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uni/slides/223015b/02-bild-audio-video.md
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libretech 084fb26977 223015b phase 4: kap2 slide-MD (filename misleading: 02-bild-audio-video.md hält jetzt kapitel 'Kompression', wird in cleanup-commit umbenannt zu 02-kompression.md)
22 slides nach docs/223015b/02-kompression-bogen.md:
1-4 hook: kapitel-lead, 'daten sind unhandlich', foto-größenschock-tabelle, kap02-eroeffner (FLAC vs MP3 wellenform) als advance organizer
5-9 lossless: prinzip 'redundanz raus', RLE-beispiel manuell (AAAAA → 5A 3B 8C 6A), formate ZIP/PNG/FLAC/RAW, LV-tasche-analogie reuse
10-15 lossy: prinzip 'irrelevanz raus', was nimmt mensch nicht wahr, psychoakustik-grafik demo (maskierung), psychovisualität-grafik demo (4:4:4 vs 4:2:0), formate MP3/JPEG/H.264/WebP
16-22: KLAUSUR vergleichstabelle lossless/lossy, JPEG-qualität-vergleich (felis-katze reuse), kompressionsraten-tabelle praxis, entscheidungsmatrix, ZIP-selbstlernen, warum-zip-auf-jpeg-nicht-mehr-komprimiert, summary-kap02 demo

reuse-demos: kap02-eroeffner, psychoakustik-grafik, psychovisualität-grafik, summary-kap02 (alle bereits committed)
reuse-assets: lv-original-vs-fake.jpg, Felis_silvestris_silvestris_small_gradual_decrease_of_quality.jpg

streichungen (gegen alten 02-bild-audio-video.md, der NEU-kap3-inhalt enthielt — content in git history für späteren kap3-write retrievable):
- gesamter alter content zu format-details (JPEG-DCT, MP3-pipeline-details, H.264-frames, AV1) → gehört in NEU kap3 (inhalte bild/audio/video pipelines)

klausur-marker (1 stück): vergleichstabelle lossless vs lossy (folie 16)

build geht durch, 22 slide-separatoren
2026-05-14 11:49:53 +02:00

20 KiB
Raw Blame History

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 Kompression
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Kapitel 2

Kompression — Prinzipien und Pipelines


Daten sind unhandlich


Foto-Größenschock

Variante Größe Sichtbarer Unterschied?
Original aus der iPhone-Kamera (HEIC) 3,2 MB —
Foto via WhatsApp geteilt 230 KB kaum
Instagram-Story (komprimiert) 80 KB minimal
WhatsApp-Profilbild (klein) 12 KB sichtbar

Faktor: bis zu 270×. Wo geht die Information hin?


bg fit


Erster Weg: Verlustfrei (Lossless)


Prinzip: Redundanz raus

Der Datenstrom enthält oft Wiederholungen — gleiche Pixel, gleiche Buchstaben, gleiche Frequenz-Häppchen.

Lossless-Kompression erkennt diese Redundanz und schreibt sie als Verweis kürzer.

Umkehrbar: beim Dekomprimieren wird die exakte Original-Datei wiederhergestellt.


RLE — Run-Length-Encoding

Eine Bilderzeile in Schwarz/Weiß:

Original:    AAAAA BBB CCCCCCCC AAAAAA
             (5×A, 3×B, 8×C, 6×A)

Kodiert:     5A 3B 8C 6A

22 Zeichen → 8 Zeichen. Faktor: 2,75×.

Verlustfrei, weil ich aus 5A 3B 8C 6A exakt AAAAABBBCCCCCCCCAAAAAA zurückbekomme.


Wo wird Lossless verwendet?

Anwendung Format Warum verlustfrei?
Code-Repository, Backup ZIP, gzip, tar.gz Jedes Bit muss exakt zurück.
Foto-Archiv (RAW) PNG, TIFF, RAW Nachbearbeitung soll alle Detail haben.
Studio-Master-Track FLAC, WAV Für Mastering muss Originalqualität da sein.
Logo-Grafiken PNG, SVG Scharfe Kanten brauchen Pixelgenauigkeit.

Faustregel: Werkzeug → Lossless.


bg right:40% contain

Original vs. Fälschung

Eine echte Louis-Vuitton-Tasche und ein perfekter Fake — auf einem Foto unterscheidbar?

Eine lossless-komprimierte Datei vs. das Original — bit-genau identisch.

Bei Lossless gibt es keine Fälschung. Die Kopie ist mathematisch das Original.


Zweiter Weg: Verlustbehaftet (Lossy)


Prinzip: Irrelevanz raus

Was der Mensch nicht wahrnehmen kann, muss man nicht speichern.

Lossy-Kompression wirft genau diese Information weg.

Nicht umkehrbar. Was weg ist, kommt nie zurück. Aus einem MP3 wird nie wieder ein FLAC.


Was nimmt der Mensch nicht wahr?

Ohr (Audio):

  • Töne unter ~20 Hz oder über ~20 kHz
  • Leise Töne in der Nähe lauter Töne (Maskierung)
  • Räumlich-zeitliche Maskierung (z.B. ~200 ms nach lautem Knall)

Auge (Bild):

  • Feine Farb-Detail (Chrominanz) abseits scharfer Helligkeitskanten
  • Kleinste Helligkeits-Differenzen (~1 Stufe in 256 ist unsichtbar)
  • Sehr feine Strukturen jenseits der Sehauflösung

Lossy-Algorithmen modellieren diese Wahrnehmungs-Grenzen — und werfen alles davor weg.


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Wo wird Lossy verwendet?

Anwendung Format Reduktion
Musikstream (Spotify) MP3, AAC, OGG 10×
Foto im Netz (Instagram) JPEG, WebP 10–30×
Video (YouTube, Netflix) H.264, H.265, AV1 100–200×
Sprachanruf (WhatsApp Call) OPUS, AMR 50×

Faustregel: Konsum → Lossy.


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

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Kompressionsraten in der Praxis

Inhalt Roh Komprimiert Faktor
Foto (12 MP) 36 MB RAW 3,5 MB JPEG ~10×
Audio (30 s Stereo) 5,3 MB WAV 480 KB MP3 ~11×
Video (1 Min 4K) 24 GB roh 200 MB H.264 ~120×
Code-Repo (Java) 15 MB Quellcode 1,5 MB ZIP ~10×
Foto (Logo PNG) 800 KB unkomp. 80 KB PNG ~10×

Lossy bringt mehr — aber Werkzeug muss roh bleiben.


Entscheidungsmatrix — wann nehme ich was?

Szenario Empfehlung Begründung
Foto-Archiv (DSLR) RAW (lossless) Nachbearbeitung muss alle Detail haben
Foto im Web/Insta JPEG / WebP (lossy) Konsum, Bandbreite zählt
Studio-Master FLAC / WAV (lossless) Master soll bit-genau bleiben
Spotify-Track AAC / MP3 (lossy) Konsum, Smartphone-Lautsprecher
Code-Backup ZIP / tar.gz (lossless) Code muss exakt zurück
Lecture-Video H.264 (lossy) Konsum, Streaming
Logo PNG / SVG (lossless) Scharfe Kanten brauchen Pixelgenauigkeit

Selbstlernen — ZIP-Test mit drei Dateitypen

Drei Dateien gleicher Originalgröße (~1 MB) zippen:

  1. Textdatei mit wiederholten Mustern (z.B. ein Buch als TXT)
  2. Unkomprimiertes Bitmap (BMP) desselben Fotos
  3. JPEG desselben Fotos

Vergleich: Wie groß ist die ZIP-Datei in jedem Fall?

Erwartung: Textdatei wird klein (Wiederholungen), BMP wird klein (Farbflächen), JPEG bleibt fast gleich (schon komprimiert, keine Redundanz mehr).


Warum ZIP auf JPEG nicht mehr komprimiert

JPEG ist bereits maximal lossless-komprimiert.

Die JPEG-Pipeline endet mit Huffman-Coding — derselbe Trick wie in ZIP.

Was ZIP machen würde (Wiederholungen finden, Häufigkeiten kürzer kodieren), hat JPEG schon getan.

Resultat: ZIP einer JPEG-Datei ist nur ~1 % kleiner. Manchmal sogar größer (durch ZIP-Header-Overhead).


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