M114 Tag3 Lernstandsanalyse Zahlensysteme ----------------------------------------- was ist X hoch 0 = ? 16 hoch 1 = 16 (entspricht 2 hoch 4) | 16 hoch 2 = 256 (entspricht 2 hoch 8) | --> was fällt hier auf? 16 hoch 3 = 4096 (entspricht 2 hoch 12) | 1 (dez) = ???? (bin) | 4 (dez) = ? (hex) 10 (dez) = ???? (bin) | 15 (dez) = ? (hex) 126 (dez) = ???? ???? (bin) | 32 (dez) = ?? (hex) 1298 (dez) = ???? ???? (bin) | 1298 (dez) = ??? (hex) 0001 (bin) = ? (dez) | für die Schnelleren 1111 (bin) = ? (dez) | 23'283 (dez) = ???? (hex) 10'1010 (bin) = ?? (dez) | 1011'1011 (bin) = ??? (dez) 101'1001 (bin) = ?? (dez) | 3 (hex) = ? (dez) = ???? (bin) | 5AF3 (hex) = ??'??? (dez) 5 (hex) = ? (dez) = ???? (bin) | 5AF3 (hex) = ???? ???? (bin) A (hex) = ? (dez) = ???? (bin) | --> was fällt hier auf? F (hex) = ? (dez) = ???? (bin) | Lösungen:
15:50 min, D, YouTube [Einfache Einführung zu den Binärzahlen](https://www.youtube.com/watch?v=cKvAUzqDdJI)
04:35 min, D, YouTube [Das Binärsystem / Dualsystem ft. brainfaqk](https://www.youtube.com/watch?v=6WsI95N0QKU)
06:34 min, D, YouTube [Das Hexadezimalsystem ft. TheSimpleMaths](https://www.youtube.com/watch?v=-6Je-FuAufk)





# Thema B - Komprimieren Eine Komprimierung und Dekomprimierung "ohne" Verlust ist vornehmlich für Texte und einfache Grafiken notwendig, weil wir dafür kein Verlust von Informationen haben können oder wollen. Bei Bilder, Videos und bei Musik, Sound und Sprache ist es nicht so schlimm, wenn "etwas" Verlust Komprimierung und der Dekomprimierung entsteht. [**Einstieg**](https://gitlab.com/ch-tbz-it/Stud/m114/-/tree/main/B.%20Daten%20komprimieren) ## Komprimierung **ohne** Verlust - [Komprimierung ohne Verlust (VLC/Morse, Huffmann, LZW, Zip)](https://gitlab.com/ch-tbz-it/Stud/m114/-/tree/main/B.%20Daten%20komprimieren/B.1%20Verlustlose%20Komprimierung) Themen-Bausteine für **Komprimierungs-Techniken** Kodierung: - Baustein A:
Das Prinzip **RLC / RLE** - Baustein B:
Das Prinzip **HUFFMANN** - Baustein C:
Das Prinzip **LZW** - Baustein D:
Die Effizienz der **ZIP-Kompression** - Baustein E:
Was ist und was bringt die **BWT (Burrows-Wheeler-Transformation)**? **- A -** Studieren Sie die [**Lauflängen-Kodierung**](https://gitlab.com/ch-tbz-it/Stud/m114/-/tree/main/B.%20Daten%20komprimieren/B.1%20Verlustlose%20Komprimierung#rlc-run-length-coding-bzw-rle-run-length-encoding) und machen Sie dann **ein eigenes Beispiel auf Karo-Papier** um es dann im Detail den anderen Personen erklären zu können. Das Beispiel soll nicht nur im SW-Raum ("schwarz, weiss"), sondern im RGB-Raum (rot, grün, blau) funktionieren. Zeigen Sie auch die Effizienz der Komprimierung auf. Erstellen Sie Anschauungsmaterial oder angefangene Beispiele oder eine Aufgabenstellung, für eine künftige Prüfungsaufgabe samt deren Lösung. - [03:56 min, E, YouTube, Lossy and Lossless (RLE) Compression](https://www.youtube.com/watch?v=v1u-vY6NEmM) - [09:38 min, D, YouTube, Lauflängencodierung - einfach erklärt](https://www.youtube.com/watch?v=EFsnoRGQ-xM) - [15:43 min, D, YouTube, Lauflängencodierung, in RGB](https://www.youtube.com/watch?v=3QxPpfepv9E) - [04:48 min, E, YouTube, Run Length Encoding](https://www.youtube.com/watch?v=oLaxHXgR0Xo) - [04:40 min, E, YouTube, Run-Length Encoding](https://www.youtube.com/watch?v=cAAeSn8_aCU)
**- B -** Die [**Huffmann-Codierung**](https://gitlab.com/ch-tbz-it/Stud/m114/-/tree/main/B.%20Daten%20komprimieren/B.1%20Verlustlose%20Komprimierung#vlc-variable-length-coding) ist ein Teil der Komprimierung, die u.a. auch in **.mp3**, **.mpeg**, **.jpg** Verwendung findet (aber nicht nur). Schauen Sie sich zuerst zwei oder drei der Videos an und entscheiden Sie dann in der Kleingruppe, welches Video Sie anderen Schüler:innen zeigen würden. Machen Sie dann ein **Demo-Beispiel** z.B. für das Wort "GREIFENSEE SCHIFFAHRT" auf **Karo-Papier**, und zwar so, dass Sie es jemandem erklären könnten. Bereiten Sie zudem Hilfen (z.B. Teil-Lösungen, Algotrithmus-Sätze ...) vor, damit sich andere Lernende (auch Sie!) daran orientieren können. (Er-)Stellen Sie weiter eine geeignete Prüfungsaufgabe samt deren Lösung. - [07:22 min, D, YouTube, Huffman-Codierung - (So geht´s)](https://www.youtube.com/watch?v=eSlpTPXbhYw) - [06:11 min, D, YouTube, Der Huffman Code](https://www.youtube.com/watch?v=qE4mEwHL62c) - [11:06 min, E, YouTube, How Huffman Trees Work - Computerphile](https://www.youtube.com/watch?v=umTbivyJoiI) - [Huffman Coding als Animation](https://people.ok.ubc.ca/ylucet/DS/Huffman.html) --> mit z.B. "GREIFENSEE SCHIFFFAHRT" versuchen.
**- C -** Studieren Sie das [**Lempel-Ziv-Welch** LZW](https://gitlab.com/ch-tbz-it/Stud/m114/-/tree/main/B.%20Daten%20komprimieren/B.1%20Verlustlose%20Komprimierung#lexikalisches-verfahren-lzw-lempel-ziv-welch-algorithmus) -Kodierungsverfahren, das in **.zip**, **.7zip** usw. vorkommt indem Sie zuerst zwei oder drei der Videos anschauen und sich dann in der Kleingruppe entscheiden, welches Video die Sache am besten erklärt. Machen Sie weiter ein **eigenes Beispiel auf Karo-Papier**. Bereiten Sie zudem Hilfen (z.B. Teil-Lösungen, Algotrithmus-Sätze ...) vor, damit sich andere Lernende (auch Sie!) daran orientieren können. (Er-)Stellen Sie weiter eine geeignete Prüfungsaufgabe samt deren Lösung. - [07:01 min, D, YouTube, Komprimieren - GIF-Dateien - LZW Algorithmus](https://www.youtube.com/watch?v=fowlNsxfe9M) - [08:16 min, D, YouTube, LZW-Kodierung](https://www.youtube.com/watch?v=dLvvGXwKUGw) - [06:33 min, E, YouTube, Lempel Ziv Algorithm](https://www.youtube.com/watch?v=hHQgu4qILGs) - [09:33 min, E, YouTube, LZW Encoding and Decoding Algorithm Explained and Implemented in Java](https://www.youtube.com/watch?v=1KzUikIae6k) - [09:21 min, D, YouTube, LZW Kodierung](https://www.youtube.com/watch?v=rMLqpncKsk0) - [10:54 min, D, YouTube, LZW Dekodierung](https://www.youtube.com/watch?v=mxqD315rYnA)
**- D -** Um eine anschuung zu geben, wie gut die ZIP-Kompression funktioniert erstellen Sie zuerst einmal 5 Text-Dateien. Benutzen Sie für den Inhalt einer der Textgeneratoren wie z.B. https://www.loremipsum.de - eine Datei mit 10 Bytes
eine Datei mit 100 Bytes
eine Datei mit 1000 Bytes
eine Datei mit 10000 Bytes
eine Datei mit 100000 Bytes
Machen Sie eine Statistik im Excel (man kann dort auch Grafiken erstellen) und begründen Sie das Resultat. - Erstellen Sie die gleichen 5 Dateien (gleiche Grössen), jedoch nur mit einem Buchstaben oder Zeichen wie z.B. dem "A" oder dem " " (=Leerschlag, Space). Was passiert dann mit den ZIP-Files? - Erstellen Sie ein ZIP aus [Farbkreis-Lo-Res.jpg](./x_ressourcen/Farbkreis-Lo-Res.jpg)
Erstellen Sie ein ZIP aus [Farbkreis-Hi-Res.jpg](./x_ressourcen/Farbkreis-Hi-Res.jpg)
.. und notieren Sie die 4 Dateigrössen.
**Frage:** *Was* stellen Sie bezüglich der Dateigrössen und der *Effizienz/Wirksamkeit* fest und versuchen Sie eine Begründung dazu zu geben.
**- E -** Analysieren Sie die Funktionsweise der BWT-Transformation, also finden Sie heraus, wie das funktioniert. Sie werden sehen, dass es selber noch keine Komprimierung macht. - https://de.wikipedia.org/wiki/Burrows-Wheeler-Transformation - 03:51, E, YouTube, [Burrows Wheeler Transformation](https://www.youtube.com/watch?v=Bqdx55Hz20s) - 04:36, E, YouTube, [Burrows Wheeler Transformation](https://www.youtube.com/watch?v=eBsnfozFqM8) - **Frage:** *Was bringt* diese Technik wenn man sie *womit* kombiniert?


| AP21a | ExpertGrp A | ExpertGrp B | ExpertGrp C | |--------------------|---- |---- |---- | | **StammGrp 1** | Aravinth | Bat, Moos | Castro | | **StammGrp 2** | Schefer | Lucas | Lusti | | **StammGrp 3** | Nguyen | Kummer | Rechou | | **StammGrp 4** | Seiler | Walser | Wüthrich | | **StammGrp 5** | Hug | Basra | Schrodt | | **StammGrp 6** | Zollinger | Metitieri | Tomasko |
| AP21d | ExpertGrp A | ExpertGrp B | ExpertGrp C | |--------------------|---- |---- |---- | | **StammGrp 1** | Boulter | Hotz | Rieder | | **StammGrp 2** | Odermatt | Landa | Manser | | **StammGrp 3** | Paris | Wagner | Rasi | | **StammGrp 4** | Hamza | Russ | Samma | | **StammGrp 5** | Syla | Monje | Engeli | | **StammGrp 6** | Schönhaar | Jong | Bajra | ## Komprimierung **mit** Verlust - [Komprimierung mit Verlust (Bild, Video, Sound)](https://gitlab.com/ch-tbz-it/Stud/m114/-/tree/main/B.%20Daten%20komprimieren/B.2%20Verlustbehaftete%20Komprimierung) ### Funktionsweise JPEG (Bild-Komprimierung) Was ist **DCT** und wie ist das **JPEG**-Format aufgebaut? - 15:11 min, E, [How are Images Compressed? (46MB -> 4MB) JPEG In Depth](https://www.youtube.com/watch?v=Kv1Hiv3ox8I) - Detaillierte Erklärung von Mike Pound, University of Nottingham - 07:30 min, E, [Colourspaces (JPEG Pt0)](https://www.youtube.com/watch?v=LFXN9PiOGtY) - 07:18 min, E, [JPEG 'files' & Colour (JPEG Pt1)](https://www.youtube.com/watch?v=n_uNPbdenRs) - 15:11 min, E, [JPEG **DCT**, Discrete Cosine Transform (JPEG Pt2)](https://www.youtube.com/watch?v=Q2aEzeMDHMA&t=6s) - 05:36 min, E, [The Problem with JPEG](https://www.youtube.com/watch?v=yBX8GFqt6GA&t=33s) - 06:51 min, E, [JPEG - How Image Compression Works](https://www.youtube.com/watch?v=Ba89cI9eIg8) **kleine Praxisaufgabe** Vergleichen Sie die unterschiedlichen Bildformate [Samples.zip](./x_ressourcen/Samples.zip) ### Funktionsweise MP3 (Sound-Komprimierung) https://de.wikipedia.org/wiki/MP3 - 15:41 min, D, [Unterschied zwischen WAV und MP3](https://www.youtube.com/watch?v=OhjO5bosrTU) - 07:35 min, D, [Kannst du MP3s raushören? Und was ist MP3 eigentlich?](https://www.youtube.com/watch?v=OhjO5bosrTU) - 04:40 min, D, [Meinen Podcast als WAV hochladen? – Alles zu .WAV-Dateien!](https://www.youtube.com/watch?v=7QZ1f4_6O6Q) ### Funktionsweise M4V (Video-Komprimierung) ![](./x_ressourcen/WT_Filmkomprimierung1.jpg) **Praxisaufgabe / selber ausprobieren** Erstellen sie mit ihrem Smartphone eine Videosequenz von etwa 10 Sekunden. Diese Sequenz darf aus mehreren Szenen bestehen und auch Audio enthalten. Wahlweise kann auch Audio-Content vom Internet heruntergeladen und durch "unterlegen" dazu verwendet werden. (Copyrights beachten, falls das Video öffentlich werden sollte - Es gibt free sounds) Verwenden sie nun z.B. die Videosoftware "OpenShot", um den Videoclip zu bearbeiten und 'rendern' (Export im OpenShot) sie diesen in einer für das Internet günstigen Auflösung heraus. An welchen Parametern kann "geschraubt" werden? Was bewirkt welche Datenreduktion und welche Artefakte stellen sich ein? Software: - https://openshot.org - https://shotcut.org













| AP21a | ExpGrp A | ExpGrp B | ExpGrp C | ExpGrp D | ExpGrp E | |---- |----- |---- |---- |---- |---- | | StammGrp 1| | | | | | | StammGrp 2| | | | | | | StammGrp 3| | | | | | | StammGrp 4| | | | | | | StammGrp 5| | | | | | | AP21d | ExpGrp A | ExpGrp B | ExpGrp C | ExpGrp D | ExpGrp E | |---- |----- |---- |---- |---- |---- | | StammGrp 1| | | | | | | StammGrp 2| | | | | | | StammGrp 3| | | | | | | StammGrp 4| | | | | | | StammGrp 5| | | | | |