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M114 Tag3 Lernstandsanalyse Zahlensysteme
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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
04:35 min, D, YouTube Das Binärsystem / Dualsystem ft. brainfaqk
06:34 min, D, YouTube Das Hexadezimalsystem ft. TheSimpleMaths

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

Komprimierung ohne Verlust

• Komprimierung ohne Verlust (VLC/Morse, Huffmann, LZW, Zip)

Themen-Bausteine für Komprimierungs-Techniken Kodierung:

• Baustein A:
  Bearbeiten Sie das Prinzip RLC / RLE
• Baustein B:
  Bearbeiten Sie das Prinzip HUFFMANN
• Baustein C:
  Bearbeiten Sie das Prinzip LZW

- A - Studieren Sie die Lauflängen-Kodierung und machen Sie dann ein eigenes Beispiel auf Karo-Papier um es dann im Detail den anderen Personen in der Stammgruppe zu erklären. Das Beispiel soll nicht nur im SW-Raum ("schwarz, weiss"), sondern im RGB-Raum (rot, grün, blau) funktionieren. Zeigen Sie die Effizienz der Komprimierung auf. Erstellen Sie Anschauungsmaterial oder angefangene Beispiele, damit alle in der Stammgruppe eine Übung machen um es so besser verstehen und anwenden zukönnen.
03:56 min, E, YouTube, Lossy and Lossless (RLE) Compression
09:38 min, D, YouTube, Lauflängencodierung - einfach erklärt
15:43 min, D, YouTube, Lauflängencodierung, in RGB
04:48 min, E, YouTube, Run Length Encoding
04:40 min, E, YouTube, Run-Length Encoding

- B - Die Huffmann-Codierung 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 Expertengruppe, welches Video Sie dann der Stammgruppe zeigen werden. Machen Sie dann ein Demo-Beispiel z.B. für den Fall des Wortes "GREIFENSEE SCHIFFAHRT" auf Karo-Papier, und zwar so, dass Sie es der Stammgruppe gut erklären können. Bereiten Sie zudem Hilfen (z.B. Teil-Lösungen, Algotrithmus-Sätze ...) für das Unterrichten in der Stammgruppe vor, damit nicht nur Sie es erklären, sondern alle der Gruppe es dann auch selber durchführen können.
07:22 min, D, YouTube, Huffman-Codierung - (So geht´s)
06:11 min, D, YouTube, Der Huffman Code
11:06 min, E, YouTube, How Huffman Trees Work - Computerphile
Huffman Coding als Animation --> mit z.B. "GREIFENSEE SCHIFFFAHRT" versuchen.

- C - Studieren Sie das Lempel-Ziv-Welch LZW -Kodierungsverfahren, das in .zip, .7zip usw. vorkommt indem Sie zuerst zwei oder drei der Videos anschauen und sich dann in der Expertengruppe entscheiden, welches Video dann der Stammgruppe gezeigt werden soll. Machen Sie weiter ein eigenes Beispiel auf Karo-Papier und bereiten Sie Hilfen für das Unterrichten in der Stammgruppe vor (z.B. Teil-Lösungen, Algorithmus-Sätze, ...), sodass alle am Schluss das System selber durchführen können.
07:01 min, D, YouTube, Komprimieren - GIF-Dateien - LZW Algorithmus
08:16 min, D, YouTube, LZW-Kodierung
06:33 min, E, YouTube, Lempel Ziv Algorithm
09:33 min, E, YouTube, LZW Encoding and Decoding Algorithm Explained and Implemented in Java
09:21 min, D, YouTube, LZW Kodierung
10:54 min, D, YouTube, LZW Dekodierung

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

• Baustein D:
  Die Effizienz der ZIP-Kompression
• Baustein E:
  Was ist und was bringt die BWT (Burrows-Wheeler-Transformation)?

- 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 ein ZIP aus Farbkreis-Lo-Res.jpg
Erstellen Sie ein ZIP aus 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 eine 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?

Komprimierung mit Verlust

• Komprimierung mit Verlust (Bild, Video, Sound)

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

Detaillierte Erklärung von Mike Pound, University of Nottingham
07:30 min, E, Colourspaces (JPEG Pt0)
07:18 min, E, JPEG 'files' & Colour (JPEG Pt1)
15:11 min, E, JPEG DCT, Discrete Cosine Transform (JPEG Pt2)
05:36 min, E, The Problem with JPEG

06:51 min, E, JPEG - How Image Compression Works

kleine Praxisaufgabe

Vergleichen Sie die unterschiedlichen Bildformate Samples.zip

Funktionsweise MP3 (Sound-Komprimierung)

https://de.wikipedia.org/wiki/MP3

15:41 min, D, Unterschied zwischen WAV und MP3
07:35 min, D, Kannst du MP3s raushören? Und was ist MP3 eigentlich?
04:40 min, D, Meinen Podcast als WAV hochladen? – Alles zu .WAV-Dateien!

Funktionsweise M4V (Video-Komprimierung)


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