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footer: "Michael Czechowski – HdM Stuttgart – WS 2025/26"
title: Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege
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# Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege
**223015b** · Modul "Technik 1" · 1. Semester
Digital- und Medienwirtschaft
Hochschule der Medien Stuttgart
**Wintersemester 2025/26**
[https://librete.ch/hdm/223015b/](https://librete.ch/hdm/223015b/)
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# Termin 2 – 09.01.2026
## Bild-, Audio- & Videoformate
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# Was ist ein Bild?
**Digital = Pixelraster**
**Beispiel: 1920×1080 (Full HD)**
= 2.073.600 Pixel
**Jedes Pixel = 3 Bytes (RGB)**
2.073.600 × 3 = **6,2 MB**
**Für EIN Foto!**
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# Rastergrafiken (Bitmaps)
**Aufbau:** 2D-Array von Pixeln mit Farbwerten
**Speicherbedarf (unkomprimiert):**
Breite × Höhe × Farbtiefe (in Bytes)
→ 1920×1080 × 3 Byte (RGB) = **6,2 MB**
**Farbtiefe:**
- 1 Bit = 2 Farben (S/W)
- 8 Bit = 256 Farben (Graustufen/Palette)
- 24 Bit = 16,7 Mio. Farben (True Color)
- 32 Bit = True Color + Alpha (Transparenz)
**Skalierung:** Interpolation (Nearest Neighbor, Bilinear, Bicubic)
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# Vektorgrafiken
**Speicherung als geometrische Primitive:**
- Pfade (Bézierkurven mit Kontrollpunkten)
- Grundformen (Rechteck, Ellipse, Polygon)
- Text (Glyphen als Outlines)
**SVG-Beispiel:**
``
→ 3 Parameter statt 5.027 Pixel (r=40)
**Rendering-Pipeline:**
Vektordaten → Rasterisierung → Framebuffer → Display
**Auflösungsunabhängig:** Gleiche Datei für Icon (32px) und Plakat (3m)
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# Raster vs. Vektor: Entscheidungskriterien
| Kriterium | Raster | Vektor |
|---|---|---|
| **Speicherung** | Pixelmatrix | Geometrie + Attribute |
| **Skalierung** | Qualitätsverlust | Verlustfrei |
| **Komplexität** | O(Breite × Höhe) | O(Anzahl Objekte) |
| **Bearbeitung** | Pixelbasiert | Objektbasiert |
**Wann Raster?** Fotos, Texturen, komplexe Farbverläufe
**Wann Vektor?** Logos, Icons, Typografie, technische Zeichnungen
**Konvertierung:**
- Raster → Vektor: Tracing (verlustbehaftet, approximiert)
- Vektor → Raster: Rasterisierung (exakt, aber auflösungsgebunden)
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# Lossless: PNG
**PNG = Portable Network Graphics (1996)**
**Funktionsweise:**
- Vorhersage (Pixel ähneln Nachbarn)
- Differenz-Encoding
- DEFLATE-Algorithmus (wie ZIP)
**Kompression:** 20-50% Ersparnis
**Gut für:** Screenshots, Logos, Text
**Schlecht für:** Fotos
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# Lossy: JPEG
**JPEG = Joint Photographic Experts Group (1992)**
**Eigenschaften:**
- Lossy Kompression
- 90%+ Platzersparnis möglich
- Artefakte bei hoher Kompression
**6 MB → 500 KB** (typisch)
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# Wie funktioniert JPEG? (1/2)
**Schritt 1: RGB → YCbCr**
- Y = Helligkeit (Luminanz)
- Cb/Cr = Farbe (Chrominanz)
**Warum?** Menschen sehen Helligkeit besser als Farbe
**Schritt 2: Chroma Subsampling**
Farbauflösung reduzieren (4:2:0)
→ 50% Datenmenge weg, kaum sichtbar
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# Wie funktioniert JPEG? (2/2)
**Schritt 3: DCT (Discrete Cosine Transform)**
Bild in 8×8-Blöcke → Frequenzspektrum
**Schritt 4: Quantisierung**
Hohe Frequenzen (Details) stark reduzieren
→ **Hier passiert Datenverlust!**
**Schritt 5: Huffman-Coding**
Lossless-Kompression der Restdaten
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# JPEG Quality
| Quality | Dateigröße | Artefakte |
|---------|------------|-----------|
| **100** | ≈2-3 MB | Kaum |
| **85-90** | ≈200-400 KB | Minimal |
| **50** | ≈100 KB | Sichtbar |
**Sweet Spot: 85-90**
10x Kompression, für Menschen kaum unterscheidbar
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# Die GIF-Geschichte
**GIF = Graphics Interchange Format (1987)**
CompuServe (US-Online-Dienst)
**Features:**
- 256 Farben max (8-bit Palette)
- Lossless (für Palette)
- Animationen!
**1994 Twist:** Unisys hält Patent auf LZW-Kompression
→ Fordert Lizenzgebühren
→ **"Burn All GIFs!" Kampagne**
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# PNG vs. GIF
**GIF:**
✓ Animationen
✓ Breite Unterstützung
❌ Nur 256 Farben
❌ Patent-Probleme (bis 2003)
**PNG:**
✓ Millionen Farben
✓ Alpha-Transparenz
✓ Patent-frei
❌ Keine Animationen (bis APNG, 2004)
**Ergebnis:** PNG für Grafiken, GIF für Memes!
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# WebP & AVIF
**WebP (Google, 2010):**
- Lossy UND Lossless
- Animationen
- 25-35% kleiner als JPEG
**AVIF (2019):**
- Basiert auf AV1-Video-Codec
- 50% kleiner als JPEG
- HDR-Unterstützung
- Patent-frei
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# Warum Instagram eure Fotos "ruiniert"
**Upload-Pipeline:**
1. Dein Foto: 12 MP, 8 MB
2. Instagram skaliert: max. 1080px
3. Re-Kompression: JPEG Quality ~75
4. Endgröße: 200-400 KB
**Warum?**
- Speicherkosten (Milliarden Fotos!)
- Ladezeiten (Mobile)
- Bandbreite (günstiger)
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# Hands-On: Kompression vergleichen
**Aufgabe (40 Min):**
1. Hochauflösendes Foto (eigenes oder CC)
2. Exportiere:
- PNG
- JPEG Q100, Q85, Q50
- WebP (optional)
3. Tool: **[Squoosh.app](https://squoosh.app)** (Google-Tool)
4. Vergleiche: Dateigrößen, sichtbare Unterschiede
5. Wo werden Artefakte sichtbar?
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# Teil 2: Video
## Kompression & Codecs
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# Das Problem: Videos sind RIIIIIIIESIG
**1 Minute 4K-Video (3840×2160):**
- 30 fps (Bilder/Sekunde)
- Jedes Bild: 24,8 MB (unkomprimiert)
**Rechnung:**
30 × 24,8 MB = **744 MB/Sekunde**
× 60 Sekunden = **44,6 GB/Minute**
**2-Stunden-Film: 5,3 TB!**
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# Container vs. Codec
**Container = Die Box**
Verpackt Video, Audio, Untertitel, Metadaten
**Beispiele:** MP4, MKV, AVI, MOV
**Codec = Kompressionsalgorithmus**
Entscheidet, WIE Daten komprimiert werden
**Video-Codecs:** H.264, H.265, VP9, AV1
**Audio-Codecs:** AAC, MP3, Opus
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# Video-Kompression: Drei Prinzipien
**1. Spatial Compression (Intra-Frame)**
Jedes Bild einzeln (wie JPEG)
→ I-Frames
**2. Temporal Compression (Inter-Frame)**
Nur Änderungen zwischen Bildern
→ P-Frames, B-Frames
**3. Motion Compensation**
"Ball bewegt sich von A nach B"
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# I-Frames, P-Frames, B-Frames
**I-Frame (Intra):**
Vollständiges Bild (wie JPEG)
Groß, aber unabhängig
**P-Frame (Predicted):**
Referenziert vorherige Frames
Viel kleiner
**B-Frame (Bi-directional):**
Referenziert vorherige UND zukünftige Frames
Am effizientesten
**GOP:** I - B - B - P - B - B - P - B - B - I
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# H.264: Der König
**H.264 / AVC (2003)**
**Warum dominant?**
✓ Exzellente Kompression (100:1 möglich)
✓ Hardware-Support (jedes Gerät seit ~2010)
✓ YouTube, Netflix, Blu-ray – alles H.264
**Features:**
- Variable Block-Größen (16×16 bis 4×4)
- Deblocking-Filter
- CABAC-Coding
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# Das Patent-Problem
**H.264 ist NICHT frei!**
**MPEG-LA (Patent Pool):**
- 2.000+ Patente von ~30 Unternehmen
- Apple, Microsoft, Sony, Panasonic...
**Lizenzgebühren:**
- Hardware-Decoder: $0,20/Einheit
- Content-Distribution: Kostenlos für "Internet Broadcast"
**Problem:** Open-Source-Projekte in Grauzone
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# H.265 / HEVC
**H.265 (2013):**
50% bessere Kompression als H.264
**ABER:** Patent-Desaster
**Drei (!) konkurrierende Patent-Pools:**
- MPEG-LA
- HEVC Advance
- Velos Media
→ Viele bleiben bei H.264 oder suchen Alternativen
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# VP9: Googles Antwort
**VP9 (2013):**
Entwickelt von Google (On2-Akquisition)
**Eigenschaften:**
✓ Ähnlich H.265-Kompression
✓ KOSTENLOS, patent-frei (laut Google)
✓ YouTube nutzt VP9 für 4K
**Nachteile:**
❌ Hardware-Support langsam
❌ Höherer CPU-Aufwand
❌ Nicht universell wie H.264
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# AV1: Die Open-Source-Revolution
**AV1 (2018):**
Alliance for Open Media: Google, Netflix, Amazon, Microsoft, Apple, Mozilla...
**Ziel:** Patent-freier, moderner Codec
**Features:**
✓ 30% besser als H.265
✓ Royalty-free, Open Source
✓ 8K, HDR, hohe Frame-Rates
**Stand 2025:**
YouTube, Netflix nutzen AV1 für 4K/8K
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# Adaptive Bitrate Streaming
**Problem:** Internet-Geschwindigkeit variiert
**Lösung:** Mehrere Qualitäten parallel
**MPEG-DASH / HLS:**
- 4K (20 Mbps)
- 1080p (5 Mbps)
- 720p (2,5 Mbps)
- 480p (1 Mbps)
- 240p (0,5 Mbps)
Segmente: 2-10 Sekunden (Player wählt dynamisch)
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# Container im Detail
**MP4:** Standard für Web/Mobile, DRM-fähig (H.264, H.265, AV1)
**MKV:** Open Source, beliebig viele Spuren (fast jeder Codec)
**WebM:** Google/Web-optimiert (nur VP9/AV1 + Opus/Vorbis)
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# Hands-On: Video analysieren
**Aufgabe (40 Min):**
**Tools:**
- Desktop: FFmpeg, HandBrake, [MediaInfo](https://mediaarea.net/MediaInfoOnline)
- Browser: [Squoosh.app](https://squoosh.app) (Bilder), [MediaInfo Online](https://mediaarea.net/MediaInfoOnline)
- iOS/Android: MediaInfo App, VLC
1. Download: CC-Video (Big Buck Bunny, ~1 Min)
2. Analysiere: Container, Codec, Bitrate, Auflösung
3. Konvertiere: H.264 vs. H.265 (gleiche Qualität)
4. Vergleiche: Größen, Encoding-Zeit
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# Fragen & Diskussion
**Kontakt:** mail@librete.ch
**Folien:** Online verfügbar unter https://librete.ch/hdm/223015b
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# Lizenz & Attribution
Diese Präsentation ist lizenziert unter **Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International (CC BY-SA 4.0)**
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