fix 223015b chapter 1: marp fragment pattern for druckwelle + zurück zu analog
- split 'schall ist eine druckwelle' into two slides: * fragments then full reveal + vinyl line - split 'zurück zu analog' into two slides: * fragments for dac chain then full reveal + conclusion - apply duplicate-slide reveal pattern consistently
This commit is contained in:
@@ -152,7 +152,7 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
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- **Audio** — Song, Podcast, Sprachmemo → `.mp3` `.wav` `.flac`
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- **Audio** — Song, Podcast, Sprachmemo → `.mp3` `.wav` `.flac`
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- **Video** — Reel, Film, Stream → `.mp4` `.mov` `.mkv`
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- **Video** — Reel, Film, Stream → `.mp4` `.mov` `.mkv`
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**Alles davon: Am Ende nur Nullen und Einsen**
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**Am Ende alles nur Nullen und Einsen**
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- Hilbert & López (Science 332, 2011): 60 Technologien untersucht, 1986–2007
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- Hilbert & López (Science 332, 2011): 60 Technologien untersucht, 1986–2007
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@@ -163,12 +163,15 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
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# Download: Was bedeuten 150 Mbit/s?
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# Bandbreite: Was bedeuten 150 Mbit/s?
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**1 Byte = 8 Bit**
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**1 Byte = 8 Bit**
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**→ MB/s = Mbit/s ÷ 8**
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| Vertrag | MB/s | 1 GB Film |
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daraus folgt
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**f(x) = y MB/s = x Mbit/s ÷ 8**
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| Bandbreite | MB/s | 1 GB Film |
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|---------|-----:|----------:|
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|---------|-----:|----------:|
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| 16 Mbit/s (ADSL) | 2 MB/s | ~8 Min |
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| 16 Mbit/s (ADSL) | 2 MB/s | ~8 Min |
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| 50 Mbit/s (ADSL) | 6,25 MB/s | ~2,7 Min |
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| 50 Mbit/s (ADSL) | 6,25 MB/s | ~2,7 Min |
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@@ -186,7 +189,7 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
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<!-- _class: lead -->
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<!-- _class: lead -->
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# Wie viele Megabyte können bei einer 250 Mbit/s Leitung pro Minute herunterladen werden?
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# Wie viele Megabyte können bei einer Bandbreite von 250 Mbit/s pro Minute heruntergeladen werden?
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* A) 1,8 GB
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* A) 1,8 GB
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* B) 31,25 MB
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* B) 31,25 MB
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@@ -205,7 +208,7 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
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**ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line**
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**ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line**
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| Vertrag | Download | Upload |
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| Bandbreite | Download | Upload |
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|---------|----------:|-------:|
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|---------|----------:|-------:|
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| 16 Mbit/s DSL | 16 Mbit/s | 1 Mbit/s |
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| 16 Mbit/s DSL | 16 Mbit/s | 1 Mbit/s |
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| 50 Mbit/s DSL | 50 Mbit/s | 10 Mbit/s |
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| 50 Mbit/s DSL | 50 Mbit/s | 10 Mbit/s |
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@@ -230,13 +233,13 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
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# Schall ist eine Druckwelle
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# Schall ist eine Druckwelle
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* Lautsprecher drückt Luft → Luftmoleküle schwingen
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* Lautsprecher drückt Luft → Luftmoleküle schwingen
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* Die Welle breitet sich aus — kontinuierlich, ohne Stufen
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* Die Welle breitet sich aus — kontinuierlich, ohne Stufen
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* Vakuum: keine Schallübertragung möglich (kein Medium)
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* Vakuum: Keine Schallübertragung möglich (kein Medium)
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**Vinyl:** die Rille *ist* die Schallwelle — physische Kopie der Druckschwankung in Rillengeometrie
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<!--
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- Schall = Druckschwankungen in Luft, kein Lufttransport sondern Druckvariation
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- Schall = Druckschwankungen in Luft, kein Lufttransport sondern Druckvariation
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@@ -247,16 +250,31 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
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# Schall ist eine Druckwelle
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- Lautsprecher drückt Luft → Luftmoleküle schwingen
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- Die Welle breitet sich aus — kontinuierlich, ohne Stufen
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- Vakuum: Keine Schallübertragung möglich (kein Medium)
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**Vinyl:** Die Rille *ist* die Schallwelle — physische Kopie der Druckschwankung in Rillengeometrie
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# Abtastung (Sampling)
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# Abtastung (Sampling)
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**Problem:** Eine kontinuierliche Welle lässt sich nicht direkt als Zahl speichern
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**Problem:** Eine kontinuierliche Welle lässt sich nicht direkt als Zahl speichern
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**Lösung:** Wir messen sie in regelmäßigen Abständen
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**Lösung:** Wir messen sie in regelmäßigen Abständen
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* 44.100 Messungen pro Sekunde = **Abtastrate** (Sample Rate)
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* 44.100 Messungen *pro Sekunde* = **Abtastrate** (Sample Rate)
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* Einheit: Hz (Hertz)
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* Einheit: Hz (Hertz) = *pro Sekunde*
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* Nyquist-Theorem: min. 2× höchste darzustellende Frequenz
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* Nyquist-Theorem: min. 2× höchste darzustellende Frequenz
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→ 44.100 ÷ 2 = 22.050 Hz (Mensch hört ~20–20.000 Hz)
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→ 44.100 ÷ 2 = 22.050 Hz (Mensch hört ~20–20 kHz)
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- Nyquist-Shannon-Abtasttheorem (1928/1949): Harry Nyquist (Bell Labs), Claude Shannon (Bell Labs)
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- Nyquist-Shannon-Abtasttheorem (1928/1949): Harry Nyquist (Bell Labs), Claude Shannon (Bell Labs)
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@@ -266,6 +284,8 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
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# Das digitale Ergebnis
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# Das digitale Ergebnis
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Jede Messung = ein Zahlenwert
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Jede Messung = ein Zahlenwert
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@@ -278,7 +298,7 @@ Jede Messung = ein Zahlenwert
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| 16 Bit (CD) | 65.536 | ~96 dB |
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| 16 Bit (CD) | 65.536 | ~96 dB |
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| 24 Bit (Studio) | 16.777.216 | ~144 dB |
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| 24 Bit (Studio) | 16.777.216 | ~144 dB |
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**Ergebnis:** eine Datei aus Zahlen
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**Ergebnis:** Eine Datei aus Zahlen
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<!--
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- Dynamikumfang Formel: ~6 dB pro Bit
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- Dynamikumfang Formel: ~6 dB pro Bit
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@@ -299,8 +319,6 @@ Beim Abspielen läuft der Prozess rückwärts:
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* Membran → Luft schwingt
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* Membran → Luft schwingt
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* Luft → Druckwelle → Ohr
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* Luft → Druckwelle → Ohr
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**Was wir hören ist wieder analog**
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- DAC = Digital-Analog-Converter (Deutsch: Digital-Analog-Wandler)
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- DAC = Digital-Analog-Converter (Deutsch: Digital-Analog-Wandler)
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- Jedes Abspielgerät enthält einen DAC: Smartphone, Laptop, HiFi-Verstärker
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- Jedes Abspielgerät enthält einen DAC: Smartphone, Laptop, HiFi-Verstärker
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@@ -310,6 +328,20 @@ Beim Abspielen läuft der Prozess rückwärts:
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# Zurück zu Analog
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Beim Abspielen läuft der Prozess rückwärts:
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- Zahlen → **DAC** (Digital-Analog-Converter)
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- DAC → elektrische Spannung
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- Spannung → Lautsprechermembran schwingt
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- Membran → Luft schwingt
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- Luft → Druckwelle → Ohr
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**Was wir hören ist wieder analog**
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<!-- _class: lead -->
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<!-- _class: lead -->
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# Das Problem der Datengröße
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# Das Problem der Datengröße
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@@ -329,10 +361,10 @@ Beim Abspielen läuft der Prozess rückwärts:
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**Eine Minute Musik in CD-Qualität:**
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**Eine Minute Musik in CD-Qualität:**
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44.100 Messungen/Sekunde
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**44.100 Messungen** (pro Sekunde)
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× 16 Bit pro Messung
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× **16 Bit** (pro Messung)
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× 2 Kanäle (Stereo)
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× **2 Kanäle** (Stereo)
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× 60 Sekunden
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× **60 Sekunden**
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= **10,6 MB pro Minute**
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= **10,6 MB pro Minute**
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@@ -352,7 +384,7 @@ RECHNUNG:
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<!-- _class: erklaerung -->
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<!-- _class: erklaerung
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# CD-Audio – Vertiefung
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# CD-Audio – Vertiefung
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@@ -365,7 +397,7 @@ Kombination aus Nyquist-Limit (2× 20 kHz = 40 kHz Minimum) und Kompatibilität
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96 dB Dynamikumfang übersteigt den des menschlichen Gehörs unter realen Hörbedingungen (~80–90 dB). Kompromiss zwischen Qualität und Speicherbedarf auf der physischen Disc.
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96 dB Dynamikumfang übersteigt den des menschlichen Gehörs unter realen Hörbedingungen (~80–90 dB). Kompromiss zwischen Qualität und Speicherbedarf auf der physischen Disc.
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-->
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# Das Problem skaliert
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# Das Problem skaliert
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@@ -377,8 +409,8 @@ Kombination aus Nyquist-Limit (2× 20 kHz = 40 kHz Minimum) und Kompatibilität
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| 10.000 Songs | ~420 GB |
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| 10.000 Songs | ~420 GB |
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**Kontext 1990er:**
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**Kontext 1990er:**
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- Festplatte: 100–500 MB
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- Übliche Festplattengröße: 100–500 MB
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- 56 kbit/s Model → Einfache Songs laden Stunden
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- 56 kbit/s Modem → Einfache Songs laden Stunden
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<!--
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<!--
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- Ein Album hätte eine komplette Festplatte gefüllt
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- Ein Album hätte eine komplette Festplatte gefüllt
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@@ -395,14 +427,14 @@ Kombination aus Nyquist-Limit (2× 20 kHz = 40 kHz Minimum) und Kompatibilität
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**Eine Minute 4K-Video (unkomprimiert):**
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**Eine Minute 4K-Video (unkomprimiert):**
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3840 × 2160 Pixel
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**3840 × 2160 Pixel** (Auflösung pro Bild)
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× 3 Byte pro Pixel (RGB)
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× **3 Byte** (pro Pixel – RGB)
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× 30 Bilder pro Sekunde
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× **30 Bilder** (pro Sekunde)
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× 60 Sekunden
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× **60 Sekunden**
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= **~45 GB pro Minute**
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= **~45 GB pro Minute**
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Ein 2-Stunden-Film: über **5 Terabyte**
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Kinofilm in üblicher Länge (~120min) über **5 TB (Terabyte)**
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<!--
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<!--
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- Netflix, YouTube, Streaming — nichts davon wäre ohne Kompression möglich
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- Netflix, YouTube, Streaming — nichts davon wäre ohne Kompression möglich
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@@ -458,7 +490,16 @@ Ein 2-Stunden-Film: über **5 Terabyte**
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<!-- _class: lead -->
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<!-- _class: lead -->
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# Zwei Arten der Kompression
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# Zwei Arten der Datenkompression
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<!-- _class: lead -->
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# Zwei Arten von Datenkompressionsalgorithmen
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<!--
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<!--
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Was ist überhaupt KOMPRESSION?
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Was ist überhaupt KOMPRESSION?
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@@ -476,13 +517,47 @@ Was ist überhaupt KOMPRESSION?
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**Prinzip:** Redundanz entfernen
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**Prinzip:** Redundanz entfernen
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Beispiel Lauflängenkodierung (Run-Length-Encoding):
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<!--
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- Run-Length Encoding (RLE): einfachste Form der verlustfreien Kompression
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- Prinzip: Muster erkennen, kompakter darstellen
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- Gut bei strukturierten Daten (Text, einfache Grafiken)
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- Schlecht bei "chaotischen" Daten (Fotos, Audio) — dort kaum Wiederholungen
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-->
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# Verlustfreie Kompression (Lossless)
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**Prinzip:** Redundanz entfernen
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Beispiel **Lauflängenkodierung** (Run-Length-Encoding – RLE):
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```
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```
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Original: AAAAABBBCCCCCCCC (16 Zeichen)
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Original: AAAAABBBCCCCCCCC (16 Zeichen)
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Komprimiert: 5A3B8C (6 Zeichen)
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Komprimiert: 5A3B8C (6 Zeichen)
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```
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```
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→ 62% kleiner, 100% wiederherstellbar
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→ Komprimiert 62% kleiner und **100% wiederherstellbar**
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|
- Run-Length Encoding (RLE): einfachste Form der verlustfreien Kompression
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- Prinzip: Muster erkennen, kompakter darstellen
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- Gut bei strukturierten Daten (Text, einfache Grafiken)
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|
- Schlecht bei "chaotischen" Daten (Fotos, Audio) — dort kaum Wiederholungen
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-->
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# Verlustfreie Kompression (Lossless)
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**Prinzip:** Redundanz entfernen
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Beispiel **Lauflängenkodierung** (Run-Length-Encoding – RLE):
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```
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Original: AAAAABBBCCCCCCCC (16 Zeichen)
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Komprimiert: 5A3B8C (6 Zeichen)
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```
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→ Komprimiert 62% kleiner und **100% wiederherstellbar**
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**Anwendung:**
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**Anwendung:**
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* ZIP-Archive, PNG-Bilder, FLAC-Audiodateien, RAW-Dateien, Programmcode
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* ZIP-Archive, PNG-Bilder, FLAC-Audiodateien, RAW-Dateien, Programmcode
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@@ -498,20 +573,22 @@ Komprimiert: 5A3B8C (6 Zeichen)
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# Verlustbehaftete Kompression (Lossy)
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# Verlustbehaftete Kompression (Lossy)
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**Prinzip:** Irrelevanz entfernen → Warum Daten speichern, die niemand wahrnimmt?
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**Prinzip:** Irrelevanz entfernen → *Wozu Daten speichern, die niemand wahrnimmt?*
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# Verlustbehaftete Kompression (Lossy)
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# Verlustbehaftete Kompression (Lossy)
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**Prinzip:** Irrelevanz entfernen → Warum Daten speichern, die niemand wahrnimmt?
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**Prinzip:** Irrelevanz entfernen → *Wozu Daten speichern, die niemand wahrnimmt?*
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**Originaldatei nicht wiederherstellbar (!)**
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**Die Frage:** Was nimmt ein Mensch eigentlich (nicht oder sehr schlecht) wahr?
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**Die Frage:** Was nimmt ein Mensch eigentlich (nicht oder sehr schlecht) wahr?
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||||||
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||||||
* Das Ohr hört nicht alle Frequenzen (hohe und tiefe Töne) gleich gut
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* Das Ohr hört nicht alle Frequenzen (hohe und tiefe Töne) gleich gut
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||||||
* Das Auge sieht nicht alle Farbnuancen gleich scharf
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||||||
* Laute Töne überdecken leise Töne (Maskierung)
|
* Laute Töne überdecken leise Töne (Maskierung)
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||||||
* Luminanz (Helligkeit/Dunkelheit) besser erkennen als Chrominanz (Farbunterschiede)
|
* Das Auge sieht nicht alle Farbnuancen gleich scharf
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* Luminanz (Helligkeit/Dunkelheit) besser erkennen als Chrominanz (Farbunterschiede/Farbigkeit)
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* und Vieles mehr
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* und Vieles mehr
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<!--
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<!--
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||||||
@@ -535,7 +612,7 @@ Komprimiert: 5A3B8C (6 Zeichen)
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| **Prinzip** | **Redundanz** entfernen | **Irrelevanz** entfernen |
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| **Prinzip** | **Redundanz** entfernen | **Irrelevanz** entfernen |
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| **Reversibel** | Ja | Nein (Information unwiederbringlich verloren) |
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| **Reversibel** | Ja | Nein (Information unwiederbringlich verloren) |
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| **Reduktion** | 30–50% | 80–99% |
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| **Reduktion** | 30–50% | 80–99% |
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||||||
| **Formate** | ZIP, PNG, FLAC, GIF | JPEG, MP3, H.264/H.265 |
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| **Formate** | ZIP, PNG, FLAC, GIF, ... | JPEG, MP3, H.264/H.265, ... |
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**Faustregel:**
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**Faustregel:**
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- Medien für EndnutzerInnen (Ton, Bild, Film) → Lossy oft akzeptabel
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- Medien für EndnutzerInnen (Ton, Bild, Film) → Lossy oft akzeptabel
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