Michael Czechowski
a8343c9937
- rename slide files: YYYY-MM-DD-termin-N-topic.md → NN-topic.md - flatten folders: courses/X/slides/ → slides/X/ - replace "Termin" with "Kapitel" in all content - add klausur extraction script (make klausur) - update Makefile, generate-index.sh, dev-server.sh - add README.md with full documentation
564 lines
13 KiB
Markdown
564 lines
13 KiB
Markdown
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marp: true
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theme: gaia
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paginate: true
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backgroundColor: #fff
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header: "Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege (223015b)"
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footer: "Michael Czechowski – HdM Stuttgart"
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title: Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege
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<style>
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:root {
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--color-foreground: #1a1a2e;
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||
--color-highlight: #1e5f8a;
|
||
--color-dimmed: #4a4a6a;
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||
}
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section.invert {
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--color-foreground: #fff;
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}
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section {
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font-size: 1.7rem;
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}
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h1 {
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color: #1e5f8a;
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||
}
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section.invert h1 {
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color: #fff;
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}
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h2 {
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color: #1f2937;
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}
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pre {
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background: #0f0f23;
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||
color: #5fb3e4;
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border-radius: 8px;
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border-left: 3px solid #1e5f8a;
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}
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pre code {
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background: transparent;
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color: inherit;
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}
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code {
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background: #1a1a2e;
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||
color: #5fb3e4;
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padding: 0.15em 0.4em;
|
||
border-radius: 4px;
|
||
}
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||
a {
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color: var(--color-highlight);
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||
}
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section.klausur {
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||
background: repeating-linear-gradient(
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||
135deg,
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||
#e3f2fd,
|
||
#e3f2fd 40px,
|
||
#fff 40px,
|
||
#fff 80px
|
||
) !important;
|
||
}
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||
@media print {
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||
section.klausur {
|
||
background: #e3f2fd !important;
|
||
}
|
||
}
|
||
section.aufgabe {
|
||
background: #e3f2fd !important;
|
||
}
|
||
section.aufgabe footer {
|
||
display: none;
|
||
}
|
||
</style>
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<!--
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╔═══════════════════════════════════════════════════════════════════╗
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║ AUTO-GENERATED FILE - DO NOT EDIT MANUALLY ║
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║ ║
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║ This file is generated by: make klausur ║
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║ Source: scripts/extract-klausur.sh ║
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||
║ ║
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||
║ To update, edit the source slides and re-run make klausur ║
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||
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════════╝
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-->
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<!-- _class: invert -->
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<!-- _header: '' -->
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<!-- _backgroundColor: #000 -->
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# Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege
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**223015b** · Modul "Technik 1" · 1. Semester
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Digital- und Medienwirtschaft
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Hochschule der Medien Stuttgart
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[https://librete.ch/hdm/223015b/](https://librete.ch/hdm/223015b/)
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# Verlustfrei vs. Verlustbehaftet
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| | Verlustfrei (Lossless) | Verlustbehaftet (Lossy) |
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|---|---|---|
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| **Prinzip** | **Redundanz** entfernen | **Irrelevanz** entfernen |
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| **Reversibel** | Ja (Original wiederherstellbar) | Nein (Information unwiederbringlich weg) |
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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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**Faustregel:**
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- Medien für Endnutzer → Lossy oft akzeptabel
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- Quellmaterial, Code, Archive → Lossless nötig
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<!--
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REDUNDANZ: Wiederholende Muster kompakter darstellen (z.B. "AAAA" → "4×A")
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IRRELEVANZ: Für Menschen nicht wahrnehmbar (Psychoakustik, Psychovisuell)
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KLAUSURRELEVANT:
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- Verlustfrei = Original 1:1 wiederherstellbar
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- Verlustbehaftet = Information geht verloren, aber kaum wahrnehmbar
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- Redundanz vs. Irrelevanz ist der Kernunterschied!
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-->
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# Dateneinheiten
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| Einheit | Bytes | Potenz | Beispiel |
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|---------|------:|:------:|----------|
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| **Byte** | 1 | 10⁰ | Farbwerte eines Pixels |
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| **Kilobyte (KB)** | 1.000 | 10³ | Kleiner Programmcode |
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| **Megabyte (MB)** | 1 Million | 10⁶ | Textdokument |
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| **Gigabyte (GB)** | 1 Milliarde | 10⁹ | Kinofilm in FullHD |
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| **Terabyte (TB)** | 1 Billion | 10¹² | ~12h Video in 4K |
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||
| **Petabyte (PB)** | 1 Billiarde | 10¹⁵ | Netflix-Gesamtarchiv |
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||
| **Exabyte (EB)** | 1 Trillion | 10¹⁸ | Alle E-Mails weltweit/Tag |
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| **Zettabyte (ZB)** | 1 Trilliarde | 10²¹ | Internet-Traffic 2016 |
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<!--
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SI-Präfixe (Dezimal): 1 KB = 1.000 Bytes
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Binär (IEC): 1 KiB = 1.024 Bytes (Kibibyte)
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Windows zeigt oft binär, sagt aber "KB" → Verwirrung!
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1 TB Festplatte = ~931 GiB nutzbar
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Eselsbrücke: "Kilo Mega Giga Tera Peta Exa Zetta Yotta"
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→ "Komm Mit Großem Tee, Peter Exte Zettelt Yachten"
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-->
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# Der digitale Wendepunkt
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| Jahr | Analog | Digital | Digital-Anteil |
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|------|--------|---------|----------------|
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| **1986** | 2,6 EB | 0,02 EB | **1%** |
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| **2002** | — | — | **50%** (Wendepunkt) |
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| **2007** | 18 EB | 277 EB | **94%** |
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**Perspektive:**
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- 1986: "Petabyte" war ein theoretisches Konzept
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- 2025: ~181 Zettabyte jährlich produziert
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**Magnetband lebt:** LTO-Tapes bleiben günstigstes Archivmedium
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(AWS Glacier, Film-Archive, Rechenzentren)
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PRÜFUNGSRELEVANT:
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- Wendepunkt 2002
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- Speichereinheiten (KB→MB→GB→TB→PB→EB→ZB)
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- Magnetband als Archivmedium
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QUELLE: Hilbert & López (2011): "The World's Technological Capacity to Store, Communicate, and Compute Information", Science
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METHODIK: 60 analoge + digitale Technologien untersucht (1986-2007)
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WENDEPUNKT 2002: Erstmals mehr digital als analog gespeichert
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ANALOG damals: Bücher, Zeitungen, Vinyl, VHS, Filmrollen, Fotos
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DIGITAL damals: Festplatten, CDs, DVDs, frühe Flash-Speicher
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HEUTE: LTO-9 (2021) speichert 18 TB pro Band, ~$5/TB für Cold Storage
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VERGLEICH: SSD ~$50/TB, HDD ~$15/TB, LTO ~$5/TB
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# Analoge Medien
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### Distribution: physisch (Kauf, Verleih, Kopie)
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- **Text**
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- Bücher, Zeitungen, Zeitschriften, Lochkarten
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- **Bild**
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- Fotografie (Negativ, Dia, Polaroid), Mikrofilm
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- **Audio:**
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- Schallplatte (Vinyl, Schellack), Tonband, Musikkassette
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- **Video:**
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- Film (35mm, Super 8), VHS, Betamax
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# Digitale Medien
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### Distribution: Datenträger (CD, USB), Download, Streaming, P2P
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- **Text**
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- E-Book (PDF, EPUB), Dokumente (TXT, DOCX)
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- **Bild**
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- Digitalfoto (JPEG, PNG, RAW, WebP, GIF)
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- **Audio**
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- Audiodatei (MP3, FLAC, WAV, AAC, OGG)
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- **Video**
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||
- Videodatei (MP4, MKV, AVI, WebM)
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# Digitale Speichermedien
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- **Optische Speicher**
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- CD, DVD, Blu-ray
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- **Magnetische Speicher**
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- Festplatte (HDD), Magnetband (LTO)
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- **Flash-Speicher**
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- SSD, USB-Stick, SD-Karte
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- **Cloud-Speicher**
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- Dropbox, Google Drive, iCloud, AWS S3
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# Rastergrafiken
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**Aufbau:** Liste von Pixeln mit Farbwerten (2D-Array)
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**Speicherbedarf (unkomprimiert):**
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Breite × Höhe × Farbtiefe (in Bytes)
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**Beispiele:** JPEG, PNG, WebP
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| Bits (Farbtiefe) | Farben | Anwendung |
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|-----:|-------:|-----------|
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| 1 | 2 | Schwarz/Weiß (Fax) |
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| 8 | 256 | Graustufen, GIF |
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| 24 | 16,7 Mio. | True Color (Standard) |
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| 32 | 16,7 Mio. + Alpha | Transparenz |
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<!--
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||
BERECHNUNG: Breite × Höhe × (Farbtiefe / 8)
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BEISPIEL: 1920×1080 × 24 Bit = 1920×1080×3 = 6.220.800 Bytes ≈ 6,2 MB
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||
Farbtiefe erklärt:
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- 1 Bit: 2^1 = 2 Farben
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- 8 Bit: 2^8 = 256 Farben
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||
- 24 Bit: 2^24 = 16.777.216 Farben (je 8 Bit für R, G, B)
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||
- 32 Bit: 24 Bit + 8 Bit Alpha-Kanal
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-->
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---
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# Vektorgrafiken
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**Speicherung als geometrische Primitive:**
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- Pfade (Bézierkurven mit Kontrollpunkten)
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- Grundformen (Rechteck, Ellipse, Polygon)
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- Text (Glyphen als Outlines)
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||
**SVG-Beispiel:**
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```xml
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||
<circle cx="50" cy="50" r="40" fill="#ff0000"/>
|
||
```
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||
<small>SVG beschreibt nicht jeden einzelnen Pixel im Raster, sondern deklariert wie Farben und Formen gesetzt werden.</small>
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<!--
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Vektorgrafiken beschreiben WAS gezeichnet werden soll.
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Rastergrafiken beschreiben WIE jeder Pixel aussieht.
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Rendering-Pipeline:
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Vektordaten → Rasterisierung → Framebuffer → Display
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Beim Skalieren werden einfach die Koordinaten multipliziert.
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Keine Information geht verloren.
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-->
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# Die Schwächen des Auges
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**Menschen sehen:**
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- Helligkeit besser als Farbe
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- Große Flächen besser als feine Details
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- Niedrige Frequenzen besser als hohe
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**JPEG nutzt das aus:**
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- Farbauflösung reduzieren (aber Helligkeit behalten)
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- Glatte Flächen effizient speichern
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- Hohe Frequenzen (Details) verwerfen
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<!--
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Das ist die visuelle Entsprechung zur Psychoakustik.
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Das Auge hat mehr Rezeptoren für Helligkeit (Stäbchen)
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als für Farbe (Zapfen).
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Hohe Frequenzen = schnelle Wechsel = feine Details
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Niedrige Frequenzen = langsame Wechsel = große Flächen
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-->
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---
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# JPEG: Schritt 1 – Farbraumkonversion
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**RGB → Y'CbCr** (seltener Y'UV)
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- **Y** = Helligkeit (Luminanz) – Was das Auge am besten sieht
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- **Cb** = Blau-Gelb-Anteil (Chrominanz)
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- **Cr** = Rot-Grün-Anteil (Chrominanz)
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**Warum diese Trennung?**
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Y (Helligkeit) behält volle Auflösung.
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Cb/Cr (Farbe) kann reduziert werden – Auge merkt es kaum.
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<!--
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YCbCr ist wie RGB ein Tripel aus 3 Werten pro Pixel.
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Der Unterschied: Statt Rot-Grün-Blau speichern wir Helligkeit + 2 Farbdifferenzen.
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Die Umrechnung ist reversibel (mathematische Transformation).
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Der Clou: Jetzt können wir Helligkeit und Farbe getrennt behandeln.
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-->
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# JPEG: Schritt 6 – Huffman-Coding
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**Verlustfreie Kompression der Restwerte**
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**Idee:** Statt fester 8 Bit pro Wert → variable Bitlänge
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||
Häufige Werte bekommen kurze Bit-Sequenzen.
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| Zeichen | Häufigkeit | Code (Bit-Sequenz) |
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|---------|------------|------|
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| e | 40% | `0` (1 Bit) |
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| a | 25% | `10` (2 Bit) |
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| i | 20% | `110` (3 Bit) |
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||
| o | 10% | `1110` (4 Bit) |
|
||
| u | 5% | `1111` (4 Bit) |
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<!--
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||
Huffman-Coding ist verlustfrei.
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Der "Code" ist eine Bit-Sequenz, die das Zeichen eindeutig identifiziert.
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Weil "e" am häufigsten vorkommt, bekommt es den kürzesten Code.
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-->
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# Container und Codec
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**Container = Das Dateiformat (Beispiel: MP4)**
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Die "Box", die verschiedene Streams zusammenpackt:
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- Video-Stream
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- Audio-Stream(s)
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- Untertitel
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- Metadaten
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**Codec = Der Kompressionsalgorithmus (Beispiel: AV1)**
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Entscheidet, WIE komprimiert wird.
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<!--
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Container ≠ Codec
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Das ist ein häufiges Missverständnis.
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MP4 ist ein Container, nicht ein Codec.
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Ein MP4 kann H.264, H.265 oder AV1 enthalten.
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Übrigens: JPEG ist ein Codec (für Bilder), kein Container.
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Bei Bildern fallen Container und Codec oft zusammen.
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||
Tools wie MediaInfo zeigen beide Informationen.
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-->
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<!-- _header: "" -->
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||
<!-- _footer: "" -->
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# H.264 / AVC
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**Advanced Video Coding (2003)**
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**Warum dominant?**
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- Exzellente Kompression (~100:1 möglich)
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- Hardware-Support in jedem Gerät seit ~2010
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- YouTube, Netflix, Blu-ray – alles H.264
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**Features:**
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- Variable Block-Größen (16×16 bis 4×4)
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- Deblocking-Filter (reduziert Block-Artefakte)
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<!--
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||
H.264 revolutionierte Video-Streaming.
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||
Ohne H.264 kein Netflix, kein YouTube in HD.
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||
Hardware-Decoder bedeutet: Kein CPU-Aufwand, kein Akku-Drain.
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||
Selbst billige Smartphones können H.264 abspielen.
|
||
-->
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||
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||
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||
---
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||
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<!-- _header: "" -->
|
||
<!-- _footer: "" -->
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||
# AV1: Die offene Zukunft
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||
**AV1 (2018)**
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||
**Alliance for Open Media:**
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Google, Netflix, Amazon, Microsoft, Apple, Mozilla...
|
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|
||
**Eigenschaften:**
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||
- 30% besser als H.265
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||
- Royalty-free, Open Source
|
||
- 8K, HDR, hohe Frame-Rates
|
||
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||
**Stand 2025:**
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||
YouTube und Netflix nutzen AV1 für 4K/8K
|
||
Hardware-Encoder in aktuellen GPUs
|
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<!--
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||
AOM = Alliance for Open Media, gegründet 2015.
|
||
Historisch: Konkurrierende Tech-Giganten vereint.
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||
Das Ziel: Nie wieder Patent-Chaos wie bei H.265.
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||
Problem: Encoding ist sehr langsam (10-100× vs. H.264).
|
||
Hardware-Encoder lösen das zunehmend.
|
||
-->
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||
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---
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<!-- _header: "" -->
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<!-- _footer: "" -->
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# Wann HDD, wann SSD?
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| Anwendung | Empfehlung |
|
||
|-----------|------------|
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| Betriebssystem | SSD (NVMe) |
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| Anwendungen, Spiele | SSD |
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||
| Video-Editing (Projekte) | SSD |
|
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| Foto-Archiv | HDD oder SSD |
|
||
| Backup | HDD |
|
||
| NAS / Server | HDD (oder Mix) |
|
||
| Cold Storage | HDD oder Band |
|
||
|
||
<!--
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Die Faustregel:
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||
- Oft genutzt, schnell gebraucht → SSD
|
||
- Selten genutzt, viel Kapazität → HDD
|
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||
Viele setzen auf beides:
|
||
Kleine SSD für System + große HDD für Archiv.
|
||
-->
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||
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---
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||
<!-- _header: "" -->
|
||
<!-- _footer: "" -->
|
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# Die 3-2-1-Regel
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**3** Kopien eurer Daten
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(Original + 2 Backups)
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**2** verschiedene Medientypen
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(z.B. SSD + HDD, oder lokal + Cloud)
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||
**1** Kopie an anderem Ort
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||
(Offsite: Cloud, anderes Gebäude)
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<!--
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||
Herkunft: Peter Krogh, "The DAM Book" (2005)
|
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||
Warum 3 Kopien?
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- Original kann kaputt gehen
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||
- Backup 1 auch
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- Backup 2 = Sicherheitspuffer
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Warum 2 Medientypen?
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- Gleiche Medien haben gleiche Schwachstellen
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||
- Batch-Fehler bei HDDs derselben Charge
|
||
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||
Warum 1 Offsite?
|
||
- Brand/Wasserschaden zerstört alles vor Ort
|
||
- Ransomware verschlüsselt angeschlossene Laufwerke
|
||
-->
|