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M114 Tag3 Lernstandsanalyse Zahlensysteme
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was ist X hoch 0 = ?
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16 hoch 1 = 16 (entspricht 2 hoch 4) |
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16 hoch 2 = 256 (entspricht 2 hoch 8) | --> was fällt hier auf?
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16 hoch 3 = 4096 (entspricht 2 hoch 12) |
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1 (dez) = ???? (bin) | 4 (dez) = ? (hex)
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10 (dez) = ???? (bin) | 15 (dez) = ? (hex)
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126 (dez) = ???? ???? (bin) | 32 (dez) = ?? (hex)
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1298 (dez) = ???? ???? (bin) | 1298 (dez) = ??? (hex)
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0001 (bin) = ? (dez) | für die Schnelleren
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1111 (bin) = ? (dez) | 23'283 (dez) = ???? (hex)
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10'1010 (bin) = ?? (dez) | 1011'1011 (bin) = ??? (dez)
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101'1001 (bin) = ?? (dez) |
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3 (hex) = ? (dez) = ???? (bin) | 5AF3 (hex) = ??'??? (dez)
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5 (hex) = ? (dez) = ???? (bin) | 5AF3 (hex) = ???? ???? (bin)
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A (hex) = ? (dez) = ???? (bin) | --> was fällt hier auf?
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F (hex) = ? (dez) = ???? (bin) |
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Lösungen:
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<br>15:50 min, D, YouTube [Einfache Einführung zu den Binärzahlen](https://www.youtube.com/watch?v=cKvAUzqDdJI)
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<br>04:35 min, D, YouTube [Das Binärsystem / Dualsystem ft. brainfaqk](https://www.youtube.com/watch?v=6WsI95N0QKU)
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<br>06:34 min, D, YouTube [Das Hexadezimalsystem ft. TheSimpleMaths](https://www.youtube.com/watch?v=-6Je-FuAufk)
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# Thema B - Komprimieren
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Eine Komprimierung und Dekomprimierung "ohne" Verlust
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ist vornehmlich für Texte und einfache Grafiken
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notwendig, weil wir dafür kein Verlust von Informationen
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haben können oder wollen.
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Bei Bilder, Videos und bei Musik,
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Sound und Sprache ist es nicht so schlimm,
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wenn "etwas" Verlust Komprimierung und
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der Dekomprimierung entsteht.
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[**Einstieg**](https://gitlab.com/ch-tbz-it/Stud/m114/-/tree/main/B.%20Daten%20komprimieren)
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## Komprimierung **ohne** Verlust
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- [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)
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Themen-Bausteine für **Komprimierungs-Techniken** Kodierung:
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- Baustein A: <br>Das Prinzip **RLC / RLE**
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- Baustein B: <br>Das Prinzip **HUFFMANN**
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- Baustein C: <br>Das Prinzip **LZW**
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- Baustein D: <br>Die Effizienz der **ZIP-Kompression**
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- Baustein E: <br>Was ist und was bringt die **BWT (Burrows-Wheeler-Transformation)**?
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**- 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)
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und machen Sie dann **ein eigenes Beispiel auf Karo-Papier**
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um es dann im Detail den anderen Personen erklären zu können.
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Das Beispiel soll nicht nur im SW-Raum ("schwarz, weiss"), sondern
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im RGB-Raum (rot, grün, blau) funktionieren. Zeigen Sie
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auch die Effizienz der Komprimierung auf. Erstellen Sie Anschauungsmaterial
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oder angefangene Beispiele oder eine Aufgabenstellung, für eine künftige Prüfungsaufgabe samt deren Lösung.
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- [03:56 min, E, YouTube, Lossy and Lossless (RLE) Compression](https://www.youtube.com/watch?v=v1u-vY6NEmM)
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- [09:38 min, D, YouTube, Lauflängencodierung - einfach erklärt](https://www.youtube.com/watch?v=EFsnoRGQ-xM)
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- [15:43 min, D, YouTube, Lauflängencodierung, in RGB](https://www.youtube.com/watch?v=3QxPpfepv9E)
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- [04:48 min, E, YouTube, Run Length Encoding](https://www.youtube.com/watch?v=oLaxHXgR0Xo)
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- [04:40 min, E, YouTube, Run-Length Encoding](https://www.youtube.com/watch?v=cAAeSn8_aCU)
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**- 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,
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die u.a. auch in **.mp3**, **.mpeg**, **.jpg** Verwendung findet (aber nicht nur).
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Schauen Sie sich zuerst zwei oder drei der Videos an und
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entscheiden Sie dann in der Kleingruppe,
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welches Video Sie anderen Schüler:innen zeigen würden.
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Machen Sie dann ein **Demo-Beispiel** z.B. für das Wort
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"GREIFENSEE SCHIFFAHRT" auf **Karo-Papier**, und
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zwar so, dass Sie es jemandem erklären könnten.
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Bereiten Sie zudem Hilfen (z.B. Teil-Lösungen, Algotrithmus-Sätze ...)
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vor, damit sich andere Lernende (auch Sie!) daran orientieren können.
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(Er-)Stellen Sie weiter eine geeignete Prüfungsaufgabe samt deren Lösung.
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- [07:22 min, D, YouTube, Huffman-Codierung - (So geht´s)](https://www.youtube.com/watch?v=eSlpTPXbhYw)
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- [06:11 min, D, YouTube, Der Huffman Code](https://www.youtube.com/watch?v=qE4mEwHL62c)
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- [11:06 min, E, YouTube, How Huffman Trees Work - Computerphile](https://www.youtube.com/watch?v=umTbivyJoiI)
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- [Huffman Coding als Animation](https://people.ok.ubc.ca/ylucet/DS/Huffman.html) --> mit z.B. "GREIFENSEE SCHIFFFAHRT" versuchen.
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**- 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)
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-Kodierungsverfahren, das in **.zip**, **.7zip** usw. vorkommt
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indem Sie zuerst zwei oder drei der Videos anschauen und
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sich dann in der Kleingruppe entscheiden,
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welches Video die Sache am besten erklärt.
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Machen Sie weiter ein **eigenes Beispiel auf Karo-Papier**.
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Bereiten Sie zudem Hilfen (z.B. Teil-Lösungen, Algotrithmus-Sätze ...)
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vor, damit sich andere Lernende (auch Sie!) daran orientieren können.
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(Er-)Stellen Sie weiter eine geeignete Prüfungsaufgabe samt deren Lösung.
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- [07:01 min, D, YouTube, Komprimieren - GIF-Dateien - LZW Algorithmus](https://www.youtube.com/watch?v=fowlNsxfe9M)
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- [08:16 min, D, YouTube, LZW-Kodierung](https://www.youtube.com/watch?v=dLvvGXwKUGw)
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- [06:33 min, E, YouTube, Lempel Ziv Algorithm](https://www.youtube.com/watch?v=hHQgu4qILGs)
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- [09:33 min, E, YouTube, LZW Encoding and Decoding Algorithm Explained and Implemented in Java](https://www.youtube.com/watch?v=1KzUikIae6k)
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- [09:21 min, D, YouTube, LZW Kodierung](https://www.youtube.com/watch?v=rMLqpncKsk0)
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- [10:54 min, D, YouTube, LZW Dekodierung](https://www.youtube.com/watch?v=mxqD315rYnA)
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**- D -** Um eine anschuung zu geben, wie gut die ZIP-Kompression funktioniert
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erstellen Sie zuerst einmal 5 Text-Dateien. Benutzen Sie für den Inhalt
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einer der Textgeneratoren wie z.B. https://www.loremipsum.de
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- eine Datei mit 10 Bytes
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<br>eine Datei mit 100 Bytes
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<br>eine Datei mit 1000 Bytes
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<br>eine Datei mit 10000 Bytes
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<br>eine Datei mit 100000 Bytes
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<br>Machen Sie eine Statistik im Excel (man kann dort auch Grafiken erstellen)
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und begründen Sie das Resultat.
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- Erstellen Sie die gleichen 5 Dateien (gleiche Grössen), jedoch nur mit einem
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Buchstaben oder Zeichen wie z.B. dem "A" oder dem " " (=Leerschlag, Space). Was
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passiert dann mit den ZIP-Files?
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- Erstellen Sie ein ZIP aus [Farbkreis-Lo-Res.jpg](./x_ressourcen/Farbkreis-Lo-Res.jpg)
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<br>Erstellen Sie ein ZIP aus [Farbkreis-Hi-Res.jpg](./x_ressourcen/Farbkreis-Hi-Res.jpg)
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<br>.. und notieren Sie die 4 Dateigrössen.
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<br>**Frage:** *Was* stellen Sie bezüglich der Dateigrössen und der
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*Effizienz/Wirksamkeit* fest und versuchen Sie eine Begründung dazu zu geben.
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**- E -** Analysieren Sie die Funktionsweise der BWT-Transformation,
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also finden Sie heraus, wie das funktioniert. Sie werden sehen, dass
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es selber noch eine Komprimierung macht.
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- https://de.wikipedia.org/wiki/Burrows-Wheeler-Transformation
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- 03:51, E, YouTube, [Burrows Wheeler Transformation[(https://www.youtube.com/watch?v=Bqdx55Hz20s)
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- 04:36, E, YouTube, [Burrows Wheeler Transformation](https://www.youtube.com/watch?v=eBsnfozFqM8)
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- **Frage:** *Was bringt* diese Technik wenn man sie *womit* kombiniert?
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| <mark>AP21a</mark> | ExpertGrp A | ExpertGrp B | ExpertGrp C |
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| **StammGrp 1** | Aravinth | Bat, Moos | Castro |
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| **StammGrp 2** | Schefer | Lucas | Lusti |
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| **StammGrp 3** | Nguyen | Kummer | Rechou |
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| **StammGrp 4** | Seiler | Walser | Wüthrich |
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| **StammGrp 5** | Hug | Basra | Schrodt |
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| **StammGrp 6** | Zollinger | Metitieri | Tomasko |
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| <mark>AP21d</mark> | ExpertGrp A | ExpertGrp B | ExpertGrp C |
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|--------------------|---- |---- |---- |
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| **StammGrp 1** | Boulter | Hotz | Rieder |
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| **StammGrp 2** | Odermatt | Landa | Manser |
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| **StammGrp 3** | Paris | Wagner | Rasi |
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| **StammGrp 4** | Hamza | Russ | Samma |
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| **StammGrp 5** | Syla | Monje | Engeli |
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| **StammGrp 6** | Schönhaar | Jong | Bajra |
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## Komprimierung **mit** Verlust
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- [Komprimierung mit Verlust (Bild, Video, Sound)](https://gitlab.com/ch-tbz-it/Stud/m114/-/tree/main/B.%20Daten%20komprimieren/B.2%20Verlustbehaftete%20Komprimierung)
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### Funktionsweise JPEG (Bild-Komprimierung)
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Was ist **DCT** und wie ist das **JPEG**-Format aufgebaut?
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- 15:11 min, E, [How are Images Compressed? (46MB -> 4MB) JPEG In Depth](https://www.youtube.com/watch?v=Kv1Hiv3ox8I)
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- Detaillierte Erklärung von Mike Pound, University of Nottingham
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- 07:30 min, E, [Colourspaces (JPEG Pt0)](https://www.youtube.com/watch?v=LFXN9PiOGtY)
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- 07:18 min, E, [JPEG 'files' & Colour (JPEG Pt1)](https://www.youtube.com/watch?v=n_uNPbdenRs)
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- 15:11 min, E, [JPEG **DCT**, Discrete Cosine Transform (JPEG Pt2)](https://www.youtube.com/watch?v=Q2aEzeMDHMA&t=6s)
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- 05:36 min, E, [The Problem with JPEG](https://www.youtube.com/watch?v=yBX8GFqt6GA&t=33s)
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- 06:51 min, E, [JPEG - How Image Compression Works](https://www.youtube.com/watch?v=Ba89cI9eIg8)
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**kleine Praxisaufgabe**
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Vergleichen Sie die unterschiedlichen Bildformate [Samples.zip](./x_ressourcen/Samples.zip)
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### Funktionsweise MP3 (Sound-Komprimierung)
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https://de.wikipedia.org/wiki/MP3
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- 15:41 min, D, [Unterschied zwischen WAV und MP3](https://www.youtube.com/watch?v=OhjO5bosrTU)
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- 07:35 min, D, [Kannst du MP3s raushören? Und was ist MP3 eigentlich?](https://www.youtube.com/watch?v=OhjO5bosrTU)
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- 04:40 min, D, [Meinen Podcast als WAV hochladen? – Alles zu .WAV-Dateien!](https://www.youtube.com/watch?v=7QZ1f4_6O6Q)
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### Funktionsweise M4V (Video-Komprimierung)
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**Praxisaufgabe / selber ausprobieren**
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Erstellen sie mit ihrem Smartphone eine Videosequenz
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von etwa 10 Sekunden. Diese Sequenz darf aus mehreren
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Szenen bestehen und auch Audio enthalten. Wahlweise
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kann auch Audio-Content vom Internet heruntergeladen
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und durch "unterlegen" dazu verwendet werden.
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(Copyrights beachten, falls das Video öffentlich
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werden sollte - Es gibt free sounds)
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Verwenden sie nun z.B. die Videosoftware "OpenShot",
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um den Videoclip zu bearbeiten und 'rendern' (Export
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im OpenShot) sie diesen in einer für das Internet
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günstigen Auflösung heraus. An welchen Parametern
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kann "geschraubt" werden? Was bewirkt welche Datenreduktion
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und welche Artefakte stellen sich ein?
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Software:
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- https://openshot.org
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- https://shotcut.org
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| AP21a | ExpGrp A | ExpGrp B | ExpGrp C | ExpGrp D | ExpGrp E |
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| StammGrp 1| | | | | |
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| StammGrp 2| | | | | |
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| StammGrp 3| | | | | |
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| StammGrp 4| | | | | |
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| StammGrp 5| | | | | |
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| AP21d | ExpGrp A | ExpGrp B | ExpGrp C | ExpGrp D | ExpGrp E |
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|---- |----- |---- |---- |---- |---- |
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| StammGrp 1| | | | | |
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| StammGrp 2| | | | | |
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| StammGrp 3| | | | | |
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| StammGrp 4| | | | | |
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| StammGrp 5| | | | | |
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