--- marp: true theme: gaia paginate: true backgroundColor: #fff header: "Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege (223015b)" footer: "Michael Czechowski – HdM Stuttgart – SoSe 2026" title: Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege --- ![bg cover opacity:0.2](./assets/radek-grzybowski-eBRTYyjwpRY-unsplash.jpg) # Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege **223015b** · Modul "Technik 1" · 1. Semester Digital- und Medienwirtschaft Hochschule der Medien Stuttgart **Sommersemester 2026** [https://librete.ch/hdm/223015b/](https://librete.ch/hdm/223015b/) --- # Hex begegnet euch überall | Kontext | Beispiel | |---------|----------| | CSS-Farben | `#FF5733` | | MAC-Adressen | `00:1A:2B:3C:4D:5E` | | Speicheradressen | `0xA04F20` | | Windows-Fehlercodes | `0x80070005` | | Unicode-Codepoints | `U+00E4` (ä) | | Datei-Signaturen | `89 50 4E 47` (PNG) | --- # Beispiel: Byte zählen **Text:** `"Hello·🌸·こんにちは·(Kon-ni-chi-wa)"` | Zeichen | Byte | |---------|-------| | `Hello·` | 6 × 1 = **6 Byte** (ASCII) | | `🌸` | **4 Byte** (Emoji) | | `·` | **1 Byte** | | `こんにちは` | 5 × 3 = **15 Byte** (Hiragana) | | `·(Kon-ni-chi-wa)` | **16 Byte** (ASCII) | **Gesamt: 42 Byte für 29 sichtbare Zeichen.** --- # Magic Numbers — die Visitenkarte der Datei **Datei-Typ erkennt man an den ersten Byte:** | Format | Magic Number (Hex) | Lesbar? | |--------|-------------------|---------| | PNG | `89 50 4E 47` | (89 außerhalb ASCII) P N G | | JPEG | `FF D8 FF` | — | | PDF | `25 50 44 46` | % P D F | | ZIP | `50 4B 03 04` | P K — — | **Achtung:** Werte > 127 sind nicht ASCII-druckbar. *Hex-Editoren zeigen `.` als Platzhalter.* --- # KB vs KiB — warum „1 TB" als 931 GB angezeigt wird ![bg right:48% contain](./assets/demos/kb-vs-kib.png) **Auf der Verpackung:** 1 TB = 10¹² Byte (dezimal). **Im Finder:** 931 GB = eigentlich 931 GiB (binär, 1024³). Es fehlt nichts — beide Seiten zählen nur in **verschiedenen Sprachen.** --- # Dateneinheiten — Größenordnungen | Einheit | Bytes (dezimal) | Beispiel | |---------|------:|----------| | **Byte** | 1 | Farbwert eines Pixels | | **Kilobyte (KB)** | 1.000 | kleiner Programmcode | | **Megabyte (MB)** | 1 Million | Textdokument | | **Gigabyte (GB)** | 1 Milliarde | Kinofilm in FullHD | | **Terabyte (TB)** | 1 Billion | ~12h Video in 4K | | **Petabyte (PB)** | 1 Billiarde | Netflix-Gesamtarchiv | | **Exabyte (EB)** | 1 Trillion | Alle E-Mails weltweit/Tag | | **Zettabyte (ZB)** | 1 Trilliarde | globale Datenmenge ~heute | --- # Datenrate = Sample Rate × Bittiefe × Kanäle **Formel:** ``` Datenrate (bit/s) = Sample Rate (Hz) × Bittiefe (bit) × Kanäle ``` **Was bestimmt jeder Faktor?** - **Sample Rate:** Bandbreite (Höhe der erfassbaren Töne) - **Bittiefe:** Dynamik (Stufenfeinheit) - **Kanäle:** Stereo, Mono, Surround Daraus ergibt sich, wie groß eine Audiodatei pro Sekunde wird — *unkomprimiert*. --- # CD-Audio: die Rechnung **Audio-CD (Philips/Sony 1982):** ``` 44.100 Hz × 16 bit × 2 Kanäle = 1.411.200 bit/s = 1,4 Mbit/s ``` Pro Sekunde: ~172 KB. Pro Minute: ~10,3 MB. Pro Album (60 Min): ~635 MB. *Eine ganze 90er-Festplatte für ein Album.* --- # Nyquist-Theorem — warum 2× reicht ![bg right:50% contain](./assets/demos/nyquist-diagram.png) **Sample-Rate muss mindestens das *Doppelte* der höchsten Signal-Frequenz sein:** ``` f_sample ≥ 2 · f_max ``` Drei Fälle: - **zu wenig** → Aliasing (falsche tiefere Welle) - **genau** → mathematisches Minimum - **mehr** → sichere Rekonstruktion --- # Vergleich: Lossless vs. Lossy | Eigenschaft | Verlustfrei (Lossless) | Verlustbehaftet (Lossy) | |-------------|------------------------|--------------------------| | Was passiert? | Redundanz raus | Irrelevanz raus | | Umkehrbar? | Ja, bit-genau | Nein, nie wieder | | Trick | Wiederholungen kürzer kodieren | Wahrnehmung modellieren | | Typischer Faktor | 2× – 5× | 10× – 100× | | Anwendung | Archiv, Werkzeug, Code | Stream, Anzeige, Konsum | | Beispiele | ZIP · PNG · FLAC · RAW | MP3 · JPEG · H.264 · WebP | --- # Raster vs. Vektor | | Raster | Vektor | |--|--------|--------| | Was | Gitter aus Pixel-Werten | Mathematische Anweisungen | | Speicher | wächst mit Auflösung | wächst mit Komplexität | | Skalierung | pixelig beim Zoom | scharf bei jeder Größe | | Geeignet für | Fotos, Screenshots | Logos, Icons, Schrift | | Formate | PNG · JPEG · GIF · WebP | SVG · PDF · Schriftarten | --- # Memo: Die 6 JPEG-Schritte | # | Schritt | Lossless / Lossy | |---|---------|------------------| | 1 | RGB → Y'CbCr (Farbraum) | Lossless | | 2 | Chroma-Subsampling 4:2:0 | **Lossy** | | 3 | 8×8 Blöcke | Lossless | | 4 | DCT (Frequenz-Zerlegung) | Lossless | | 5 | Quantisierung | **Lossy** (Haupt-Reduktion) | | 6 | Huffman + Zigzag + RLE | Lossless | Nur **2** der 6 Schritte verlieren Information. --- # Wann welches Bildformat? | Anwendung | Format | Warum | |-----------|--------|-------| | Foto im Web (Insta, News) | **JPEG** oder **WebP** | klein, Foto-optimiert | | Foto-Archiv (RAW) | **RAW**, **TIFF**, **DNG** | nichts verlieren | | Logo, Icon (skalierbar) | **SVG** | wird neu berechnet | | Logo als Raster | **PNG** | Transparenz + scharfe Kanten | | Screenshot mit Text | **PNG** | scharfe Buchstaben | | Animiertes Sticker | **GIF** oder **WebP** | beide animierbar | | Foto in höchster Modern-Qualität | **AVIF** oder **WebP** | bessere Kompression als JPEG | --- # Audio-Format-Wahl | Anwendung | Format | Warum | |-----------|--------|-------| | Spotify-Stream | **AAC** oder **MP3 192+** | Kompression, breite Unterstützung | | Studio-Master | **WAV** oder **FLAC** | Bit-genau erhalten | | Sprachnachricht | **Opus** oder **AAC-LD** | für Sprache optimiert, niedrige Bitrate | | Podcast-Distribution | **MP3 128 kbit/s** | universelle Unterstützung | | HiFi-Audiophile | **FLAC** | lossless, kleiner als WAV | | Archiv eigener Aufnahmen | **FLAC** oder **WAV** | nichts verlieren | --- # Container ≠ Codec ![bg right:40% contain](./assets/container-codec-diagram.png) **Container** = die *Verpackung*: hält Video-Spur, Audio-Spur, Untertitel, Metadaten zusammen. *Beispiele:* MP4, MKV, WebM, AVI **Codec** = der *Komprimierer*: wie wird Bild/Audio gespeichert? *Beispiele:* H.264, H.265, AV1, VP9 (Video) · AAC, MP3, Opus (Audio) **Eine `.mp4`-Datei kann verschiedene Codecs enthalten.** --- # I, P, B — Frame-Typen | Typ | Vollname | Was drin | Größe | |-----|----------|----------|-------| | **I** | Intra-coded | Komplettes Bild (wie JPEG) | groß | | **P** | Predicted | „Was hat sich seit voriges I/P geändert" | mittel | | **B** | Bidirectional | „Was zwischen vorigem und nächstem I/P" | klein | Typische GOP: `I B B P B B P B B P B B I ...` (alle 1–3 Sekunden ein I-Frame). --- # Patent vs. Open — warum AV1? | Codec | Effizienz | Patent | Adoption (2026) | |-------|-----------|--------|-----------------| | H.264 | Baseline | Lizenz (MPEG-LA) | ~80 % aller Videos | | H.265 | +50 % | 3 Patent-Pools, chaotisch | nur Apple | | VP9 | ~H.265 | lizenzfrei (Google) | YouTube 4K | | **AV1** | **+30 % über H.265** | **lizenzfrei (Allianz)** | **YouTube, Netflix, Twitch** | **Die Lektion:** technisch beste Lösung gewinnt nicht. *Lizenz-klare* beste Lösung gewinnt. --- # HDD vs. SSD ![bg right:40% contain](./assets/hdd-ssd-comparison.png) | | HDD | SSD | |--|-----|-----| | Technik | Mechanik | Flash | | Geschwindigkeit | 50–250 MB/s | 500–14.000 MB/s | | Latenz | ~10 ms | ~0,1 ms | | Preis/TB (2026) | ~20 € | ~70 € | | Lebensdauer | ~5–10 Jahre | ~5–10 Jahre | | Geräusch | hörbar | lautlos | | Stoß-empfindlich | ja | nein | --- # Wann nehme ich was? | Anwendung | Empfehlung | Begründung | |-----------|------------|------------| | Betriebssystem auf dem Laptop | **NVMe-SSD** | Geschwindigkeit, Boot | | Eigene Foto-Library (10 TB+) | **HDD** | Kapazität, Preis | | Server für Logfiles | **HDD oder SSD** | je nach Schreib-Last | | Externes Backup-Archiv | **HDD** | billig, ok wenn langsam | | Mobile Workstation (Reise) | **SSD** | Stoß, Geräusch | | Edit-Drive für 4K-Schnitt | **NVMe-SSD** | Throughput für Video | | Langzeitarchiv 10+ Jahre | **LTO-Band + M-DISC** | Langlebigkeit | --- # Filesystem-Landschaft | Filesystem | Wo verbreitet | Max. Dateigröße | Besonderheit | |-----------|---------------|----------------:|--------------| | **FAT32** | USB-Sticks, SD-Karten alt | **4 GB** | universell, alt | | **exFAT** | USB-Sticks modern | 16 EB | wie FAT, ohne 4-GB-Limit | | **NTFS** | Windows | 16 EB | Standard seit Win 2000 | | **APFS** | macOS seit 2017 | 8 EB | snapshots, schnell | | **ext4** | Linux | 16 TB | klassisch, robust | | **ZFS** | Server, FreeBSD | 16 EB | checksum, snapshots | **FAT32 4-GB-Grenze** ist der häufigste Alltags-Knack: USB-Stick noch nie umformatiert → kein 4K-Video drauf. --- # Die 3-2-1-Backup-Regel **3** Kopien deiner Daten **2** verschiedene **Medien** (z.B. SSD + HDD) **1** Kopie **off-site** (außerhalb deines Wohnorts) Beispiel: ``` Original → Foto-Library auf der MacBook-SSD Kopie 1 → Time Machine auf externer HDD (zuhause) Kopie 2 → Backblaze in der Cloud (off-site) ``` --- # Schnittstellen-Wahl-Matrix | Aufgabe | Beste Schnittstelle | Warum | |---------|---------------------|-------| | 4K-Monitor anschließen | **HDMI 2.0+** oder **DP 1.4+** | Bandbreite | | Online-Gaming | **Ethernet** | niedrige Latenz | | eGPU am Laptop | **Thunderbolt 3/4** | PCIe-Tunnel | | SD-Karte einlesen | **USB-A 3.0** oder **USB-C** | Kompatibilität | | Smartphone laden | **USB-C-PD** | Standard | | Heim-Streaming | **WiFi** oder **Ethernet** | reicht beides | | 4K-Stream mehrere Geräte | **Ethernet** | Stabilität | --- # REST: GET · POST · PUT · DELETE | Methode | Was tut sie | URL-Beispiel | |---------|-------------|--------------| | **GET** | lesen | `GET /users/42` (User mit ID 42 abfragen) | | **POST** | neu erstellen | `POST /users` mit Daten als Body | | **PUT** | überschreiben | `PUT /users/42` mit kompletten neuen Daten | | **PATCH** | teilweise ändern | `PATCH /users/42` mit Änderungen | | **DELETE** | löschen | `DELETE /users/42` | CRUD = **C**reate · **R**ead · **U**pdate · **D**elete. --- # Der John-McAfee-GPS-Fall **Dezember 2012.** John McAfee (Antivirus-Erfinder) flieht aus Belize, wo er als Mordverdächtiger gesucht wird. **Vice Magazine** veröffentlicht ein Interview mit einem Foto: McAfee im T-Shirt, scheinbar in einer geheimen Location. **EXIF-Koordinaten im Foto:** `15.6541° N, 88.9939° W` → **Hotel Nana Lodge, Guatemala.** Bekannt. McAfee wird 36 Stunden später festgenommen. --- # Der Tony-Blair-Fall (PDF-Metadaten) **Februar 2003.** Britische Regierung veröffentlicht PDF-Dokument zur Begründung des Irakkriegs. Ein britischer Akademiker findet im **PDF-Revisionsverlauf**: das Dokument wurde aus einer studentischen Doktorarbeit von 1991 kopiert. **Plagiats-Skandal.** Plus Hinweise auf welche Mitarbeiter:innen welche Sätze überarbeitet hatten. → **PDF-Metadaten** verraten oft mehr als der Inhalt. --- # Vendor-Lockin als Risiko **Szenario:** Du arbeitest 5 Jahre lang mit Adobe InDesign. Dann steigt der Abo-Preis um 200 % oder Adobe ändert das Format. **Konsequenz:** - Bestehende INDD-Dateien öffnen sich noch — aber nur in Adobe-Produkten - Migration zu Affinity Publisher / Scribus: Daten müssen konvertiert werden, manche Details gehen verloren - Bei einigen Formaten gibt es keine Konverter — Vendor entscheidet komplett **Schutz:** Wichtige Daten in **offenen Formaten** parallel speichern.