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true	gaia	true		Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege (223015b)	Michael Czechowski – HdM Stuttgart – SoSe 2026	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

https://librete.ch/hdm/223015b/

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Kapitel 1

Datenfundamentale + Vom Signal zum Byte

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Was steckt eigentlich in einer Datei?

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WTF!?

89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A
00 00 00 0D 49 48 44 52
00 00 01 90 00 00 01 2C

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Eine Datei ist ein Byte-Strom

Vorne nach hinten. Ein Byte nach dem anderen.

Egal welches Format — die Datei beginnt mit Byte 1 und endet irgendwann.

Jedes Byte ist eine Zahl zwischen 0 und 255. Mehr ist da nicht.

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01010000 oder 50 — was liest sich leichter?

Binär: 01010000 01001110 01000111

Hex: 50 4E 47

Drei Byte. Dasselbe Inhalt. Hex ist nur handlicher.

Wo trifft man Hex im Alltag? Beim CSS-Farbcode: #FF5733 — das sind 3 Byte (Rot, Grün, Blau).

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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)

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Was bedeutet die Zahl 80?

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ASCII reicht für Englisch.

Aber was ist mit ä, é, 中, 🌸?

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Unicode: ein Standard für alle

Unicode (1991): jedes Schriftsystem der Welt. > 150.000 Zeichen. Latein, Kyrillisch, Arabisch, Chinesisch, Japanisch, mathematische Symbole, Emoji.

UTF-8 speichert Unicode mit variabler Länge:

• Zeichen 0–127: 1 Byte (identisch mit ASCII — Abwärtskompatibilität!)
• Westeuropäische Umlaute: 2 Byte
• Chinesisch/Japanisch: 3 Byte
• Emoji: 4 Byte

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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.

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Woher weiß der Computer, was das ist?

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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.

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Selbstlernen — HEX Files identifizieren

1. Fünf Dateien ohne Dateiendung: hex1 · hex2 · hex3 · hex4 · hex5
2. Lies erste 16 Byte aus und identifiziere Dateiformat (Magic Number)
3. Optional: Datei umbenennen und korrekte Dateiendung anhängen (z.B. .jpg)

Tools: hexed.it · Wikipedia-Magic-Number-Liste

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KB vs KiB — warum „1 TB" als 931 GB angezeigt wird

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.

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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

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Analog vs. Digital — am Beispiel Schall

Eine Stimme ist eine Druckwelle. Kontinuierlich — keine Stufen, keine Sprünge.

Eine Audiodatei ist eine Folge von Zahlen — diskret, in Stufen.

Wie übersetzen wir die Welle in Zahlen?

Zwei Schritte: Sampling (wie oft) + Quantisierung (wie genau).

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Sampling — wie oft messen wir?

Abtastrate (Sample Rate) = wie viele Messungen pro Sekunde.

Sample Rate	Anwendung
8 kHz	Telefon
22 kHz	alte Spiele-Sounds
44,1 kHz	CD-Qualität
48 kHz	Video-Standard
96 kHz	Studio

Je höher die Sample Rate, desto näher kommt die Datei an die kontinuierliche Welle.

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Quantisierung — wie genau messen wir?

Bittiefe (Bit Depth) = wie fein wir jede Messung auflösen.

Bittiefe	Stufen	Dynamikumfang
8 Bit	256	~48 dB
16 Bit (CD)	65.536	~96 dB
24 Bit (Studio)	16,8 Mio.	~144 dB

Je mehr Bit, desto kleiner der Quantisierungsfehler (Differenz zur Original-Druckwelle).

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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.

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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.

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Nyquist-Theorem — warum 2× reicht

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

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Warum gerade 44,1 kHz?

Menschliches Ohr hört bis ca. 20 kHz. 2 × 20 kHz = 40 kHz minimum für Nyquist.

Plus 4,1 kHz Sicherheitsmarge (Tiefpassfilter sind nicht perfekt).

Plus historische PAL/NTSC-Kompatibilität: 44.100 Hz war exakt durch PAL- und NTSC-Video-Frame-Raten teilbar → CD-Master ließen sich auf den Video-Recordern jener Zeit produzieren.

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Selbstlernen — Spotify-Bitrate vergleichen

Auf eurem Handy:

1. Spotify öffnen, Lieblings-Track laden
2. Audio-Qualität-Einstellung wechseln zwischen niedrig (24 kbit/s) und sehr hoch (320 kbit/s)
3. Mit Kopfhörer auf Höhen achten (Becken, Zischlaute, „s"-Töne in Stimme)

Was fällt auf? Welche Frequenzen verschwinden zuerst?

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Selbstlernen — Audacity Sample-Rate-Vergleich

1. Audacity installieren (kostenlos, audacityteam.org)
2. Eigene Stimme aufnehmen (5 s, irgendwas reinsprechen)
3. Datei → Exportieren als WAV bei 8 kHz, 22 kHz, 44,1 kHz
4. Vergleichen: Größe der Datei + Klangqualität

Beobachtung: Größe wächst linear mit Sample Rate. Qualität auch.

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