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Digitale AV-Technik
Prof. Uwe Hahne
Sommersemester 2026

Digitale AV-Technik - Aufgabenblatt 06¶

Verlustbehaftete Kompression von Medieninhalten

Lernziele¶

  1. Verstehen, wie verlustbehaftete Kompression funktioniert.
  2. Unterschiede zwischen verlustfreier und verlustbehafteter Kompression identifizieren.
  3. Die Auswirkungen der Kompression auf verschiedene Medien (Bild, Ton, Video) analysieren.
  4. Gemeinsam Vor- und Nachteile der verlustbehafteten Kompression diskutieren.

Arbeitsanweisung - Gruppenpuzzle¶

  1. Bilden Sie Stammgruppen aus jeweils mindestens drei Personen.
  2. In jeder Gruppe ordnen sich die Teilnehmenden einer der drei Expertengruppen Bild, Video oder Ton zu.
    • Hinweis: Die Expertengruppen sind nicht zwingend gleich groß. Es ist wichtig, dass sich die Teilnehmenden in den Stammgruppen so aufteilen, dass alle Themen abgedeckt sind.
  3. Die Expertengruppen und bearbeiten die Aufgaben anhand der jeweiligen Materialien.
    • Hinweis: FĂŒr die Bearbeitung sollten nur die gegebenen Quellen verwendet werden. Bitte im Rahmen dieser Übungsaufgabe keine anderen Quellen verwenden.
  4. Tauschen Sie sich in der Expertengruppe aus und fassen Sie die Ergebnisse zusammen. Halten Sie Ihre Ergebnisse stichpunktartig fest. Bereiten Sie sich darauf vor, Ihre Ergebnisse der Stammgruppe vorzustellen.
  5. Bearbeiten Sie die untenstehenden Stammaufgaben und fassen Sie Ihre Ergebnisse zusammen.
  6. PrĂ€sentieren Sie die Ergebnisse Ihrer Stammgruppe in der anschließenden Diskussion im Plenum.

Expertenaufgaben¶

Auf den folgenden Seiten finden Sie die Aufgaben fĂŒr die Expertengruppen. Bearbeiten Sie diese in Ihrer Expertengruppe und halten Sie Ihre Ergebnisse stichpunktartig fest. Bereiten Sie sich darauf vor, Ihre Ergebnisse der Stammgruppe vorzustellen.

Bild¶

Schauen Sie sich das YouTube Video von Leo Isikdogan How image compression works (Dauer: 6:52 min) an und lesen Sie die Wikipedia-Seiten Lossy compression und JPEG. Bearbeiten Sie die folgenden VerstÀndnisfragen in der Expertengruppe:

📘 VerstĂ€ndnisfragen zur verlustbehafteten Bildkompression¶

  1. Was ist der Unterschied zwischen verlustfreier und verlustbehafteter Bildkompression?

    • Hinweis: ErlĂ€utern Sie die grundlegenden Unterschiede in Bezug auf Kompressionsgrad, QualitĂ€t und Anwendungsbereiche.

  2. Wie funktioniert die JPEG-Kompression?

    • Hinweis: Beschreiben Sie die Schritte der JPEG-Kompression, einschließlich der Diskreten Kosinustransformation (DCT), Quantisierung und Entropiecodierung. KlĂ€ren Sie, welche Schritte verlustbehaftet sind und welche nicht.

  3. Was sind die Vorteile der verlustbehafteten Bildkompression?

    • Hinweis: Diskutieren Sie die Vorteile der verschiedenen Kompressionsmethoden (JPEG, PNG, GIF), wie z. B. die Reduzierung der DateigrĂ¶ĂŸe und die Erhaltung der BildqualitĂ€t, aber bewerten Sie auch den Aufwand der Verarbeitung. KlĂ€ren Sie, welche Bildformate verlustbehaftete Kompression unterstĂŒtzen und welche nicht.

Video¶

Schauen Sie sich das YouTube Video von Leo Isikdogan How video compression works (Dauer: 4:44 min) an. ErgÀnzend können Sie sich noch die Videos von Techquickie Video Compression as Fast As Possible (Dauer: 6:10 min) und What is a Codec as Fast As Possible (Dauer: 5:08 min) zum Thema Videocodecs ansehen. Lesen Sie auch die Wikipediaseite zu Video Codecs, sowie weitere verlinkte Seiten (z.B. AV1) und bearbeiten Sie die folgenden VerstÀndnisfragen in der Expertengruppe:

📘 VerstĂ€ndnisfragen zur verlustbehafteten Videokompression¶

  1. Was sind die Hauptunterschiede zwischen intra- und inter-frame Kompression?

    • Hinweis: ErlĂ€utern Sie, wie intra-frame Kompression innerhalb eines einzelnen Frames arbeitet, wĂ€hrend inter-frame Kompression Unterschiede zwischen aufeinanderfolgenden Frames nutzt.
    • Zusatzfrage: Warum ist die inter-frame Kompression effizienter?

  2. Wie funktioniert die inter-frame Kompression?

    • Hinweis: Beschreiben Sie, wie Bewegungsvektoren und Differenzbilder verwendet werden, um die Datenmenge zu reduzieren.
    • Zusatzfrage: Was sind die Vorteile der Verwendung von B-Frames?

  3. Was ist der Unterschied zwischen einem Codec und einem Containerformat?

    • Hinweis: ErlĂ€utern Sie, wie Codecs die Kompression und Dekompression von Video- und Audiodaten durchfĂŒhren, wĂ€hrend Containerformate verschiedene Arten von Daten (Video, Audio, Untertitel) in einer Datei zusammenfassen.
    • Zusatzfrage: Nennen Sie Beispiele fĂŒr gĂ€ngige Containerformate und welche Kompressionsverfahren sie unterstĂŒtzen. Warum ist die Standardisierung von Codecs und Containern wichtig?

  4. Was ist die Alliance for Open Media (AOM) und was ist AOMedia Video 1 (AV1)?

    • Hinweis: Beschreiben Sie die Ziele der AOM und die Vorteile des AV1-Codecs im Vergleich zu anderen Codecs wie H.264 und HEVC.
    • Zusatzfrage: Warum ist AV1 fĂŒr Streaming-Dienste von Interesse?

Audio¶

Schauen Sie sich das YouTube Video von Explaining Computers zu den unterschiedlichen Audioformaten an. Lesen Sie auch die Seite „Lossy Audio Compression: Principles, Methods, Misconceptions“, sowie die Wikipediaseiten zu Audiodatenkompression, sowie zur modifizierten, diskreten Kosinustransformation und bearbeiten Sie die folgenden VerstĂ€ndnisfragen in der Expertengruppe:

📘 VerstĂ€ndnisfragen zur verlustbehafteten Audiokompression¶

  1. Was versteht man unter „auditory masking“ und wie wird dieses PhĂ€nomen in verlustbehafteten Audiocodecs ausgenutzt?

    • Hinweis: Beschreiben Sie, wie laute Töne leisere Töne maskieren können und wie Encoder diese Eigenschaft nutzen, um Daten zu reduzieren.

  2. Warum ist die Aussage „Lossy audio compression removes redundant audio data“ laut dem Artikel irrefĂŒhrend?

    • Hinweis: Diskutieren Sie, warum verlustbehaftete Kompression nicht einfach „unnötige“ Daten entfernt, sondern wie sie tatsĂ€chlich funktioniert.

  3. Welche typischen Anwendungen und Formate verlustbehafteter Audiokompression werden im Artikel genannt?

    • Hinweis: Nennen Sie Formate wie MP3, AAC, Opus und prĂŒfen sie deren Einsatzgebiete, indem Sie weitere Quellen finden, die die EintrĂ€ge in der Tabelle im Dokument belegen.
    • Warum verwendet Spotify verschiedene Formate fĂŒr verschiedene Plattformen?

  4. Welche Faktoren beeinflussen die QualitÀt der verlustbehafteten Audiokompression laut dem Artikel?

    • Hinweis: Diskutieren Sie die Bedeutung von Bitrate, Encoder-Design und psychoakustischen Modellen fĂŒr die wahrgenommene AudioqualitĂ€t.

  5. Was bedeutet Transparenz im Zusammenhang mit der Kompression?

    • Hinweis: Beschreiben Sie, warum Transparenz schwer zu definieren ist.

Stammaufgaben¶

Bearbeiten Sie die folgenden Aufgaben in Ihrer Stammgruppe. Halten Sie Ihre Ergebnisse stichpunktartig fest und bereiten Sie sich darauf vor, diese im Plenum zu prÀsentieren.

Aufgabe 1: Grundlagen und Anwendung der verlustbehafteten Kompression¶

  1. Wie wird verlustbehaftete Kompression definiert? Wie unterscheidet sie sich von verlustfreier Kompression?
  2. In welchen Anwendungsbereichen ist verlustbehaftete Kompression sinnvoll und wie wird sie eingesetzt? Wann wird sie nicht eingesetzt?

Aufgabe 2: Techniken und Prinzipien¶

  1. Welche grundlegenden Techniken und Prinzipien haben die Methoden der verlustbehafteten Kompression bei allen Medien gemeinsam?
  2. Welche spezifischen Techniken werden in den verschiedenen Medien (Bild, Audio, Video) verwendet?

Aufgabe 3: Auswirkungen auf die MedienqualitÀt¶

  1. Welche Auswirkungen hat verlustbehaftete Kompression auf die QualitÀt der komprimierten Medien?
  2. Welche Beispiele fĂŒr Artefakte oder Probleme, die durch Kompression entstehen können, gibt es?
  3. Wie unterscheiden sich die Auswirkungen der Kompression auf Bild, Audio und Video? Welche Unterschiede gibt es in der Wahrnehmung der QualitÀt bei den verschiedenen Sinnesorganen?

Aufgabe 4: Bezug zur Informatik und Informationstheorie¶

  1. Wie groß ist der Einfluss der verlustbehafteten Kompression im Vergleich zur verlustfreien Kompression auf die Datenmenge?
  2. Wie unterscheiden sich die ĂŒblichen Kompressionsraten in Bezug auf das Medium (Bild, Video, Ton)?
  3. Wie effizient sind die Algorithmen der verlustbehafteten Kompression im Vergleich zu den Algorithmen der verlustfreien Kompression? Welche Algorithmen sind am effizientesten? Mit welchen Verarbeitungszeiten sind sie verbunden?

Ergebnisse dokumentieren und prÀsentieren¶

Fassen Sie die Ergebnisse Ihrer Stammgruppe in einer Mindmap zusammen. Sie können sich dabei an den folgenden Punkten orientieren:

  • Grundlagen und Anwendungsbereiche:
  • Techniken, Methoden, Algorithmen:
  • Auswirkungen, Vor- und Nachteile:
  • Datenmengen und -raten:

PrÀsentation¶

Stellen Sie ihre Mindmap in einer 5-minĂŒtigen KurzprĂ€sentation vor:

  • ErlĂ€utern und begrĂŒnden Sie ihre Visualisierung und die Struktur.
  • Beantworten Sie mögliche RĂŒckfragen Ihrer Mitstudierenden.
  • Reichen Sie Ihre Mindmap als Link oder Datei bei der Lehrperson ein, damit diese auf der Kurswebseite veröffentlicht werden kann.