Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis   2

Abbildungsverzeichnis.   6

Tabellenverzeichnis 7   

Abk  ürzungsverzeichnis  8

Vorwort   12

1  Kurzfassung  13

2  Einleitung.  15

3  Ziele.  17

3.1  Medienkompetenz.  17

3.2  Didaktische, methodische Ansätze  18

4  Grundlagen Technik  19

4.1  Audio.  19

4.1.1  Soundkarte.  20

4.1.2  Lautsprecher  22

4.1.3  Mikrofon  23

4.2  Video.  24

4.2.1  Farbräume  24

4.2.1.1  Das RGB-Modell  25

4.2.1.2  Das CMYK-Farbmodell  26

4.2.1.3  Das YUV-Farbmodell  26

4.2.2  Bildtechnik.  27

4.2.2.1  Bitmap-Grafiken (Raster-Grafiken)  27

4.2.2.2  Vektorgrafiken  28

4.2.3  Die Grafikkarte  28

4.3  Camcorder  29

4.3.1  Optik.  30

4.3.2  Brennweite  30

4.3.3  Blende.  31

4.3.4  Der Bildwandler (CCD)  31

4.3.5  Auflösung  32

4.3.6  Audio.  32

4.3.7  Speichermedien  33

4.3.8  Schnittstellen.  33

4.4  Schnitt (Video/Audio)  34

4.4.1  Videoschnitt  34

4.4.1.1  Offene nonlineare Schnittsysteme  34

4.4.1.2  Geschlossene nonlineare Schnittsysteme.  36

4.4.2  Audioschnitt  36

4.5  Bluescreen-Technik  37

4.6  Beleuchtung  37

4.6.1  Lichttechnik  37

4.6.2  Lichtgestaltung.  39

4.6.3  Ausleuchtung Blue-Box.  41

4.7  Multimedia-Authoring  41

4.8  2D-/3D-Animation  43

4.8.1  2D-Animation  43

4.8.2  3D-Animation  44

4.9  E-Learning  45

5  Ist-Zustand.  47

5.1  Software.  47

5.2  Hardware  52

5.3  Infrastruktur.  59

5.4  Unterricht mit Multimedia-Inhalten  59

5.5  Didaktische Konzepte  61

5.6  Multimedia-Unterricht ohne Labor  62

6  Soll-Zustand  63

6.1  Befragung  63

6.1.1  Planung.  64

6.1.2  Erhebung  64

6.1.3  Aufbereitung.  64

6.1.4  Analyse  64

6.1.5  Interpretation.  67

6.2  Vorgaben  68

6.2.1  Räume  68

6.2.1.1  Möblierung  68

6.2.1.2  Fußboden.  68

6.2.1.3  Beleuchtung  68

6.2.1.4  Zusätzliche Räume zur Aufbewahrung  69

6.2.2  Hardware  69

6.2.2.1  Intranet  70

6.2.2.2  Internet  70

6.2.2.3  Schülerrechner.  70

6.2.2.4  Lehrerrechner.  70

6.2.3  Software  71

6.3  Auszuführende Tätigkeiten  72

6.3.1  Bildbearbeitung  72

6.3.2  Videoschnitt  73

6.3.3  Audio.  74

6.3.4  Animation (2D/3D)  75

6.3.5  Technik digitaler Fotografie.  76

6.3.6  Technik Camcorder.  76

6.3.7  E-Learning  76

6.3.8  Web-Design  77

6.3.9  Präsentation.  77

7  Didaktisches Konzept für den Soll-Zustand  78

7.1  Zielgruppe und Lehrziele.  80

7.2  Didaktische Methodik  81

7.3  Konzept für die GSR  82

7.3.1  Zielgruppe  82

7.3.1.1  Zielgruppenbestimmung Technisches Gymnasium.  82

7.3.1.2  Zielgruppenbestimmung Berufskolleg  84

7.3.2  Didaktische Methodik für die GSR  84

7.3.2.1  Frontalunterricht  85

7.3.2.2  Einzelarbeit  87

7.3.2.3  Partnerarbeit  88

7.3.2.4  Gruppenarbeit (Projektarbeit)  89

8  Räumliche Konzepte.  94

8.1  Entwurf 1.  94

8.2  Entwurf 2.  99

9  Erweiterbarkeit der Konzepte  104

9.1  Skalierbarkeit des Multimedialabors  104

9.1.1  Software.  105

9.1.2  Hardware  105

9.1.3  Räumlichkeiten  106

9.1.4  Didaktische Konzepte  106

10  Praktischer Aufbau  108

11  Zusammenfassung und Ausblick  114

Anhang A:  Umfrage bei Schülern und Lehrern  118

A.1  Fragebogen Lehrer  118

A.2  Fragebogen Schüler  121

Anhang B:  Lehrpläne (Auszüge)  123

Anhang C:  Glossar.  135

Literaturverzeichnis   137

Webseitenverzeichnis   139

Abbildungsverzeichnis   

Abbildung  1: Faktoren für das Medienlabor  

Abbildung  2: Soundkarte.  

Abbildung  3: Lautsprechersysteme: Mono, Stereo und Surround  

Abbildung  4: Kugel, Niere, Superniere und Hyperniere.  

Abbildung  5: RGB-Farbwürfel  

Abbildung  6: Der 4:1:1 Farbraum YUV-Modell  

Abbildung  7: Grafikkarte.  

Abbildung  8: Brennweite: A. kleine Brennweite / B. große Brennweite  

Abbildung  9: Drei-Chip-RGB-CCD  

Abbildung  10: Casablanca-Schnittsysteme Kron, Avio  

Abbildung  11: Objekt vor Bluescreen, Maske, Endprodukt  

Abbildung  12: Beleuchtungsaufbau.  

Abbildung  13: Aufhelllicht  

Abbildung  14: Führungslicht.  

Abbildung  15: Gegenlicht  

Abbildung  16: Nutzung des Medienlabors.  

Abbildung  17: Einschätzung der Kenntnisse im Bereich Multimedia.  

Abbildung  19: Handlungsorientierte Lernschleife  

Abbildung  20: Integration der Methoden im Unterricht  

Abbildung  21: Räumliches Konzept 1.1  

Abbildung  22: Räumliches Konzept 1.2  

Abbildung  23: Räumliches Konzept 2.1  

Abbildung  24: Räumliches Konzept 2.2  

Abbildung  25: Stufenplan Teil 1  

Abbildung  26: Stufenplan Teil 2  

Abbildung  27: Schnittsysteme Casablanca im Medienlabor  

Tabellenverzeichnis   

Tabelle 1:  Bestandsliste Software  52

Tabelle 2:  Bestandsliste Hardware.  58

Tabelle 3:  Rating Anforderungen an das Medien-Labor.  67

Tabelle 4:  Entscheidungskriterien für Struktur von Interaktionsraum  82

Tabelle 5:  Übersicht Unterrichtsmethoden  92

Abkürzungsverzeichnis

ADC Analog-Digital-Converter ADDIE Analyse, Design, Development, Implementation, Evaluation AGP Accelerated Graphics Port-Standard ANTL Angewandte Technik mit Labor AV-Daten audiovisuelle Daten BD Blu-ray Disc BK Berufskolleg BKTK Berufskolleg Technische Kommunikation BKTM Berufkolleg Technik und Medien CAD Computer Added Design CAD Computer Aided Design CCD elektronischer Bildwandler (Charge Coupled Device) CMS Content Management System CMYK-Modell Cyan-Magenta-Yellow-Key-Modell CPU Hauptprozessor, (Central Processing Unit) CRMS Course Management System CS2 Adobe Creative Suite 2 CSS Cascading Style Sheets CT Computertechnik DAC Digital-Analog-Converter dpi dots per inch DSL Digitale Teilnehmeranschlussleitung (Digital Subscriber Line) DSP Digital-Signal-Prozessor DV Digital Video DVD Digital Versatile Disc

DVI Digital Visual Interface DXF Drawing Exchange Format DXF Drawing Exchange Format EPS Encapsulated PostScript EPS Encapsulated Postscript FBAS Farb-Bildsignal-Austastsignal-Synchronisationssignal GMT Gestaltungs- und Medientechnik GPU Grafikprozessor, (Graphics Processing Unit) GSR Gewerbeschule Rastatt HDTV Hochauflösendes Fernsehen (High Definition Television) HiFi hohe Klangtreue (High Fidelity) HTML Hypertext Markup Language IR Infra Rot (infrared) JPEG Joint Photographic Expert Group KD Kommunikationsdesign LCD Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display) LE linearer Schnitt (linear editing) LIS Landesinstitut für Schulentwicklung LMS Learning Management System lx Lux (Einheit für Lichtstärke) LZW Lempel-Ziv-Welch MPEG Moving Picture Experts Group NLE nicht linearer Schnitt (non linear editing) ODBC Open DataBase Connectivity OS Betriebssystem (operating system) PAL Phase Alternating Line PCI Peripheral Component Interface

PCM-Verfahren Puls-Code-Modulations-Verfahren PHP Hypertext Preprocessor Pixel Picture Element ppi pixel per inch PS Postscript RGB-Modell Rot-Grün-Blau Modell RLE Run Length Encoding SCSI Small Computer System Interface SD-Card Sichere digitale Speicherkarte (Secure Digital Memory Card) SGI Silicon Graphics Incorporated SPDIF Sony/Philips Digital Interface SSE2 Streaming SIMD Extensions 2 STL Stereolithography SUM Software und Medientechnik SVGA Super Video Grafics Array SVHS Super Video Home System S-Video Separate Video TDok Technische Dokumentation TFT Dünnschichttransistor (thin-film transistor) TG Technisches Gymnasium TGG TG Profil „Gestaltung und Medien“ USB Universal Serial Bus VGA Video Graphics Array VHS Video Home System VLE Virtual Learning Environment WLAN Wireless Local Area Network WYSIWYG What You See Is What You Get

XGA Extended Graphics Array Y/C siehe S-Video

Vorwort

Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen meines Masterstudium “Informatik und Multimedia“ an der Hochschule Karlsruhe in Zusammenarbeit mit der Gewerbeschule Rastatt.

Die Gewerbeschule Rastatt bietet eine sehr weit gefächerte Ausbildung im Bereich Medientechnik und Gestaltung an. Durch einen tragischen Unfall des Lehrers für Medientechnik, gleichzeitig die Hauptperson im Bereich „Multimedia-Technik“, verwaiste der Bereich und ein vor langer Zeit geplantes, von jeder Seite gewünschtes Medienlabor wurde nicht verwirklicht. Diese Arbeit befasst sich mit der Konzeption und der praktischen Umsetzung des dringend benötigten Medienlabors.

Zunächst möchte ich mich bei Herrn OStD Wendelgaß und Herrn Prof. Dr. Hoffmann für die unkomplizierte und sehr effiziente Zusammenarbeit bedanken. Sie haben die notwendigen Rahmenbedingungen geschaffen und hatten während der ganzen Zeit immer ein offenes Ohr für die nicht wenigen Probleme. Ebenfalls möchte ich mich bei Herrn Steffen Veigel bedanken, der mich durch viel Engagement und konstruktive Gespräche unterstützt hat. Weiterhin möchte ich allen Lehrern, Mitarbeitern und Schülern der Gewerbe- schule Rastatt danken, die mir durch ihre Ratschläge weitergeholfen haben.

1 Kurzfassung

Gegenstand der Arbeit ist die Aufarbeitung des aktuellen Stands der Technik im Bereich der Video- und Audioproduktion und die hierauf aufbauende Einrichtung eines Labors an der Gewerbeschule Rastatt. Das entstehende Labor wird Einzel- und Gruppenarbeiten im Videoschnitt und Multimediaarbeiten ermöglichen, wie sie in den unterschiedlichen Fächern des Lehrplanes der Gewerbeschule Rastatt behandelt werden. Die Themen umfassen die folgenden Gebiete: Videoschnitt, Audio-Schnitt, Multimedia-Authoring, 3D-Animation, E-Learning und sonstige Multimediaarbeiten.

Durchführung:

Phase 1: In der ersten Phase wird der aktuelle Stand der Technik bzgl. Soft-

Phase 2: In der zweiten Phase wird der Ist-Zustand von vorhandener Soft- und

Phase 3: In der dritten Phase werden die speziellen Anforderungen an das

Phase 4: In der vierten Phase wird ein Lösungsvorschlag für die Realisierung

Phase 5: Für den praktischen Aufbau des Labors werden die vorhandenen

Für zukünftige Änderungen und Anpassungen wird geprüft werden, ob man Sponsoren finden oder Fördergelder (Land/Bund/EU) beantragen kann.

2 Einleitung

Für die Planung und Realisierung des Medienlabors an der Gewerbeschule Rastatt sollen alle wesentlichen Faktoren gefunden werden. Dies fordert ein umfassendes Vorgehen, in welchen Kontexten sich eine nachhaltige Entwicklung der neuen Medien ergeben und welche Perspektiven daraus entstehen können. Eine thematische Einschränkung, die sich nur auf die Informatik und Medientechnik als Wissenschaft bezieht, vernachlässigt andere wichtige Einflussgrößen. Eine Einbeziehung der Medienpädagogik soll helfen, Fragestellungen in Bezug auf die verschiedenen Lerntheorien zu erörtern. Daraus ergeben sich Wechselwirkungen, die im Hinblick auf die Integration von Soft- und Hardware relevant sind.

Der Lösungsansatz beruht einerseits auf der wissenschaftlichen Literaturauswertung und einer vergleichenden Stellungnahme der technischen Möglichkeiten, andererseits werden empirische Erhebungen in Form von Fragebogen, Interviews und Arbeitsproben verwendet mit dem Zweck, den zielorientierten Bedarf zu ermitteln. Dabei stehen die finanziellen Mittel weit im Vordergrund und es muss bei Neuanschaffungen auf kostengünstige oder Open-Source Lösungen gesetzt werden.

Mit der Gestaltung eines Medienlabors sollen geeignete Lernbedingungen für die Arbeit mit multimedialen Aufgaben geschaffen werden. Dies geschieht im Spannungsfeld von Inhalt, Methode (Didaktik), Eigenschaften verfügbarer Medien und Technologien sowie den Voraussetzungen, die der Lehrer/Schüler selbst mitbringt.

Die Perspektive, die dabei auf das Medienlabor eingenommen hinzielt und wie diese interpretiert wird, hängt von dem jeweiligen lerntheoretischen Hintergrund ab.

Es gibt im Wesentlichen vier Faktoren, die zur Beschreibung des Medienlabors gehören:

• der Inhalt (Regeln, Begriffe etc.) des Lernangebots und die zugehörige Methodik der Darbietung (Methode),

• die technische Basis auf der Grundlage der aktuellen Technologien und Medien, die zum Einsatz kommen (Technologien), • die konkrete Gestaltung der Anwendungen die im schulischen Kontext eingebettet sein sollten (für soziale, räumliche und zeitliche Situationen bestimmt),

• die Voraussetzungen der Schüler, die Vorwissen, Lernmotivation, Lerngewohnheiten und Medienkompetenz mit in den Unterricht einbringen (Grundlagen).

Diese Faktoren müssen als ein System gesehen werden, die sich gegenseitig beeinflussen und sollten aufeinander abgestimmt sein. Ändern sich Lernziele oder Lernangebote, dann könnte dies auch für eine Veränderung der didaktischen Methode sprechen.

Abbildung 1: Faktoren für das Medienlabor

Bei der Entwicklung des Medienlabors wird das klassische Designmodell „AD-DIE-Modell“ (Analyse, Design, Development, Implementation, Evaluation) [Gustafson02] angewendet.

3 Ziele

Ziel dieser Arbeit ist es, ein Medienlabor an der Gewerbeschule Rastatt zu konzipieren, zu evaluieren und praktisch umzusetzen. Dabei ist der gegenwärtige Stand der Technik zu berücksichtigen und mit den vorhandenen Mitteln abzustimmen. Es sollen multimediale Lerninhalte praktisch vermittelt werden, damit dieses praktisch erworbene Wissen im Unterricht theoretisch gefestigt werden kann. Dadurch sollen die Schüler, aber auch die Lehrkräfte, sicherer im Umgang mit den neuen Medien werden.

Durch die technische Voraussetzung mit einem Medienlabor soll neben der Technik auch die Vermittlung von Medienkompetenz auf didaktischen-, methodischen Ansätzen möglich sein.

3.1 Medienkompetenz

Angesichts der Allgegenwart von Medien in der modernen Lebens- und Arbeitswelt wird gerade von jungen Menschen, die ihren Schulabschluss erfolgreich hinter sich gebracht haben, erwartet, dass sie ein hinreichendes Maß an „Medienkompetenz“ besitzen. Für immer mehr Berufe gilt Medienkompetenz heute schon als Schlüsselqualifikation, die bei den Bewerbungen der Schüler entsprechend nachgefragt wird. Die Grundannahme ist, dass Medienkompetenz nicht durch die übliche Form des Unterrichts erworben wird, indem man über die Medien spricht, sondern indem man damit und daran arbeitet. Mit dem Me-dienlabor kann man aktiv praktische Medienkompetenz, für den wichtigen audiovisuellen Bereich, vermitteln. Vermittlungsziele sind: [Baacke97] • Fähigkeit zur aktiven Kommunikation

Erlernen und Anwenden spezifischer Ausdrucks- und Gestaltungsmöglichkeiten und journalistischer Methoden; Fähigkeit zur aktiven Kommunikation mit audiovisuellen Medien von der Planung und Recherche über die Produktion und Gestaltung bis zur Fähigkeit der Verbreitung eigener audiovisueller Erzeugnisse.

• Kenntnis der technischen und organisatorischen Bedingungen Fähigkeit im Umgang mit den technischen (Kamera, Ton, Licht, Schnitt, Nachvertonung, Ausstrahlung von Beiträgen) und den organisatorischen Bedingungen, von der schriftlichen Fixierung bis zur Öffentlichkeitsarbeit und der Organisation zur Verbreitung der eigenen Medienprodukte. • Kompetente Rezeption

Sensibilisierung der eigenen Wahrnehmung und Fähigkeit zur Filterung und kompetenten Analyse audiovisueller Informationen mit dem Vorsatz der kritischen und emotional distanzierten Wahrnehmung; Vermittlung von Format- und Genrewissen.

3.2 Didaktische, methodische Ansätze

Ziel ist es auch, die didaktischen-, methodischen Ansätze zusammen mit der notwendigen Technik an bestehende Anforderungen und Aufgabenstellungen anzupassen, um auf neue Randbedingungen reagieren zu können.

4 Grundlagen Technik

Um mit den Gerätschaften und den Konzepten der Medienproduktion zurechtzukommen, ist es unerlässlich, auch Basiswissen im Bereich Multimedia Technik mitzubringen. Wichtig ist die Vermittlung von möglichst zeitüberdauernden technologischen Grundlagen und darauf aufbauendem Spezialwissen. In diesem Kapitel sollen die Grundlagen für Medienarbeiten im Labor erläutert werden.

4.1 Audio

In der Anwendung wird für die Audio-Bearbeitung vor allem analoges Grundmaterial von analogen Datenträgern zur Verfügung stehen oder digitales Grundmaterial auf Datenträgern bzw. direkt importiertes Audio-Datenmaterial, das durch einen Analog/Digital-Wandler digital vorliegt. Die Digitalisierung erfolgt meist durch das PCM-Verfahren (Puls-Code-Modulations-Verfahren). Dabei wird das analoge Ursprungssignal mit einer Abtastfrequenz ausgemessen und generiert daraus Abtastwerte (Samples). Dabei ist zu beachten, dass die Abtastrate mindest doppelt so groß als die abzutastende Frequenz sein sollte. Dies ergibt sich aus dem Nyquist-Abtasttheorem. Die entstandenen Abtastwerte werden durch eine Auflösung repräsentiert. Diese Auflösung hängt davon ab, wie viele Bits pro Messung verwendet werden. Typisch für eine Audio Compact Disk sind 44,1kHz Abtastfrequenz und 16Bit Auflösung [Henning03]. Der Mechanismus, der ein Audiosignal in eine Folge digitaler Samples umwandelt, wird als Analog-Digital-Konverter (ADC) bezeichnet. Die umgekehrte Umwandlung wird durch ein Digital-Analog-Konverter (DAC) vollzogen. [Steinmetz00]

Die so gewonnenen Audio-Daten können nun mit Hard- und Software weiter verarbeitet und aufbereitet werden. Je nach Anwendung werden die Daten komprimiert oder nachbearbeitet. Diese Anwendungen stellt das jeweilige Softwareprodukt zur Verfügung und hängt auch von der benutzten Hardware ab. Um die Audiosignale - wie oben beschrieben - importieren, digitalisieren und wiedergeben zu können, werden Schnittstellen benötigt, die die Ein- und Aus-

gabe ermöglichen. Bei Audio verwendet man vor allem eine Soundkarte, Lautsprecher, Mikrofon und die Ein- und Ausgabe auf Speichermedien wie CD, USB-Sticks (Universal Serial Bus), o.ä.. Zu der jeweiligen Schnittstelle muss natürlich auch die passende Software vorhanden sein.

4.1.1 Soundkarte

Eine Soundkarte ist Teil der Hardware eines Computers. Die Soundkarte dient der Wiedergabe und Aufnahme von Audiosignalen mit dem Personal Computer. Mit Hilfe einer Soundkarte lässt sich jeder Rechner mit HiFi-Anschlüssen und -Funktionen ausstatten. Über die Midi-Schnittstelle lassen sich zudem Musikgeräte per Computer steuern und bedienen.

Die Soundkarten verfügen über mindestens einen analogen Ausgang für die Tonwiedergabe (Line-Out), einen analogen Eingang (Line-In) und einen Mono-Mikrofoneingang. Hochwertige Soundkarten bieten dem Anwender auch digitale Ein- und Ausgänge an. Für Surround-Sound besitzen einige Soundkarten bis zu sieben Sound-Kanäle, die von einem digitalen Surroundchip mit den nötigen Signalen angesteuert werden. Zudem gibt es noch den digitalen SPDIF-Anschluss (Sony/Philips-Digital Interface), der Audiosignale digital und verlustfrei überträgt. Die Soundkarte kann als Steckkarte oder auch schon auf der Hauptplatine integriert (Onboard) vorliegen.

Abbildung 2: Soundkarte

Ein- und Ausgänge existieren in unterschiedlichen Ausführungen; es gibt ana- loge Ein-/Ausgänge in verschiedensten Formen. Qualitativ unterscheiden sich

die ADC-/DAC-Konverter durch die mögliche Bit-Auflösung und Bit-Wortbreite, maximale Abtastrate, Rauschverhalten, Frequenzgang und der maximalen Anzahl der Kanäle.

Zudem unterstützen viele Soundkarten verschiedene Soundausgabecodes, die auch von einigen Software-Produkten unterstützt werden. Normale Soundkarten verfügen oft - im Gegensatz zu den Onboard-Varianten - über einen Digital-Signal-Prozessor (DSP), welcher zum Digitalisieren und Weiterverarbeiten von Audiosignalen dient und der CPU (Central Prozessing Unit) Rechenleistung abnimmt. [Wiki06]

Die wichtigsten Eigenschaften:

• Ausgangsspannung am Line-Ausgang: Die nutzbare Signalspannung bei der Wiedergabe eines synthetischen, digitalen Signals. • Linearität: Dieser Wert gibt an, wie unverfälscht die ADC und DAC Signale wechselnder Stärke umsetzen.

• Signalrauschabstand: Der Unterschied zwischen Nutzsignal und Störsignal.

• Klirrfaktor: Kennzeichnet die Größe von nichtlinearen Verzerrungen bzw. Abweichungen der Signalkurvenform. • Dynamik: Kennzeichnet die nutzbare Tonstärke. • Frequenzgang: Kennzeichnet den Übertragungsbereich und ist ein Maß für lineare Verzerrungen. Entscheidend ist die Linearität des Frequenzbereiches innerhalb der erwünschten Bandbreite. • Eingangsspannung am Mikrofoneingang: Kennzeichnet die Eingangsempfindlichkeit bei Anschluss eines Mikrofons. • Abtastfrequenz: Diese bestimmt, wie oft ein Signal pro Sekunde abgetastet wird.

• Signalauflösung: Bestimmt, mit welcher Genauigkeit das abgetastete Signal digital aufgelöst wird.

4.1.2 Lautsprecher

Die akustische Ausgabe wird meist über externe Lautsprecher oder Kopfhörer ausgegeben. Die Schallwellen werden durch niederfrequente elektrische Schwingungen in hörbare mechanische Schwingungen umgewandelt. Diese Schwingungen werden auf eine Membran übertragen und erzeugen Luftschwingungen, die wir als Schall hören.

Der Lautsprecher ist das schwächste Glied in der Kette der Audiobearbeitung. Deshalb muss der Lautsprecher oder das Lautsprechersystem direkt an die vorherrschenden Anforderungen angepasst und eingerichtet werden. Wesentliche Grundmerkmale sind:

• Frequenzgang: Gibt an, welche Ausgangspegel bei verschiedenen Frequenzen abgegeben werden. Der ideale Lautsprecher hätte ein nahezu lineares Frequenzdiagramm.

• Klirrfaktor: Gibt an, welche Abweichung zu dem auszusendenden Tonsignal besteht. Der Klirrfaktor sollte maximal 1% betragen. • Wirkungsgrad: Gibt an, welche Lautstärke bei einer fest eingestellten Leistung abgegeben wird. Der Wirkungsgrad wird in dB-W/m gemessen. • Impedanz: Gibt den Innenwiderstand des Lautsprechers an. Dieser Wert liegt üblicherweise zwischen 4 und 8 Ohm. Um die größtmögliche Leistung an dem Lautsprecher zu erzielen, sollte die Impedanz des Verstärkers und der Lautsprecher identisch sein.

• Sinusbelastbarkeit: Gibt die Dauerbelastung der Lautsprecher an, ohne dass es zu Schäden kommt.

• Musikbelastbarkeit: Gibt die kurzzeitige Belastung an; bei längerer Belastung kann es zu Beschädigungen der Lautsprecher führen. Aufstellung (Systeme): Da es verschiedenste Anwendungen für Lautsprecher gibt, gibt es auch unterschiedliche Lautsprechersysteme. Um eine Stimme - wie beim Telefon - zu übertragen, reicht ein Kanal (Mono) mit einem Lautsprecher aus. Um hochwertige HiFi-Musik zu übertragen, braucht man zwei Lautsprecher (Stereo). Um einen Raumklang zu erzeugen, werden mit Dolby-Surround min- destens fünf Lautsprecher benötigt, deren Anzahl kann bis zu acht Lautspre-

chern betragen. Die Aufstellung hängt von dem jeweiligen Lautsprechersystem ab.

Abbildung 3: Lautsprechersysteme: Mono, Stereo und Surround

4.1.3 Mikrofon

Sprache, Gesang, Töne oder Geräusche werden mit Hilfe von Mikrofonen aufgenommen, die ankommende Schallwellen in elektrischen Strom umwandeln. Man spricht hier vom Prinzip der elektro-akustischen Wandlung. Verwendung finden hauptsächlich zwei Arten von Mikrofonen, die nach ihrem Aufbau- und Funktionsprinzip unterschieden werden können: Dynamische Mikrofone arbeiten nach dem Tauchspulenprinzip. Eine Membran, die von Schallwellen in Bewegung gesetzt werden kann, ist mit einer Spule verbunden, die in das ringförmige Magnetfeld eines starken Dauermagneten eintaucht. Wird die Spule von den Schallwellen im Magnetfeld bewegt, wird eine dem Schalldruck proportionale Spannung induziert. Dieser Spannungsverlauf entspricht dem Verlauf der Schallwellen und kann direkt als elektrisches Audiosignal an einen Verstärker oder einen ADC geführt werden. Durch die Bauweise können sehr hohe Schalldrücke verzerrungsfrei wiedergegeben werden. Dynamische Mikrofone sind sehr robust und benötigen keine Versorgungsspannung; allerdings weist das Mikrofon einen nicht linearen Frequenzgang und ein schlechtes Impulsverhalten auf, das durch das hohe Gewicht der Membran und Spule verursacht wird. [Steinmetz00]

Kondensator-Mikrofone benutzen zur Schallwandlung einen veränderlichen Plattenkondensator. Als Membran dient eine dünne Folie, die zugleich auch die vordere Elektrode des Kondensators ist. Treffen Schallwellen auf die Membran, verändert sich die Kapazität des Kondensators und es entsteht eine Wechsel- spannung, die proportional dem akustischen Signal abgenommen werden kann.

Da der Kondensator geladen werden muss, benötigen diese Mikrofone eine externe Spannung, welche über das Kabel oder per Batterie bereitgestellt werden kann. Das Kondensator-Mikrofon besitzt ein sehr gutes Impulsverhalten und einen relativ linearen Frequenzgang. Dadurch haben Kondensator-Mikrofone im hohen Frequenzgang ein sehr klares Klangbild. Die Bauweise ist aufwendiger und empfindlicher als bei dynamischen Mikrofonen. Beide Mikrofonarten haben als wichtiges Merkmal die Richtcharakteristik. Sie gibt an, aus welcher Richtung das Mikrofon den Schall am empfindlichsten aufnimmt. Bekannteste Richtcharakteristiken sind Kugel, Niere, Superniere und Hyperniere. [Jungwirt04]

Abbildung 4: Kugel, Niere, Superniere und Hyperniere

4.2 Video

Unter Video soll im Folgenden - aufbauend auf den Einzel-Bildern - die Bildtechnik und die Grundlagen zu den Bewegt-Bildern erörtert werden.

4.2.1 Farbräume

Das menschliche Auge wandelt elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Wellenlänge in eine vom menschlichen Gehirn verständliche Information um. Diese Informationen werden über Photorezeptoren aufgenommen und an das Gehirn weitergeleitet. Das Gehirn ordnet dieser Information den Sinneseindruck Farbe oder Helligkeit zu. Das für den Menschen sichtbare Spektrum dieser Strahlung liegt im Wellenlängenbereich von 400nm bis 700nm. Es gibt zwei verschiedene Photorezeptoren auf unserer Netzhaut, die jeweils bestimmten Wellenlängenbereichen zugeordnet sind. Stäbchen sind für die Hel-

ligkeitsempfindung verantwortlich und konzentrieren sich in der Peripherie der Netzhaut. Zäpfchen sind für die Farbempfindung verantwortlich und konzentrieren sich im Zentrum der Netzhaut. Die Farbempfindung wird durch die Empfindlichkeit der Zäpfchen wahrgenommen. Die jeweils größte Empfindlichkeit der Zäpfchentypen liegt dabei bei etwa 580nm, 545nm und 440nm: • 4% Blau, 440 nm, • 32% Grün, 545 nm, • 64% Rot, 580 nm [Henning03] Es genügen drei Zahlenwerte für die quantitative Beschreibung von Farben. Um Farbe in Multimediasystemen einsetzen zu können, muss jeder Farbe ein eindeutiger Wert zugeordnet werden; erst dann können Farben identifiziert und unterschieden werden. Da das menschliche Auge drei Arten von farbempfindlichen Zäpfchen enthält, entwickelte sich die Dreifachtheorie. Nach dieser können alle sichtbaren Farben aus genau drei Primärfarben zusammengemischt werden. Bedingung für eine Primärfarbe ist, dass sich keine der Primärfarben aus den anderen beiden zusammenmischen lässt. Das Mischen der Farbe wird unterschieden in

4.2.1.1 Das RGB-Modell

Das RGB-Modell (Rot-Grün-Blau) ist ein additives Farbmodell. Werden die drei Primärfarben Rot, Grün und Blau mit bestimmten Verhältnissen (0,3R+0,59G+0,11B = 1) zusammengemischt, ergibt sich Weiß. Alle darstellbaren Farben werden als Punkte eines im Ursprung eines Kartesischen Koordinatensystems liegenden Einheitswürfels beschrieben. Die Hauptdiagonale dieses Einheitswürfels verläuft von Punkt (0, 0, 0) zu Punkt (1, 1, 1). Diese Strecke repräsentiert Grauwerte mit Schwarz im Ursprung und Weiß im Endpunkt.

Abbildung 5: RGB-Farbwürfel

Das RGB-Modell wird für die Farbdarstellung auf Bildschirmen verwendet und orientiert sich an der Hardware. Unterschiedliche Bildschirme und andere Ausgabegeräte können dabei unterschiedliche Farbwerte liefern.

4.2.1.2 Das CMYK-Farbmodell

Das CMYK-Modell (Cyan, Magenta, Yellow, Black) liegt im gleichen Farbwürfel wie das RGB-Model (siehe Abbildung 5). Nur liegt die Farbe Weiß anstelle von der Farbe Schwarz im Ursprung. Das CMYK-Modell ist ein subtraktives Farbmodell; Farben werden nicht dadurch spezifiziert, was zu Schwarz addiert wird, sondern was von weißem Licht subtrahiert wird. Die Mischung der Farben Cyan, Magenta und Yellow zusammen ergibt die Farbe Schwarz. Das CMYK-Modell wird zur Farbausgabe auf Druckern verwendet und entspricht dem physikalischen Vorgang der Reflektion weißen Lichtes. Die Farben filtern bestimmte Farbanteile des weißen Lichtes aus und werden somit nicht mehr reflektiert. Schwarz wird zusätzlich hinzugefügt, da es ein dunkleres Schwarz liefert, denn bei Druckern wird oftmals mehr Schwarz gedruckt.

CMYK-Bilder werden am Bildschirm mit Hilfe der leuchtenden Farben des RGB-Modells dargestellt. Deshalb müssen CMYK-Bilder für den Monitor nach RGB umgerechnet werden. [Henning03]

4.2.1.3 Das YUV-Farbmodell

Das YUV-Farbmodell wird in der Fernseh-/Videotechnik zur Steigerung der Ü- bertragungseffizienz und zur Abwärtskompatibilität mit dem Schwarzweiß-

Fernsehen verwendet. Das Signal ist zusammengesetzt aus einem Luminanzsignal Y (Helligkeitsinformation) und zwei Chrominanzsignalen U bzw. CB und V bzw. CR. Das Auge besitzt mehr Rezeptoren für Helligkeitswerte als für Farbwerte, wodurch die Farbinformationen mit weniger Bandbreite übertragen werden können und das Luminanzsignal für den Detail-Eindruck wichtiger ist als die Farbsignale und deshalb mehr Bandbreite erhält.

Abbildung 6: Der 4:1:1 Farbraum YUV-Modell

4.2.2 Bildtechnik

Bei digitalen Bildern wird zwischen zwei verschiedenen Kategorien unterschieden: Vektorgrafiken und Bitmap-Grafiken.

4.2.2.1 Bitmap-Grafiken (Raster-Grafiken)

Eine Bitmap-Grafik wird über ein Raster, das die Bildpunkte pro Zeile angibt, definiert. Die Anzahl der Bildpunkte auf einer bestimmten Fläche wird auch Auflösung genannt. Gängige Einheiten sind ppi (pixel per inch) oder dpi (dots per inch). Die Auflösung muss an das jeweilige Ausgabemedium angepasst werden, damit die Grafik ausreichend gut dargestellt werden kann (z. B. Bildschirmausgabe mindestens 72 dpi). Jedes Pixel besitzt eine Farbwertigkeit. Die möglichen Farbwerte werden in der Farbtiefe festgelegt. Bei z. B. 1Bit Farbtiefe können 2 Farben dargestellt werden. Gängige Farbtiefe bei Monitoren sind 24 Bit und somit sind 16,7 Millionen Farben pro Pixel möglich. Da bei Bitmap-Grafiken sehr große Datenmengen anfallen können, wurden verschiedenste Komprimierungsverfahren entwickelt, um das Datenvolumen an die jeweilige Anwendung anzupassen. Bei den Kompressionsverfahren unterschei- det man zwischen nicht verlustbehafteter und verlustbehafteter Kompressions-

methoden. Diese Methoden werden in den Grafikformaten hinterlegt. Gebräuchliche nicht verlustbehaftete Kompressionsverfahren sind RLE (Run-Length-Encoding), LZW (Lempel-Ziv-Welch) und Huffmann-Encoding. Für verlustbehaftete Kompressionsverfahren stehen unter anderem JPEG (Joint Photographic Expert Group), Fraktale Kompression und Wavelet-Kompression. [Schell-mann02]

4.2.2.2 Vektorgrafiken

Vektorgrafiken werden auch als objektorientierte Grafiken bezeichnet und bestehen aus mathematisch exakt definierten Kurven und Linien. Durch erneute Berechnung der Kurven sind die Dateien ohne Verlust skalierbar und können an jedes Format, ohne Vorgabe der Auflösung, angepasst werden. Gespeichert werden nur die mathematischen Daten, nicht wie bei Bitmapgrafiken die einzelnen Pixel, wodurch Vektorgrafiken weniger Speicherplatz benötigen. Vektorgrafiken sind ideal zur Speicherung von Bildern, die in linienbasierte In-formationen zu überführen aber nicht geeignet sind für komplexe Bilder wie Fotos mit pixelweise wechselnden Farben. Gebräuchliche Vektorgrafikformate sind Postscript (PS), Encapsulated Postscript (EPS) und Drawing Exchange Format (DXF).

4.2.3 Die Grafikkarte

Die Grafikkarte ist das Bindeglied zwischen der binären Computerwelt und unserer visuellen Wahrnehmung. Über die Bus-Schnittstelle erhält sie die zur Anzeige benötigten Daten. Diese werden im Videospeicher der Karte abgelegt, vom Grafikprozessor weiter berechnet bzw. gerendert und anschließend von einem Digital-Analog-Wandler (RAM-DAC) in ein analoges Bildsignal umgerechnet. Grafikkarten werden entweder als PC-Erweiterungskarten mit der Hauptplatine verbunden oder sie sind im Chipsatz auf der Hauptplatine vorhanden (Onboard). Das System sendet Informationen und Daten, die dargestellt werden sollen, über die Bus-Schnittstelle an die Grafikkarte. Die Bus-Systeme unterscheiden sich in der Geschwindigkeit und Art der Übertragung der Grafikdaten. Aktuelle Bus-Systeme sind: PCI, AGP und PCI- Express. Der derzeitige AGP-Standard (Accelerated Graphics Port-Standard)