libretech
a5ece1c82b
bogen-treu nach docs/223015b/01-datenfundamentale-bogen.md: - strang 1 (datei → bedeutung): bit/byte/hex notation, ASCII/UTF-8 encoding, magic numbers, KB vs KiB - pivot 'aber wie kommen die bytes da rein?' mit demo - strang 2 (welt → byte): sampling, quantisierung, datenrate-formel, CD-rechnung, nyquist, 44,1 kHz herleitung, aliasing in audio+bild - summary-organizer als zusammenfassung der beiden strangs eröffner-strategie: drei-dateien-demo zeigt 'foto/sprachnachricht/PDF außen verschieden, innen dieselbe sprache (byte)' direkt nach der lead-folie klausur-marker (fragmentiert wie konvention): hex-im-alltag, byte-zählen-rechnung, magic-numbers, KB-vs-KiB, dateneinheiten, datenrate-formel, CD-rechnung, nyquist — total 8 klausur-folien im fluss verteilt reuse-demos (alle bereits vorhanden): byte-fuer-byte, why-8-bit, byte-nibble-hex, hex-dec-table, byte-flow, three-views, ascii-table-colored, hex-code, 8bit-P-character, matrix-code, druckwelle, samplerate.webp, quantized-image-8-colors streichungen (siehe bogen-streichungsliste): - datenwachstum/zettabyte (gehört kap 0) - bandbreite-mathematik-folien (gehört kap 4) - upload flaschenhals (gehört kap 4) - kompressionsraten-tabelle + album-MB + artemis (gehört kap 2) - verlustfrei/verlustbehaftete kompression (gehört kap 2) - shannon-entropy-vertiefung (klausurirrelevant) - bit/byte mbit/s verwechslung (gehört kap 4) - AI-content-2025 (zukunfts-thema, per D2 raus) - bilder pixel-berechnungen (gehört kap 3) - analoge/digitale medien folien + napster/MP3 historie (gehört kap 2) speaker-notes durchgehend ausformuliert (lecturer-voice, kein bullet-vorlesen), folientext minimiert, prosa als HTML-comment für vortrag
27 KiB
marp, theme, paginate, backgroundColor, header, footer, title
| marp | theme | paginate | backgroundColor | header | footer | title |
|---|---|---|---|---|---|---|
| true | gaia | true | Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege (223015b) | Michael Czechowski – HdM Stuttgart – SoSe 2026 | Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege |
Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege
223015b · Modul "Technik 1" · 1. Semester Digital- und Medienwirtschaft Hochschule der Medien Stuttgart
https://librete.ch/hdm/223015b/
Kapitel 1
Datenfundamentale + Vom Signal zum Byte
Was steckt eigentlich in einer Datei?
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
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.
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).
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) |
Was bedeutet die Zahl 80?
ASCII reicht für Englisch.
Aber was ist mit ä, é, 中, 🌸?
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
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.
Woher weiß der Computer, was das ist?
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 |
— |
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.
Selbstlernen — HEX Files identifizieren
- Fünf Dateien ohne Dateiendung:
hex1·hex2·hex3·hex4·hex5 - Lies erste 16 Byte aus und identifiziere Dateiformat (Magic Number)
- Optional: Datei umbenennen und korrekte Dateiendung anhängen (z.B.
.jpg)
Tools: hexed.it · Wikipedia-Magic-Number-Liste
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.
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 |
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).
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.
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).
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
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
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.
Selbstlernen — Spotify-Bitrate vergleichen
Auf eurem Handy:
- Spotify öffnen, Lieblings-Track laden
- Audio-Qualität-Einstellung wechseln zwischen niedrig (24 kbit/s) und sehr hoch (320 kbit/s)
- Mit Kopfhörer auf Höhen achten (Becken, Zischlaute, „s"-Töne in Stimme)
Was fällt auf? Welche Frequenzen verschwinden zuerst?
Selbstlernen — Audacity Sample-Rate-Vergleich
- Audacity installieren (kostenlos, audacityteam.org)
- Eigene Stimme aufnehmen (5 s, irgendwas reinsprechen)
- Datei → Exportieren als WAV bei 8 kHz, 22 kHz, 44,1 kHz
- Vergleichen: Größe der Datei + Klangqualität
Beobachtung: Größe wächst linear mit Sample Rate. Qualität auch.
