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Unterrichtsbaustein

Datenkompression am Beispiel Bild und Ton

In diesem Bsp. werden Audio- und Bild-Daten aufgezeichnet, importiert, exportiert & Merkmale von Dateiformaten/ Datenkompression analysiert.

Hauke Morisse
Torsten Otto
15. November 2018
15.11.2018

1. Einstieg

Ziele

Die Schülerinnen und Schüler erkennen Funktionsweisen und grundlegende informatische Prinzipien der Digitalisierung und Datenverarbeitung. Sie unterscheiden verlustfreie und verlustbehaftete Kodierungsverfahren und können Konzepte der Datenkompression benennen. Sie nutzen digitale Werkzeuge zur Analyse verschiedener Ton- und Bild-Dateiformate.

Fachkompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler können beschreiben, wie die Kompression / Komprimierung verschiedener Datentypen grundsätzlich funktioniert. Sie verwenden die Fachbegriffe “verlustfrei” und “verlustbehaftet” sowie “Kodierung” und “Komprimierung” korrekt. Eine Datenreduktion durch Entfernung von Redundanzen wird vernetzt an verschiedenen Multimedia-Formaten als allgemeines Konzept der Informatik verstanden.

Kompetenzen in der digitalen Welt
  • Werkzeuge bedarfsgerecht einsetzen
  • Digitale Werkzeuge und Medien zum Lernen, Arbeiten und Problemlösen nutzen
  • Funktionsweisen erkennen und formulieren
Medienausstattung

Es wird eine 1:2 Ausstattung empfohlen (Laptop, Rechner / Computerraum/Smartphone, Tablet).

2. Details

Informationen zum Unterrichtsgegenstand

Datenkompression findet grundsätzlich immer bei der Kodierung von digitalen Daten statt, ob bei ausführbaren Dateien oder Multimedia. Dabei ist die verlusfreie Kompression / Komprimierung in Form der Reduktion von Redundanzen zu unterscheiden von der verlustbehafteten Kompression / Komprimierung, bei der Informationen verloren gehen und dadurch eine Datenreduktion durchgeführt wird. Es gibt verschiedene Algorithmen zur Datenkompression, die unterschiedliche Strategien und informatische Konzepte verwendet, beispielsweise die Substitution wiederkehrender Muster oder die Zusammenfassung oder Vorhersage sich wiederholender Strukturen. Bei der Datenkompression von Ton- und Bild-Dateien gibt es strukturelle Ähnlichkeiten, die sich beispielsweise in der Physiologie des Menschen begründen aber auch in der Arbeitsweise informatischer Systeme. So kann die Abtastrate bei der Audio-Verarbeitung auf den menschlich hörbaren Frequenzbereich reduziert werden oder die Auflösung eines Bildes auf die menschlich sichtbare Genauigkeit reduziert werden, aber auch Filter angewendet werden, die für Menschen nicht so relevante Daten aus einer Datei entfernen.

Beschreibung des Unterrichtsbausteins

Die Schülerinnen und Schüler erstellen eigene Audio- bzw. Bild-Daten, die sie anschließend in verschiedenen Dateiformaten abspeichern und analysieren. Zur Reduktion des Datenvolumens werden verschiedene grundlegende Attribute angepasst, so die Abtastrate bei Audio-Dateien oder die Auflösung bei Bild-Dateien. Abschließend werden beide Dateiformate miteinander verglichen und mögliche allgemeine Strategien zur Datenkompression diskutiert.

Bildungsplanbezug

Prozesse analysieren und modellieren
Information strukturieren und präsentieren

Möglichkeiten der Differenzierung / Individualisierung

Erweiterung auf Video-Formate möglich, auch bei der Auswahl und Diskussion der Kompressionsalgorithmen können diese vertieft werden bzw. selbst implementiert werden (z.B. Hausaufgabe).

3. Hinweise & Links

Hinweise

Vertiefungen bzw. fachübergreifende Projektarbeit mit dem Musik- oder Physikunterricht möglich. Auch im Informatikunterricht als Einstieg in ein projektorientiertes Unterrichtsvorhaben geeignet. Je nach Vorerfahrung 3 Stunden statt einer Doppelstunde nötig.

Weiterführende Literatur und Links