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5c419c9ed153371c98c24db1cb6943643e6d4f76
uni/slides/223015b/klausurfragen.md
Michael Czechowski 5c419c9ed1 gendering: fehlende person-substantive in beiden kursen 
- Nutzer/User -> Nutzende
- Endnutzer -> Endnutzende
- Teilnehmer -> Teilnehmende
- Programmierer/Entwickler -> Programmierende/Entwickelnde
- Web-Entwickler -> Web-Entwickelnde
- Tastatur-Nutzer -> Tastatur-Nutzende
- Benutzer -> Nutzende
- Konsumenten -> KonsumentInnen
- Künstler -> KünstlerInnen
- Autor -> AutorIn
- Fotografen -> FotografInnen
- Kunde -> KundIn

ausgenommen: code-identifiers (User, type User, /users/),
Sender/Empfänger (network protocol), Sawyer (konkrete person),
Hersteller/Betreiber (organisations-rolle).
2026-04-27 17:27:19 +02:00

59 KiB
Raw Blame History

marp, theme, paginate, backgroundColor, header, footer, title
marp theme paginate backgroundColor header footer title
true gaia true Fragenkatalog – Dateiformate (223015b)
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Klausurfragen – 223015b

Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien · HdM Stuttgart · M. Czechowski

Stand: 01.02.2026

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)`

BLOCK J – Dateiformate: Grundbegriffe

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.
  • 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.

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.
  • 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.

J5 – Was bedeutet „konvertieren"?

Thema: Grundbegriffe – Konvertierung Punkte: 1 Typ: [MC]

Was bedeutet es, eine Datei zu konvertieren?

  • Die Datei wird komprimiert und umbenannt.
  • 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.

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.
  • 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).

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.

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.

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.

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).

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.

J15 – Analoge Medien: Übersicht

Thema: Medientypen – Analog Punkte: 2 Typ: [MATCH]

Ordne jedem Medientyp ein typisches analoges Format zu.

Medientyp Analoges Format
Text Buch, Zeitung, Lochkarte
Bild Fotografie (Negativ, Dia), Mikrofilm
Audio Schallplatte (Vinyl), Tonband, Musikkassette
Video Film (35mm, Super 8), VHS, Betamax

Feedback: Analoge Medien speichern Information als kontinuierliche physikalische Größe – Rillentiefe, Magnetfeldstärke, Silberkorn-Dichte. Distribution erfolgt physisch: Kauf, Verleih, Kopie.

J16 – Generationsverlust: Das Problem analoger Kopien

Thema: Analog vs. Digital – Kopierqualität Punkte: 1 Typ: [MC]

Was passiert, wenn eine VHS-Kassette auf eine andere VHS-Kassette kopiert wird?

  • Die Kopie ist bit-identisch mit dem Original – kein Unterschied erkennbar.
  • Jede Kopie verschlechtert die Qualität – Rauschen nimmt zu, Schärfe ab. ✅
  • Die Kopie wird besser, weil das Kopiergerät Rauschen herausfiltert.
  • Die Qualität bleibt exakt gleich, nur das Medium wechselt.

Feedback: Generationsverlust ist ein fundamentales Problem analoger Medien: Jede Kopie addiert neues Rauschen. Bei der 3. Generation ist das Material oft unbrauchbar. Digital: Kopie = Original (bit-identisch).

J17 – Digitale Medien: Formate zuordnen

Thema: Medientypen – Digital Punkte: 2 Typ: [MATCH]

Ordne jedem Medientyp typische digitale Formate zu.

Medientyp Digitale Formate
Text PDF, EPUB, TXT, DOCX
Bild JPEG, PNG, RAW, WebP, GIF
Audio MP3, FLAC, WAV, AAC, OGG
Video MP4, MKV, AVI, WebM

Feedback: Digitale Medien werden über Datenträger (CD, USB), Download, Streaming oder P2P verteilt. Der entscheidende Vorteil: bit-identische Kopien ohne Qualitätsverlust.

J18 – Analog vs. Digital: Der Hauptunterschied

Thema: Analog vs. Digital – Konzept Punkte: 2 Typ: [MC]

Was ist der fundamentale Unterschied zwischen analoger und digitaler Speicherung?

  • Analog speichert in diskreten Stufen, digital als kontinuierliches Signal.
  • Analog nutzt Elektrizität, digital nutzt Magnetismus zur Speicherung.
  • Analog speichert kontinuierlich (z.B. Rillentiefe), digital in diskreten Bits. ✅
  • Analog ist für Audio, digital ist ausschließlich für Text geeignet.

Feedback: Analog = kontinuierlich (Rillentiefe, Magnetfeldstärke). Digital = diskret (0 und 1). Die Quantisierung ist der „Preis" der Digitalisierung, aber danach bleibt die Information exakt – perfekte Kopien möglich.

J19 – Analoge Distribution: Wie kam Musik zum Käufer?

Thema: Distribution – Analog Punkte: 1 Typ: [MC]

Wie wurden analoge Medien typischerweise verbreitet?

  • Per Download aus dem Internet auf den heimischen Computer.
  • Über Streaming-Dienste wie Spotify oder Apple Music.
  • Physisch: Kauf im Laden, Verleih, Kopie auf Kassette. ✅
  • Über dezentrale Peer-to-Peer-Netzwerke zwischen Nutzern.

Feedback: Analoge Distribution war immer physisch gebunden: Man musste das Medium besitzen oder ausleihen. Kopieren war möglich (Kassette), aber mit Qualitätsverlust verbunden.

J20 – Digitale Distribution: Die vier Wege

Thema: Distribution – Digital Punkte: 2 Typ: [MATCH]

Ordne jeder Distributionsform ein Beispiel zu.

Distributionsform Beispiel
Datenträger CD, DVD, USB-Stick
Download iTunes Store, Steam, Bandcamp
Streaming Netflix, Spotify, YouTube
Peer-to-Peer (P2P) BitTorrent, eDonkey

Feedback: Digital ermöglicht vier Distributionswege: physische Datenträger (wie analog, aber ohne Generationsverlust), Download (Besitz einer Kopie), Streaming (Zugriff ohne Besitz), P2P (dezentrale Verteilung zwischen Nutzern).

J21 – Streaming vs. Download: Was ist der Unterschied?

Thema: Distribution – Streaming Punkte: 1 Typ: [MC]

Was unterscheidet Streaming von einem Download?

  • Streaming speichert die Datei dauerhaft, Download nur temporär.
  • Streaming ist immer kostenlos, Download immer kostenpflichtig.
  • Streaming überträgt während des Abspielens, ohne dauerhafte Kopie. ✅
  • Streaming funktioniert offline, Download braucht ständig Internet.

Feedback: Streaming = „Wasserhahn" (Daten fließen, solange man zuschaut/hört). Download = „Flasche füllen" (Datei bleibt). Streaming braucht ständige Internetverbindung; Downloads funktionieren offline.

J22 – Analog vs. Digital: Vor- und Nachteile

Thema: Analog vs. Digital – Vergleich Punkte: 2 Typ: [MATCH]

Ordne jede Eigenschaft zu: Vorteil von Analog oder Vorteil von Digital?

Eigenschaft Vorteil von
Kein Abspielgerät nötig (Buch lesen) Analog
Bit-identische Kopien ohne Qualitätsverlust Digital
Unabhängig von Strom und Internet Analog
Einfache Durchsuchbarkeit (Strg+F) Digital
Haptisches Erlebnis Analog
Fehlerkorrektur möglich (ECC, RAID) Digital

Feedback: Analog: physisch, unabhängig, haptisch – aber Verschleiß und Generationsverlust. Digital: perfekte Kopien, durchsuchbar, korrigierbar – aber abhängig von Technik und Formaten.

J23 – Distribution vergleichen: Download, Streaming, P2P

Thema: Distribution – Vergleich Punkte: 3 Typ: [ESSAY]

Erklären Sie die drei digitalen Distributionswege Download, Streaming und Peer-to-Peer (P2P). Beschreiben Sie für jeden Weg: (1) wie die Daten zu Nutzenden gelangen, (2) ob Nutzende eine dauerhafte Kopie erhalten, und (3) nennen Sie je ein Beispiel.

Musterlösung: Download: Datei wird vollständig vom Server heruntergeladen und lokal gespeichert. Nutzende erhalten dauerhafte Kopie. Beispiel: iTunes Store, Steam. Streaming: Daten werden während des Abspielens übertragen, keine dauerhafte lokale Kopie. Beispiel: Netflix, Spotify. P2P: Nutzende laden Teile der Datei gleichzeitig von vielen anderen herunter (dezentral). Dauerhafte Kopie möglich. Beispiel: BitTorrent.

J24 – Analog vs. Digital: Kopieren und Archivieren

Thema: Analog vs. Digital – Transfer Punkte: 3 Typ: [ESSAY]

Vergleichen Sie analoge und digitale Medien hinsichtlich (1) Kopierqualität, (2) Langzeitarchivierung und (3) Abhängigkeit von Technik. Nennen Sie je einen konkreten Vor- und Nachteil.

Musterlösung: Kopierqualität: Analog: Jede Kopie verschlechtert sich (Generationsverlust). Digital: Bit-identische Kopien ohne Qualitätsverlust. Langzeitarchivierung: Analog: Physischer Verschleiß, aber lesbar ohne spezielle Software (Buch). Digital: Bits altern nicht, aber Formate können obsolet werden (DOCX in 50 Jahren?). Technikabhängigkeit: Analog: Buch braucht keinen Strom. Digital: Abhängig von funktionierender Hard- und Software. Vorteil Analog: Unabhängigkeit. Nachteil Analog: Generationsverlust. Vorteil Digital: Perfekte Kopien. Nachteil Digital: Formatobsoleszenz.

J25 – Redundanz vs. Irrelevanz erklären

Thema: Kompression – Prinzipien Punkte: 2 Typ: [ESSAY]

Verlustfreie und verlustbehaftete Kompression nutzen unterschiedliche Prinzipien. Erklären Sie: (1) Was bedeutet Redundanz entfernen? (2) Was bedeutet Irrelevanz entfernen? (3) Welches Prinzip nutzt welcher Kompressionstyp?

Musterlösung: (1) Redundanz: Wiederholende Muster kompakter darstellen – z.B. "AAAAAAA" → "7×A". Die originalen Daten können perfekt rekonstruiert werden. (2) Irrelevanz: Daten wegwerfen, die Menschen nicht wahrnehmen – z.B. unhörbare Frequenzen in Audio, unsichtbare Farbunterschiede in Bildern. Nicht umkehrbar. (3) Zuordnung: Verlustfrei = Redundanz (ZIP, PNG, FLAC). Verlustbehaftet = Irrelevanz (JPEG, MP3).

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.
  • 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.

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.
  • 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.
  • 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.

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
  • Rasterisierung ✅
  • Pixelierung
  • Komprimierung

Feedback: Rasterisierung = Vektor → Raster (trivial, immer möglich). Der umgekehrte Prozess (Raster → Vektor) heißt „Tracing" und funktioniert oft nur unbefriedigend.

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.

Thema: Bildformate – Anwendungsfälle Punkte: 3 Typ: [ESSAY]

Sie haben drei Bilder: ein Foto, einen Screenshot und ein Logo. Erklären Sie für jedes Bild, welches Format (JPEG, PNG oder SVG) Sie wählen würden und warum. Begründen Sie Ihre Wahl mit den technischen Eigenschaften des Formats.

Musterlösung: Foto → JPEG: Verlustbehaftete Kompression ist akzeptabel, da kleine Artefakte bei natürlichen Bildern kaum auffallen. Dateigröße deutlich kleiner als PNG. Screenshot → PNG: Verlustfreie Kompression erhält scharfe Texte und Linien. JPEG würde sichtbare Artefakte an Kanten erzeugen. Logo → SVG: Vektorgrafik ist beliebig skalierbar ohne Qualitätsverlust – ein Logo muss auf Visitenkarte und Plakatwand gleich scharf sein. Dateigröße bei einfachen Formen minimal.

K11 – Farbtiefe erklären: 1-Bit, 8-Bit, 24-Bit, 32-Bit

Thema: Rastergrafiken – Farbtiefe Punkte: 3 Typ: [ESSAY]

Erklären Sie die Farbtiefen 1-Bit, 8-Bit, 24-Bit und 32-Bit. Beschreiben Sie für jede: (1) wie viele Farben dargestellt werden können, (2) einen typischen Anwendungsfall.

Musterlösung: 1-Bit: 2¹ = 2 Farben (Schwarz/Weiß). Anwendung: Strichzeichnungen, Fax, QR-Codes. 8-Bit: 2⁸ = 256 Farben. Anwendung: GIF-Bilder, Graustufen, Paletten-Bilder. 24-Bit: 2²⁴ = 16,7 Millionen Farben (8 Bit pro Kanal: R, G, B). Anwendung: Standard für Fotos und Webgrafiken ("True Color"). 32-Bit: 24 Bit Farbe + 8 Bit Alpha-Kanal (Transparenz). Anwendung: PNG mit Transparenz, Compositing in Grafikprogrammen.

K12 – Rasterisierung vs. Vektorisierung

Thema: Raster vs. Vektor – Konvertierung Punkte: 2 Typ: [ESSAY]

Erklären Sie die beiden Konvertierungsprozesse Rasterisierung und Vektorisierung (Tracing). Beschreiben Sie: (1) die Richtung der Umwandlung, (2) ob Qualitätsverlust entsteht, (3) warum einer der Prozesse problematischer ist.

Musterlösung: Rasterisierung (Vektor → Raster): Trivial und verlustfrei bei gewählter Auflösung. Aus mathematischen Beschreibungen werden Pixel berechnet. Funktioniert immer perfekt. Vektorisierung (Raster → Vektor): Problematisch. Software muss Kanten "erraten" und als Pfade nachzeichnen. Funktioniert gut bei einfachen Grafiken (Logos), schlecht bei Fotos. Immer mit Qualitätsverlust/Interpretation verbunden.

BLOCK L – JPEG: Innenleben

L1 – JPEG: Verlustfrei oder verlustbehaftet?

Thema: JPEG – Grundeigenschaft Punkte: 1 Typ: [MC]

JPEG ist ein …

  • …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".

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.
  • 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.

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.
  • 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.

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.
  • 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.

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.

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)
  • 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.

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.
  • 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.

L8 – Huffman-Coding: Prinzip

Thema: JPEG – Huffman Punkte: 2 Typ: [MC]

Wie funktioniert Huffman-Coding?

  • Alle Zeichen bekommen gleich lange Codes – einfach und effizient.
  • 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.

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.

L10 – JPEG-Kompression erklären: RGB, YCbCr, DCT

Thema: JPEG – Pipeline verstehen Punkte: 3 Typ: [ESSAY]

JPEG komprimiert in mehreren Schritten. Erklären Sie die Rolle von: (1) RGB → YCbCr Konversion, (2) DCT (Discrete Cosine Transform), (3) Quantisierung. Welcher dieser Schritte ist verlustbehaftet und warum?

Musterlösung: (1) RGB → YCbCr: Trennt Helligkeit (Y) von Farbe (Cb, Cr). Ermöglicht Chroma Subsampling – Farbauflösung wird reduziert, Helligkeit bleibt voll erhalten. Das Auge sieht Helligkeit besser als Farbe. (2) DCT: Wandelt 8×8 Pixelblöcke in Frequenzkoeffizienten um. Sortiert Information nach Wichtigkeit: niedrige Frequenzen = grobe Struktur (wichtig), hohe Frequenzen = feine Details (weniger wichtig). Die DCT selbst ist verlustfrei. (3) Quantisierung: Hier passiert der Verlust! Frequenzkoeffizienten werden gerundet/auf Null gesetzt – hohe Frequenzen (Details) werden stärker reduziert. Dieser Schritt ist nicht umkehrbar.

L11 – JPEG-Artefakte erklären: Blocking, Ringing, Posterization

Thema: JPEG – Artefakte verstehen Punkte: 3 Typ: [ESSAY]

JPEG-komprimierte Bilder zeigen bei niedriger Qualität typische Artefakte. Erklären Sie die drei Artefakte Blocking, Ringing und Posterization. Beschreiben Sie für jedes: (1) wie es aussieht und (2) warum es entsteht.

Musterlösung: Blocking: Sichtbare 8×8-Pixel-Rechtecke. Entsteht, weil jeder Block unabhängig komprimiert wird – bei starker Kompression passen Nachbarblöcke nicht mehr zusammen. Ringing: „Geister" oder Halos an scharfen Kanten (z.B. schwarze Schrift auf weißem Hintergrund). Entsteht, weil die DCT mit harten Übergängen schlecht umgehen kann (Gibbs-Phänomen). Posterization: Farbverläufe werden stufig statt fließend. Entsteht, weil zu wenige Bits für feine Farbabstufungen übrig bleiben – ähnlich wie ein Poster mit wenigen Farben.

L12 – Warum 8×8-Blöcke bei JPEG?

Thema: JPEG – Blockgröße Punkte: 2 Typ: [ESSAY]

JPEG teilt Bilder in 8×8-Pixel-Blöcke auf. Erklären Sie: (1) warum überhaupt Blöcke verwendet werden, (2) warum genau 8×8 (nicht 4×4 oder 16×16), (3) welches Artefakt durch diese Blockaufteilung entstehen kann.

Musterlösung: (1) Warum Blöcke: DCT arbeitet effizienter auf kleinen Bereichen. Globale Analyse wäre rechenintensiv und würde lokale Unterschiede verwischen. (2) Warum 8×8: Kompromiss – klein genug für lokale Anpassung, groß genug für effiziente DCT. 64 Koeffizienten sind mathematisch handlich (8² = 64). Historisch auch wegen begrenzter Rechenleistung gewählt. (3) Artefakt: Blocking – bei starker Kompression werden die 8×8-Grenzen sichtbar, weil Nachbarblöcke nicht mehr zusammenpassen.

BLOCK M – Bildformate: PNG, GIF, WebP, SVG

M1 – PNG: Verlustfrei oder verlustbehaftet?

Thema: PNG – Grundeigenschaft Punkte: 1 Typ: [MC]

Wie komprimiert PNG?

  • Verlustbehaftet – wie JPEG, aber mit besserer Qualität.
  • 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.

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.

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
  • 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.

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.
  • 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.

M5 – SVG: Was ist es?

Thema: SVG – Grundbegriff Punkte: 1 Typ: [MC]

Was ist SVG?

  • Ein verlustbehaftetes Rasterbild-Format wie JPEG.
  • 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.

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).

M7 – Bildformate vergleichen: JPEG, PNG, WebP

Thema: Bildformate – Vergleich Punkte: 3 Typ: [ESSAY]

Vergleichen Sie die drei Bildformate JPEG, PNG und WebP. Beschreiben Sie für jedes: (1) ob es verlustfrei oder verlustbehaftet komprimiert, (2) ob es Transparenz unterstützt, (3) einen idealen Anwendungsfall.

Musterlösung: JPEG: Verlustbehaftet. Keine Transparenz. Ideal für Fotos im Web – kleine Dateien, Qualitätsverlust bei natürlichen Bildern kaum sichtbar. PNG: Verlustfrei. Unterstützt Alpha-Transparenz (8 Bit). Ideal für Screenshots, Grafiken mit Text, Bilder mit Transparenz. WebP: Kann beides – lossy (wie JPEG) und lossless (wie PNG). Unterstützt Transparenz und Animation. Ideal als moderner Ersatz für beide – 25-35% kleiner als JPEG bei gleicher Qualität.

M8 – GIF vs. moderne Alternativen

Thema: Bildformate – Animation Punkte: 2 Typ: [ESSAY]

GIF ist ein altes Format (1987), wird aber noch für Animationen verwendet. Erklären Sie: (1) die Haupteinschränkung von GIF, (2) warum es trotzdem noch populär ist, (3) welche moderne Alternative es gibt.

Musterlösung: (1) Haupteinschränkung: Nur 256 Farben (8-Bit-Palette). Farbverläufe werden stufig, Fotos sehen schlecht aus. (2) Popularität: Universelle Browser-Unterstützung, einfach zu teilen, "Meme-Kultur" hat das Format am Leben gehalten. (3) Alternativen: WebP (Animation + Millionen Farben + kleiner), APNG (animiertes PNG), oder kurze Videos (MP4/WebM mit <video>-Tag statt <img>).

BLOCK N – Video-Kompression

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.

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.

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.

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.
  • 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.

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.

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.

N7 – Frame-Typen erklären: I-Frame, P-Frame, B-Frame

Thema: Video – Frame-Typen verstehen Punkte: 3 Typ: [ESSAY]

Erklären Sie die drei Frame-Typen I-Frame, P-Frame und B-Frame. Beschreiben Sie für jeden: (1) welche Daten gespeichert werden, (2) die relative Größe im Vergleich, (3) was passiert, wenn ein I-Frame beschädigt wird.

Musterlösung: I-Frame (Keyframe): Vollständiges Bild, unabhängig dekodierbar. Größte Dateigröße (100%). Kein Bezug auf andere Frames. P-Frame (Predicted): Speichert nur Änderungen gegenüber vorherigen Frames. Etwa 30% der I-Frame-Größe. Referenziert rückwärts. B-Frame (Bi-directional): Speichert Änderungen zu vorherigen UND zukünftigen Frames. Etwa 15% der I-Frame-Größe. Referenziert in beide Richtungen. Bei beschädigtem I-Frame: Alle abhängigen P- und B-Frames bis zum nächsten I-Frame können nicht korrekt rekonstruiert werden → sichtbare Fehler, bis ein neuer Keyframe kommt.

N8 – Video-Codecs vergleichen: H.264, H.265, AV1

Thema: Video – Codec-Vergleich Punkte: 3 Typ: [ESSAY]

Vergleichen Sie die drei Video-Codecs H.264, H.265 und AV1. Beschreiben Sie für jeden: (1) das Erscheinungsjahr, (2) die Kompressionseffizienz im Vergleich, (3) die Lizenzierung (kostenpflichtig vs. frei).

Musterlösung: H.264 (2003): Der Standard-Codec für über ein Jahrzehnt. Baseline für Vergleiche. Patentgebühren, aber klar strukturiert. Universelle Unterstützung. H.265 (2013): 50% bessere Kompression als H.264. Aber: Patent-Chaos mit drei konkurrierenden Pools → unklare Kosten, zögerliche Adoption. AV1 (2018): 30% besser als H.265. Royalty-free und open source (Alliance for Open Media: Google, Netflix, Apple, Amazon). Die Zukunft – aber höherer Rechenaufwand beim Encoding.

N9 – Container vs. Codec: MP4 mit verschiedenen Inhalten

Thema: Video – Container/Codec Transfer Punkte: 2 Typ: [ESSAY]

Eine Datei heißt video.mp4. Erklären Sie: (1) Was sagt die Endung .mp4 über den verwendeten Video-Codec aus? (2) Welche verschiedenen Codecs könnte diese Datei enthalten? (3) Warum kann ein MP4 auf einem Gerät abspielen und auf einem anderen nicht?

Musterlösung: (1) Endung: .mp4 ist der Container (MPEG-4 Part 14) – sagt nichts über den Codec. (2) Mögliche Codecs: H.264, H.265/HEVC, AV1, und andere. Auch verschiedene Audio-Codecs (AAC, MP3, AC3). (3) Kompatibilität: Das Gerät muss den Codec unterstützen, nicht nur den Container. Ein alter Fernseher kann MP4-Container öffnen, aber AV1-Codec fehlt → "Format nicht unterstützt".

BLOCK O – Speichermedien & Schnittstellen

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.
  • 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.

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.
  • 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.

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.

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.
  • 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!

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.

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.
  • 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.

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.

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.

O9 – Digitale Speichermedien: Kategorien

Thema: Speichermedien – Übersicht Punkte: 2 Typ: [MATCH]

Ordne jedes Speichermedium seiner technischen Kategorie zu.

Medium Kategorie
CD, DVD, Blu-ray Optisch
Festplatte (HDD), Magnetband (LTO) Magnetisch
SSD, USB-Stick, SD-Karte Flash-Speicher
Dropbox, AWS S3 Cloud-Speicher

Feedback: Optisch: Laser liest Pits/Lands. Magnetisch: magnetisierte Bereiche. Flash: Elektronen in Floating Gates. Cloud: physisch HDD/SSD/LTO in Rechenzentren – keine eigene Technologie, sondern Zugriffsmethode.

O10 – Speichermedien: Wann welches?

Thema: Speichermedien – Anwendungsfall Punkte: 2 Typ: [MATCH]

Ordne jedem Szenario das empfohlene Speichermedium zu.

Szenario Empfohlenes Medium
Betriebssystem (schneller Zugriff) NVMe SSD
Videoarchiv (große Datenmengen, günstig) HDD
Langzeitarchiv (10+ Jahre) LTO-Band, M-DISC
Datenaustausch (portabel) USB-Stick, SD-Karte

Feedback: Die Wahl hängt vom Anwendungsfall ab: SSD = Geschwindigkeit, HDD = Kapazität/Preis, LTO/M-DISC = Langlebigkeit, USB/SD = Portabilität.

O11 – Optische Speicher: CD, DVD, Blu-ray

Thema: Speichermedien – Optisch Punkte: 2 Typ: [ORDER]

Sortiere die optischen Speichermedien nach Kapazität (kleinste zuerst):

  1. CD (~700 MB)
  2. DVD (~4,7 GB)
  3. Blu-ray (~25 GB)

Feedback: Alle drei nutzen Laser zum Lesen von Pits (Vertiefungen) und Lands (Erhöhungen). Die Kapazität steigt durch kürzere Wellenlängen: CD = Infrarot, DVD = Rot, Blu-ray = Blau (daher der Name).

O12 – Cloud-Speicher: Was ist das eigentlich?

Thema: Speichermedien – Cloud Punkte: 1 Typ: [MC]

Was ist „Cloud-Speicher" technisch gesehen?

  • Eine neue Speichertechnologie, die Daten in Funkwellen speichert.
  • Virtuelle Speicher ohne jegliche physische Hardware-Komponenten.
  • HDDs/SSDs in Rechenzentren – „Cloud" beschreibt den Internet-Zugriff. ✅
  • Lokale Festplatten, die automatisch mit dem Himmel synchronisieren.

Feedback: „Cloud" ist Marketing für „fremder Computer". Dropbox, Google Drive, iCloud – alle speichern physisch auf Servern in Rechenzentren. Vorteil: Zugriff von überall. Nachteil: Abhängigkeit von Internet und Anbieter.

O13 – Magnetband (LTO): Warum noch heute?

Thema: Speichermedien – Magnetband Punkte: 1 Typ: [MC]

Warum verwenden große Unternehmen noch heute Magnetbänder (LTO)?

  • Magnetbänder sind schneller als SSDs beim wahlfreien Zugriff.
  • Magnetbänder werden nur aus nostalgischen Gründen eingesetzt.
  • Magnetbänder sind die einzige Technologie für Videospeicherung.
  • Extrem günstig pro TB, langlebig, ideal für selten abgerufene Daten. ✅

Feedback: LTO = Linear Tape-Open. Aktuell LTO-9: 18 TB pro Band, ~2€/TB. Nachteil: sequentieller Zugriff (kein Random Access). Perfekt für Archivierung, wo Daten selten gelesen werden. Google, Facebook, Banken – alle nutzen LTO.

O14 – Speichertechnologien vergleichen: Optisch, Magnetisch, Flash

Thema: Speichermedien – Technologievergleich Punkte: 3 Typ: [ESSAY]

Beschreiben Sie die drei Speichertechnologien optisch (CD/DVD/Blu-ray), magnetisch (HDD/LTO) und Flash (SSD/USB). Erklären Sie für jede: (1) wie Daten physikalisch gespeichert werden, (2) einen typischen Anwendungsfall und (3) eine wichtige Einschränkung.

Musterlösung: Optisch: Laser liest Pits (Vertiefungen) und Lands (Erhöhungen). Anwendung: Software-Distribution, Archivierung (M-DISC). Einschränkung: Empfindlich gegen Kratzer und UV-Licht. Magnetisch: Magnetisierte Bereiche auf Platten (HDD) oder Band (LTO). Anwendung: Massenspeicher, Langzeitarchiv. Einschränkung: HDD hat bewegliche Teile (Verschleiß), LTO nur sequentieller Zugriff. Flash: Elektronen in Floating Gates. Anwendung: Betriebssystem (SSD), portable Daten (USB). Einschränkung: Begrenzte Schreibzyklen, Ladungsverlust ohne Strom nach Jahren.

O15 – Backup-Strategien erklären: Full, Inkrementell, Differenziell

Thema: Backup – Strategievergleich Punkte: 3 Typ: [ESSAY]

Erklären Sie die drei Backup-Typen Full, Inkrementell und Differenziell. Beschreiben Sie für jeden: (1) welche Daten gesichert werden, (2) Vor- und Nachteile, und (3) wann dieser Typ sinnvoll eingesetzt wird.

Musterlösung: Full: Kompletter Datenbestand wird jedes Mal gesichert. Vorteil: Einfache Wiederherstellung (nur ein Backup nötig). Nachteil: Langsam, braucht viel Speicherplatz. Einsatz: Wöchentlich als Basis. Inkrementell: Nur Änderungen seit dem letzten Backup (egal welcher Art). Vorteil: Schnell, wenig Speicher. Nachteil: Wiederherstellung komplex (Kette aller Backups nötig). Einsatz: Täglich. Differenziell: Änderungen seit dem letzten Full-Backup. Vorteil: Schneller als Full, einfachere Wiederherstellung als Inkrementell. Nachteil: Wächst täglich. Einsatz: Mittelweg bei moderatem Datenvolumen.