1 Einführung 19

1.1 Multimedia als Begriff 19
1.2 Die ersten 50 Jahre Multimedia 21
1.3 Konventionen für dieses Buch 23
1.3.1 Disclaimer 23
1.3.2 Organisationen im Bereich Multimedia 23
1.3.3 Parameterkennzeichnung 23
1.3.4 Zahlen, Einheiten und Vorsätze 24


2 Kommunikation in Bits und Bytes 25

2.1 Nachrichtentechnische Grundlagen 25
2.1.1 Fourier-Transformation 26
2.1.2 Entwicklung nach anderen Funktionensystemen 30
2.1.3 Digitalisierung 31
2.1.4 Sampling-Theorem 33
2.1.5 Signal-Rausch-Abstand 34
2.2 Infonmationstheoretische Grundlagen 35
2.2.1 Codierung 35
2.2.2 Datenraten für Multimedia 35
2.2.3 Informationsgehalt und Entropie 36
2.3 Datenkompression 38
2.3.1 Lauflängencodierung 39
2.3.2 LZW-Codierung 40
2.3.3 Huffman-Codierung 41
2.3.4 Arithmetische Codierung 43


3 Zeichen und Schrift 45

3.1 Typografie 45
3.1.1 Maßeinheiten 45
3.1.2 Typografische Maßangaben 47
3.1.3 Glossar der Druckersprache 48
3.1.4 Textdesign 51
3.2 Datenformate für Schriften 52
3.2.1 Bitmap Fonts 52
3.2.2 Outline Fonts und Stroke Fonts 53
3.2.3 TrueType 53
3.2.4 Type-1 Fonts 58
3.2.5 OpenType 59
3.2.6 Metafont 62
3.2.7 Font-Auswahl 62
3.3 Zeichensätze 63
3.3.1 ASCII-Code ISO-646 63
3.3.2 Zeichensatztabelle ISO-8859 65
3.3.3 Unicode 70
3.3.4 Universal Character Set UCS 74
3.3.5 Universal Transformation Formats UTF 74


4 Licht und Farbe 77

4.1 Was ist Licht? 77
4.1.1 Lichteigenschaften 78
4.1.2 Schwarzkörperstrahlung und Farbtemperatur 79
4.2 Lichtwahrnehmung 81
4.2.1 Linse und Glaskörper 81
4.2.2 Retina 82
4.2.3 Gehirn 83
4.2.4 Richtlinien für die Verwendung von Farben 85
4.3 Farbstandards 86
4.3.1 CIE-Farbdiagramm 86
4.3.2 Farbmustertabellen 88
4.3.3 Farbmanagement 88
4.4 Farbmodelle 90
4.4.1 Hardware-orientierte Farbmodelle 90
4.4.2 Benutzerorientierte Farbmodelle 94
4.4.3 Umrechnungen zwischen Farbmodellen 97
4.5 Raster-Bilddatenformate 99
4.5.1 Farbe in Rasterbildern 100
4.5.2 Bitmap-Format BMP 103
4.5.3 (Resource) Interchange File Format (R)IFF 105
4.5.4 Public Bitmap Format 106
4.5.5 Graphics Interchange Format GIF 107
4.5.6 Portable Network Graphics Format PNG 111
4.5.7 Grafikformate XBM und XPM 114
4.5.8 Tagged Image File Format TIFF 116
4.5.9 Verlustfreie JPEG-Kompression 118
4.5.10 Verlustbehaftete JPEG-Kompression 119
4.5.11 JPEG 2000 124
4.6 Vektor-Bilddatenformate 125
4.6.1 Austauschformate für Vektorgrafiken 126
4.6.2 Grafikbibliotheken 127


5 Ton und Klang 131

5.1 Was ist ein Ton? 131
5.1.1 Datenraten für Audio 132
5.1.2 Dynamikkompression 132
5.1.3 Klangsynthese 134
5.1.4 Verfahren der akustischen Modellierung 135
5.1.5 Verfahren der räumlichen Klangwiedergabe 136
5.2 Tonwahrnehmung 137
5.2.1 Außenohr 137
5.2.2 Mittelohr 137
5.2.3 Innenohr 139
5.2.4 Hörschwelle 139
5.2.5 Maskierung 140
5.2.6 Kritische Bänder 141
5.3 Sprache 142
5.3.1 Spracherkennung 142
5.3.2 Sprachsynthese 143
5.3.3 Sprachkompression 144
5.4 Musical Instrument Digital Interface MIDI 146
5.4.1 MIDI-Glossar 147
5.4.2 MIDI-Verkabelung 148
5.4.3 General MIDI 148
5.4.4 MIDI-Nachrichten 149
5.5 MP3-Kompression und Derivate 153
5.5.1 Eigenschaften von MPEG-Audio 154
5.5.2 MP3-Kompressionsverfahren 155
5.5.3 Advanced Audio Coding AAC 157
5.5.4 Spectral Band Replication SBR und MP3Pro 158
5.6 Ogg-Format mit Flac und Vorbis 159
5.6.1 Ogg-Flac 160
5.6.2 Ogg-Vorbis 162
5.7 Audiodatenformate 164
5.7.1 Einfache Modulationsverfahren 164
5.7.2 Audio Interchange File Format AIFF 165
5.7.3 Wave-Format 166
5.7.4 NeXT/Sun Audio File Format 167
5.7.5 Weitere Audioformate und -verfahren 169
5.7.6 Kopierschutzformate und Container 171


6 Bewegung, Animation und Video 174

6.1 Was ist eine Animation? 174
6.1.1 Grundlegende Begriffe 175
6.1.2 Animationsverfahren 175
6.2 Wahrnehmung von Bewegungen 177
6.2.1 Physiologische Einflussfaktoren 177
6.2.2 Psychologische Einflussfaktoren 179
6.2.3 Kenngrößen der zeitlichen Auflösung 180
6.3 Klassische Videotechnik 180
6.3.1 BAS und FBAS (Composite Video) 182
6.3.2 Komponentenvideo (Component Video) 182
6.3.3 Y/C-Video (Separiertes Video) 183
6.3.4 PAL Video 183
6.3.5 NTSC Video 184
6.3.6 Secam Video 185
6.3.7 Analoge Aufzeichnungsformate 185
6.3.8 High Definition Television HDTV 186
6.4 Digitale Videotechnik 186
6.4.1 Timecode und Schnittsteuerung 167
6.4.2 VGA, S-VGA und XGA 188
6.4.3 Digitale Sendeformate 188
6.4.4 Digitale Aufzeichnungsformate 191
6.4.5 Codecs 194
6.5 Videokompression nach H.261 und H.263 195
6.5.1 H.261 Codec 196
6.5.2 H.261 Datenstrom 198
6.6 Videokompression nach MPEG-1 und MPEG-2 199
6.6.1 MPEG Codec 201
6.6.2 MPEG-Datenstrom 204
6.7 MPEG-4 Standard 206
6.7.1 Szenengrafen in MPEG-4 206
6.7.2 Datenströme in MPEG-4 207
6.7.3 MPEG-4 Audio Profiles 208
6.7.4 MPEG-4 Visual und Graphics Profiles 209
6.7.5 Weitere Entwicklungen in MPEG 210
5 7.6 DivX Codec 211
6.8 Audio-Video-Interleaved Format AVI 212
6.9 Weitere Containerformate 216


7 Multimedia-Hardware 219

7.1 Manuelle Eingabegeräte 219
7.1.1 Maus, Trackball und Touchpad 220
7.1.2 Joystick 222
7.1.3 Lichtgriffel und Touchscreen 222
7.1.4 Grafiktablett 224
7.1.5 Datenhandschuh 224
7 1 6 Manuelle 3D-Positionierung 225
7.1.7 Bewegungseingabe 226
7.2 Optische Eingabegeräte 228
7.2.1 Lichtsensoren 228
7.2.2 Digitalkameras 229
7.2.3 2D-Scanner 232
7.2.4 Optische 3D-Eingabe 233
7.3 Bildschirme und Anzeigen 234
7.3.1 Kathodenstrahlröhren 235
7.3.2 Flüssigkristallanzeigen 237
7.3.3 Weitere Bildschirm-Techniken 239
7.3.4 3D-Displays 241
7.4 Drucker 243
7.4.1 Laserdrucker 244
7.4.2 Tintenstrahldrucker 245


8 Digitale Speichermedien 247

8.1 Übersicht 247
8.2 Magnetbänder 247
8.3 Magnetische Festplatten 248
8.3.1 Glossar magnetische Festplatten 248
8.3.2 Datentransferraten 250
8.3.2 RAID-Technologie 251
8.4 Compact Disc CD 253
8.4.1 Compact Disc physikalisch 254
8.4.2 Compact Disc logisch 256
8.4.3 Audio CD, CD-DA (Digital Audio) 257
8.4.4 CD-ROM 259
8.4.5 Mischformate 260
8.4.6 Video CD und Super Video CD 262
8.5 Digital Versatile Disc DVD 263
8.5.1 DVD physikalisch 264
8.5.2 DVD logisch 266
8.5.3 Kopierschutz einer DVD 269
8.5.4 Datenfluss im DVD-Player 271
8.6 MiniDisc MD 271


9 Design und Medienintegration 273

9.1 Vier-Phasen-Modell für Multimedia-Design 273
9.1.1 Phase 1: Integrationsplanung 274
9.1.2 Phase 2: Objekterzeugung 275
9.1.3 Phase 3: Integration oder Composing 275
9.1.4 Phase 4: Generierung 275
9.2 Bildbearbeitung und Bildsynthese 276
9.2.1 Arbeitsschritte bei der Bildbearbeitung 276
9.2.2 Kommerzielle Software zur Bildbearbeitung 280
9.2.3 PBM+ und NetPBM 280
9.2.4 The Gimp 282
9.2.5 Persistence of Vision Raytracer 285
9.3 Erstellung von Audio-Objekten 287
9.3.1 Arbeitsschritte bei der Audiobearbeitung 287
9.3.2 Kommerzielle Software zur Audiobearbeitung 290
9.3.3 Freie Software zur Audiobearbeitung 291
9.4 Erstellung und Bearbeitung von Videoclips 293
9.4.1 Vorbereitende Arbeiten 294
9.4.2 Virtueller Schneidetisch 295
9.4.3 Arbeitsschritte beim digitalen Videoschnitt 297
9.4.4 Kommerzielle Software zur Videobearbeitung 301
9.5 Medienintegration 301
9.5.1 Timeline-basierte Medienintegration 302
9.5.2 Frame-basierte Medienintegration 303
9.5.3 Integrationssprachen 304
9.6 Java und Multimedia 305
9.6.1 Übersicht 305
9.6.2 Java2D 306
9.6.3 Java3D 306
9.6.4 Java Advanced Imaging API 308
9.6.5 Java Media Framework 308
9.6.6 Java Sound API 309
9.6.7 Weitere Java APIs 310
9.6.8 DVB-J und MHP 311


10 Internet 314

10.1 Geschichte des Internet 1961-1991 315
10.2 Internet-Technologie 317
10.2.1 Routing 318
10.2.2 Domain Name Service DNS 320
10.2.3 Physikalische Netzwerktechniken 321
10.2.4 Vermittlungsschicht 325
10.2.5 Netzwerkschicht 327
10.2.6 Transportschicht 330
10.2.7 Sitzungsschicht und Darstellungsschicht 331
10.3 Anwendungen im Internet 332
10.3.1 telnet 333
10.3.2 Simple Mail Transfer Protocol SMTP 333
10.3.3 File Transfer Protocol ftp 334
10.3.4 Multipurpose Internet Mail Extension MIME 335
10.3.5 Weitere Anwendungen 338
10.3.6 Internet-Sicherheit 340
10.3.7 Telekommunikation und Internet 340
10.3.8 Radio und Fernsehen im Internet 341
10.4 Standardisierung im Internet 342
10.4.1 IAB und untergeordnete Gremien 342
10.4.2 Request for Comments RFC 343


11 World Wide Web WWW 346

11.1 Organisation des WWW 347
11.2 Hypertext Transfer Protocol http 347
11.2.1 Übersicht 347
11.2.2 Common Gateway Interface CGI 351
11.2.3 Cookies 356
11.3 Hypertext Markup Language HTML 356
11.3.1 Übersicht und Struktur 356
11.3.2 Geschichte von HTML 358
11.3.3 Tags und Attribute 359
11.3.4 Sonderzeichen 360
11.3.5 Links und URL 363
11.3.6 Cascading Style Sheets 364
11.3.7 Event-Handling 370
11.3.8 Referenzliste der HTML 4.01-Tags 370
11.3.9 Formulare in HTML 385
11.4 JavaScript und ECMAScript 390
11.4.1 Übersicht 390
11.4.2 Datentypen 391
11.4.3 Kommentare, Namen und Literale 392
11.4.4 Ausdrücke und Operatoren 392
11.4.5 Anweisungen 393
11.4.6 Funktionen und neue Objekte 395
11.4.7 Eingebaute Objekte 396
11.4.8 Browser-Objekte 401
11.4.9 Event-Handling 406
11.5 Web-Design 407
11.5.1 Textgestaltung mit HTML 408
11.5.2 Grafikdesign für das WWW 409
11.5.3 Positionierung und Formulardesign 410
11.5.4 Gestaltung von Web-Sites 412


12 eXtensible Markup Language XML 418

12.1 Übersicht 418
12.2 Struktur und Syntax von XML 419
12.2.1 Document Type Definition DTD 420
12.2.2 Literale und primitive Datentypen in XML 422
12.2.3 Weitere XML-Bestandteile 423
12.2.4 Namespaces 424
12.2.5 DOM und SAX 425
12.3 XPath 426
12.3.1 Übersicht 426
12.3.2 Location Steps in XPath 428
12.3.3 Funktionen in XPath 430
12.4 Linking in XML 432
12.4.1 XLink 432
12.4.2 XPointer 434
12.5 Stildefinition mit CSS und XSL 435
12.5.1 Transformationen mit XSLT 436
12.5.2 XSL Formatting Objects 443
12.6 XML Schema 447
12.7 Neue Entwicklungen in HTML und XML 450
12.7.1 XHTML 450
12.7.2 Weitere emergente XML-Anwendungen 451
12.7.3 RDF und Metadaten 452
12.7.4 Software für XML und XSL 452
12.8 Synchronized Multimedia Integration Language 453
12.8.1 Übersicht 453
12.8.2 Geschichte 454
12 8.3 Grundlegende SMIL-Tags 455
12.8.4 Layout-Beschreibung in SMIL 459
12.8.5 Synchronisation in SMIL 459
12.8.6 Animationen und Übergänge 462
12.8.7 Software für SMIL 463


13 Virtual Reality und VRML 465

13.1 Erstellung virtueller Welten 466
13.1.1 Werkzeuggestützte 3D-Modellierung 467
13.1.2 Arbeitsschritte bei der 3D-Modellierung 468
13.1.3 Software für die 3D-Modellierung 469
13.2 Übersicht VRML 469
13.2.1 Geschichte 470
13.2.2 Weitere Entwicklung von VRML und X3D 471
13.3 VRML-Dateistruktur 471
13.3.1 VRML-Knoten 472
13.3.2 VRML-Felder, Einheiten und Elementarknoten 474
13.4 VRML-Knoten im Detail 475
13.4.1 Grafische Primitive und Punktmengen 476
13.4.2 NURBS-Flächen 483
13.4.3 Materialeigenschaften und Texturen 484
13.4.3 Umgebungs- und Viewingknoten 486
13.4.4 Gruppenknoten 491
13.5 Ereignisverarbeitung in VRML 494
13.5.1 Sensoren 495
13.5.2 Interpolatoren 498
13.5.3 Scriptknoten 500
13.5.4 External Authoring Interface EAI 501
13.6 Geospatiale Knoten 502


14 Sicherheit digitaler Daten 506

14.1 Paradigmen der Kommunikationssicherheit 506
14.2 Symmetrische Verschlüsselungsverfahren 507
14.2.1 Data Encryption Standard DES 508
14.2.2 International Data Encryption Algorithm IDEA 510
14.2.3 RC5 511
14.3 Public Key Systeme PKS 511
14.3.1 Geschichte von PKS und Faktorisierung 513
14.3.2 Vergleich PKS mit symmetrischen Verfahren 514
14.3.3 RSA-Verfahren 514
14.3.4 EIGamal 516
14.3.5 Algorithmen auf der Basis elliptischer Kurven 516
14.4 Hybride Kryptosysteme 517
14.5 Digitale Signatur 518
14.5.1 Übersicht 518
14.5.2 Kryptografische Hash-Funktionen 520
14.6 Zertifikate 521
14.6.1 Hierarchische Zertifizierung 522
14.6.2 Web of Trust und PGP 524
14.7 Secure Socket Layer SSL 524
14.7.1 SSL Handshake 526
14.7.2 Verstärkung von SSL-Clients 527
14.8 Digitale Wasserzeichen 527
14.8.1 Lowest Bit Coding 528
14.8.2 Texture Block Coding 529
14.8.3 Patchwork Coding 529
14.9 Rechtliche Fragen 531
14.9.1 Schlüsselhinterlegung (Key Escrow) 532
14.9.2 Teledienste-Gesetzgebung 533
14.9.3 Signaturgesetz 534


15 Electronic Publishing 536

15.1 Textverarbeitung und Präsentation im Überblick 536
15.1.1 Kommerzielle Software 537
15.1.2 Sprachliche Gestaltung 538
15.1.3 Design von elektronischen Dokumenten 538
15.2 Hypertext 540
15.2.1 Geschichte der Hypertextsysteme 541
15.2.2 Kommerzielle Software 542
15.2.3 Design von Hypertextdokumenten 543
15.3 E-Leaming 546
15.3.1 Formen des E-Learning 547
15.3.2 Erstellung von CBT-Lehrmaterial 548
15.4 TeX und verwandte Programme 549
15.4.1 LaTeX 550
15.4.2 Schriften in TeX 552
15.4.3 LyX 552
15.5 PostScript 553
15.5.1 Übersicht 554
15.5.2 Datentypen und Kommentare 555
15.5.3 Variablen und Funktionen 555
15.5.4 Kontrollstrukturen 558
15.5.5 Liniengrafik in PostScript 559
15.5.6 Schrift in PostScript 563
15.5.7 Rastergrafik und Farbdarstellung 564
15.5.8 Dateioperationen 566
15.5.9 Portable Document Format PDF 567
15.6 Rich Text Format RTF 567
15.6.1 Übersicht 568
15.6.2 Kopfteil von RTF-Dateien 571
15.6.3 Dokumentenformatierung 574
15.6.4 Abschnittsformatierung 576
15.6.5 Absatzformatierung 578
15.6.6 Zeichenformatierung 580
15.6.7 Weitere Formatierungsbefehle im RTF-Format 581


16 E-Commerce und E-Government 584

16.1 E-Commerce 584
16.1.1 Kurzfristige Entwicklung 585
16.1.2 Langfristige Entwicklung 587
16.2 Business-to-Consumer B2C 588
16.2.1 Internet Power Shopping 588
16.2.2 Internet-Auktionen 589
16.2.3 Web-Umfragen 589
16.2.4 Kiosk-Systeme 589
16.2.5 Portale 590
16.2.6 Wertpapierhandel im Internet 592
16.3 Business-to-Business B2B 593
16.3.1 Direktverkauf im Internet 593
16.3.2 E-Procurement 594
16.3.3 Electronic Data Interchange EDI 594
16.3.4 Enterprise Application Integration 595
16.3.5 Web Services und ASP 595
16.3.6 Virtual Private Networks VPN 597
16.3.7 Telearbeit 598
16.3.8 VolP und Videokonferenzen 598
16.3.9 Multimedia-Datenbanken 599
16.3.10 Weitere E-Commerce-Anwendungen 599
16.4 Guideline für E-Commerce-Strategie 600
16.4.1 Auswirkung auf Geschäftsprozesse 600
16.4.2 Kundenbindung 601
16.5 E-Government 601
16.5.1 Entwicklung 602
16.5.2 Guideline für E-Government-Strategie 602


17 Visionen 606

17.1 Prototypen von Multimedia-Hardware 606
17.2 Quantencomputer 608
17.3 Science Fiction? 609
17.3.1 Omnipräsenz der Computer 610
17.3.2 Globales Netzwerk 610
17.3.3 Globales Dorf 610
17.4 Cyberspace oder Gaia? 611


18 Anhang 614

18.1 Organisationen 614
18.2 Dateiendungen und Datenformate 617


Sachwortverzeichnis 623