Digitale Medien: Komprimierung, Formate, Codecs und TV-Standards

Bildformate und Komprimierung

Verlustfreie Komprimierung (Lossless)

Methoden, die eine exakte Rekonstruktion der Originaldaten ermöglichen:

• Huffman-Kodierung: Erstellung einer Frequenztabelle.
• RLE (Run Length Encoding): Ersetzt wiederholte Werte durch einen Schlüssel mit numerischer Anzeige (z. B. 3 * 2).
• LZW (Lempel-Ziv-Welch): Ähnliche Sequenzen werden durch einen Code aus zwei Werten ersetzt, der angibt, wie viele Schritte zurückgegangen und wie viele Daten wiederholt werden (z. B. 101 # 32). Wird in GIF oder TIFF verwendet.

Verlustbehaftete Komprimierung (Lossy)

Methoden, die Daten reduzieren, indem sie Informationen entfernen, die das menschliche Auge oder Ohr kaum wahrnimmt:

• Fraktale Methode: Das Bild wird in Blöcke unterteilt, skaliert und gedreht, um das Bild auf verschiedenen Ebenen zu rekonstruieren.
• JPG (JPEG): Nutzt psycho-visuelle Redundanz, indem es Details eliminiert, die das menschliche Auge nicht wahrnimmt.

Medienformate

• Vektor-Medien: Grafiken basierend auf Kurven und Linien.
• TIFF: Hohe Qualität, speichert viele Informationen, was zu großen Dateien führt.
• RAW: Rohdatei ohne Komprimierung.
• PSD: Photoshop-Datei.
• JPG: Komprimierung von niedrigster bis höchster Qualität möglich.
• GIF: Ermöglicht Animationen durch aufeinanderfolgende Frames.
• PNG: Ähnlich wie GIF, unterstützt aber keine Animationsdateien.

Audio-Abtastung und Komprimierung

Abtastung (Sampling)

Es ist möglich, eine Wellenform exakt zu reproduzieren, wenn die Abtastrate mindestens das Doppelte der höchsten Frequenzkomponente beträgt (Nyquist-Theorem).

Formen der Komprimierung (Psychoakustik)

Die Komprimierung basiert auf der Ausnutzung der Grenzen des menschlichen Gehörs:

• Isophon-Kurven: Bei geringer Intensität sind Unterschiede in den Kurven ausgeprägt; bei hohen Intensitäten sind die Kurven abgeflacht.
• Zeitliche Maskierung: Wenn zwei Schallreize unterschiedlicher Intensität zeitlich sehr nah am Ohr eintreffen, kann der intensivere Ton den schwächeren maskieren, sodass dieser unhörbar wird.
• Simultane Maskierung: Wenn das Ohr gleichzeitig zwei oder mehr Tönen unterschiedlicher Frequenzen ausgesetzt ist, kann einer von ihnen den anderen maskieren, wodurch dieser ebenfalls unhörbar wird.

Audio-Medienformate

• MP3: Gute Komprimierung (bis zu 2-Kanal-Stereo).
• OGG: Unterstützt Polyphonie.
• MIDI: Musical Instrument Digital Interface (keine Audiodaten, sondern Steuerbefehle).
• WMA: Windows Media Audio (Windows Media Player).
• WAV: Waveform Audio File.

Audio-Qualität und -Verarbeitung

Typische Bitraten: 64 kb/s – 128 kb/s – 192 kb/s.

Audio-Effekte und Filter

• Flanger: Ein Kammfilter, der durch eine Reihe von Frequenzen gekennzeichnet ist, die durch die Verzögerungszeit bestimmt werden.
• Chorus: Wird verwendet, um das Signal zu „verdichten“ oder die Existenz mehrerer gleichzeitig spielender Instrumente zu simulieren.
• Distortion: Wandelt das Eingangssignal in ein Rechtecksignal um, was zu unangenehmen, kratzenden Ergebnissen führt.
• Exciter (Enhancer): Erzeugt Obertöne des Eingangssignals. Kann auch verwendet werden, um Subharmonische zu erzeugen, um die Bass-Tessitura zu verbessern oder mehr Körper zu erzeugen. Wird erfolgreich bei der Restaurierung von Tonaufnahmen (z. B. von Vinyl) eingesetzt.
• Transpositor: Ursprünglich wurden mechanische Umsetzungen verwendet, um die Abspielgeschwindigkeit eines Bandes im Verhältnis zur Aufnahmegeschwindigkeit zu ändern.

Filterung und Equalizer

Das am häufigsten verwendete Gerät zur Transformation der Klangfarbe ist der Equalizer. Ein Equalizer ermöglicht die Änderung des Eingangssignals, sodass bestimmte Frequenzkomponenten abgeschwächt oder verstärkt werden. Mit einem Equalizer können maximal drei Parameter verarbeitet werden:

1. Frequenz der Maßnahme oder Zentralfrequenz: Bestimmt die Region des Spektrums, in der gehandelt werden soll.
2. Bandbreite oder Q-Faktor: Bestimmt die Region um die Zentralfrequenz (je enger, desto präziser die Veränderung, aber möglicherweise weniger klar).
3. Pegelabsenkung/Verstärkung: Bestimmt die Größe in dB, um die Band, auf die reagiert wird, zu erhöhen oder zu reduzieren.

Arten von Equalizern

• Parametrisch: Ermöglicht die Manipulation aller drei oben genannten Parameter.
• Semiparametrisch: Der Q-Faktor ist vorgegeben, und es können nur die beiden anderen Parameter geändert werden (häufig in Mischpulten).
• Grafisch: Besteht aus einer festen Anzahl von Frequenzen (8, 15, 31) mit einem festen Q-Faktor. Es kann nur die Höhe der Dämpfung/Verstärkung angepasst werden. (Ein 31-Band-Equalizer mit einem Drittel Oktave Q wird in der Regel zur klanglichen Einstellung eines Raumes verwendet.)

Videokomprimierung und -verarbeitung

Video-Grundlagen

Video bezieht sich auf die Erfassung, Verarbeitung, Übertragung und elektronische Rekonstruktion einer Folge von Tönen und Bildern, die Szenen in Bewegung darstellen. Etymologisch stammt das Wort Video vom lateinischen Verb videre ab, was „ich sehe“ bedeutet. Digitale Videosysteme werden über den Computer abgewickelt. Die Informationen werden als eine Reihe von etablierten Werten verarbeitet, die der Computer als Nullen und Einsen (BIT) versteht.

Unterschiede zwischen digitalem und analogem Video

• Bildqualität: Im digitalen System ist die Bildqualität völlig unabhängig von der Übertragung und wird nur während des Scan-Prozesses beeinflusst. Im analogen System hängt die Qualität von Kassetten, Playern usw. ab.
• Bearbeitung: Das digitale System ermöglicht nicht-lineares Editing, wodurch Bilder und Ton wesentlich schneller und ohne feste Reihenfolge bearbeitet werden können. Das analoge System folgt einem linearen Ansatz, da es von einem Magnetband abhängt und die Reihenfolge der Aufnahme beibehalten muss.
• Farben: Die Farbwiedergabe im analogen Video ist in Kontrast und Helligkeit begrenzt. Digitales Video nutzt drei Grundfarben, wodurch die Farben des Bildes genauer definiert werden.
• Kopien: Im digitalen Videosystem entstehen bei der Anfertigung von Kopien keine Qualitätsverluste, während die Qualität im analogen System von der Anzahl der Kopien und Aufnahmen sowie anderen externen Komponenten abhängt.

Verwendungszwecke von Videodateien

Speicherung, Streaming, Wiedergabe.

Komprimierungsmethoden

• Intra-Frame- oder räumliche Komprimierung: Jeder Frame wird separat komprimiert. Die Intra-Frame-Bilder sind vollständig. Diese Methode bietet eine höhere Qualität, benötigt aber mehr Speicherplatz (z. B. AVI).
• Inter-Frame-Komprimierung: Eine Methode, die Ähnlichkeiten zwischen aufeinanderfolgenden Bildern nutzt. Diese Methode führt zu einer geringeren Qualität, aber höherer Komprimierung.

Videoformate

• MPG, MPEG: Moving Picture Experts Group.
• AVI und AVI2: Audio Video Interleave.
• Microsoft Windows Media Video: Erweiterungen sind .asf und .wmv.
• Real Video: RM, RMVB (RM Kompressionsformat, bei dem die Bitrate pro Sekunde und die Zuweisung zu Audio/Video festgelegt werden kann).
• Apple QuickTime: Dateien mit der Endung .mov.
• DV: Digital Video, verwendet in Digitalkameras.

Codec

Ein Codec ist eine Reihe von algorithmischen Aufgaben, die erforderlich sind, um eine Datei zu komprimieren (Codierung) und die Audio- und Videodaten zu dekomprimieren oder zu entschlüsseln.

• Für AVI, MPEG und DVD: DivX oder XviD.
• Für MPG: VCD, CVCD.

TV-Standards

Analoge Standards

NTSC (National Television Systems Committee)

Ein Kodierungsstandard für die analoge Farbfernsehübertragung (hauptsächlich Nordamerika).

PAL (Phase Alternating Line)

Der Name des Kodierungssystems, das bei der Übertragung analoger Fernsehsignale in den meisten Teilen der Welt verwendet wird.

SECAM (Séquentiel couleur à mémoire)

Verwendet die gleiche Auflösung wie PAL (625 Zeilen), überträgt die Farbinformationen jedoch nacheinander in einer roten, gelben und blauen Linie und in der nächsten gelben Linie.

Digitale Standards

ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) (Japan)

Der Standard für digitales Fernsehen und digitalen Rundfunk, der in Japan entwickelt wurde, um Radio- und Fernsehsender zu digitalisieren. ISDB-Daten werden verteilt über: ISDB-T (terrestrisches Digitalfernsehen), ISDB-S (digitales Satellitenfernsehen), ISDB-C (digitales Kabelfernsehen) und das 2,6-GHz-Band für die drahtlose Übertragung.

DVB (Digital Video Broadcasting) (Europa)

Eine Organisation, die international anerkannte Standards für digitales Fernsehen, einschließlich HDTV, Satelliten-TV und Datenkommunikation über Satellit (DVB-S, DVB-C, DVB-T, DVB-H) fördert.

ATSC (Advanced Television System Committee) (Amerika)

Eine Gruppe, die für die Entwicklung von Standards für digitales Fernsehen in den Vereinigten Staaten zuständig ist. Der Standard bietet eine sechsmal höhere Auflösung als frühere Standards und ermöglicht die Ausstrahlung von bis zu sechs virtuellen Standardauflösungs-TV-Kanälen über einen einzigen 6-MHz-Bandbreiten-Fernsehkanal.

Interaktive und Kollaborative Tools

Zweck und Beispiele

Kollaborative Tools unterstützen den absichtlichen Prozess einer Gruppe, bestimmte Ziele zu erreichen, indem sie die Arbeit erleichtern. Zu den wichtigsten kollaborativen Werkzeugen gehören Foren und Mailinglisten, die als weitere Form der Zusammenarbeit zum Austausch von Erfahrungen und Ressourcen genutzt werden können. Besonders beliebt sind Blogs und Wikis, Plone, Weblogs, MediaWiki, Drupal, Moodle, SharePoint und E-Learning-Portale.

Ein Protokoll ist nicht kollaborativ, wenn es einen langen Monolog an eine spezialisierte Adresse darstellt, keine Kommentare zulässt oder keine Interaktion mit anderen Lehrern und Studenten ermöglicht – kurz gesagt, wenn es keine schulischen Leistungen gibt.

Voraussetzungen für die Zusammenarbeit

• Technische Ressourcen: Ausreichend zugängliche Computer in der Einrichtung und zu Hause (die Fortsetzung der Ausbildung zu Hause ist ein Schlüssel).
• Menschliche Qualität: Engagement und Beteiligung durch Zusammenarbeit.
• Regularien: Klar und deutlich definierte Vorschriften.
• Geduld: Erfordert technische Ausbildung und menschliches Lernen.

Klassifizierung Kollaborativer Software

Kollaborative Software kann in drei Kategorien eingeteilt werden:

Kommunikations-Tools (Asynchrone Zusammenarbeit)

Dienen zum Senden von Nachrichten, Dateien, Daten oder Dokumenten zwischen Personen und zum Austausch von Informationen (z. B. E-Mail, Voice Mail, Web-Publishing).

Conferencing-Tools (Synchrone Zusammenarbeit)

Erleichtern den interaktiven Austausch von Informationen (z. B. Data-Conferencing, Voice-Conferencing, Video-Konferenzen, Chat-Räume).

Kollaborative Management-Tools

Erleichtern die Gruppenverwaltung (z. B. Elektronische Kalender, Projekt-Management-Systeme, Kontrollsysteme, Geschäftspostströme, Wissensmanagement-Systeme).