Taschenbuch Multimedia

Peter A. Henning
Taschenbuch Multimedia
ISBN-10: 3-446-40971-8
ISBN-13: 978-3-446-40971-2
Inhaltsverzeichnis
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Inhaltsverzeichnis
1
Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1
Multimedia als Begriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2
Die ersten 50 Jahre Multimedia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.3
Konventionen für dieses Buch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.1
Disclaimer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.2
Organisationen im Bereich Multimedia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.3
Parameterkennzeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.4
Zahlen, Einheiten und Vorsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2
Kommunikation in Bits und Bytes . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1
Nachrichtentechnische Grundlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.1
Fourier-Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.1.2
Entwicklung nach anderen Funktionensystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.1.3
Digitalisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1.4
Sampling-Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.5
Signal-Rausch-Abstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2
Informationstheoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.1
Codierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.2
Datenraten für Multimedia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.3
Informationsgehalt und Entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.3
Datenkompression. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.1
Lauflängencodierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.3.2
LZW-Codierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.3
Huffman-Codierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3.4
Arithmetische Codierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3
Zeichen und Schrift. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1
Typografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1.1
Maßeinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1.2
Typografische Maßangaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.1.3
Glossar der Druckersprache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.1.4
Textdesign. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2
Datenformate für Schriften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Inhaltsverzeichnis
7
3.2.1
Bitmap Fonts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.2.2
Outline Fonts und Stroke Fonts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.3
TrueType . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.4
Type-1 Fonts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.2.5
OpenType . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.2.6
Metafont . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.2.7
Font-Auswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.3
Zeichensätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3.1
ASCII-Code ISO-646. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3.2
Zeichensatztabelle ISO-8859 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.3.3
Unicode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.3.4
Universal Character Set UCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.3.5
Universal Transformation Formats UTF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4
Licht und Farbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.1
Was ist Licht? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.1.1
Lichteigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.1.2
Schwarzkörperstrahlung und Farbtemperatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.2
Lichtwahrnehmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.2.1
Linse und Glaskörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.2.2
Retina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.2.3
Gehirn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.2.4
Richtlinien für die Verwendung von Farben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.3
Farbstandards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3.1
CIE-Farbdiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3.2
Farbmustertabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.3.3
Farbmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.4
Farbmodelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.4.1
Hardware-orientierte Farbmodelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.4.2
Benutzerorientierte Farbmodelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.4.3
Umrechnungen zwischen Farbmodellen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.5
Raster-Bilddatenformate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.5.1
Farbe in Rasterbildern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.5.2
Bitmap-Format BMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.5.3
(Resource) Interchange File Format (R)IFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.5.4
Public Bitmap Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.5.5
Graphics Interchange Format GIF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
8
Inhaltsverzeichnis
4.5.6
Portable Network Graphics Format PNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.5.7
Grafikformate XBM und XPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.5.8
Tagged Image File Format TIFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.5.9
Verlustfreie JPEG-Kompression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.5.10
Verlustbehaftete JPEG-Kompression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.5.11
JPEG 2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.6
Vektor-Bilddatenformate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.6.1
Austauschformate für Vektorgrafiken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.6.2
Grafikbibliotheken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5
Ton und Klang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.1
Was ist ein Ton? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.1.1
Datenraten für Audio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.1.2
Dynamikkompression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.1.3
Klangsynthese. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.1.4
Verfahren der akustischen Modellierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.1.5
Verfahren der räumlichen Klangwiedergabe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.2
Tonwahrnehmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.2.1
Außenohr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.2.2
Mittelohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.2.3
Innenohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.2.4
Hörschwelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.2.5
Maskierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.2.6
Kritische Bänder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.3
Sprache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.3.1
Spracherkennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.3.2
Sprachsynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.3.3
Sprachkompression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.4
Musical Instrument Digital Interface MIDI . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.4.1
MIDI-Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.4.2
MIDI-Verkabelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.4.3
General MIDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.4.4
MIDI-Nachrichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.5
MP3-Kompression und Derivate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.5.1
Eigenschaften von MPEG-Audio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.5.2
MP3-Kompressionsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.5.3
Advanced Audio Coding AAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Inhaltsverzeichnis
9
5.5.4
Spectral Band Replication SBR und MP3Pro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.5.5
Parametric Stereo PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5.6
Ogg-Format mit Flac und Vorbis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5.6.1
Ogg-Flac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.6.2
Ogg-Vorbis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.7
Audiodatenformate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
5.7.1
Einfache Modulationsverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
5.7.2
Audio Interchange File Format AIFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
5.7.3
Wave-Format. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
5.7.4
NeXT/Sun Audio File Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.7.5
Weitere Audioformate und -verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
5.7.6
Kopierschutzformate und Container . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
6
Bewegung, Animation und Video . . . . . . . . . . . . . . 173
6.1
Was ist eine Animation? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6.1.1
Grundlegende Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
6.1.2
Animationsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
6.2
Wahrnehmung von Bewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
6.2.1
Physiologische Einflussfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
6.2.2
Psychologische Einflussfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6.2.3
Kenngrößen der zeitlichen Auflösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
6.3
Klassische Videotechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
6.3.1
BAS und FBAS (Composite Video). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
6.3.2
Komponentenvideo (Component Video) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
6.3.3
Y/C-Video (Separiertes Video) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
6.3.4
PAL Video . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
6.3.5
NTSC und SECAM Video . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.3.6
High Definition Television HDTV analog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
6.3.7
Analoge Aufzeichnungsformate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
6.4
Digitale Videotechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.4.1
Timecode und Schnittsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
6.4.2
VGA, XGA und UXGA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
6.4.3
Digitale Sendeformate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
6.4.4
High Definition Television HDTV digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.4.5
Digitale Aufzeichnungsformate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.4.6
Codecs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
6.4.7
Pull-Down und De-Interlacing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
10
Inhaltsverzeichnis
6.5
Videokompression nach H.261 und H.263 . . . . . . . . . . . . . . . 196
6.5.1
H.261 Codec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
6.5.2
H.261 Datenstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
6.6
Videokompression nach MPEG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
6.6.1
MPEG Codec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
6.6.2
Datenstrom bei MPEG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
6.7
MPEG-4 Standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
6.7.1
Szenengrafen in MPEG-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
6.7.2
Datenströme in MPEG-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
6.7.3
MPEG-4 Audio Profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
6.7.4
MPEG-4 Visual und Graphics Profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
6.7.5
Weitere Entwicklungen in MPEG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
6.7.6
DivX Codec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
6.8
Audio-Video-Interleaved Format AVI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
6.9
Weitere Containerformate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7
Multimedia-Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
7.1
Manuelle Eingabegeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
7.1.1
Maus, Trackball und Touchpad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
7.1.2
Joystick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
7.1.3
Touchscreen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
7.1.4
Grafiktablett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
7.1.5
Datenhandschuh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
7.1.6
Manuelle 3D-Positionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
7.1.7
Bewegungseingabe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
7.2
Optische Eingabegeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7.2.1
Lichtsensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7.2.2
Digitalkameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
7.2.3
2D-Scanner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
7.2.4
Optische 3D-Eingabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.2.5
Frame Grabber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
7.3
Grafische Ausgabegeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
7.3.1
Grafikkarten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
7.3.2
Grafikprozessoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
7.3.3
Bildschirme mit CRT und LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
7.3.4
Weitere Bildschirm-Techniken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Inhaltsverzeichnis
11
7.3.5
3D-Displays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
7.4
Audiosystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
7.4.1
Audiokarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
7.4.2
Audioprozessoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
7.5
Drucker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
7.5.1
Laserdrucker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
7.5.2
Tintenstrahldrucker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
7.6
Übertragung multimedialer Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
7.6.1
Interne Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
7.6.2
Universal Serial Bus USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
7.6.3
IEEE1394 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
8
Digitale Speichermedien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
8.1
Magnetbänder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
8.2
Magnetische Festplatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
8.2.1
Glossar magnetische Festplatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
8.2.2
Datentransferraten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
8.2.3
RAID-Technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
8.3
Halbleiterspeichermedien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
8.4
Compact Disc CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
8.4.1
Compact Disc physikalisch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
8.4.2
Compact Disc logisch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
8.4.3
Audio CD, CD-DA (Digital Audio) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
8.4.4
CD-ROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
8.4.5
Mischformate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
8.4.6
Video CD und Super Video CD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
8.4.7
MiniDisc MD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
8.5
Digital Versatile Disc DVD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
8.5.1
DVD physikalisch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
8.5.2
DVD logisch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
8.5.3
Kopierschutz einer DVD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
8.5.4
Datenfluss im DVD-Player . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
8.5.5
HD DVD, HD-VMD und Blu-Ray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
9
Design und Medienintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
9.1
Vier-Phasen-Modell für Multimedia-Design . . . . . . . . . . . . . . . 279
12
Inhaltsverzeichnis
9.1.1
Phase 1: Integrationsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
9.1.2
Phase 2: Objektgenerierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
9.1.3
Phase 3: Integration oder Composing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
9.1.4
Phase 4: Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
9.2
Bildbearbeitung und Bildsynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
9.2.1
Arbeitsschritte bei der Bildbearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
9.2.2
Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
9.3
Erstellung von Audio-Objekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
9.3.1
Arbeitsschritte bei der Audiobearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
9.4
Erstellung und Bearbeitung von Videoclips . . . . . . . . . . . . . . . 290
9.4.1
Vorbereitende Arbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
9.4.2
Virtueller Schneidetisch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
9.4.3
Arbeitsschritte beim digitalen Videoschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
9.4.4
Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
9.5
Medienintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
9.5.1
Timeline-basierte Medienintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
9.5.2
Frame-basierte Medienintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
9.5.3
Integrationssprachen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
10
Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
10.1
Geschichte des Internet 1961-1991 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
10.2
Internet-Technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
10.2.1
Routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
10.2.2
Domain Name Service DNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
10.2.3
Physikalische Netzwerktechniken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
10.2.4
Vermittlungsschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
10.2.5
Netzwerkschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
10.2.6
Transportschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
10.2.7
Sitzungsschicht und Darstellungsschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
10.3
Anwendungen im Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
10.3.1
telnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
10.3.2
Simple Mail Transfer Protocol SMTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
10.3.3
File Transfer Protocol ftp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
10.3.4
Multipurpose Internet Mail Extension MIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
10.3.5
Weitere Anwendungen
10.3.6
Grid Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
10.3.7
Voice-overIP VoIP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
Inhaltsverzeichnis
13
10.3.8
Mobile Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
10.3.9
Radio und Fernsehen via Internet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
10.4
Internet-Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
10.4.1
Viren, Würmer und Trojaner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
10.4.2
Andere Angriffsszenarien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
10.4.3
Abwehrszenarien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
10.4.4
Virtual Private Networks VPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
10.5
Standardisierung im Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
10.5.1
IAB und untergeordnete Gremien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
10.5.2
Request for Comments RFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
11
World Wide Web WWW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
11.1
Grundsätzliches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
11.2
Hypertext Transfer Protocol http . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
11.2.1
Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
11.2.2
Common Gateway Interface CGI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
11.2.3
Cookies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
11.3
Hypertext Markup Language HTML. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
11.3.1
Übersicht und Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
11.3.2
Geschichte von HTML. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
11.3.3
Tags und Attribute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
11.3.4
Sonderzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
11.3.5
Links und URI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
11.3.6
Cascading Style Sheets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
11.3.7
Event-Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
11.3.8
Referenzliste der HTML 4.01-Tags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
11.3.9
Formulare in HTML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
11.4
JavaScript und ECMAScript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
11.4.1
Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
11.4.2
Datentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
11.4.3
Kommentare, Namen und Literale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
11.4.4
Ausdrücke und Operatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
11.4.5 Anweisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
11.4.6
Funktionen und neue Objekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
11.4.7
Eingebaute Objekte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
11.4.8
Browser-API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
11.4.9
Event-Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
14
Inhaltsverzeichnis
11.5
Web-Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
11.5.1
Textgestaltung mit HTML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
11.5.2
Grafikdesign für das WWW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
11.5.3
Positionierung und Formulardesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
11.5.4
Gestaltung von Web-Sites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
11.6
Semantic Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
11.6.1
Suchmaschinen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
11.6.2
Metadaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
11.6.3
RSS Feeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
11.6.4
Web 2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
12
eXtensible Markup Language XML . . . . . . . . . . . . . 419
12.1
Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
12.2
Struktur und Syntax von XML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
12.2.1
Document Type Definition DTD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
12.2.2
Literale und primitive Datentypen in XML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
12.2.3
Weitere XML-Bestandteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
12.2.4
Namespaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
12.2.5
DOM und SAX. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
12.3
XPath . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
12.3.1
Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
12.3.2
Location Steps in XPath . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
12.3.3
Funktionen in XPath . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
12.4
Linking in XML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
12.4.1
XLink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
12.4.2
XPointer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
12.5
Stil-Definition mit CSS und XSL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
12.5.1
Transformationen mit XSLT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
12.5.2
XSL Formatting Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
12.6
XML Schema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
12.7
Weitere Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
12.7.1
XHTML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
12.7.2
Software für XML und XSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
12.8
Synchronized Multimedia Integration Language . . . . . . . . . . . 453
12.8.1
Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
Inhaltsverzeichnis
15
12.8.2
Geschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
12.8.3
Grundlegende SMIL-Tags. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
12.8.4
Layout-Beschreibung in SMIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
12.8.5
Synchronisation in SMIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
12.8.6
Animationen und Übergänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
12.8.7
Software für SMIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
13
Virtual Reality, VRML und X3D. . . . . . . . . . . . . . . . . 465
13.1
Erstellung virtueller Welten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
13.1.1
Werkzeuggestützte 3D-Modellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
13.1.2
Arbeitsschritte bei der 3D-Modellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
13.2
Übersicht VRML und X3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
13.2.1
Geschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
13.2.2
Weitere Entwicklung von VRML und X3D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
13.3
VRML- und X3D-Dateistruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
13.3.1
Knoten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
13.3.2
Felder, Einheiten und Elementarknoten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
13.4
Knoten im Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
13.4.1
Grafische Primitive und Punktmengen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
13.4.2
NURBS-Flächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483
13.4.3
Materialeigenschaften und Texturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
13.4.3
Umgebungs- und Viewing-Knoten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
13.4.4
Gruppenknoten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
13.5
Ereignisverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
13.5.1
Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
13.5.2
Interpolatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
13.5.3
Scriptknoten
13.5.4
External Authoring Interface EAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
13.6
Geospatiale Knoten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
14
Sicherheit digitaler Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
14.1
Paradigmen der Kommunikationssicherheit . . . . . . . . . . . . . . 506
14.2
Symmetrische Verschlüsselungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 507
14.2.1
Data Encryption Standard DES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
14.2.2
International Data Encryption Algorithm IDEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510
14.2.3
RC5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
16
Inhaltsverzeichnis
14.2.4
Advanced Encryption Standard AES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
14.3
Public Key Systeme PKS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
14.3.1
Geschichte von PKS und Faktorisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
14.3.2
Vergleich PKS mit symmetrischen Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
14.3.3
RSA-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
14.3.4
ElGamal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
14.3.5
Algorithmen auf der Basis elliptischer Kurven. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
14.4
Hybride Kryptosysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
14.5
Digitale Signatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
14.5.1
Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
14.5.2
Kryptografische Hash-Funktionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
14.6
Zertifikate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
14.6.1
Hierarchische Zertifizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
14.6.2
Web of Trust und PGP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
14.7
Secure Socket Layer SSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
14.7.1
SSL Handshake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
14.7.2
Verstärkung von SSL-Clients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
14.8
Digitale Wasserzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
14.8.1
Lowest Bit Coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
14.8.2
Texture Block Coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
14.8.3
Patchwork Coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
14.9
Rechtliche Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
14.9.1
Schlüsselhinterlegung (Key Escrow). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532
14.9.2
Telemedien-Gesetzgebung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
14.9.3
Signaturgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
15
Electronic Publishing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
15.1
Textverarbeitung und Präsentation im Überblick . . . . . . . . . . . 535
15.1.1
Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536
15.1.2
Sprachliche Gestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
15.1.3
Design von elektronischen Dokumenten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
15.2
Hypertext . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
15.2.1
Geschichte der Hypertextsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
15.2.2
Hypertext Design Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
15.2.3
Design von Hypertextdokumenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
Inhaltsverzeichnis
17
15.3
TeX und verwandte Programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
15.3.1
LaTeX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
15.3.2
Schriften in TeX. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
15.3.3
LyX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
15.4
PostScript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
15.4.1
Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
15.4.2
Datentypen und Kommentare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
15.4.3
Variablen und Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
15.4.4
Kontrollstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
15.4.5
Liniengrafik in PostScript. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556
15.4.6
Schrift in PostScript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
15.4.7
Rastergrafik und Farbdarstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
15.4.8
Dateioperationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
15.4.9
Portable Document Format PDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
15.5
Open Document Format ODF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
15.6
Rich Text Format RTF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
15.6.1
Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
15.6.2
Kopfteil von RTF-Dateien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
15.6.3
Dokumentenformatierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571
15.6.4
Abschnittsformatierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574
15.6.5
Absatzformatierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576
15.6.6
Zeichenformatierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
15.6.7
Weitere Formatierungsbefehle im RTF-Format. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
16
eLearning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
16.1
Was ist eLearning? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
16.1.1
Formen des eLearning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582
16.1.2
Vorteile des eLearning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
16.1.3
Probleme des eLearning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
16.2
Lernplattformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585
16.2.1
Eigenschaften von Lernplattformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585
16.2.2 Auswahl von Lernplattformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
16.2.3
Open Source Lernplattformen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587
16.3
Erstellung von Lerninhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588
16.4
SCORM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
16.4.1
Inhaltsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590
18
Inhaltsverzeichnis
16.4.2
Metadaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
16.4.3
Content Packaging und Manifest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
16.4.5
Abläufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
17
eCommerce und eGovernment . . . . . . . . . . . . . . . . 597
17.1
eCommerce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597
17.1.1
Business-to-Consumer B2C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597
17.1.2
Consumer-toX: C2C und C2B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598
17.1.3
Internet-Auktionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
17.1.4
Business-to-Business B2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600
17.1.5
Portale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602
17.2
eGovernment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
17.2.1
Guideline für eGovernment-Strategie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
18
Visionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
18.1
Data Heat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
18.2
Information Overload . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608
18.3
Quantencomputer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609
18.4
Science Fiction? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610
18.4.1
Omnipräsenz der Computer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610
18.4.2
Globales Netzwerk oder globales Dorf? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611
18.5
Cyberspace oder Gaia?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
19
Anhang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615
19.1
Organisationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615
19.2
Dateiendungen und Datenformate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 618
Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624
Peter A. Henning
Taschenbuch Multimedia
ISBN-10: 3-446-40971-8
ISBN-13: 978-3-446-40971-2
Leseprobe
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1
Einführung
1.1
Multimedia als Begriff
Im Zentrum von Multimedia stehen Menschen und ihre Wege, mit anderen Menschen und ihrer Umwelt zu kommunizieren.
Diese Kommunikation wird über verschiedene Kanäle abgewickelt:
•
über den textuellen Kanal, d. h. durch Wort und Schrift,
•
über den visuellen Kanal, d. h. durch die Wahrnehmung von Licht
und Farbe − im weitesten Sinne also von Bildern,
•
über den auditiven Kanal, d. h. durch Ton, Klang und Sprache,
•
durch die Wahrnehmung von Bewegung und Beschleunigung,
•
durch das Fühlen von Kräften, Texturen und Temperaturen,
•
durch Riechen und Schmecken, d. h. durch chemische Sensorik.
Für diese Kanäle werden in anderen Publikationen auch die Begriffe Moden,
Modi oder Modalitäten verwendet.
Diese Kanäle sind nur teilweise mit den klassischen "fünf Sinnen"
identisch. Nicht jeder kann von Menschen in beiden Richtungen gleich
gut genutzt werden, auch ihre Bedeutung für Mensch und Technik differiert sehr stark. Multimedia ist der Trend, diese Kanäle mit den Mitteln der Informationswissenschaft über alle Quellen zu integrieren und
als Gesamtheit für die Kommunikation zu nutzen.
Bücher vereinen oft den textuellen mit dem visuellen Kanal, sie fallen aber erst
unter die Definition von Multimedia durch die Anstrengung vieler Verlage, ihre
Druckwerke auch über andere Kanäle verfügbar zu machen.
Da durch die Beschränkung eines Mediums häufig die Wahrnehmung
des Menschen zensiert wird, ist für den Gesamterfolg einer Kommunikation die Vielfalt der Kanäle entscheidend.
Im vorliegenden Buch werden nur die wichtigsten Kanäle behandelt, in
einer Reihenfolge, die etwa der zeitlichen Abfolge ihrer Integration in
den Trend "Multimedia" entspricht, siehe Bild 1.1.
Die Definition von Multimedia beinhaltet zwei weitere Aspekte:
•
Die Trennung von Information und ihrer Darstellung. Multimediale Textdokumente werden nicht als Stapel von Papieren aufbewahrt und befördert, sondern in einer abstrakten Form.
20
1 Einführung
•
Das Konzept der Vernetzung von Informationsquellen. Die leichte Beförderung von abstrakten Informationen ermöglicht ihre Aufbewahrung an räumlich voneinander getrennten Orten.
Die erste Folgerung aus dieser Definition ist, dass elektronische Computer eine zentrale Rolle für die Multimedia-Technik spielen − sie sind unser derzeitiges technisches Mittel zum Speichern und Befördern von Informationen in Form von Daten.
Fühlen
Sehen
Text
Grafik
Bewegung
Hören
Kraft,
Beschleunigung,
Temperatur
Audio
Riechen
Chemie
Schmecken
Wahrnehmungsebene
Zeitachse Multimedia
Kap.3
Zeichen
und
Schrift
Kap.4
Licht und
Farbe
Kap.5
Ton und
Klang
Kap.6
Bewegung
Animation,
und Video
Kap.18
Visionen
Medienobjekte, integriert in eine Produktion
Bild 1.1: Kommunikationskanäle und Multimedia
Die Umwandlung von Informationen in Daten beinhaltet meist eine Digitalisierung, sie ist immer mit einer Codierung verbunden.
Multimedia-Daten haben die folgenden Charakteristika:
•
Das Datenvolumen ist sehr hoch.
•
Sie müssen in Echtzeit übertragen oder dargestellt werden.
1.1 Multimedia als Begriff
•
21
Sie müssen miteinander und mit anderen Ereignissen synchronisiert
werden.
•
Sie sind auf Menschen als Endabnehmer zugeschnitten, dessen Interaktions- und Wahrnehmungsfähigkeiten gehen also in die Daten
ein.
Eine zweite Folgerung aus der Definition von Multimedia betrifft das
Internet sowohl in seiner derzeitigen Ausprägung als auch in seiner zukünftigen Entwicklung.
Das Zusammenwachsen eines reinen Datennetzes (d. h. des Internet
bis 1990) mit Rundfunk, Fernsehen und Telefonnetzen ist ein wesentlicher Bestandteil von Multimedia.
Das Internet hat demnach eine Bedeutung, die weit über seine technischen Aspekte hinausgeht. Dies wurde bereits von Vannevar Bush erkannt, der 1945 in seinem visionären Artikel "As We May Think" den
ersten theoretischen Vorläufer des Internet als eine Erweiterung des
menschlichen Geistes beschrieb:
Presumably man’s spirit should be elevated if he can better review his shady past
and analyze more completely and objectively his present problems. He has built a
civilization so complex that he needs to mechanize his record more fully if he is
to push his experiment to its logical conclusion [B45].
Daraus ergibt sich eine weitere Folgerung betreffend Multimedia, die
insbesondere die eingeschränkte Vorhersagbarkeit von technologischen
und gesellschaftlichen Entwicklungen betrifft:
Multimedia-Systeme sind aufgrund der Einbeziehung menschlicher
Aspekte und der starken Vernetzung nichtlinear und komplex.
1.2
Die ersten 50 Jahre Multimedia
Der so definierte Trend hat seine Anfänge vor mehr als 50 Jahren genommen. Im Folgenden sind ein paar wichtige Meilensteine aus dieser
Zeit aufgelistet, detailliertere historische Daten finden sich in den Einzelkapiteln.
1945
Vannevar Bush (amerikanischer Wissenschaftler und Politikberater,
1890 bis 1974) konzipiert das fiktive System Memex als eine Erweiterung des menschlichen Geistes [B45].
22
1 Einführung
1955
Eine Umfrage in Deutschland ergibt, dass 37 % aller Haushalte kein
Buch besitzen.
1960
Joseph Carl Robnett (J.C.R.) Licklider (amerikanischer Psychologe und
Computerpionier, 1915 - 1990) veröffentlicht den Artikel "Man-Computer Symbiosis" [L60].
1965
Ted Nelson benutzt für sein System Xanadu zum ersten Mal den Begriff
Hypertext. Weitere historische Hinweise zum Thema Hypertext siehe
in Abschnitt 15.2.
1967
Nicholas Negroponte gründet am Massachusetts Institute of Technology
(MIT) die Architecture Machine Group.
1976
Die Architecture Machine Group macht an die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) den Vorschlag eines Multiple Media
System.
1978
Lippman und Mohl aus der MIT Architecture Machine Group stellen die
Aspen Movie Map vor, nach heutiger Sprechweise ein HypermediaVideoDisk.
1983
Backer konzipiert ein erstes elektronisches Buch.
1985
Negroponte und Wiesner eröffnen das MIT Media Lab.
1989
Tim Berners-Lee und Robert Cailleau "erfinden" am CERN das World
Wide Web. Weitere historische Hinweise zum Thema WWW und
HTML siehe Abschnitt 11.3.2.
1990
K. Hooper Woolsey gründet das Apple Multimedia Lab. Dieses entwickelt die Projekte Visual Almanac und Classroom MM Kiosk.
1.2 Die ersten 50 Jahre Multimedia
23
1992
Der erste Versuch eines Mbone Audio Multicast im Internet.
1993
Das National Center for Supercomputer Applications (NCSA) an der University of Illinois entwickelt den Web-Browser Mosaic.
1994
Jim Clark und Marc Andreesen begründen Netscape.
1995
Entwicklung von Java als plattformunabhängiger Programmiersprache.
Multimedia ist das Wort des Jahres in Deutschland.
1.3
Konventionen für dieses Buch
1.3.1
Disclaimer
Obwohl dieses Buch sehr sorgfältig recherchiert wurde, können Verlag
und Autor keine Haftung für die Richtigkeit der präsentierten Informationen übernehmen. Es wird ferner ausdrücklich darauf hingewiesen, dass
Verlag und Autor nicht für die Inhalte von Web-Seiten haften, die in
diesem Buch als Links aufgeführt sind.
1.3.2
Organisationen im Bereich Multimedia
Die Abkürzungen der Namen und Abkürzungen von Organisationen
sind in Schmalschrift der Schriftart Helvetica abgefasst. Abschnitt 19.1 im
Anhang enthält eine Tabelle der verwendeten Abkürzungen.
1.3.3
Parameterkennzeichnung
In Beschreibungssprachen und Kommandozeilen sind Parameter kursiv
gesetzt.
24
1 Einführung
1.3.4
Zahlen, Einheiten und Vorsätze
Zur Kompatibilität zwischen Programmbeispielen und Text wird im
Buch die angelsächsische Notation verwendet, mit einem Dezimalpunkt zur Trennung der Nachkommastellen: 3.14259...
Hexadezimalzahlen sind entweder explizit oder durch die Schreibweise
0x(Ziffern und Buchstaben A ... F) gekennzeichnet.
Im Folgenden werden die gesetzlichen Einheiten verwandt, die Vorsätze
bedeuten im Einzelnen:
Tabelle 1.1: Liste der im Buch verwendeten Einheitenvorsätze
Abk.
Bezeichnung
Bedeutung = Faktor
T
Tera
1 000 000 000 000 = 10 12
G
Giga
1 000 000 000 = 10 9
M
Mega
1 000 000 = 10 6
k
Kilo
1 000
K
-
1 024
c
Centi
1/100
m
Milli
1/1 000 = 10 -3
µ
Mikro
1/1 000 000 = 10 -6
n
Nano
1/1 000 000 000 = 10 -9
Ein typischer Fehler in Publikationen über Multimedia ist die Verwendung des
Einheitenvorsatzes Mega abweichend von der gesetzlichen Definition als
1024 · 1024 = 1 048 576.
Bibliografie und Webliografie
[B45]
[L60]
Bush, V.: As we May Think, Atlantic Monthly, (July 1945).
Licklider, J.C.R.: Man-Computer Symbiosis, IRE Transactions on Human Factors in Electronics, Vol. HFE-1
(1960) 4-11
25
2
Kommunikation in Bits und Bytes
Für das Verständnis von Multimedia bedarf es einiger Grundlagen, sie
werden in diesem Kapitel in Kürze behandelt. Zunächst werden dabei
einige fundamentale Begriffe aus der Nachrichtentechnik eingeführt.
Ein kleiner Exkurs in die theoretischen Grundlagen der Informatik
schafft schließlich die Voraussetzungen für die Diskussion von Codierung und Datenkompression. Zur Vertiefung wird auf die am Ende des
Kapitels angegebene Literatur verwiesen.
2.1
Nachrichtentechnische Grundlagen
Die Kommunikation zwischen Menschen und ihrer Umwelt erfolgt über
die verschiedenen in Kapitel 1 aufgeführten Kanäle. Am Übergang zwischen der äußeren Welt und der inneren Welt stehen Sinnesorgane: Augen, Ohren, mechanische Rezeptoren und Chemo-Rezeptoren. Diese
Sensoren verarbeiten Signale.
Ein Signal ist die deterministische Änderung einer physikalischen
Größe. Ein Signal enthält demnach Information über seine Ursache
und kann sie durch Zeit und Raum transportieren.
Dies impliziert nicht die bewusste Steuerung: Erdbeben etwa, als zufällig auftretende Naturerscheinungen, können im Vorfeld zu physikalischen Veränderungen
führen − z.B. elektrischen Erscheinungen oder Mikrobrüchen in Gesteinen. Tiere
können solche Veränderungen u. U. als Signale wahrnehmen und dadurch das
Erdbeben scheinbar vorhersehen.
Durch technische Mittel lassen sich Signale von einem physikalischen
Trägermedium auf ein anderes übertragen, z.B. elektrische Spannung
wieder in eine Druckänderung umsetzen.
Die meisten makroskopischen Signale sind kontinuierlicher Natur:
Lichtintensität, Schalldruck oder elektrische Spannung sind Größen, die
wir im Allgemeinen als kontinuierlich veränderbar betrachten.
Auf der mikroskopischen Ebene jedoch erweist sich diese Interpretation
als fragil, viele Naturvorgänge sind durch Quantenphänomene bestimmt
und damit nicht beliebig variabel.
Beispiel: In der Astrophysik ist es üblich, sehr lichtschwache Objekte durch
Sammlung einzelner Lichtteilchen (Photonen) oder anderer Elementarteilchen
nachzuweisen. So wurde etwa die Supernova SN 1987a aus einer Entfernung von
50 000 Lichtjahren durch 11 gezählte Neutrinos nachgewiesen.
26
2 Kommunikation in Bits und Bytes
Erfolgt die Veränderung der physikalischen Größe kontinuierlich,
spricht man von analogen Signalen. Die menschlichen Sinnesorgane
können im Wesentlichen als analoge Sensoren aufgefasst werden,
d.h., sie reagieren auf kontinuierliche Veränderung von Außenbedingungen mit kontinuierlicher Weitergabe der Änderung in das innere
menschliche System.
Beispiel 1: Die Rate, mit der die Ganglienzellen in unserer Netzhaut elektrische
Impulse ins Gehirn senden, wächst kontinuierlich mit der Lichtintensität an.
Beispiel 2: Eine Luftdruckänderung wird in eine proportionale Auslenkung der
Haarzellen im Innenohr umgesetzt.
Menschliche Sinnesorgane nehmen nicht nur zeitlich variable Signale
auf (z.B. Luftdruckschwankungen), sondern auch räumlich variable Signale (z.B. Bilder).
Die räumliche Änderung einer physikalischen Größe kann durch Serialisierung in ein zeitlich variables Signal umgewandelt werden. Bei
zweidimensional räumlich variablen Signalen erfolgt dies i.Allg. durch
zeilenweise Abtastung (Scan).
Die zeilenweise Abtastung eines Bildes impliziert den Fortfall des kontinuierlichen Charakters: Das rekonstruierte Signal weist senkrecht zur
Zeilenrichtung eine diskrete Zeilenstruktur auf.
In nachrichtentechnischen Publikationen wird ein zeilenweise abgetastetes Bild
als "zeitdiskretes, wertanaloges" Signal bezeichnet.
2.1.1
Fourier-Transformation
Zwischen äußerem Eingang und innerem Ausgang der Sinnesorgane stehen verschiedene Filter, die nur bestimmte Änderungen der Umgebungsbedingungen in das innere System passieren lassen.
Beispiel: Licht- und Tonwahrnehmung sind auf bestimmte Frequenzbereiche beschränkt.
Bei der Verarbeitung von Signalen für menschliche Sinnesorgane ist es
deshalb häufig notwendig, den Beitrag bestimmter Frequenzen zu einem
gegebenen zeitlich periodischen Signal zu bestimmen. Weist ein periodisches Signal einen Amplitudenverlauf der Form
A(t) = A0 ⋅sin(2π⋅f⋅t)
oder
B(x) = B0 ⋅sin(2π⋅k⋅x)
2.1 Nachrichtentechnische Grundlagen
27
auf, so bezeichnet man es als harmonische Schwingung der Frequenz f
bzw. der Wellenzahl k.
Das Verfahren zur Bestimmung der Anteile einzelner harmonischer
Schwingungen an einem gegebenen Signal ist die Fourier-Analyse,
nach Joseph Marie Baron de Fourier (frz. Mathematiker, 1768 - 1830).
Sie ist verbunden mit der Fourier-Transformation einer zeitlich oder
räumlich variierenden Größe in den Frequenz- oder Wellenzahlraum.
Die Rücktransformation heißt Fourier-Synthese.
Sei A(t) eine periodische Funktion der Frequenz f. Dann lässt sich A(t)
als Überlagerung unendlich vieler harmonischer Schwingungen darstellen, mit Frequenzen, die jeweils ein Vielfaches von f betragen (so genannte Oberwellen):
∞
A(t) =
∞
∑ F(i)⋅ cos(2π⋅(i + 1)f⋅t)
i =0
+
∑ G(i)⋅sin(2π⋅(i + 1)f ⋅t)
i= 0
Die Koeffizienten werden berechnet durch
T
F(i ) = 2f⋅ ∫ A(t) cos(2π⋅(i +1)f⋅t) dt
0
T
G(i ) = 2 f ⋅ ∫ A(t ) sin(2π⋅(i + 1)f⋅t) dt
0
wobei T = 1/f. Dieses Verfahren entspricht also der Zerlegung einer anharmonischen (nicht sinus- oder cosinusförmigen) Schwingung in eine
harmonische Grundwelle und ihre Oberwellen.
Die Fourier-Transformation ist auch auf nichtperiodische Funktionen
anwendbar, allerdings steht dann statt der Summation eine Integration
über ein Kontinuum von Frequenzen. In den beiden Bildern 2.1 und 2.2
ist die Fourier-Transformation eines nichtperiodischen Audiosignals
dargestellt, dabei handelt es sich um die Aussprache des Wortes "ist"
durch eine weibliche Person.
Die Gesamtheit der Frequenz- oder Wellenzahlanteile (ausgedrückt
durch alle Fourier-Koeffizienten) bildet das Spektrum eines Signals.
28
2 Kommunikation in Bits und Bytes
1
Rel. Amplitude
0.5
0
− 0.5
−1
0
10
20
30
40
Zeit [ms]
50
60
70
Bild 2.1: Verlauf der Luftdruckschwankungen (in willkürlichen Einheiten)
bei der Aussprache des Wortes "ist"
4
Häufigkeit
3
2
1
0
0
0.5
1
Frequenz [kHz]
1.5
2
Bild 2.2: Relative Häufigkeit (Mittelwert = 1) der einzelnen Frequenzanteile
in Bild 2.1
Die Transformation eines Multimedia-Datenbestandes in seinen Frequenzraum ermöglicht das Abschneiden höherfrequenter Anteile. Dies
wird z.B. bei der JPEG-Kompression von Bilddaten genutzt, aber auch
in verschiedenen Verfahren zur Audio-Codierung.
Die Fourier-Transformation ist jedoch mit diversen Nachteilen behaftet: