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true	gaia	true		Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege (223015b)	Michael Czechowski – HdM Stuttgart – WS 2025/26	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/

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Verlustfrei vs. Verlustbehaftet

	Verlustfrei (Lossless)	Verlustbehaftet (Lossy)
Prinzip	Redundanz entfernen	Irrelevanz entfernen
Reversibel	Ja (Original wiederherstellbar)	Nein (Information unwiederbringlich weg)
Reduktion	30-50%	80-99%
Formate	ZIP, PNG, FLAC, GIF	JPEG, MP3, H.264/H.265

Faustregel:

• Medien für Endnutzer → Lossy oft akzeptabel
• Quellmaterial, Code, Archive → Lossless nötig

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Dateneinheiten

Einheit	Bytes	Potenz	Beispiel
Byte	1	10⁰	Farbwerte eines Pixels
Kilobyte (KB)	1.000	10³	Kleiner Programmcode
Megabyte (MB)	1 Million	10⁶	Textdokument
Gigabyte (GB)	1 Milliarde	10⁹	Kinofilm in FullHD
Terabyte (TB)	1 Billion	10¹²	~12h Video in 4K
Petabyte (PB)	1 Billiarde	10¹⁵	Netflix-Gesamtarchiv
Exabyte (EB)	1 Trillion	10¹⁸	Alle E-Mails weltweit/Tag
Zettabyte (ZB)	1 Trilliarde	10²¹	Internet-Traffic 2016

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Der digitale Wendepunkt

Jahr	Analog	Digital	Digital-Anteil
1986	2,6 EB	0,02 EB	1%
2002	—	—	50% (Wendepunkt)
2007	18 EB	277 EB	94%

Perspektive:

• 1986: "Petabyte" war ein theoretisches Konzept
• 2025: ~181 Zettabyte jährlich produziert

Magnetband lebt: LTO-Tapes bleiben günstigstes Archivmedium (AWS Glacier, Film-Archive, Rechenzentren)

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Analoge Medien

Distribution: physisch (Kauf, Verleih, Kopie)

• Text
  • Bücher, Zeitungen, Zeitschriften, Lochkarten
• Bild
  • Fotografie (Negativ, Dia, Polaroid), Mikrofilm
• Audio:
  • Schallplatte (Vinyl, Schellack), Tonband, Musikkassette
• Video:
  • Film (35mm, Super 8), VHS, Betamax

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Digitale Medien

Distribution: Datenträger (CD, USB), Download, Streaming, P2P

• Text
  • E-Book (PDF, EPUB), Dokumente (TXT, DOCX)
• Bild
  • Digitalfoto (JPEG, PNG, RAW, WebP, GIF)
• Audio
  • Audiodatei (MP3, FLAC, WAV, AAC, OGG)
• Video
  • Videodatei (MP4, MKV, AVI, WebM)

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Digitale Speichermedien

• Optische Speicher
  • CD, DVD, Blu-ray
• Magnetische Speicher
  • Festplatte (HDD), Magnetband (LTO)
• Flash-Speicher
  • SSD, USB-Stick, SD-Karte
• Cloud-Speicher
  • Dropbox, Google Drive, iCloud, AWS S3

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Rastergrafiken

Aufbau: Liste von Pixeln mit Farbwerten (2D-Array)

Speicherbedarf (unkomprimiert): Breite × Höhe × Farbtiefe (in Bytes)

Beispiele: JPEG, PNG, WebP

Bits (Farbtiefe)	Farben	Anwendung
1	2	Schwarz/Weiß (Fax)
8	256	Graustufen, GIF
24	16,7 Mio.	True Color (Standard)
32	16,7 Mio. + Alpha	Transparenz

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Vektorgrafiken

Speicherung als geometrische Primitive:

• Pfade (Bézierkurven mit Kontrollpunkten)
• Grundformen (Rechteck, Ellipse, Polygon)
• Text (Glyphen als Outlines)

SVG-Beispiel:

<circle cx="50" cy="50" r="40" fill="#ff0000"/>

SVG beschreibt WAS gezeichnet werden soll, nicht WIE jeder Pixel aussieht.

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Die Schwächen des Auges

Menschen sehen:

• Helligkeit besser als Farbe
• Große Flächen besser als feine Details
• Niedrige Frequenzen besser als hohe

JPEG nutzt das aus:

• Farbauflösung reduzieren (Helligkeit behalten)
• Glatte Flächen effizient speichern
• Hohe Frequenzen (feine Details) verwerfen

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JPEG Schritt 1: Farbraumkonversion

RGB → Y'CbCr

• Y = Helligkeit (Luminanz)
• Cb = Blau-Gelb-Anteil (Chrominanz)
• Cr = Rot-Grün-Anteil (Chrominanz)

Warum? Y (Helligkeit) behält volle Auflösung Cb/Cr (Farbe) kann reduziert werden

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JPEG Schritt 6: Huffman-Coding

Verlustfreie Kompression der Restwerte

Idee: Variable Bitlänge statt fester 8 Bit Häufige Werte → kurze Codes

Zeichen	Häufigkeit	Code
e	40%	0 (1 Bit)
a	25%	10 (2 Bit)
i	20%	110 (3 Bit)
o	10%	1110 (4 Bit)
u	5%	1111 (4 Bit)

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WebP & AVIF: Moderne Alternativen

WebP (Google, 2010):

• Lossy und Lossless
• Transparenz und Animationen
• 25–35% kleiner als JPEG

AVIF (2019):

• Basiert auf AV1-Video-Codec
• 50% kleiner als JPEG
• HDR-Unterstützung, patent-frei

Browser-Support 2025: WebP universell, AVIF wächst

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Container und Codec

Container = Dateiformat (z.B. MP4) Die "Box", die verschiedene Streams zusammenpackt:

• Video-Stream
• Audio-Stream(s)
• Untertitel
• Metadaten

Codec = Kompressionsalgorithmus (z.B. H.264) Bestimmt, WIE komprimiert wird

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H.264 / AVC

Advanced Video Coding (2003)

Warum dominant?

• Exzellente Kompression (~100:1 möglich)
• Hardware-Decoder in jedem Gerät seit ~2010
• YouTube, Netflix, Blu-ray – alles H.264

Features:

• Variable Block-Größen (16×16 bis 4×4)
• Deblocking-Filter (reduziert Artefakte)

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AV1: Die offene Zukunft

AV1 (2018)

Alliance for Open Media: Google, Netflix, Amazon, Microsoft, Apple, Mozilla...

Eigenschaften:

• 30% besser als H.265
• Royalty-free, Open Source
• 8K, HDR, hohe Frame-Rates

Stand 2025: YouTube, Netflix nutzen AV1 für 4K/8K Hardware-Encoder in aktuellen GPUs

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Wann HDD, wann SSD?

Anwendung	Empfehlung
Betriebssystem	SSD (NVMe)
Anwendungen, Spiele	SSD
Video-Editing (Projekte)	SSD
Foto-Archiv	HDD oder SSD
Backup	HDD
NAS / Server	HDD (oder Mix)
Cold Storage	HDD oder Band

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Die 3-2-1-Regel

3 Kopien eurer Daten (Original + 2 Backups)

2 verschiedene Medientypen (z.B. SSD + HDD, oder lokal + Cloud)

1 Kopie an anderem Ort (Offsite: Cloud, anderes Gebäude)