Multimedia - Fachbereich Informatik

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Unterlagen
zur
Vorlesung
1
Einführung
1.1
Anwendungsgebiete
1.2
Der Begriff "Multimedia"
1.3
Klassifizierung von Medien
1.4
Zur Geschichte von Multimedia
1.5
Architektur von Multimediasystemen
1.6
Befehlssätze zur Unterstützung von
Multimedia
1.7
Beispiel: Kompression
1.8
Qualität der Apollo-11-Fernsehbilder
1.9
Wasserzeichen
1.10
Ein Blick auf die HTML-Notation
Multimedia-Technologie
Martin Lehmann
Wintersemester 2007/2008
Literatur:
Ralf Steinmetz: Multimedia-Technologie:
Grundlagen, Komponenten und Systeme,
3. überarbeitete Auflage,
Springer-Verlag, Berlin, 2000.
ISBN-10: 3-540-67332-6.
Obiges Buch ist auch als CD-ROM unter dem Titel
MultiBook erschienen, auf der CD finden sich mehrere
Ergänzungen zum Buch. ISBN-10: 3-540-66757-1.
Anwendungen von Multimedia:
Beobachtungen:
1.
Man spricht schneller als man schreibt.
2.
Zuhören ist einfacher als Lesen.
3.
Zeigen ist einfacher als Beschreiben und Erklären.
Nutzung dieser Beobachtungen in den Gebieten:
Weitere Literatur:
Unterhaltung,
K. Bruns, K. Meyer-Wegener: Taschenbuch der
Medieninformatik, Fachbuchverlag
Leipzig, 2005, ISBN-10: 3-446-40299-3.
Aus- und Weiterbildung,
Peter A. Henning: Taschenbuch Multimedia, 3. Auflage,
Fachbuchverlag Leipzig, 2003,
ISBN-10: 3-446-22308-8.
elektronisches Publizieren,
N. Chapman, J. Chapman: Digital Multimedia, 2nd
Edition, John Wiley & Sons, 2004,
ISBN-10: 0-470-85890-7.
Fred Halsall: multimedia communications, applications,
networks, protocols and standards,
Addison-Wesley, Harlow, England, 2001,
ISBN-10: 0-201-39818-4.
Visualisierung,
Kooperation (Spiele),
Werbung, Produkt- und Firmenpräsentation,
Archivierung,
Dokumentation,
Qualitätskontrolle in der Produktion,
Navigation,
Kommunikation,
Wartung, Reparatur und Produktservice.
Verbreitung des Begriffs Multimedia:
Duden, 22. Auflage
google-Suche am 25. 10. 2005:
Medium, das:
Mittel, Mittelglied, Mittler,
Mittelsperson [bes. beim Spiritismus],
Kommunikationsmittel,
Sprachwissenschaften: Mittelform zwischen Aktiv
und Passiv.
multimedia: ungefähr 472.000.000 Fundstellen.
medium:
ungefähr 280.000.000 Fundstellen.
java:
medium:
java:
medium:
java:
Bemerkung (aus Brockhaus): Die meisten indogermanischen Sprachen haben das Medium im Verlaufe
ihrer Geschichte eingebüßt; so daß es nur im
Sanskrit, im ältesten Persischen (Zend), im
Griechischen und in spärlichen Resten im Gotischen,
wo es durchaus passivische Bedeutung hat, erhalten
ist.
Medien (Plural):
Trägersysteme zur Informationsvermittlung [z. B.
Presse, Hörfunk, Fernsehen].
Definition nach Steinmetz:
Bedeutung des Begriffs Multimedia:
Bestandteil multi
von lateinisch multus: viel, zahlreich, häufig.
Bestandteil media
von lateinisch medius: (räumlich) dazwischenliegend,
der mittlere;
(zeitlich) der mittlere;
in der Mitte stehend, mittelmäßig,
zweideutig.
Ein Multimediasystem ist durch die rechnergesteuerte,
integrierte Erzeugung, Manipulation, Darstellung,
Speicherung und Kommunikation von unabhängigen
Informationen gekennzeichnet, die in mindestens einem
kontinuierlichen (zeitabhängigen) und einem diskreten
(zeitunabhängigen) Medium kodiert sind. Multimedia
wird heute sehr oft als Attribut vieler Systeme, Komponenten, Produkte und Ideen verwendet, ohne den hier
vorgestellten Charakteristika zu genügen. So gesehen ist
die hier vorgestellte Definition in mancher Beziehung
restriktiv (und soll es auch sein).
Unterteilung der Medien:
Ramesh Jain benannte auf der ACM Multimedia
Conference, Ottawa, Oktober 2001 die zehn häufigsten
Mißverständnisse über Multimedia.
Perzeptionsmedium:
Frage: Wie nimmt der Mensch die Information auf?
10. Video = Multimedia
9.
Multimedia = multi X separate medium
8.
All information is ONLY in the images or video.
7.
Editing of media is almost always off-line.
6.
Query by example is best access method.
5.
All users have PhDs in multimedia computing.
4.
Users have no memory or context.
Sehsinn (visuelle Medien: Text, Bild, . . .),
Hörsinn (auditive Medien: Sprache, Musik, . . .),
Geruchssinn (olfaktorische Medien),
Geschmackssinn (gustatorische Medien),
Gleichgewichtssinn (vestibuläre Medien),
Tastsinn (taktile Medien),
Gravitations- und Beschleunigungssinn.
Repräsentationsmedium:
Frage: Wie wird die Information im Rechner codiert?
3.
Computers are for computing.
2.
Medium is the message.
1.
We work for computers.
Standards, Datenformate,
Beispiele:
-- Text: RTF, TXT, Tex, . . .
-- Graphik: GIF, TIFF, JPEG, EPS, . . .
-- Audio: MIDI, WAV, . . .
-- Video: MPEG, QuickTime, . . .
-- Animation: FLC, FLI, . . .
Präsentationsmedium:
Informationsaustauschmedium:
Frage:
Frage:
Mit Hilfe welches Mediums wird Information von
einem Rechner ausgegeben oder in einen Rechner
eingegeben?
Eingabemedien: Tastatur, Kamera, Mikrofon,
Maus, . . .
Ausgabemedien: Papier, Bildschirm,
Lautsprecher, . . .
Welcher Informationsträger wird für den
Austausch von Informationen zwischen
verschiedenen Orten verwendet?
Der direkte Austausch erfolgt über Übertragungsmedien, der indirekte über Speichermedien.
Medientypen:
Speichermedium:
Frage:
Text:
Buch, Zeitschrift, Plakat, . . .
Worauf wird die Information gespeichert?
Bild:
Gemälde, Graphik, Zeichnung, Photo, . . .
Datenträger: Papier, Mikrofilm, Diskette,
Festplatte, CD-ROM, . . .
Ton:
Tonband, Schallplatte, CD, Hörfunk, . . .
Bewegung:
Film, Video, Animation, . . .
Übertragungsmedium:
Frage:
Interaktion:
Computerspiele, Computer Based Training,
Lehrsysteme, . . .
Worüber wird Information übertragen?
Übertragungsmedien: Koaxialkabel, Glasfaserkabel, Funk, . . .
Bemerkung: Verschiedene Medientypen können
kombiniert werden, so kann man an einen
Stummfilm mit Untertiteln und
Musikbegleitung denken.
Zur Geschichte von Multimediasystemen:
Zeitungen vereinigen die drei Medien Text, Graphiken
und Bilder.
Fernsehen:
Am 22. August 1932 beginnt die BBC ein regelmäßiges
Fernsehprogramm; am 22. März 1935 beginnt in Berlin
das erste regelmäßige deutsche Fernsehprogramm. An
drei Wochentagen wurde von 20.30 Uhr bis 22 Uhr in
dieser Reihenfolge ein "Aktueller Bildbericht", "Künstler
stellen sich vor", "Ausschnitte aus Tonfilmen" und
Kulturfilme gezeigt.
1945: Vannevar Bush beschreibt Memex in einem
Aufsatz "As we May Think."
1965: Ted Nelson benutzt den Begriff Hypertext.
1968: Douglas C. Engelbart führt das NLS System vor.
1969: Nelson und Van Dam programmieren einen
Hypertext Editor.
1983: Dave Backer beschreibt das Elektronische Buch.
1989: Tim Berners-Lee und Robert Cailleau erfinden das
World Wide Web.
1990: Kristina Hooper Woolsey gründet das Apple
Multimedia Lab.
Zitat aus Douglas C. Engelbart: Augmenting Human
Intellect: A Conceptual Framework. Summary Report
AFOSR-3223 (October 1962)
By "augmenting human intellect" we mean increasing
the capability of a man to approach a complex problem
situation, to gain comprehension to suit his particular
needs, and to derive solutions to problems. Increased
capability in this respect is taken to mean a mixture of
the following: more-rapid comprehension, better
comprehension, the possibility of gaining a useful degree
of comprehension in a situation that previously was too
complex, speedier solutions, better solutions, and the
possibility of finding solutions to problems that before
seemed insoluble. And by "complex situations" we include
the professional problems of diplomats, executives, social
scientists, life scientists, physical scientists, attorneys,
designers -- whether the problem situation exists for
twenty minutes or twenty years. We do not speak of
isolated clever tricks that help in particular situations.
We refer to a way of life in an integrated domain where
hunches, cut-and-try, intangibles, and the human "feel
for a situation" usefully co-exist with powerful concepts,
streamlined terminology and notation, sophisticated
methods, and high-powered electronic aids.
Komponenten eines Multimediasystems:
Multimedia-Erweiterungen der Befehlssätze von
Rechenanlagen, hier am Bespiel des Intel-Pentiums.
Anwendungen
1997:
Einführung von 57 neuen Befehlen, die die
Gleitpunktregister des Pentiums nutzen. Es
werden gleichzeitig bis zu acht Datenelemente
bearbeitet.
1999:
(Pentium III). Es werden weitere 70 Befehle
der Pentium-Architektur hinzugefügt,
zusammengefaßt unter dem Begriff Streaming
SIMD Extensions (SSE). Diesmal werden acht
neue Register der Breite 128 Bit bereitgestellt, so
daß vier Gleitpunktoperationen einfacher
Genauigkeit parallel ausgeführt werden können.
2001:
(Pentium 4, SSE2). Es werden 144 neue
Instruktionen eingeführt, die eine parallele
Verarbeitung zweier doppelt genauer
Gleitpunktoperationen gestatten.
2004:
(Prescott, SSE3). Es werden weitere 13
Instruktionen bereitgestellt.
Benutzungsschnittstelle
Bibliotheken
Betriebssystemdienste
Dateisystem
Scheduling
Synchronisation
Dienstgüte
Kommunikation
Datenbank
Kompressionstechniken
Audio
Video
Speicher
vorzeichenbehaftete 8-Bit-Zahl ≤
127
vorzeichenbehaftete 16-Bit-Zahl ≤ 32767
vorzeichenlose 8-Bit-Zahl
≤ 255
vorzeichenlose 16-Bit-Zahl
≤ 65535
PADDB mm0, mm1
Add Packed Byte Integers
≤
≤
≤
≤
+
=
Bemerkung:
Die einzelnen Summen werden modulo 256 berechnet.
11111101 11111111 01111000 01101001 00101001 01111111 10001000 11100111
mm0:
11111110 11111111 00001111 10101010 11111111 00010101 11010101 00101010
mm1:
11111111 00000000 01101001 10111111 00101010 01101010 10101111 10111101
mm0:
Beispiel:
–128
– 32768
0
0
Zahlbereiche:
Modulo-Arithmetik,
Grenzarithmetik für vorzeichenlose Ganzzahlen,
Grenzarithmetik für vorzeichentragende Ganzzahlen.
3 Arten der Arithmetik:
8 gepackte 8-Bit-Ganzzahlen,
4 gepackte 16-Bit-Ganzzahlen,
2 gepackte 32-Bit-Ganzzahlen.
3 neue Datentypen:
Charakteristika:
Beispiel: Intels MMX-Befehle (MMX = Multimedia Extensions)
Multimedia-Erweiterungen von Befehlssätzen:
Beispiele aus SSE3:
Typische Übertragungsraten:
Packed Single-FP Horizontal Add:
HADDPS A B
A (128 Bit, 4 Datenelemente): 3a, 2a, 1a, 0a
B (128 Bit, 4 Datenelemente): 3b, 2b, 1b, 0b
Ergebnis (in A): 3b+2b, 1b+0b, 3a+2a, 1a+0a
Nichtkomprimiertes Video:
140 – 216 Mbit/s
Nichtkomprimiertes Audio (CD):
1,4 Mbit/s
Nichtkomprimierte Sprache:
64 kbit/s
Komprimiertes Video:
~ 1,2 – 4 Mbit/s
Komprimierte Sprache:
~ 6,2 kbit/s
Move Packed Single-FP High and Duplicate:
MOVSHDUP A B
Ergebnis (in A): 3b, 3b, 1b, 1b
Beispiel zu Video Sequenzen:
Move Packed Single-FP Low and Duplicate:
MOVSLDUP A B
Ergebnis (in A): 2b, 2b, 0b, 0b
Packed Single-FP Add/Subtract:
ADDSUBPS A B
Ergebnis (in A): 3a+3b, 2a−2b, 1a+1b, 0a−0b
25 Bilder pro Sekunde, 3 Oktette pro Bildpunkt,
Bildauflösung 640 x 480 Bildpunkte:
Übertragungsrate = 640 * 480 * 3 * 25 Oktette/s
= 23.040.000 Oktette/s
≈ 184 Mbit/s
60 Bilder pro Sekunde, 3 Oktette pro Bildpunkt,
Bildauflösung 1400 x 1050 Bildpunkte:
Übertragungsrate = 1400 * 1050 * 3 * 60 Oktette/s
= 264.600.000 Oktette/s
≈ 2,1 Gbit/s
Folgerung:
Datenkompression ist unumgänglich.
MPEG (Moving Pictures Expert Group)
Grundschritte bei der Komprimierung:
Datenquelle
Aufteilung eines Bildstromes in drei Bildgruppen:
Vollbilder (Intracoded Frames)
Datenvorbehandlung
(Festlegung der Abtastung,
Festlegung der Auflösung, . . . )
Datentransformation
(Diskrete Kosinustransformation,
Wavelet-Transformation, . . . )
Quantisierung
(linear, logarithmisch, . . . )
Entropiecodierung
(Huffman-Codierung,
Lauflängencodierung,
...)
Datensenke
Einseitige Differenzbilder (Predictive Coded Frames)
Interpolationsbilder (Bidirectionally Coded Frames)
Oft wählt man ein festes Verhältnis zwischen den
einzelnen I-, P- und B-Rahmen, z. B.
I B B P B B P B B I B B P B B P B B I
Daten der Kamera auf dem Mond:
10 Schwarzweißbilder pro Sekunde,
320 Zeilen pro Bild.
NTSC-Daten:
60 Halbbilder à 262,5 Zeilen pro Sekunde.
Wandlungsprozeß:
Die Bilder der Mondlandung wurden auf einem 10 Zoll
Monitor dargestellt und dort von einer TV-Kamera
aufgenommen. Hierbei wurde jedes Halbbild sechsmal
verwendet. Die geringe Qualität der Fernsehbilder
beruhte auf der Inkompatibilität der Kamerasysteme und
den Schwächen des Übertragungsweges nach Houston.
Quellen:
J. M. Sarkissian: The Search for the Apollo 11 SSTV Tapes,
http://www.parkes.atnf.csiro.au/apollo11/
Polaroid-Photo vom SSTV-Monitor
Übertragen wurden die Bilder der Mondlandung nach
Goldstone in Kalifornien, Honeysuckle Creek und Csiro
Parkes in Australien. Dort wurden die Bilder in das
NTSC-Format gewandelt, nach Houston in Texas
weitergeleitet und in Houston in das Fernsehnetz
eingespeist.
Quelle: http//www.parkes.atnf.csiro.au/images/Parkes_Apollo11_TV_SSTV_Polaroid_small.jpg
Die erste Mondlandung erfolgte am 20. Juli 1969.
Quelle: http//www.parkes.atnf.csiro.au/images/Parkes_Apollo11_TV_commercial_small.jpg
Aufnahme der TV-Kamera, entstanden etwa gleichzeitig wie das Polaroid-Photo
Einsetzen von Wasserzeichen in Dateien:
Verfahren:
Wasserzeichendatei
Originaldatei
+
Geschützte
Datei
Man kennt zwei Formen:
(a) sichtbare Wasserzeichen,
(b) unsichtbare Wasserzeichen.
Bemerkung: Man hat Vorsorge zu treffen, daß auf
keinen Fall ein Wasserzeichen aus einer
Datei vollständig entfernt werden kann.
Sichtbares Wasserzeichen:
Texterstellungssysteme bieten häufig die Möglichkeit,
Dokumente mit einem sichtbaren Wasserzeichen zu
versehen. Auch photokopierte Dokumente tragen dann
einen Hinweis auf ihren Ursprung.
Einsetzen eines "unsichtbaren" Wasserzeichens:
Beispiel aus Pan, Huang, Jain: Intelligent Watermarking
Techniques, ISBN: 981-238-955-5
Sichtbare Wasserzeichen schützen ein Dokument. Es
sollte schwierig sein, ein Wasserzeichen zu entfernen.
In diesem Fall vermindert das sichtbare Wasserzeichen die
Lesbarkeit des Textes.
Originalbild
Wasserzeichen:
Bemerkung: Das Wasserzeichen ist nicht direkt sichtbar.
Man sieht aber, falls man das Original
kennt, deutlich die Bildverfälschung durch
das Wasserzeichen.
Startseite der Informatik,
JPEG-Bild:
Mit Wasserzeichen versehenes Bild
<title>Department Informatik</title>
</head>
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media="print" />
<link rev="made" href="mailto:[email protected]"
/>

Quelltext der Startseite:
Startseite der Informatik,
JPEG-Bild:
<a href="index_en"><img src="/icons/logo_uhh/e.gif" width="21"
height="13" title="englische Version" alt="englische Version"
/></a>
</td>
<td class="right">

<a href="https://webmail.informatik.uni-hamburg.de/"><img
src="/icons/logo_uhh/mail.gif" width="22" height="13" title="WebMail" alt="Web-Mail" /></a>
<a href="http://www.informatik.unihamburg.de/Harvest/suche.shtml"><img src="/icons/logo_uhh/search0.gif" width="17" height="15" title="Suche" alt="Suche" /></a>
<a href="http://www.min.uni-hamburg.de/">MIN</a>
>
<a href="http://www.informatik.uni-hamburg.de/">Informatik</a>
</table>
<table class="navigationszeile" summary="Navigation">
<tbody><tr>
<td class="left">
<a href="http://www.uni-hamburg.de/">UHH</a>
>

<table id="top" class="kopf" summary="Kopfzeile des Department
Informatik">
<tr>
<td class="unilogo"><img alt="Logo der Universität Hamburg"
src="/icons/logo_uhh/logo_uhh_neu.gif" height="99" width="392"
/></td>
<td class="departmentname">MIN-Fakultät<br />
Department Informatik</td>
<td class="departmentlogo"><img alt="Logo des Department
Informatik" src="/icons/fbi_neu/fbilogo_grau64x64.gif" height="64"
width="64" /></td>
</tr>
<body>
<h1>Willkommen am Department Informatik</h1>
<p> </p>
<div id="Info">
<h3>Aktuell: <br />Bundesbeauftragter für den Datenschutz Peter
Schaar liest
die Vorlesung <a
href="/Info/Presse/datenschutz.shtml">"Datenschutz in der
Informations-<br />gesellschaft"</a><br />
<hr><br />
Für Schülerinnen und Schüler:<br /><a
href="/Info/Studium/Schnupperstudium/">Schnupperstudium
Informatik</a> </p>
</h3>
</div>
<div id="content">
</div>
<div id="subnavigation">
<h1>Department Informatik</h1>
<p></p>
<ul>
<li><a href="/Info/aktuelles.shtml">Aktuelles</a></li>
<li><a href="/Info/index.shtml">Kontakt</a></li>
<li><a href="/Info/Studium/">Studium</a></li>
<li><a href="/Info/Studium/intr.shtml">Informationen für<br />
Studieninteressierte</a></li>
<li><a href="/FB/ab.shtml">Struktur</a></li>
<li><a href="/Info/Forschung/">Forschung</a></li>
<li><a href="/cgi-bin/fsr-wiki.pl">Fachschaft</a></li>
</ul>

<div id="main">
<a href="#bottom"><img src="/icons/logo_uhh/down.gif" width="13"
height="13" title="Seitenende" alt="Seitenende" /></a>
</td>
</tr></tbody></table>
</body>
</html>
 <a href="#top"><img src="/icons/logo_uhh/top.gif" width="13"
height="13" title="Seitenanfang" alt="Seitenanfang" /></a>
</td>
</tr></table>

Webmaster
2007-10-04, geändert:
</td>
<td class="right">
<a href="http://www.informatik.unihamburg.de/VW/Impressum.shtml">Impressum</a>
<table id="bottom" class="navigationszeile" summary="fusszeile">
<tr>
<td class="left">
</div>

</div> 
<p> </p>
<p>
Das Department Informatik an der Fakultät für Mathematik,
Informatik und Naturwissenschaften
der Universität Hamburg gehört zu den größten InformatikFachbereichen Deutschlands und zeichnet sich in
Lehre und Forschung durch ein breites und modernes Profil aus.
Im Jahre 2005 wurde die Informatikausbildung auf das neue
Bachelor/Mastersystem umgestellt. Das konsekutive Bachelor/Masterprogramm Informatik wurde bereits Anfang 2006 von der
Akkreditierungsagentur ASIIN auflagenfrei
akkreditiert und damit in seiner hohen Qualität bestätigt.
</p>
<p ><img src="/Info/Campus/Fotos/campus_f_small.jpg" width="400"
height="230" alt="Campus_Informatik" /></p>

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Protokoll zum Treffen des Arbeitskreises Multimedia und Grafik

Zukunftsweisende Entwicklungen