
---
<!-- _class: disable -->
### J1 – Was bedeutet „komprimieren"?
**Thema:** Grundbegriffe – Kompression
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Was bedeutet es, eine Datei zu komprimieren?
- [ ] Die Datei wird auf einem anderen Speichermedium gesichert.
- [x] **Die Dateigröße wird durch Entfernung oder Vereinfachung von Daten reduziert.** ✅
- [ ] Die Datei wird verschlüsselt, damit sie kleiner aussieht.
- [ ] Die Datei wird in ein anderen Format umgewandelt, ohne dass sich die Größe ändert.
> **Feedback:** Kompression = Dateigröße reduzieren. Zwei Familien: verlustfrei (alle Daten bleiben erhalten, z. B. ZIP, PNG) und verlustbehaftet (Daten werden dauerhaft weggeworfen, z. B. JPEG, MP3).
---
### J2 – Verlustfrei vs. verlustbehaftet
**Thema:** Grundbegriffe – Kompressionsprimitiven
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Ordne jedem Format zu, ob es verlustfrei oder verlustbehaftet komprimiert.
| Format | Kompressions-Typ |
|---|---|
| JPEG | Verlustbehaftet |
| PNG | Verlustfrei |
| MP3 | Verlustbehaftet |
| ZIP | Verlustfrei |
| FLAC | Verlustfrei |
| WebP (lossy) | Verlustbehaftet |
> **Feedback:** Verlustfrei = Originaldaten perfekt rekonstruierbar (ZIP, PNG, FLAC). Verlustbehaftet = Daten dauerhaft weggeworfen, nicht mehr zurückholbar (JPEG, MP3).
---
### J3 – Verlustfrei vs. verlustbehaftet: Erkläre
**Thema:** Grundbegriffe – Konzept
**Punkte:** 2
**Typ:** `[ESSAY]`
Erkläre den Unterschied zwischen verlustfreier und verlustbehafteter Kompression. Nenne je ein konkretes Beispiel und erkläre, warum man in unterschiedlichen Situationen unterschiedliche Kompressionstypen wählt.
> **Musterlösung:** Verlustfrei: Alle Originaldaten bleiben erhalten – die Datei kann perfekt rekonstruiert werden (z. B. ZIP, PNG). Verlustbehaftet: Daten werden dauerhaft weggeworfen – die Datei kann nicht mehr perfekt hergestellt werden (z. B. JPEG, MP3). Wahl: Fotos fürs Web → JPEG (verlustbehaftet), weil der Unterschied kaum sichtbar ist und die Datei deutlich kleiner wird. Archivierung oder Grafiken → PNG (verlustfrei), weil Qualitätsverlust inakzeptabel wäre.
---
<!-- _class: disable -->
### J4 – Was bedeutet „skalieren"?
**Thema:** Grundbegriffe – Skalierung
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Was passiert, wenn ein Rasterbild vergrößert wird?
- [ ] Neue Pixel werden aus dem Dateiformat automatisch geladen.
- [x] **Fehlende Pixel müssen durch Interpolation „erfunden" werden – es entsteht keine neue Information.** ✅
- [ ] Das Bild wird verlustfrei größer, weil Pixel automatisch duplifiziert werden.
- [ ] Die Dateigröße bleibt gleich, nur der Zoom im Betrachter ändert sich.
> **Feedback:** Ein Rasterbild hat eine native Auflösung. Alles darüber hinaus = Schätzung (Interpolation). Deshalb werden vergrößerte Rasterbilder unscharf – es gibt einfach keine Daten für die fehlenden Pixel.
---
<!-- _class: disable -->
### J5 – Was bedeutet „konvertieren"?
**Thema:** Grundbegriffe – Konvertierung
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Was bedeutet es, eine Datei zu konvertieren?
- [ ] Die Datei wird komprimiert und umbenannt.
- [x] **Die Daten werden von einem Format in ein anderes umgewandelt (z. B. JPEG → PNG, MP4 → WebM).** ✅
- [ ] Die Datei wird verschlüsselt und in ein neues Format gepackt.
- [ ] Die Dateiendung wird umbenannt, ohne dass sich der Inhalt ändert.
> **Feedback:** Konvertierung = Format-Umwandlung. Der Inhalt bleibt inhaltlich gleich, aber die Art der Speicherung (Kompression, Struktur) ändert sich. Wichtig: Eine Dateiendung umzubenennen ist KEINE Konvertierung.
---
<!-- _class: disable -->
### J6 – Was bedeutet „codieren" und „decodieren"?
**Thema:** Grundbegriffe – Codec-Konzept
**Punkte:** 2
**Typ:** `[ESSAY]`
Erkläre, was „codieren" und „decodieren" bedeuten. Erkläre anschließend, warum der Begriff „Codec" aus beiden Wörtern zusammengesetzt ist, und nenne ein konkretes Beispiel.
> **Musterlösung:** Codieren = Daten in ein bestimmtes Format umwandeln (z. B. Rohvideodaten → H.264-komprimiertes Video). Decodieren = das Gegenteil: komprimierte Daten wieder in abspielbare Form zurückwandeln (z. B. H.264 → Pixeldaten für den Bildschirm). Codec = Co(der) + Dec(oder) – ein Algorithmus, der beides kann. Beispiel: H.264 ist ein Video-Codec: Der Encoder erzeugt die komprimierte Datei, der Decoder im Player spielt sie wieder ab.
---
### J7 – Codec vs. Container
**Thema:** Grundbegriffe – Codec/Container-Unterschied
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MC]`
Was ist der Unterschied zwischen einem Container und einem Codec bei Videodateien?
- [ ] Container und Codec sind synonyme Begriffe für das gleiche Konzept.
- [x] **Der Container (z. B. MP4) ist die „Verpackung", die verschiedene Streams zusammenpackt. Der Codec (z. B. H.264) bestimmt, wie der Video-Stream komprimiert wird.** ✅
- [ ] Der Codec ist die Dateiendung, der Container der Kompressionsalgorithmus.
- [ ] Ein Container enthält immer genau einen Codec – es kann keine Kombination geben.
> **Feedback:** Container ≠ Codec. Ein MP4-Container kann H.264, H.265 oder AV1 enthalten. Gleiche Endung `.mp4`, unterschiedlicher Inhalt. Der Container packt zusammen (Video, Audio, Untertitel, Metadaten), der Codec komprimiert.
---
### J8 – Codec vs. Container: Zuordnung
**Thema:** Grundbegriffe – Codec/Container-Zuordnung
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Ordne zu: Container oder Codec?
| Name | Typ |
|---|---|
| MP4 | Container |
| H.264 | Codec |
| WebM | Container |
| AV1 | Codec |
> **Feedback:** Container = Dateiformat, das Streams zusammenpackt (MP4, MKV, WebM). Codec = Kompressionsalgorithmus für einen bestimmten Stream (H.264, AV1, AAC).
---
<!-- _class: disable -->
### J9 – Redundanz vs. Irrelevanz
**Thema:** Grundbegriffe – Kompressionsprinzipien
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Verlustfreie und verlustbehaftete Kompression arbeiten nach unterschiedlichen Prinzipien. Ordne zu.
| Prinzip | Kompressionstyp |
|---|---|
| Redundanz entfernen (wiederholende Muster kompakter darstellen) | Verlustfrei |
| Irrelevanz entfernen (für Menschen nicht wahrnehmbar) | Verlustbehaftet |
> **Feedback:** Der Kernunterschied: Verlustfrei arbeitet mit Redundanz – Wiederholungen werden kompakter gespeichert, aber nichts geht verloren. Verlustbehaftet arbeitet mit Irrelevanz – Daten werden weggeworfen, die Menschen sowieso nicht wahrnehmen können (Psychovisuell bei Bildern, Psychoakustisch bei Audio).
---
### J10 – Dateneinheiten: Größenordnungen
**Thema:** Grundbegriffe – Speichereinheiten
**Punkte:** 2
**Typ:** `[ORDER]`
Sortiere die Dateneinheiten von kleinster zu größter:
1. Byte
2. Kilobyte (KB)
3. Megabyte (MB)
4. Gigabyte (GB)
5. Terabyte (TB)
6. Petabyte (PB)
> **Feedback:** Jede Stufe = Faktor 1.000 (SI-Präfixe). Merkhilfe: „Komm Mit Großem Tee, Peter". Ein einzelnes Foto (12 MP, unkomprimiert) ≈ 36 MB. Ein FullHD-Kinofilm ≈ 1 GB. Ein 4K-Film pro Minute unkomprimiert ≈ 44 GB.
---
<!-- _class: disable -->
### J11 – Bit und Byte: Umrechnung
**Thema:** Grundbegriffe – Bit/Byte-Verhältnis
**Punkte:** 1
**Typ:** `[NUMERIC]`
Ein Bit ist die kleinste Informationseinheit. Ein Byte besteht aus wie vielen Bit?
**Lösung:** **8** (±0)
> **Feedback:** 1 Byte = 8 Bit. Ein Byte kann einen Wert von 0 bis 255 darstellen (2⁸ − 1). Die Unterscheidung Bit/Byte ist fundamental – Bit wird mit kleinem „b" abgekürzt (b), Byte mit großem „B" (B). Deshalb: 1 Mbit/s ≠ 1 MB/s.
---
<!-- _class: disable -->
### J12 – 7-Bit ASCII: Wie viele Zeichen?
**Thema:** Grundbegriffe – ASCII-Zeichenkodierung
**Punkte:** 1
**Typ:** `[NUMERIC]`
Der ASCII-Standard verwendet 7 Bit pro Zeichen. Wie viele verschiedene Zeichen können damit dargestellt werden?
**Lösung:** **128** (±0)
> **Feedback:** Bei n Bit gibt es 2ⁿ mögliche Werte. 7 Bit → 2⁷ = 128 Zeichen. Diese umfassen: Ziffern (0–9), Buchstaben (A–Z, a–z), Sonderzeichen und Steuerzeichen. Achtung: Umlaute (ä, ö, ü) sind nicht im ASCII-Sortiment – dafür braucht man z. B. UTF-8.
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<!-- _class: disable -->
### J13 – Hexadezimalzahlen: Zwei 4-Bit-Werte
**Thema:** Grundbegriffe – Hexadezimal
**Punkte:** 2
**Typ:** `[NUMERIC]`
Zwei Hexadezimalzahlen werden jeweils durch 4 Bit dargestellt. Wie viele verschiedene Werte kann eine einzelne Hexadezimalziffer annehmen?
**Lösung:** **16** (±0)
> **Feedback:** 4 Bit → 2⁴ = 16 Werte (0–15). Diese werden in Hexadezimal als 0–9 und A–F dargestellt. Zwei Hex-Ziffern zusammen = 8 Bit = 1 Byte → ein Byte lässt sich immer als genau zwei Hex-Ziffern schreiben (z. B. Byte 255 = FF, Byte 10 = 0A).
---
<!-- _class: disable -->
### J14 – Ein Pixel, drei Kanäle, 8 Bit
**Thema:** Grundbegriffe – Speicherbedarf eines Pixels
**Punkte:** 1
**Typ:** `[NUMERIC]`
Ein einzelner Pixel wird durch drei Farbkanäle (R, G, B) mit jeweils 8 Bit Farbtiefe gespeichert. Wie viele Byte Informationen enthalten ein solcher Pixel?
**Lösung:** **3** (±0)
> **Feedback:** 3 Kanäle × 8 Bit = 24 Bit = 3 Byte pro Pixel. Das entspricht einer 24-Bit-Farbtiefe (True Color). Diese 3 Byte pro Pixel bilden die Basis für jede Speicherberechnung von Rasterbildern: Breite × Höhe × 3 Bytes = Gesamtgröße unkomprimiert.
---
<!-- _class: lead -->
## BLOCK K – Bildformate & Raster vs. Vektor
---
### K1 – Was ist ein Pixel?
**Thema:** Digitale Bilder – Grundbegriffe
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Was ist ein Pixel in einem digitalen Bild?
- [ ] Ein winziges physisches Kameraobjektiv.
- [x] **Ein einzelner Farbpunkt in einem Rasterbild – der kleinste Baustein.** ✅
- [ ] Eine Einheit zur Messung der Dateigröße.
- [ ] Ein Synonym für eine Farbe im RGB-Farbraum.
> **Feedback:** Pixel = Picture Element. Ein digitales Rasterbild ist ein 2D-Array aus Pixeln, jeder mit einem Farbwert (z. B. RGB).
---
### K2 – Speicherbedarf berechnen
**Thema:** Rastergrafiken – Berechnung
**Punkte:** 2
**Typ:** `[NUMERIC]`
Ein Bild ist 1920 × 1080 Pixel groß und nutzt 24-Bit-Farbtiefe (True Color). Wie groß ist das Bild unkomprimiert in Megabyte? (Runde auf eine Dezimalstelle)
**Formel:** Breite × Höhe × (Farbtiefe / 8) = Bytes
**Lösung:** 1920 × 1080 × 3 = 6.220.800 Bytes ≈ **6,2 MB** (±0,1)
> **Feedback:** 24 Bit = 3 Bytes pro Pixel (8 Bit pro Kanal: R, G, B). 1920 × 1080 = 2.073.600 Pixel × 3 Bytes = 6.220.800 Bytes. Durch 1.000.000 ≈ 6,2 MB.
---
### K3 – Farbtiefe: Bedeutung
**Thema:** Rastergrafiken – Farbtiefe
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Ordne jeder Farbtiefe ihre Bedeutung zu.
| Farbtiefe | Bedeutung |
|---|---|
| 1 Bit | 2 Farben (Schwarz/Weiß) |
| 8 Bit | 256 Farben (Graustufen, GIF) |
| 24 Bit | 16,7 Millionen Farben (True Color, Standard) |
| 32 Bit | 16,7 Millionen Farben + Alpha (Transparenz) |
> **Feedback:** Bei n Bit gibt es 2ⁿ mögliche Werte. 24 Bit = 8 Bit pro Kanal (R, G, B). 32 Bit = 24 Bit Farbe + 8 Bit Alpha-Kanal für Transparenz.
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### K4 – Was ist Alpha-Transparenz?
**Thema:** Rastergrafiken – Transparenz
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Was bedeutet ein 32-Bit-Bild gegenüber einem 24-Bit-Bild?
- [ ] Es hat doppelt so viele Pixel.
- [x] **Es hat einen zusätzlichen Alpha-Kanal (8 Bit), der die Transparenz jedes Pixels speichert.** ✅
- [ ] Es nutzt eine höhere Auflösung.
- [ ] Es kann mehr Dateiformate speichern.
> **Feedback:** 32 Bit = 24 Bit (RGB) + 8 Bit Alpha. Der Alpha-Kanal bestimmt, wie durchsichtig jeder Pixel ist (0 = vollständig transparent, 255 = vollständig undurchsichtig). Wichtig für PNGs mit Hintergrund-Transparenz.
---
### K5 – Raster vs. Vektor: Kern-Unterschied
**Thema:** Raster vs. Vektor – Konzept
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MC]`
Was ist der fundamentale Unterschied zwischen Raster- und Vektorgrafiken?
- [ ] Vektorgrafiken sind immer farbiger als Rastergrafiken.
- [x] **Rastergrafiken speichern einzelne Pixel; Vektorgrafiken speichern geometrische Beschreibungen (Pfade, Formen), die beliebig skaliert werden können.** ✅
- [ ] Rastergrafiken können keine Farben darstellen, Vektorgrafiken schon.
- [ ] Der Unterschied liegt nur in der Dateiendung, nicht im Inhalt.
> **Feedback:** Raster = „Malen nach Zahlen" (jeder Pixel einzeln). Vektor = „Bauanleitung" (Formen beschreiben). Diese Unterschied bestimmt alles: Skalierung, Dateigröße, Einsatzbereich.
---
### K6 – Raster vs. Vektor: Vergleich
**Thema:** Raster vs. Vektor – Eigenschaften zuordnen
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Ordne jeder Eigenschaft zu: Raster oder Vektor?
| Eigenschaft | Typ |
|---|---|
| Skalierung ohne Qualitätsverlust | Vektor |
| Ideal für Fotos | Raster |
| Dateigröße abhängig von der Auflösung | Raster |
| Ideal für Logos und Icons | Vektor |
| Speicherung als 2D-Array von Pixeln | Raster |
| Dateigröße abhängig von der Komplexität | Vektor |
> **Feedback:** Raster = Pixel-basiert, auflösungsabhängig, ideal für Fotos. Vektor = Beschreibungs-basiert, beliebig skalierbar, ideal für Grafiken/Logos.
---
### K7 – Skalierung: Warum werden Rasterbilder unscharf?
**Thema:** Rastergrafiken – Skalierung Transfer
**Punkte:** 2
**Typ:** `[ESSAY]`
Erkläre, warum ein Rasterbild beim Vergrößern unscharf wird, während ein Vektorbild bei beliebiger Größe scharf bleibt. Nenne einen konkreten Anwendungsfall, in dem diese Eigenschaft ausschlaggebend ist.
> **Musterlösung:** Ein Rasterbild hat eine feste Auflösung (eine bestimmte Anzahl von Pixeln). Beim Vergrößern müssen neue Pixel „erfunden" werden (Interpolation) – es gibt keine echten Daten für die fehlenden Stellen → Unschärfe. Ein Vektorbild speichert nur Beschreibungen (Pfade, Formen). Beim Vergrößern werden einfach die Koordinaten skaliert – keine Information geht verloren → immer scharf. Anwendungsfall: Ein Logo auf einer Visitenkarte UND auf einem Plakat → SVG nutzen, damit es bei beliebiger Größe scharf bleibt.
---
<!-- _class: disable -->
### K8 – Vektor → Raster: Wie heißt das?
**Thema:** Raster vs. Vektor – Konvertierung
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Wie heißt der Prozess, bei dem eine Vektorgrafik in eine Rastergrafik umgewandelt wird?
- [ ] Vektorisierung
- [x] **Rasterisierung** ✅
- [ ] Pixelierung
- [ ] Komprimierung
> **Feedback:** Rasterisierung = Vektor → Raster (trivial, immer möglich). Der umgekehrte Prozess (Raster → Vektor) heißt „Tracing" und funktioniert oft nur unbefriedigend.
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### K9 – Interpolation: Welches Verfahren wofür?
**Thema:** Rastergrafiken – Interpolationsverfahren
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Ordne jedem Interpolationsverfahren seine Eigenschaft zu.
| Verfahren | Eigenschaft |
|---|---|
| Nearest Neighbor | Schnell, pixelig – gut für Pixel-Art |
| Bilinear | Glättet, Standard-Verfahren |
| Bicubic | Hohe Qualität, rechenintensiver |
| Lanczos | Beste Qualität, mathematisch komplex |
> **Feedback:** Bei der Wahl: Pixel-Art → Nearest Neighbor (soll pixelig bleiben). Normale Bilder → Bilinear oder Bicubic. Maximale Qualität bei Fotos → Lanczos.
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## BLOCK L – JPEG: Innenleben
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### L1 – JPEG: Verlustfrei oder verlustbehaftet?
**Thema:** JPEG – Grundeigenschaft
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
JPEG ist ein …
- [x] **…verlustbehaftetes Bildformat. Beim Speichern werden Daten dauerhaft weggeworfen.** ✅
- [ ] …verlustfreies Bildformat wie PNG.
- [ ] …Videoformat für Streaming.
- [ ] …Vektorgrafik-Format.
> **Feedback:** JPEG = Joint Photographic Experts Group. Verlustbehaftet: Beim Speichern werden Daten dauerhaft weggeworfen – eine gespeicherte JPEG kann nicht perfekt zum Original zurückgeführt werden. Quality 100 ≠ verlustfrei, nur „wenig wegwerfen".
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### L2 – Psychovisuelle Kompression: Das Auge austricksen
**Thema:** JPEG – Wahrnehmungsprinzip
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MC]`
Wie nutzt JPEG die Schwächen des menschlichen Auges aus?
- [ ] Das Auge kann keine Farben wahrnehmen – daher werden Farben komplett entfernt.
- [x] **Das Auge sieht Helligkeit besser als Farbe. JPEG behält die Helligkeit (Y) nahezu vollständig, reduziert aber die Farbauflösung (Cb, Cr) – der Verlust wird kaum wahrgenommen.** ✅
- [ ] Das Auge kann keine Details sehen – daher werden alle Details entfernt.
- [ ] JPEG nutzt keine Wahrnehmungsforschung, komprimiert rein mathematisch.
> **Feedback:** Psychovisuelle Kompression = Schwächen des Auges ausnutzen. Kern: Mehr Stäbchen (Helligkeit) als Zapfen (Farbe) im Auge → Helligkeit sichern, Farbe reduzieren. Der Verlust ist für Menschen kaum sichtbar.
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### L3 – Farbraumkonversion: RGB → YCbCr
**Thema:** JPEG Schritt 1 – Farbraum
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MC]`
Warum wird bei JPEG von RGB in YCbCr konvertiert?
- [ ] YCbCr nutzt weniger Speicher pro Pixel als RGB.
- [x] **In YCbCr sind Helligkeit (Y) und Farbe (Cb, Cr) getrennt – die Farbauflösung kann unabhängig von der Helligkeit reduziert werden.** ✅
- [ ] RGB kann keine Transparenz darstellen, YCbCr schon.
- [ ] Die Konvertierung ist ein verlustfreier Schritt, der die Dateigröße halbiert.
> **Feedback:** Y = Helligkeit (Luminanz), Cb/Cr = Farbdifferenzen (Chrominanz). Diese Trennung ermöglicht Chroma Subsampling: Helligkeit voll behalten, Farbe reduzieren – ohne sichtbaren Verlust.
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### L4 – Chroma Subsampling: Was ist 4:2:0?
**Thema:** JPEG Schritt 2 – Subsampling
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MC]`
Was bedeutet das Subsampling-Schema 4:2:0?
- [ ] 4 Pixel teilen sich eine Helligkeit, aber jeder hat eigene Farbe.
- [x] **4 Pixel teilen sich einen Farbwert (Chrominanz), aber jeder hat eine eigene Helligkeit (Luminanz). Die Farbauflösung wird auf 25% reduziert.** ✅
- [ ] 4:2:0 bedeutet, dass keine Farbe gespeichert wird – nur Graustufen.
- [ ] Die Notation beschreibt die Blockgröße, nicht die Farbauflösung.
> **Feedback:** 4:2:0 = JPEG-Standard. Von 4 Pixeln wird nur 1 Farbwert gespeichert (2×2-Block teilt Farbe), aber jeder Pixel behält seine eigene Helligkeit. Ergebnis: 50% Datenreduktion, kaum sichtbar.
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### L5 – JPEG-Schritte: Richtige Reihenfolge
**Thema:** JPEG – Kompressionsablauf
**Punkte:** 2
**Typ:** `[ORDER]`
Sortiere die Schritte der JPEG-Kompression in der richtigen Reihenfolge:
1. Farbraumkonversion (RGB → YCbCr)
2. Chroma Subsampling
3. Block-Aufteilung (8×8)
4. DCT (Frequenzanalyse)
5. Quantisierung (hier passiert der Verlust!)
6. Huffman-Coding (verlustfrei)
> **Feedback:** Der einzige verlustbehaftete Schritt ist die Quantisierung (Schritt 5). Alles davor bereitet die Daten vor, alles danach komprimiert die Ergebnisse verlustfrei weiter.
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### L6 – Welcher Schritt ist verlustbehaftet?
**Thema:** JPEG – Verlust lokalisieren
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Bei welchem Schritt der JPEG-Kompression werden Daten dauerhaft weggeworfen?
- [ ] Farbraumkonversion (RGB → YCbCr)
- [ ] DCT (Discrete Cosine Transform)
- [x] **Quantisierung – hier werden unwichtige Frequenzkoeffizienten auf Null gesetzt oder vergröbert.** ✅
- [ ] Huffman-Coding
> **Feedback:** DCT selbst ist verlustfrei und reversibel – es sortiert nur die Daten nach Wichtigkeit. Die Quantisierung ist der einzige verlustbehaftete Schritt: Sie wirft hohe Frequenzen (feine Details) weg. Huffman-Coding danach ist wieder verlustfrei.
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### L7 – DCT: Was macht sie?
**Thema:** JPEG – DCT-Prinzip
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Was leitet die DCT (Discrete Cosine Transform) bei JPEG?
- [ ] Sie komprimiert die Daten verlustbehaftet.
- [x] **Sie wandelt 64 Pixelwerte eines 8×8-Blocks in 64 Frequenzkoeffizienten um – sortiert die Information nach Wichtigkeit (niedrige Frequenz = wichtig, hohe Frequenz = Details).** ✅
- [ ] Sie verschlüsselt die Daten für sichere Übertragung.
- [ ] Sie reduziert die Farbauflösung des Bildes.
> **Feedback:** DCT = Herzstück von JPEG, aber selbst verlustfrei. Sie sortiert: Der DC-Koeffizient (0,0) = Durchschnittshelligkeit eines Blocks. Die AC-Koeffizienten = Helligkeitsänderungen. 90% der Information steckt in den ersten 10–15 Koeffizienten.
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### L8 – Huffman-Coding: Prinzip
**Thema:** JPEG – Huffman
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MC]`
Wie funktioniert Huffman-Coding?
- [ ] Alle Zeichen bekommen gleich lange Codes – einfach und effizient.
- [x] **Häufige Werte bekommen kurze Codes, selten vorkommende lange Codes – variable Bitlänge statt fester 8 Bit.** ✅
- [ ] Huffman-Coding verschlüsselt die Daten zusätzlich.
- [ ] Es funktioniert nur für Texte, nicht für Bilddaten.
> **Feedback:** Huffman = verlustfrei, optimal für bekannte Häufigkeiten. Präfix-frei: Kein Code ist Anfang eines anderen → eindeutig decodierbar. Auch in ZIP, PNG, MP3 verwendet.
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### L9 – JPEG-Artefakte: Benennen
**Thema:** JPEG – Artefakte identifizieren
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Ordne jedem JPEG-Artefakt seine Beschreibung zu.
| Artefakt | Beschreibung |
|---|---|
| Blocking | 8×8-Blöcke werden sichtbar als Rechteckmuster |
| Ringing | „Geister" oder Halos an scharfen Kanten |
| Posterization | Farbverläufe werden stufig statt fließend |
> **Feedback:** Alle drei sind Folgen der Quantisierung. Blocking: Weil jeder 8×8-Block unabhängig komprimiert wird. Ringing: DCT hat Probleme mit harten Kanten (Gibbs-Phänomen). Posterization: Zu wenige Bits für feine Farbabstufungen.
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## BLOCK M – Bildformate: PNG, GIF, WebP, SVG
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### M1 – PNG: Verlustfrei oder verlustbehaftet?
**Thema:** PNG – Grundeigenschaft
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Wie komprimiert PNG?
- [ ] Verlustbehaftet – wie JPEG, aber mit besserer Qualität.
- [x] **Verlustfrei – die Originaldaten können perfekt rekonstruiert werden.** ✅
- [ ] Gar nicht – PNG speichert Daten unkomprimiert.
- [ ] PNG nutzt eine Kombination aus verlustfrei und verlustbehaftet.
> **Feedback:** PNG nutzt DEFLATE-Kompression (wie ZIP) – verlustfrei. Deshalb ist PNG ideal für Grafiken, Screenshots und Bilder mit Transparenz, aber größer als JPEG für Fotos.
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### M2 – PNG vs. JPEG: Wann was?
**Thema:** Bildformate – Formatwahl
**Punkte:** 2
**Typ:** `[ESSAY]`
Erklären Sie, wann Sie PNG und wann JPEG wählen würden. Nenne je zwei konkrete Anwendungsfälle und begründen Sie Ihre Wahl.
> **Musterlösung:** PNG: (1) Screenshots – Texte und Linien bleiben scharf, keine Artefakte. (2) Logos mit Transparenz – PNG unterstützt Alpha-Transparenz, JPEG nicht. JPEG: (1) Fotos fürs Web – deutlich kleiner bei kaum sichtbarem Qualitätsverlust. (2) Social Media – Plattformen re-komprimieren sowieso, PNG würde nur unnötig groß sein.
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### M3 – GIF: Wie viele Farben?
**Thema:** GIF – Eigenschaften
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Wie viele Farben kann ein GIF-Bild gleichzeitig anzeigen?
- [ ] 16 Farben
- [ ] 16,7 Millionen Farben
- [x] **256 Farben (8-Bit-Palette)** ✅
- [ ] Unbegrenzt – GIF unterstützt alle Farben.
> **Feedback:** GIF = 8-Bit-Palette = 256 Farben maximal. Deshalb sehen GIF-Bilder bei Fotos oft banding/posterisiert aus. GIF überlebt heute wegen Animationen.
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### M4 – WebP vs. JPEG: Vorteil?
**Thema:** Bildformate – WebP
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Was ist der hauptsächliche Vorteil von WebP gegenüber JPEG?
- [ ] WebP unterstützt Videos, JPEG nicht.
- [x] **WebP erzeugt bei gleicher Qualität 25–35% kleinere Dateien als JPEG.** ✅
- [ ] WebP ist verlustfrei, JPEG nicht.
- [ ] WebP kann keine Fotos speichern, nur Grafiken.
> **Feedback:** WebP (Google, 2010) kann sowohl lossy als auch lossless komprimieren, unterstützt Transparenz und Animationen. Bei gleicher visueller Qualität sind WebP-Dateien deutlich kleiner als JPEG.
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### M5 – SVG: Was ist es?
**Thema:** SVG – Grundbegriff
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Was ist SVG?
- [ ] Ein verlustbehaftetes Rasterbild-Format wie JPEG.
- [x] **Ein Vektorgrafik-Format, das Bilder als geometrische Beschreibungen (XML) speichert – beliebig skalierbar ohne Qualitätsverlust.** ✅
- [ ] Ein Video-Container wie MP4.
- [ ] Ein komprimiertes Archivformat wie ZIP.
> **Feedback:** SVG = Scalable Vector Graphics. Web-Standard für Vektorgrafiken. Beschreibt WAS gezeichnet werden soll (`<circle>`, `<rect>`, `<path>`), nicht wie jeder Pixel aussieht. Ideal für Logos, Icons, Illustrationen.
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### M6 – Formatwahl: Szenario zuordnen
**Thema:** Bildformate – Formatwahl Transfer
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Ordne jedem Szenario das optimale Bildformat zu.
| Szenario | Format |
|---|---|
| Ein Foto für eine Webseite (klein, OK-Qualität) | JPEG |
| Ein Screenshot einer Benutzeroberfläche | PNG |
| Ein Logo, das auf allen Bildschirmgrößen scharf sein muss | SVG |
| Ein animiertes Reaktionsbild für einen Chat | GIF |
> **Feedback:** JPEG = Fotos (klein, lossy OK). PNG = Screenshots, Grafiken mit Transparenz (verlustfrei). SVG = Logos, Icons (skalierbar). GIF = Animationen (256 Farben, aber Animations-Support).
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## BLOCK N – Video-Kompression
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### N1 – Spatial vs. Temporal Compression
**Thema:** Video – Kompressionsprinzipien
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Ordne jedem Prinzip seine Beschreibung zu.
| Prinzip | Beschreibung |
|---|---|
| Spatial Compression (Intra-Frame) | Komprimiert jedes einzelne Bild für sich (wie JPEG) |
| Temporal Compression (Inter-Frame) | Speichert nur die Änderungen zwischen aufeinanderfolgenden Bildern |
| Motion Compensation | Beschreibt Bewegung durch Vektoren statt Pixel zu kopieren |
> **Feedback:** Spatial = räumlich (innerhalb eines Frames). Temporal = zeitlich (zwischen Frames). Motion Compensation = Bewegungsvektoren. 90% eines Frames ist oft identisch mit dem vorherigen – deshalb ist Temporal-Kompression so wirksam.
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### N2 – I-Frame, P-Frame, B-Frame: Was ist was?
**Thema:** Video – Frame-Typen
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Ordne jedem Frame-Typ seine Beschreibung zu.
| Frame-Typ | Beschreibung |
|---|---|
| I-Frame (Keyframe) | Vollständiges Bild, unabhängig dekodierbar – keine Referenz auf andere Frames |
| P-Frame | Nur Änderungen gegenüber vorherigen Frames speichern (~30% der Größe eines I-Frames) |
| B-Frame | Änderungen gegenüber vorherigen UND zukünftigen Frames (~15% der Größe eines I-Frames) |
> **Feedback:** I = Intra (innerhalb). P = Predicted (aus Vergangenheit). B = Bi-directional (Vergangenheit + Zukunft). B-Frames sind am kleinsten, aber brauchen mehr Rechenleistung zum Decodieren.
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### N3 – Was passiert, wenn ein I-Frame beschädigt ist?
**Thema:** Video – I-Frame Bedeutung Transfer
**Punkte:** 2
**Typ:** `[ESSAY]`
Erkläre, warum ein I-Frame bei der Videokompression so wichtig ist. Was passiert, wenn ein einzelner I-Frame in einem Videostream beschädigt wird?
> **Musterlösung:** Ein I-Frame ist ein vollständiges, unabhängig dekodierbare Bild. Alle nachfolgenden P- und B-Frames referenzieren auf vorherige Frames – letztlich auf das letzte I-Frame. Wenn ein I-Frame beschädigt wird, können alle abhängigen P- und B-Frames bis zum nächsten intakten I-Frame nicht mehr korrekt rekonstruiert werden → Videofehler sichtbar bis zum nächsten Keyframe. Deshalb werden typischerweise alle 1–2 Sekunden neue I-Frames eingefügt.
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### N4 – Motion Compensation: Prinzip
**Thema:** Video – Motion Compensation
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Was beschreibt ein Motion Vector bei der Videokompression?
- [ ] Die Helligkeit eines einzelnen Pixels.
- [x] **Die Verschiebung eines Bildblocks zwischen zwei Frames (z. B. „verschiebe um +20 Pixel nach rechts").** ✅
- [ ] Die Kompressionsrate des gesamten Videos.
- [ ] Die Anzahl der Farben in einem Frame.
> **Feedback:** Motion Compensation speichert Bewegung als Vektoren statt Pixel zu kopieren. Wenn sich ein 16×16-Block von (100,200) auf (120,200) bewegt, wird nur „+20, 0" gespeichert – deutlich kleiner als den Block zweimal zu speichern.
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### N5 – Video-Codecs: Zeitstrahl
**Thema:** Video – Codecs-Übersicht
**Punkte:** 2
**Typ:** `[ORDER]`
Sortiere die Video-Codecs nach Veröffentlichungsjahr (alt → neu):
1. H.264 / AVC (2003)
2. H.265 / HEVC (2013)
3. VP9 (2013)
4. AV1 (2018)
> **Feedback:** H.264 revolutionierte Streaming. H.265 und VP9 kamen gleichzeitig – H.265 technisch besser, aber Patent-Chaos. AV1 vereint die Industrie: patent-frei, 30% besser als H.265.
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### N6 – AV1: Warum die Zukunft?
**Thema:** Video – AV1 Transfer
**Punkte:** 2
**Typ:** `[ESSAY]`
Erkläre, warum AV1 als „die Zukunft" der Videokompression gilt. Nenne mindestens zwei konkrete Eigenschaften und erkläre, warum H.265 trotz besserer technischer Kompression nicht die gleiche Dominanz erreicht hat.
> **Musterlösung:** AV1 (2018) ist royalty-free und open source – die Alliance for Open Media vereint Google, Netflix, Amazon, Apple, Mozilla. Es liefert 30% bessere Kompression als H.265 und unterstützt 8K, HDR, hohe Frame-Rates. H.265 scheitert vor allem am Patent-Chaos: Drei konkurrierende Patent-Pools (MPEG-LA, HEVC Advance, Velos Media) erzeugen rechtliche Unsicherheit und unklare Kosten → viele Unternehmen bleiben bei H.264 oder wechseln direkt zu AV1.
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## BLOCK O – Speichermedien & Schnittstellen
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### O1 – KB vs. KiB: Was ist der Unterschied?
**Thema:** Speicher – Einheiten
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MC]`
Eine Festplatte wird als „1 TB" vermarktet, aber Windows zeigt nur ~931 GB an. Warum?
- [ ] Windows zeigt falsche Werte an – das ist ein Bug.
- [x] **Hersteller nutzen dezimale Einheiten (1 TB = 1.000 GB), Windows nutzt binäre Einheiten (1 TiB = 1.024 GiB). Bei TB-Größen entsteht eine ~7% Diskrepanz.** ✅
- [ ] Die Festplatte verliert beim Formatieren fast 10% ihrer Kapazität.
- [ ] Windows reserviert automatisch 10% als Sicherheitspuffer.
> **Feedback:** SI (Dezimal): 1 KB = 1.000 Bytes, 1 MB = 1.000 KB. IEC (Binär): 1 KiB = 1.024 Bytes, 1 MiB = 1.024 KiB. Bei 1 TB: 1.000⁴ vs. 1.024⁴ Bytes → ~7% Unterschied. Windows zeigt binäre Werte an, aber mit SI-Bezeichnung (GB statt GiB) → Verwirrung.
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### O2 – HDD vs. SSD: Kern-Unterschied
**Thema:** Speichermedien – HDD vs. SSD
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Was ist der fundamentale technische Unterschied zwischen HDD und SSD?
- [ ] HDDs sind elektronisch, SSDs mechanisch.
- [x] **HDDs speichern Daten magnetisch auf sich drehenden Plattern (mechanisch). SSDs nutzen Flash-Speicher (elektronisch, keine beweglichen Teile).** ✅
- [ ] Beide Technologien funktionieren identisch, der Unterschied liegt nur im Gehäuse.
- [ ] HDDs nutzen Flash-Speicher, SSDs magnetische Platten.
> **Feedback:** HDD = Hard Disk Drive = mechanisch (Platter, Spindel, Schreib-Lese-Kopf). SSD = Solid State Drive = elektronisch (Flash-Speicher). Diese Unterschied bestimmt alles: Geschwindigkeit, Latenz, Geräusche, Haltbarkeit.
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### O3 – HDD vs. SSD: Eigenschaften zuordnen
**Thema:** Speichermedien – Vergleich
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Ordne jeder Eigenschaft zu: HDD oder SSD?
| Eigenschaft | Typ |
|---|---|
| Sequentielle Lesgeschwindigkeit ~150 MB/s | HDD |
| Sequentielle Lesgeschwindigkeit ~3.500 MB/s | SSD (NVMe) |
| Latenz ~10 ms | HDD |
| Latenz ~0,02 ms | SSD |
| Günstig pro TB (~15€/TB) | HDD |
| Ideal für Betriebssystem | SSD |
> **Feedback:** Der dramatische Unterschied liegt bei Random Access: SSD ~500× schneller. Deshalb: Betriebssystem auf SSD, Archiv auf HDD. Viele nutzen beides: Kleine SSD für System + große HDD für Daten.
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### O4 – USB-C: Stecker oder Protokoll?
**Thema:** Schnittstellen – USB-C
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MC]`
Ein USB-C-Kabel kann langsam sein, obwohl es wie ein „modernes" Kabel aussieht. Warum?
- [ ] USB-C-Kabel sind immer gleich schnell – die Geschwindigkeit liegt am Gerät.
- [x] **USB-C ist nur ein Steckertyp, kein Protokoll. Ein USB-C-Kabel kann USB 2.0 (480 Mbit/s) bis USB4 (40 Gbit/s) sein – am Stecker nicht erkennbar.** ✅
- [ ] USB-C-Kabel werden nach einem Jahr automatisch langsamer.
- [ ] Die Geschwindigkeit hängt nur vom Betriebssystem ab.
> **Feedback:** USB-C = Steckerform. Das Protokoll dahinter kann USB 2.0, 3.2 oder USB4 sein. Ein billiges USB-C-Kabel ist oft nur USB 2.0 mit neuem Stecker. Kabel-Spezifikation prüfen!
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### O5 – Dateisysteme: Zuordnung
**Thema:** Dateisysteme – Überblick
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Ordne jedem Dateisystem seine ideale Anwendung zu.
| Dateisystem | Ideal für |
|---|---|
| FAT32 | USB-Sticks, SD-Karten (maximale Kompatibilität) |
| NTFS | Windows-Systeme (Journaling, Rechte) |
| APFS | macOS, iOS (Snapshots, CoW) |
| ext4 | Linux-Systeme (Journaling, stabil) |
| exFAT | Große Dateien auf portablen Medien |
> **Feedback:** FAT32 = kleinster gemeinsamer Nenner, aber max. 4 GB pro Datei. exFAT = FAT32 ohne Größenlimits. NTFS/APFS/ext4 = moderne Systeme mit Journaling. Journaling = bei Absturz werden Änderungen nicht verloren.
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### O6 – FAT32: Warum nicht für große Dateien?
**Thema:** Dateisysteme – FAT32 Limitation
**Punkte:** 1
**Typ:** `[MC]`
Sie versuchen, eine 5-GB-Videodatei auf einen FAT32-formatierten USB-Stick zu kopieren. Was passiert?
- [ ] Die Datei wird automatisch aufgeteilt in kleinere Teile.
- [x] **Der Vorgang fehlschlägt – FAT32 unterstützt keine einzelnen Dateien größer als 4 GB.** ✅
- [ ] Die Datei wird automatisch komprimiert, bis sie unter 4 GB ist.
- [ ] FAT32 hat keine Dateigrößenbeschränkung.
> **Feedback:** FAT32-Limit: max. 4 GB pro Datei. Ein 4K-Video oder ISO-Image passt oft nicht. Lösung: USB-Stick mit exFAT oder NTFS formatieren.
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### O7 – Die 3-2-1-Regel
**Thema:** Backup – Prinzip
**Punkte:** 2
**Typ:** `[ESSAY]`
Erkläre die 3-2-1-Regel für Backups. Begründe, warum jede der drei Ziffern wichtig ist.
> **Musterlösung:** 3 Kopien: Original + 2 Backups. Warum? Das Original kann kaputt gehen, das erste Backup auch – das zweite ist der Sicherheitspuffer. 2 verschiedene Medientypen (z. B. SSD + HDD, oder lokal + Cloud). Warum? Gleiche Medien haben gleiche Schwachstellen (z. B. Batch-Fehler bei HDDs derselben Charge). 1 Kopie an einem anderen Ort (Cloud, anderes Gebäude). Warum? Brand oder Wasserschaden zerstört alles vor Ort; Ransomware verschlüsselt alle angeschlossenen Laufwerke gleichzeitig.
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### O8 – Backup-Arten: Unterschiede
**Thema:** Backup – Typen
**Punkte:** 2
**Typ:** `[MATCH]`
Ordne jedem Backup-Typ seine Beschreibung zu.
| Backup-Typ | Beschreibung |
|---|---|
| Full (Vollständig) | Kompletter Datenbestand jedes Mal – einfach, aber langsam und platzhungrig |
| Inkrementell | Nur Änderungen seit dem letzten Backup (egal welcher Art) – schnell, aber Wiederherstellung komplex |
| Differenziell | Änderungen seit dem letzten Voll-Backup – Mittelweg zwischen beiden |
> **Feedback:** Typisches Schema: Sonntag Full, Mo–Sa Inkrementell oder Differenziell. Inkrementell = schnellstes Backup, langsamste Wiederherstellung (Kette aufbauen). Full = langsamstes Backup, schnellste Wiederherstellung.