multimedia-technik ss’05

! multimedia-technik ss’05 prof. dr. peter kneisel

inhalt • Grundlagen • Was ist Multimedia • Datenkompression • Speichermedien • Transfersysteme • Anwendungen • -> Dr. Haas • Praktische Anwendungen • Audio/Video • Graphik/Bild • Text/Internet

überblick kapitel 1 was ist multimedia • kurze erläuterung • involvierte branchen • der medienbegriff • klassifikation • eigenschaften • daten

überblick kapitel 2 datenkompression • bedarfsanalyse • quellen-, entropie- kodierung • grundlegende verfahren • LauflängenkodierungNullunterdrückungVektorquantisierungPattern SubstitutionHuffmann .... • angewandte verfahren • Überblick Audiokompression näheres in Kapitel Audiotechnik • Überblick Videokompression näheres in Kapitel Videotechnik • übersicht

überblick kapitel 3 speichermedien • Optische Speichermedien • Elektronische Speichermedien

überblick kapitel 4 transfersysteme • …

kapitel 1 was ist multimedia • was, warum, wer • der medienbegriff • definition multimedia • anforderungen multimedia • charakteristik kontinuierliche Medien • zusammenfassung kapitel 1 • übung

1.1 was, warum und wer • was • kurze erläuterung • warum • pädagogisches • wer • involvierte branchen • zusammenfassung w3

1.1.1 was • kurze erläuterung • MultiMedia bedeutet aus Benutzersicht:Zur Darstellung von Information wird nicht nur Text oder Graphik oder Tonsondern Text und Graphik und Toneingesetzt • Genauere Definition ... • ... später

1.1.2 warum • pädagogisches • Durch multimediale Darstellung lassen sich Informationen natürlicher und einprägsamer darstellen Der Mensch behält von dem,was er liest 10% was er hört 20% was er sieht 30% was er liest, hört und sieht 70% was er sagt 80% was er sagt und tut 90%

1.1.3 wer • involvierte branchen • Telekommunikation • Breitbandkommunikation • IP-Telephonie • Unterhaltungsbranche • "braune Ware": Videorekorder, CD-Player, DVD • Computer/Consolen-Spiele • Studiotechnik • Fernseh- und Rundfunkanstalten • professionelle Audio- und Videotechnik • Verlage • Elektronischen Publizieren • enge Beziehungen zu Filmgesellschaften

! 1.1.4 zusammenfassung w3 • Zur Darstellung von Information wird Text, Bild und Ton verwendet • Dies erhöht en Aufmerksamkeits- und Merkbarkeitsgrad entscheident • Involviert in die Entwicklungen sind vor allem Telekommunikations- und Unterhaltungsbranche, die Studiotechnik und Verlage.

1.2 der medienbegriff • perzeptionsmedium • repräsentationsmedium • präsentationsmedium • speichermedium • übertragungsmedium • informationsaustauschmedium • zusammenfassung • schlussfolgerung • kleine übung

Abgeleitet von den menschlichen Sinnen:Wie nimmt der Mensch Informationen auf ? Hören - auditive Medien: Musik Geräusch (Sound) Sprache Sehen - visuelle Medien Einzelbild Bild (Photo) Graphik Bewegtbild Video Animation Text ! 1.2.1 perzeptionsmedium • Fühlen (Braille Schrift), Schmecken, Riechen

1.2.2 repräsentationsmedium • Abgeleitet von der rechnerinternen Darstellung:Wie wird die Information im Rechner kodiert ? • Beispiele: • Text ASCII, EBCDIC, UNICODE • Audio PCM-linear 16bit, .wav, .voc, .raw, ... • Graphik: Videotext (CEPT), GKS, PICT, Postscript, ... • Einzelbild Fax Gruppe 3, JPEG, GIF, TIFF, ... • Video PAL, SECAM, NTSC, CCIR-601, MPEG, ..

1.2.3 präsentationsmedium • Abgeleitet vom Hilfsmittel/Gerät zur Ein- und Ausgabe der Information:Worauf/Womit wird die Information ein- bzw. ausgegeben ? • Eingabe: • Tastatur • Kamera • Miktofon • DataGlove • Ausgabe • Papier • Bildschirm • Lautsprecher • Dual Shock Paddle

1.2.4 speichermedium • Abgeleitet vom verwendeten DatenträgerWorauf/Womit werden Informationen gespeichert ? • Nichtelektronische Speichermedien • Papier • Mikrofilm • ... • Elektronische Speichermedien • Magnetband • Diskette • Festplatte • CD-ROM • ...

1.2.5 übertragungsmedium • Abgeleitet vom Träger der Information kontinuierlich übertragen kann.Worüber wird Information übertragen ? • Kabelgebundene Übertragung • Koaxialkabel • Hohlwellenleiter • Twisted Pair • Glasfaser • ... • Funkübertragung • Luft • Gas • Luftleerer Raum

1.2.6 informationsaustauschmedium • Abgeleitet von den Datenträgern, die zur Übertragung von information verwendet werden.Welcher Informationsträger wird zum Austausch von Information zwischen Orten verwendet ? • Indirekte Übertragung mit Hilfe von (Zwischen)-Speichermedien :Papier, Mikrofilm, Diskette, ... • Direkte Übertragung über eine Übertragungsmedium • Koaxialkabel, Glasfaser, Luft, ...

! 1.2.7 zusammenfassung medienbegriff • PerzeptionsmediumWie nimmt der Mensch Informationen auf ? • RepräsentationsmediumWie wird die Information im Rechner kodiert ? • PräsentationsmediumWorauf/Womit wird die Information ein-/ ausgegeben ? • SpeichermediumWorauf/Womit werden Informationen gespeichert ? • ÜbertragungsmediumWorüber wird Information übertragen ? • InformationsaustauschmediumWelcher Informationsträger wird zum Austausch von Information zwischen Orten verwendet ?

! 1.2.8 schlussfolgerung DasPerzeptionsmedium (wie nimmt der Mensch die Information auf) kommt dem Begriff Medium im Kontextder Informationsverarbeitung am nächsten.

Wo und wie ist das Fernsehen einzuordnen ? Perzeptionmediumauditiv, visuell: Musik, Sprache, Geräusch, Bild, Graphik, Animation, Video RepräsentationsmediumVideo/Audio (PAL) PräsentationsmediumEingabe (Kamera, Mikrofon), Ausgabe (Bildschirm, Lautsprecher) SpeichermediumMagnetband ÜbertragungsmediumKoaxialkabel, Glasfaser, Luft, luftleerer Raum InformationsaustauschmediumSpeichermedium, Übertragungsmedien 1.2.9 kleine übung

1.3 definition multimediasystem • definition: kombination von medien • definition: unabhängigkeit • definition: kommunikationsfähigkeit • definition: rechnergestütze integration • zusammenfassung definition

1.3.3 definition: kombination von medien • Qualitative Definition • Ein System, das mehrere bzgl. der Zeitkontinuität unterschiedliche Medien unterstützt • Beispiel • Lern-CDs  Kombination aus Text, Video und Audio • Web-Auftritt Kombination aus Text, Video • Quantitativ Definition • Ein System, welches mehr als ein Medium unterstützt • Beispiel • DTP  Kombination von Text und Graphik • Fernsehen  Kombination aus Video und Audio Der Begriff Multimedia ist eher qualitativals quantitativ zu definieren

T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 1.3.5 definition: unabhängigkeit • Die Medien müssen unabhängig voneinander zu verarbeiten sein • Gegenbeispiel: Film (Video) mit Untertitel (Text)

Austausch von Informationen über Rechnergrenzen hinweg Gegenbeispiel: Offline Lern-CDs In einem (kommunizierenden) Multimedia-System werden Informationen als Daten mit einem kontinuierlichen und diskreten Medium, digitisiert und in einzelnen Einheiten (Pakete) übertragen 1.3.6 definition: kommunikationsfähigkeit Kommunizierende Multimediasysteme

1.3.4 definition: rechnergestütze integration Das Multimediasystem muss in der Lage sein, • Medien rechnergesteuert zu verarbeiten • Gegenbeispiel: Videorekorder - Bloße Aufnahme/Wiedergabe von unterschiedlichen Medien ohne Möglichkeit der Verarbeitung • Medien integriert zu verarbeiten • Gegenbeispiel: Tabellenkalkulation setzt unterschiedliche Medien Text, Graphik, Tabellen oft nicht in Bezug • Medien gleichartig zu verarbeiten • Gegenbeispiel: e-Mail Programm: Video, Audio läßt sich oft nicht wie Text bearbeiten und/oder übertragen

! 1.3.5 zusammenfassung definition Ein Multimediasystem ist durch die rechnergestützte, integrierte Erzeugung, Manipulation, Darstellung, Speicherung und Kommunikation von unabhängigen Informationen gekennzeichnet, die in mindestens einem kontinuierlichen und einem diskreten Medium kodiert sind.

1.4 anforderungen multimediasystem • synchronisation • datendurchsatz • echtzeit • zusammenfassung anforderungen

Zwischenspeicherbedarf 1.4.1 synchronisation • Asynchrone Übertragung • Keine zeitliche Restriktion • Anwendung: diskrete Medien (z.B. e-mail) • Synchrone Übertragung • Maximale Ende-zu-Ende Verzögerung • Anwendung: Audioübertragung • Isochrone Übertragung • Maximale und Minimale Ende-zu-Ende Verzögerung • Anwendung: Videoübertragung • Plesichrone Übertragung • Exakte Ende-zu-Ende Verzögerung • Anwendung: Breitbandkommunikation

1.4.2 datendurchsatz • kleine Datendurchsätze (Transferraten) • typisch: 2400bit/sec- 56kbit/sec • Technik: Modem, Telephonnetz • Anwendung: Text • mittlere Datendurchsätze • typisch: 64kbit/sec - 128kbit/sec • Technik: ISDN, europäisches Telephonnetz, GPRS • Anwendung: Text, komprimiertes Audio/Video • Hohe Datendurchsätze • typisch: 10Mbit/sec - 100Mbit/sec • Technik: LAN, B-ISDN (ATM) • Anwendung: Audio, Video • Sehr hohe Datendurchsätze • typisch: > 100Mbit/sec • Technik: LAN, B-ISDN (ATM) • Anwendung: HDTV, HD-Videokonferenzen, VOD

1.4.3 echtzeit • weiche Echtzeit • zur Übertragung/Verarbeitung von Informationen, auf die nicht "so schnell" reagiert werden muss • harte Echtzeit • zur Übertragung/Verarbeitung von Informationen, auf die innerhalb einer "sehr beschränkten Zeit" reagiert werden muss

! 1.4.4 zusammenfassung anforderungen Ein Multimediasystem stellt hohe Anforderungen an • Synchronisation • zur korrekten Wiedergabe von Informationen ohne übermäßigen Speicheraufwand der End- und Zwischensysteme • Datendurchsatz • zur korrekten Wiedergabe von Informationen über die Zeit ohne Datenverluste • Echtzeit • zur zeitnahen Wiedergabe von informationen

1.5 charakteristik kontinuierliche medien • zeitintervall • variation • zusammenhang • zusammenfassung charakteristik • kleine übung

! t 1.5.1 zeitintervall Charakterisierung nach Zeitintervalle zwischen der vollständig abgeschlossenen Übertragung aufeinander-folgender Informationseinheiten (Paketen) • Konstant / streng periodisch • PCM-kodierte Sprache • Gruppenweise konstant / schwach periodisch • strukturierte Informationseinheiten • Aperiodisch • kooperative/dialogorientierteAnwendungen

! t 1.5.2 variation Charakterisierung nach Variation der Datenmenge aufeinanderfolgender Informationseinheiten • Gleichbleibend / streng gleichmäßig • unkomprimiertes Audio/Video • Periodisch variierend / schwach gleichmäßig • komprimiertes Video (z.B) MPEG • Erstes Bild vollständig • Nächsten Bilder Differenzen • Danach wieder vollständig • Variierend / Ungleichmäßig • komprimiertes Video • Erstes Bild vollständig • danach nur Differenzen

! t 1.5.3 zusammenhang Charakterisierung nach Zusammenhang aufeinanderfolgender Pakete • Zusammenhängende Informationen • bezieht sich auf Nutz- und Zusatzinformationen • optimale Auslastung des Betriebsmittels • z.B. 64kbit/s Audio bei ISDN-Gespräch • Unzusammenhängende Informationen • oft Bandbreite Übertragungsmedium höher als Bandbreitenbedarf der information • z.B. Audio über Ethernet

! 1.5.4 zusammenfassung charakteristik • Charakterisierung nach Zeitintervalle zwischen der vollständig abge-schlossenen Übertragung aufeinander-folgender Informationseinheiten (Paketen) • Charakterisierung nach Variation der Datenmenge aufeinanderfolgender Informationseinheiten • Charakterisierung nach Zusammenhang aufeinanderfolgender Pakete

! 1.5.5 kleine übung • Digitales FernsehenVideosignal, PAL-Verfahren aufgenommen, im Rechner ohne Kompression digitisiert und über die Luft digital übertragen. • Streng periodisch • streng gleichmäßig • zusammenhängend • Web-FernsehenMPEG kodiertes Videosignal, über 16Mbit/sec Token-Ring übertragen: • schwach periodisch • schwach gleichmäßig • unzusammenhängend

1.6 zusammenfassung kapitel 1 • was, warum und wer • medienbegriff • schlussfolgerung medienbegriff • definition • anforderungen • charakteristik

! 1.6.1 was, warum und wer • Zur Darstellung von Information wird Text, Bild und Ton verwendet • Dies erhöht en Aufmerksamkeits- und Merkbarkeitsgrad entscheident • Involviert in die Entwicklungen sind vor allem Telekommunikations- und Unterhaltungsbranche, die Studiotechnik und Verlage.

! 1.6.2 medienbegriff • PerzeptionsmediumWie nimmt der Mensch Informationen auf ? • RepräsentationsmediumWie wird die Information im Rechner kodiert ? • PräsentationsmediumWorauf/Womit wird die Information ein-/ ausgegeben ? • SpeichermediumWorauf/Womit werden Informationen gespeichert ? • ÜbertragungsmediumWorüber wird Information übertragen ? • InformationsaustauschmediumWelcher Informationsträger wird zum Austausch von Information zwischen Orten verwendet ?

! 1.6.3 schlussfolgerung medienbegriff DasPerzeptionsmedium (wie nimmt der Mensch die Information auf) kommt dem Begriff Medium im Kontextder Informationsverarbeitung am nächsten.

! 1.6.4 definition Ein Multimediasystem ist durch die rechnergestützte, integrierte Erzeugung, Manipulation, Darstellung, Speicherung und Kommunikation von unabhängigen Informationen gekennzeichnet, die in mindestens einem kontinuierlichen und einem diskreten Medium kodiert sind.

! 1.6.5 anforderungen Ein Multimediasystem stellt hohe Anforderungen an • Synchronisation • zur korrekten Wiedergabe von Informationen ohne übermäßigen Speicheraufwand der End- und Zwischensysteme • Datendurchsatz • zur korrekten Wiedergabe von Informationen über die Zeit ohne Datenverluste • Echtzeit • zur zeitnahen Wiedergabe von informationen

! 1.6.6 charakteristik • Charakterisierung nach Zeitintervalle zwischen der vollständig abge-schlossenen Übertragung aufeinander-folgender Informationseinheiten (Paketen) • Charakterisierung nach Variation der Datenmenge aufeinanderfolgender Informationseinheiten • Charakterisierung nach Zusammenhang aufeinanderfolgender Pakete

! 1.7 übung Überlegen Sie sich eine "typische" multimediale Anwendung • Versuchen Sie, die Komponenten entsprechend der möglichen Medienklassifikationen einzuordnen. • Begründen Sie, weshalb Ihre Anwendung der Definition eines Multimediasystems entspricht. • Greifen Sie ein kontinuierliches Perzeptionsmedium heraus und charakterisieren Sie es.

kapitel 2 datenkompression • einleitung • kodierverfahren • grundlegende verfahren • angewandte verfahren • zusammenfassung

2.1einleitung • motivation • speicherbedarf • einteilung • zusammenfassung einleitung

! 2.1.1motivation • Unkomprimierte Graphiken, Audio- und Videodaten fordern eine beträchtliche Speicherplatzkapazität • unkomprimierte Videodaten passen nicht auf CD oder DVD • Der Datentransfer dieser Medien fordert beträchtliche Bandbreiten • unkomprimierter Transfer von Videodaten ist über Primärmultiplex ISDN nicht möglich • Bestimmte Medien müssen für Speicherung und Transfer komprimiert werden

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