Dateiformate, Schnittstellen, Speichermedien & Distributionswege

223015b · Modul "Technik 1" · 1. Semester
Digital- und Medienwirtschaft
Hochschule der Medien Stuttgart

Sommersemester 2026

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

Michael Czechowski – HdM Stuttgart – SoSe 2026

Verlustfrei vs. Verlustbehaftet

Verlustfrei (Lossless) Verlustbehaftet (Lossy)
Prinzip Redundanz entfernen Irrelevanz entfernen
Reversibel Ja (Original wiederherstellbar) Nein (Information unwiederbringlich weg)
Reduktion 30-50% 80-99%
Formate ZIP, PNG, FLAC, GIF JPEG, MP3, H.264/H.265

Faustregel:

  • Medien für EndnutzerInnen → Lossy oft akzeptabel
  • Quellmaterial, Code, Archive → Lossless nötig

Dateneinheiten

Einheit Bytes Potenz Beispiel
Byte 1 10⁰ Farbwerte eines Pixels
Kilobyte (KB) 1.000 10³ Kleiner Programmcode
Megabyte (MB) 1 Million 10⁶ Textdokument
Gigabyte (GB) 1 Milliarde 10⁹ Kinofilm in FullHD
Terabyte (TB) 1 Billion 10¹² ~12h Video in 4K
Petabyte (PB) 1 Billiarde 10¹⁵ Netflix-Gesamtarchiv
Exabyte (EB) 1 Trillion 10¹⁸ Alle E-Mails weltweit/Tag
Zettabyte (ZB) 1 Trilliarde 10²¹ Internet-Traffic 2016

Der digitale Wendepunkt

Jahr Analog Digital Digital-Anteil
1986 2,6 EB 0,02 EB 1%
2002 — — 50% (Wendepunkt)
2007 18 EB 277 EB 94%

Perspektive:

  • 1986: "Petabyte" war ein theoretisches Konzept
  • 2025: ~181 Zettabyte jährlich produziert

Magnetband lebt: LTO-Tapes bleiben günstigstes Archivmedium
(AWS Glacier, Film-Archive, Rechenzentren)

Analoge Medien

Distribution: physisch (Kauf, Verleih, Kopie)

  • Text
    • Bücher, Zeitungen, Zeitschriften, Lochkarten
  • Bild
    • Fotografie (Negativ, Dia, Polaroid), Mikrofilm
  • Audio:
    • Schallplatte (Vinyl, Schellack), Tonband, Musikkassette
  • Video:
    • Film (35mm, Super 8), VHS, Betamax

Digitale Medien

Distribution: Datenträger (CD, USB), Download, Streaming, P2P

  • Text
    • E-Book (PDF, EPUB), Dokumente (TXT, DOCX)
  • Bild
    • Digitalfoto (JPEG, PNG, RAW, WebP, GIF)
  • Audio
    • Audiodatei (MP3, FLAC, WAV, AAC, OGG)
  • Video
    • Videodatei (MP4, MKV, AVI, WebM)

Digitale Speichermedien

  • Optische Speicher
    • CD, DVD, Blu-ray
  • Magnetische Speicher
    • Festplatte (HDD), Magnetband (LTO)
  • Flash-Speicher
    • SSD, USB-Stick, SD-Karte
  • Cloud-Speicher
    • Dropbox, Google Drive, iCloud, AWS S3

Rastergrafiken

Aufbau: Liste von Pixeln mit Farbwerten (2D-Array)

Speicherbedarf (unkomprimiert):
Breite × Höhe × Farbtiefe (in Bytes)

Beispiele: JPEG, PNG, WebP

Bits (Farbtiefe) Farben Anwendung
1 2 Schwarz/Weiß (Fax)
8 256 Graustufen, GIF
24 16,7 Mio. True Color (Standard)
32 16,7 Mio. + Alpha Transparenz

Vektorgrafiken

Speicherung als geometrische Primitive:

  • Pfade (Bézierkurven mit Kontrollpunkten)
  • Grundformen (Rechteck, Ellipse, Polygon)
  • Text (Glyphen als Outlines)

SVG-Beispiel:

<circle cx="50" cy="50" r="40" fill="#ff0000"/>

SVG beschreibt WAS gezeichnet werden soll, nicht WIE jeder Pixel aussieht.

Die Schwächen des Auges

Menschen sehen:

  • Helligkeit besser als Farbe
  • Große Flächen besser als feine Details
  • Niedrige Frequenzen besser als hohe

JPEG nutzt das aus:

  • Farbauflösung reduzieren (Helligkeit behalten)
  • Glatte Flächen effizient speichern
  • Hohe Frequenzen (feine Details) verwerfen

JPEG Schritt 1: Farbraumkonversion

RGB → Y'CbCr

  • Y = Helligkeit (Luminanz)
  • Cb = Blau-Gelb-Anteil (Chrominanz)
  • Cr = Rot-Grün-Anteil (Chrominanz)

Warum?
Y (Helligkeit) behält volle Auflösung
Cb/Cr (Farbe) kann reduziert werden

JPEG Schritt 6: Huffman-Coding

Verlustfreie Kompression der Restwerte

Idee: Variable Bitlänge statt fester 8 Bit
Häufige Werte → kurze Codes

Zeichen Häufigkeit Code
e 40% 0 (1 Bit)
a 25% 10 (2 Bit)
i 20% 110 (3 Bit)
o 10% 1110 (4 Bit)
u 5% 1111 (4 Bit)

WebP & AVIF: Moderne Alternativen

WebP (Google, 2010):

  • Lossy und Lossless
  • Transparenz und Animationen
  • 25–35% kleiner als JPEG

AVIF (2019):

  • Basiert auf AV1-Video-Codec
  • 50% kleiner als JPEG
  • HDR-Unterstützung, patent-frei

Browser-Support 2025: WebP universell, AVIF wächst

Container und Codec

Container = Dateiformat (z.B. MP4)
Die "Box", die verschiedene Streams zusammenpackt:

  • Video-Stream
  • Audio-Stream(s)
  • Untertitel
  • Metadaten

Codec = Kompressionsalgorithmus (z.B. H.264)
Bestimmt, WIE komprimiert wird

H.264 / AVC

Advanced Video Coding (2003)

Warum dominant?

  • Exzellente Kompression (~100:1 möglich)
  • Hardware-Decoder in jedem Gerät seit ~2010
  • YouTube, Netflix, Blu-ray – alles H.264

Features:

  • Variable Block-Größen (16×16 bis 4×4)
  • Deblocking-Filter (reduziert Artefakte)

AV1: Die offene Zukunft

AV1 (2018)

Alliance for Open Media:
Google, Netflix, Amazon, Microsoft, Apple, Mozilla...

Eigenschaften:

  • 30% besser als H.265
  • Royalty-free, Open Source
  • 8K, HDR, hohe Frame-Rates

Stand 2025:
YouTube, Netflix nutzen AV1 für 4K/8K
Hardware-Encoder in aktuellen GPUs

Wann HDD, wann SSD?

Anwendung Empfehlung
Betriebssystem SSD (NVMe)
Anwendungen, Spiele SSD
Video-Editing (Projekte) SSD
Foto-Archiv HDD oder SSD
Backup HDD
NAS / Server HDD (oder Mix)
Cold Storage HDD oder Band

Die 3-2-1-Regel

3 Kopien eurer Daten
(Original + 2 Backups)

2 verschiedene Medientypen
(z.B. SSD + HDD, oder lokal + Cloud)

1 Kopie an anderem Ort
(Offsite: Cloud, anderes Gebäude)

╔═══════════════════════════════════════════════════════════════════╗ ║ AUTO-GENERATED FILE - DO NOT EDIT MANUALLY ║ ║ ║ ║ This file is generated by: make klausur ║ ║ Source: scripts/extract-klausur.sh ║ ║ ║ ║ To update, edit the source slides and re-run make klausur ║ ╚═══════════════════════════════════════════════════════════════════╝

REDUNDANZ: Wiederholende Muster kompakter darstellen (z.B. "AAAA" → "4×A") IRRELEVANZ: Für Menschen nicht wahrnehmbar (Psychoakustik, Psychovisuell) KLAUSURRELEVANT: - Verlustfrei = Original 1:1 wiederherstellbar - Verlustbehaftet = Information geht verloren, aber kaum wahrnehmbar - Redundanz vs. Irrelevanz ist der Kernunterschied!

SI-Präfixe (Dezimal): 1 KB = 1.000 Bytes Binär (IEC): 1 KiB = 1.024 Bytes (Kibibyte) Windows zeigt oft binär, sagt aber "KB" → Verwirrung! 1 TB Festplatte = ~931 GiB nutzbar Eselsbrücke: "Kilo Mega Giga Tera Peta Exa Zetta Yotta" → "Komm Mit Großem Tee, Peter Exte Zettelt Yachten"

PRÜFUNGSRELEVANT: - Wendepunkt 2002 - Speichereinheiten (KB→MB→GB→TB→PB→EB→ZB) - Magnetband als Archivmedium QUELLE: Hilbert & López (2011): "The World's Technological Capacity to Store, Communicate, and Compute Information", Science METHODIK: 60 analoge + digitale Technologien untersucht (1986-2007) WENDEPUNKT 2002: Erstmals mehr digital als analog gespeichert ANALOG damals: Bücher, Zeitungen, Vinyl, VHS, Filmrollen, Fotos DIGITAL damals: Festplatten, CDs, DVDs, frühe Flash-Speicher HEUTE: LTO-9 (2021) speichert 18 TB pro Band, ~$5/TB für Cold Storage VERGLEICH: SSD ~$50/TB, HDD ~$15/TB, LTO ~$5/TB

KLAUSURRELEVANT: - Formel: Breite × Höhe × (Farbtiefe / 8) = Bytes - Beispielrechnung: 1920 × 1080 × 3 = 6.220.800 Bytes ≈ 6,2 MB - Farbtiefe: 2^n Farben bei n Bit - 24 Bit = 8 Bit pro Kanal (R, G, B) - 32 Bit = 24 Bit + 8 Bit Alpha (Transparenz)

KLAUSURRELEVANT: - Vektor = Beschreibung (deklarativ) - Raster = Pixel für Pixel (imperativ) - Rendering-Pipeline: Vektordaten → Rasterisierung → Display - Skalierung = Koordinaten multiplizieren → keine Information geht verloren - SVG = Scalable Vector Graphics (Web-Standard)

KLAUSURRELEVANT: - Mehr Stäbchen (Helligkeit) als Zapfen (Farbe) im Auge - "Frequenz" = räumliche Frequenz = wie schnell ändert sich Helligkeit? - Niedrig = langsame Änderung = große gleichmäßige Fläche - Hoch = schnelle Änderung = feine Details, Kanten - Analogie zur Psychoakustik bei MP3 (letztes Mal)

KLAUSURRELEVANT: - YCbCr = auch 3 Werte pro Pixel, aber anders organisiert - Statt R-G-B: Helligkeit + 2 Farbdifferenzen - Umrechnung ist reversibel (mathematische Transformation) - Vorteil: Helligkeit und Farbe getrennt behandelbar - Bild zeigt: Y (oben), Cb (Mitte), Cr (unten)

KLAUSURRELEVANT: - Huffman = verlustfrei, optimal für bekannte Häufigkeiten - Präfix-frei: Kein Code ist Anfang eines anderen - Häufigstes Zeichen = kürzester Code - Auch in ZIP, PNG, MP3 verwendet

# Huffman-Coding: Beispiel **Originaltext:** `ABRACADABRA` (11 Zeichen × 8 Bit = 88 Bit) **Häufigkeitsanalyse:** A=5, B=2, R=2, C=1, D=1 **Huffman-Baum → Codes:** | Zeichen | Häufigkeit | Code | |---------|------------|------| | A | 5 | `0` | | B | 2 | `10` | | R | 2 | `110` | | C | 1 | `1110` | | D | 1 | `1111` | **Codiert:** `0 10 110 0 1110 0 1111 0 10 110 0` = **23 Bit** **Kompression:** 88 → 23 Bit = **74% gespart** - Beispiel Schritt für Schritt durchrechnen - Warum funktioniert's? A kommt 5× vor, bekommt kürzesten Code - Präfix-Eigenschaft: Kein Code ist Anfang eines anderen → eindeutig dekodierbar - Frage: "Was passiert, wenn alle Zeichen gleich häufig sind?" → Keine Ersparnis - In JPEG: Nicht Buchstaben, sondern DCT-Koeffizienten werden so codiert

KLAUSURRELEVANT: - WebP: VP8-Kompression (Google Video-Codec) - AVIF: Alliance for Open Media (Google, Netflix, Amazon, Apple, Mozilla) - Beide besser als JPEG, aber Kompatibilität bleibt Problem - JPEG bleibt dominant: alte Kameras, Software, Workflows

KLAUSURRELEVANT: - Container ≠ Codec (häufiges Missverständnis!) - MP4 kann H.264, H.265 oder AV1 enthalten - Gleiche Endung, unterschiedlicher Inhalt - Tool-Tipp: MediaInfo zeigt beides an

KLAUSURRELEVANT: - H.264 revolutionierte Video-Streaming - Ohne H.264 kein Netflix, kein YouTube HD - Hardware-Decoder = kein CPU-Aufwand, kein Akku-Drain - Selbst billigste Smartphones können H.264 abspielen

KLAUSURRELEVANT: - AOM gegründet 2015 – historisch: Konkurrenten vereint - Ziel: Nie wieder Patent-Chaos wie bei H.265 - Problem: Encoding sehr langsam (10–100× vs. H.264) - Hardware-Encoder lösen das zunehmend - AV1 gewann 2024 einen Emmy für technische Innovation

Die Faustregel: - Oft genutzt, schnell gebraucht → SSD - Selten genutzt, viel Kapazität → HDD Viele setzen auf beides: Kleine SSD für System + große HDD für Archiv.

Herkunft: Peter Krogh, "The DAM Book" (2005) Warum 3 Kopien? - Original kann kaputt gehen - Backup 1 auch - Backup 2 = Sicherheitspuffer Warum 2 Medientypen? - Gleiche Medien haben gleiche Schwachstellen - Batch-Fehler bei HDDs derselben Charge Warum 1 Offsite? - Brand/Wasserschaden zerstört alles vor Ort - Ransomware verschlüsselt angeschlossene Laufwerke