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Taschenbuch Multimedia
2. Auflage von Prof. Dr. Peter A. Henning
Mit zahlreichen Abbildungen und Tabellen
iU FACHBUCHVERLAG LEIPZIG im Carl Hanser Verlag
6
Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 17 1.1 Multimedia als Begriff 17
1.2 Die ersten 50 Jahre Multimedia 19
1.3 Konventionen für dieses Buch 21
1.3.1 Disclaimer 21
1.3.2 Organisationen im Bereich Multimedia 21
1.3.3 Parameterkennzeichnung 21
1.3.4 Zahlen, Einheiten und Vorsätze 21
2 Kommunikation in Bits und Bytes 23 2.1 Nachrichtentechnische Grundlagen 23
2.1.1 Fourier-Transformation 24
2.1.2 Entwicklung nach anderen Funktionensystemen 28
2.1.3 Digitalisierung 29
2.1.4 Sampling-Theorem 31
2.1.5 Signal-Rausch-Abstand 32
2.2 Informationstheoretische Grundlagen 33
2.2.1 Codierung 33
2.2.2 Datenraten für Multimedia 33
2.2.3 Informationsgehalt und Entropie 34
2.3 Datenkompression 36
2.3.1 Lauflängencodierung 37
2.3.2 LZW-Codierung 38
2.3.3 Huffman-Codierung 39
2.3.4 Arithmetische Codierung 41
3 Zeichen und Schrift 43 3.1 Typografie 43
3.1.1 Maßeinheiten 43
3.1.2 Typografische Maßangaben 45
3.1.3 Glossar der Druckersprache 46
3.1.4 Textdesign 49
3.2 Datenformate für Schriften 50
3.2.1 Bitmap Fonts 50
3.2.2 Outline Fonts und Stroke Fonts 51
3.2.3 TrueType 51
3.2.4 Type-1 Fonts 56
3.2.5 OpenType 57
Inhaltsverzeichnis 7
3.2.6 Metafont 60
3.2.7 Font-Auswahl 60
3.3 Zeichensätze 61
3.3.1 ASCII-Code ISO-646 61
3.3.2 Zeichensatztabelle ISO-8859 63
3.3.3 Unicode 68
3.3.4 Universal Character Set UCS 72
3.3.5 Universal Transformation Formats UTF 72
4 Licht und Farbe 74 4.1 Was ist Licht? 74
4.1.1 Lichteigenschaften 75
4.1.2 Schwarzkörperstrahlung und Farbtemperatur 76
4.2 Lichtwahrnehmung 78
4.2.1 Linse und Glaskörper 78
4.2.2 Retina 79
4.2.3 Gehirn 80
4.2.4 Richtlinien für die Verwendung von Farben 82
4.3 Farbstandards 83
4.3.1 CIE-Farbdiagramm 83
4.3.2 Farbmustertabellen 85
4.3.3 Farbmanagement 85
4.4 Farbmodelle 87
4.4.1 Hardware-orientierte Farbmodelle 87
4.4.2 Benutzerorientierte Farbmodelle 91
4.4.3 Umrechnungen zwischen Farbmodellen 94
4.5 Raster-Bilddatenformate 96 4.5.1 Farbe in Rasterbildern 97
4.5.2 Bitmap-Format BMP 100
4.5.3 (Resource) Interchange File Format (R)IFF 102
4.5.4 Public Bitmap Format 103
4.5.5 Graphics Interchange Format GIF 104
4.5.6 Grafikformate XBM und XPM 108
4.5.7 Tagged Image File Format TIFF 110
4.5.8 Verlustfreie JPEG-Kompression 112
4.5.9 Verlustbehaftete JPEG-Kompression 113
4.6 Vektor-Bilddatenformate 119 4.6.1 Austauschformate für Vektorgrafiken 120
4.6.2 Grafikbibliotheken 121
8 Inhaltsverzeichnis
5 Ton und Klang 124 5.1 Was ist ein Ton? 124 5.1.1 Datenraten für Audio 125
5.1.2 Dynamikkompression 125
5.1.3 Klangsynthese: 127
5.1.4 Verfahren der akustischen Modellierung 128
5.2 Tonwahrnehmung 129
5.2.1 Au3enohr 129
5.2.2 Mittelohr 130
5.2.3 Innenohr 131
5.2.4 Hörschwelle 132
5.2.5 Maskierung 133
5.2.6 Kritische Bänder 134
5.3 Sprache 135
5.3.1 Spracherkennung 135
5.3.2 Sprachsynthese 136
5.4 Musical Instrument Digital Interface MIDI 137
5.4.1 MIDI-Glossar 138
5.4.2 MIDI-Verkabelung 139
5.4.3 General MIDI 140
5.4.4 MIDI-Nachrichten 140
5.5 MPEG Audio Layer III - МРЗ 145 5.5.1 Kompressionsfaktoren von MPEG-Audio 145 5.5.2 MP3-Kompressionsverfahren 146
5.6 Audiodatenformate 149 5.6.1 Einfache Modulationsverfahren 149 5.6.2 Audio Interchange File Format AIFF 149 5.6.3 Wave-Format 151 5.6.4 NeXT/Sun Audio File Format 152 5.6.5 Proprietäre Audioformate und -verfahren 154
5.6.6 Sprachkompression 154
5.6.7 Kopierschutzformate und Container 155
6 Bewegung, Animation und Video 157 6.1 Was ist eine Animation? 157
6.1.1 Glossar Animation und Video 157
6.1.2 Animationsverfahren * . 158
6.2 Wahrnehmung von Bewegungen 159
6.2.1 Physiologische Einflussfaktoren 159
Inhaltsverzeichnis 9
6.2.2 Psychologische Einflussfaktoren 161
6.2.3 Kenngrößen der zeitlichen Auflösung 162
6.3 Klassische Videotechnik 162 6.3.1 BAS und FBAS (Composite Video) 164
6.3.2 Komponentenvideo (Component Video) 165
6.3.3 Y/C-Video (Separiertes Video) 165
6.3.4 PAL Video 165
6.3.5 NTSC Video 166
6.3.6 Secam Video 167
6.3.7 Analoge Aufzeichnungsformate 167
6.3.8 High Definition Television HDTV 168
6.4 Digitale Videotechnik 169
6.4.1 Timecode und Schnittsteuerung 169
6.4.2 VGA, S-VGA und XGA 170
6.4.3 CCIR Standards für Digital Video 171
6.4.4 Digitale Aufzeichnungsformate 171
6.4.5 Codecs 173
6.5 Videokompression nach H.261 und H.263 175
6.5.1 H.261-Kompression 176
6.5.2 H.261-Datenstrom 177
6.6 Videokompression nach MPEG 178
6.6.1 MPEG-Kompression 180
6.6.2 MPEG-Datenstrom 184
6.7 Audio-Video-Interleaved Format AVI 186
7 Multimedia-Hardware 192
7.1 Manuelle Eingabegeräte 192 7.1.1 Maus, Trackball und Touchpad 193
7.1.2 Joystick 195
7.1.3 Lichtgriffel und Touchscreen 195
7.1.4 Grafiktablett 197
7.1.5 Datenhandschuh 197
7.1.6 Manuelle 3D-Positionierung 198
7.1.7 Bewegungseingabe 199
7.2 Optische Eingabegeräte 201
7.2.1 Lichtsensoren 201
7.2.2 Digitalkameras 202
7.2.3 2D-Scanner 204
7.2.4 Optische 3D-Eingabe 206
10 Inhaltsverzeichnis
7.3 Bildschirme und Anzeigen 207
7.3.1 Kathodenstrahlröhren 207
7.3.2 Flüssigkristallanzeigen 209
7.3.3 Weitere Bildschirm-Techniken 211
7.3.4 3D-Displays 213
7.4 Drucker 215
7.4.1 Laserdrucker 216
7.4.2 Tintenstrahldrucker 217
8 Digitale Speichermedien 219 8.1 Übersicht 219
8.2 Magnetbänder 219
8.3 Magnetische Festplatten 220
8.3.1 Glossar magnetische Festplatten 221
8.3.2 RAID-Technologie 223
8.4 Compact Disk CD 227
8.4.1 Compact Disk physikalisch 228
8.4.2 Compact Disk logisch 229
8.4.3 CD-Formate 230
8.5 Digital Versatile Disk DVD 237
8.5.1 DVD physikalisch und logisch 237
8.5.2 Datenfluss im DVD-Player 239
9 Software und Mediendesign 241 9.1 Vier-Phasen-Modell für Multimedia-Design 241
9.1.1 Phase 1: Integrationsplanung 242
9.1.2 Phase 2: Objekterzeugung 243
9.1.3 Phase 3: Integration oder Composing 243
9.1.4 Phase 4: Generierung 243
9.2 Bildbearbeitung und Bildsynthese 244
9.2.1 Arbeitsschritte bei der Bildbearbeitung 244
9.2.2 Kommerzielle Software zur Bildbearbeitung 248
9.2.3 PBM+ und NetPBM 248
9.2.4 The Gimp 250
9.2.5 Persistence of Vision Raytracer 253
9.3 Erstellung von Audio-Objekten 255
9.3.1 Arbeitsschritte bei der Audiobearbeitung 255
9.3.2 Kommerzielle Software zur Audiobearbeitung 258
9.3.3 Freie Software zur Audiobearbeitung 259
9.4 Erstellung und Bearbeitung von Videoclips 261
Inhaltsverzeichnis 11
9.4.1 Vorbereitende Arbeiten 261
9.4.2 Virtueller Schneidetisch 262
9.4.3 Arbeitsschritte beim digitalen Videoschnitt 264
9.4.4 Kommerzielle Software zur Videobearbeitung 268
9.5 Medienintegration 269
9.5.1 Timeline-basierte Medienintegration 270
9.5.2 Frame-basierte Medienintegration 271
9.5.3 Flowchart-basierte Medienintegration 272
9.6 Java und Multimedia 272
9.6.1 Übersicht 272
9.6.2 Java2D 273
9.6.3 Java3D 274
9.6.4 Java Advanced Imaging API 275
9.6.5 Java Media Framework 275
9.6.6 Java Sound API 276
9.6.7 Java TV API 277
9.6.8 Java Telephony 278
9.6.9 Java Speech 278
10 In ternet 281
10.1 Geschichte des Internet seit 1961 282
10.2 Internet-Technologie 284
10.2.1 Routing 285
10.2.2 Domain Name Service DNS 287
10.2.3 Physikalische Netzwerktechniken 288
10.2.4 Vermittlungsschicht 292
10.2.5 Netzwerkschicht 294
10.2.6 Transportschicht 297
10.2.7 Sitzungsschicht und Darstellungsschicht 298
10.3 Anwendungen im Internet 299
10.3.1 telnet 300
10.3.2 Simple Mail Transfer Protocol SMTP 300
10.3.3 File Transfer Protocol ftp 301
10.3.4 Multipurpose Internet Mail Extension MIME 302
10.3.5 Weitere Anwendungen 305
10.3.6 Internet-Sicherheit 307
10.3.7 Telekommunikation und Internet 307
10.3.8 Radio und Fernsehen im Internet 308
10.4 Standardisierung im Internet 309
10.4.1 IAB und untergeordnete Gremien 309
12 Inhaltsverzeichnis
10.4.2 Request for Comments RFC 310
11 World Wide Web WWW 313
11.1 Organisation des WWW 314
11.2 Hypertext Transfer Protocol http 314 11.2.1 Übersicht 314
11.2.2 Common Gateway Interface CGI 318
11.2.3 Cookies 323
11.3 Hypertext Markup Language HTML 323
11.3.1 Übersicht und Struktur 323
11.3.2 Geschichte von HTML 325
11.3.3 Tags und Attribute 326
11.3.4 Sonderzeichen 327
11.3.5 Links und URL 330
11.3.6 Cascading Style Sheets 331
11.3.7 Event-Handling 337
11.3.8 Referenzliste der HTML 4.01-Tags 337
11.3.9 Formulare in HTML 352
11.4 JavaScript und ECMAScript 357
11.4.1 Übersicht 357
11.4.2 Datentypen 358
11.4.3 Kommentare, Namen und Literale 359
11.4.4 Ausdrücke und Operatoren 359
11.4.5 Anweisungen 360
11.4.6 Funktionen und neue Objekte 361
11.4.7 Eingebaute Objekte 363
11.4.8 Browser-Objekte 368
11.4.9 Event-Handling 373
11.5 Web-Design 374
11.5.1 Textgestaltung mit HTML 375
11.5.2 Grafikdesign für das WWW 376
11.5.3 Positionierung und Formulardesign 377
11.5.4 Gestaltung von Web-Sites 379
12 extensible Markup Language XML 385
12.1 Übersicht 385
12.2 Struktur und Syntax von XML 386
12.2.1 Document Type Definition DTD 387
12.2.2 Literale und Datentypen in XML 391
12.2.3 Weitere XML-Bestandteile 392
Inhaltsverzeichnis 13
12.2.4 Namespaces 394
12.2.5 DOM und SAX 394
12.3 XPath 395
12.3.1 Übersicht 395
12.3.2 Location Steps in XPath 397
12.3.3 Funktionen in XPath 399
12.3.4 Linking in XML 401
12.4 Stildefinition mit CSS und XSL 401
12.4.1 Transformationen mit XSLT 402
12.5 Neue Entwicklungen in HTML und XML 411
12.5.1 XHTML und WML 411
12.5.2 XML Schema 411
12.5.3 SVG und X3D 413
12.5.4 Weitere emergente XML-Anwendungen 413
12.5.5 RDF und Metadaten 414
12.5.6 Software für XML und XSL 414
12.6 Synchronized Multimedia Integration Language 415
12.6.1 Übersicht 415
12.6.2 Geschichte 415
12.6.3 Referenzliste der SMIL-Tags 416
12.6.4 Layout-Beschreibung in SMIL 421
12.6.5 Synchronisation in SMIL 422
12.6.6 Software für SMIL 423
13 Virtual Reality und VRML 425
13.1 Erstellung virtueller Welten 426 13.1.1 Werkzeuggestützte 3D-Modellierung 427
13.1.2 Arbeitsschritte bei der 3D-Modellierung 428
13.1.3 Software für die 3D-Modellierung 429
13.2 Übersicht VRML 429
13.2.1 Geschichte 430
13.2.2 Weitere Entwicklung von VRML und X3D 431
13.3 VRML-Dateistruktur 432
13.3.1 VRML-Knoten 433
13.3.2 VRML-Felder, Einheiten und Elementarknoten 434
13.4 VRML-Knoten im Detail 436
13.4.1 Grafische Primitive und Punktmengen 436
13.4.2 Materialeigenschaften und Texturen 443
13.4.3 Umgebungs- und Viewingknoten 445
14 Inhaltsverzeichnis
13.4.4 Gruppenknoten 450
13.5 Ereignisverarbeitung in VRML 453
13.5.1 Sensoren 455
13.5.2 Interpolatoren 458
13.5.3 Scriptknoten 460
13.5.4 External Authoring Interface EAI 461
14 Sicherheit digitaler Daten 465 14.1 Paradigmen der Kommunikationssicherheit 465
14.2 Symmetrische Verschlüsselungsverfahren 466
14.2.1 Data Encryption Standard DES 467
14.2.2 International Data Encryption Algorithm IDEA 469
14.2.3 RC5 470
14.3 Public Key Systeme PKS 470
14.3.1 Geschichte von PKS und Faktorisierung 472
14.3.2 Vergleich PKS mit symmetrischen Verfahren 473
14.3.3 RSA-Verfahren 473
14.3.4 EIGamal 475
14.3.5 Algorithmen auf der Basis elliptischer Kurven 475
14.4 Hybride Kryptosysteme 476
14.5 Digitale Signatur 477
14.5.1 Übersicht 477
14.5.2 Kryptografische Hash-Funktionen 479
14.6 Zertifikate 480
14.6.1 Hierarchische Zertifizierung 481
14.6.2 Web of Trust und PGP 483
14.7 Secure Socket Layer SSL 483
14.7.1 SSL Handshake 485
14.7.2 Verstärkung von SSL-Clients 486
14.8 Digitale Wasserzeichen 486
14.8.1 Lowest Bit Coding 487
14.8.2 Texture Block Coding 488
14.8.3 Patchwork Coding 488
14.9 Rechtliche Fragen 490
14.9.1 Schlüsselhinterlegung (Key Escrow) 491
14.9.2 Teledienste-Gesetzgebung 492
14.9.3 Signaturgesetz 493
15 Electronic Publishing 495 15.1 Textverarbeitung und Präsentation im Überblick 495
Inhaltsverzeichnis 15
15.1.1 Kommerzielle Software 496
15.1.2 Sprachliche Gestaltung 497
15.1.3 Design von elektronischen Dokumenten 497
15.2 Hypertext 499
15.2.1 Geschichte der Hypertextsysteme 500
15.2.2 Kommerzielle Software 501
15.2.3 Design von Hypertextdokumenten 502
15.3 Computer Based Teaching CBT 505
15.3.1 Tutorielles CBT 506
15.3.2 Nicht-tutorielles CBT 506
15.3.3 Hypertext-Lernsysteme 507
15.3.4 Erstellung von CBT-Lehrmaterial 507
15.4 TeX und verwandte Programme 507
15.4.1 LaTeX 509
15.4.2 Schriften in TeX 511
15.4.3 LyX 511
15.5 PostScript 512
15.5.1 Übersicht 513
15.5.2 Datentypen und Kommentare 514
15.5.3 Variablen und Funktionen 514
15.5.4 Kontrollstrukturen 517
15.5.5 Liniengrafik in PostScript 518
15.5.6 Schrift in PostScript 521
15.5.7 Rastergrafik und Farbdarstellung 522
15.5.8 Dateioperationen 525
15.5.9 Portable Document Format PDF 526
15.6 Rieh Text Format RTF 526
15.6.1 Übersicht 527
15.6.2 Kopfteil von RTF-Dateien 530
15.6.3 Dokumentenformatierung 533
15.6.4 Abschnittsformatierung 535
15.6.5 Absatzformatierung 537
15.6.6 Zeichenformatierung 539
15.6.7 Weitere Formatierungsbefehle im RTF-Format 540
16 E-Commerce und E-Government 543 16.1 Entwicklung und Bedeutung von E-Commerce 544
16.1.1 Kurzfristige Entwicklung 545
16.1.2 Langfristige Entwicklung 547
16 Inhaltsverzeichnis
16.2 Business-to-Consumer B2C 547
16.2.1 Internet Power Shopping 548
16.2.2 Internet-Auktionen 548
16.2.3 Web-Umfragen 550
16.2.4 Kiosk-Systeme 550
16.2.5 Portale 550
16.2.6 Wertpapierhandel im Internet 552
16.3 Business-to-Business B2B 553
16.3.1 Direktverkauf im Internet 554
16.3.2 E-Procurement 555
16.3.3 Electronic Data Interchange EDI 555
16.3.4 Application Service Provider ASP 556
16.3.5 Virtual Private Networks VPN 557
16.3.6 Telearbeit 558
16.3.7 Weitere E-Commerce-Anwendungen 558
16.4 Guideline für E-Commerce-Strategie 559
16.4.1 Auswirkung auf Geschäftsprozesse 559
16.4.2 Kundenbindung 560
16.4.3 Aufwand für einen E-Commerce-Auftritt 560
16.4.4 Multimedia-Datenbanken 561
16.5 Guideline für E-Government-Strategie 562
17 Visionen 565
17.1 Prototypen von Multimedia-Hardware 565
17.2 Multimedia in der Medizin 568
17.3 Science Fiction? 570
17.3.1 Omnipräsenz der Computer 570
17.3.2 Globales Netzwerk 571
17.3.3 Multimedia in der Zukunft 571
17.4 Cyberspace oder Gaia? 572
18 Anhang 574
18.1 Organisationen 574
18.2 Dateiendungen und Datenformate 577
Sachwortverzeichnis 583
