Der Begriff der Digitalisierung wird heute vielschichtig verwendet, in jedem Fall ist damit die Umwandlung analoger Signale in digitale Form gemeint.
Das kann zum einen die Konvertierung analog vorliegender Dokumente in digitale Dokumente sein. Zum anderen auch die Umwandlung einer analogen (Bild-/Ton-/Text-)Quelle in ein digitales Signal zum Zwecke der Übertragung. Umcodierung von Daten gehört im engeren Sinne nicht zur Digitalisierung, ist allerdings historisch bedingt in diesem Zusammenhang zu nennen.
Im Übertragenen Sinne kann Digitalisierung auch den Übergang von analogen zu digitalen Technologien in allen Lebensbereichen bedeuten. Diesem Aspekt wird im Kapitel Soziale und ökonomische Folgen von Digitalisierung Rechnung getragen.
Historische Entwicklung
Der Begriff der Digitalisierung ist ein historisch gewachsener Begriff und lässt sich deshalb heute nur schwer in eine einfache und klare Definition bringen. Die historische Entwicklung macht deutlich, weshalb es zur Digitalisierung kam.
Eine frühe Form der Digitalisierung im Sinne der Speicherung analoger Konzepte in digitaler Form stellt das Lochkartensystem des Jacquard-Webstuhls (1805) dar. Hierbei wurden Webmuster in das Funktionsmuster des Webstuhls übersetzt und auf Lochkarten geprägt, welche dann immer wieder verwendet wurden um das Webmuster automatisch zu reproduzieren.
Eine historisch frühe Form der Digitalisierung im Sinne der digitalen Übertragung von Information war das Morsen (ab 1837). Text wurde in Morsecode gewandelt, übertragen, und wieder zurück in Text verwandelt. Dies funktionierte auch bei technisch ungünstigen Bedingungen per Lichtsignal und Tonsignal (Funktechnik, Telefon, Telegraphie). Später folgten Fernschreiber (u. a. unter Verwendung des Baudot-Codes), Telefax, E-Mail. Der Computer heute verarbeitet Information fast ausschließlich in digitaler Form.
Gründe für die Digitalisierung
Durch Wandlung von Informationen bzw. Signalen in digitale Form können diese einfacher und exakter bearbeitet und transportiert werden. Auch bei langen Transportwegen und nach vielfacher Bearbeitung sind Fehler und Verfälschungen (z. B. Rauschüberlagerungen) im Vergleich zur analogen Verarbeitung gering. Die Wandlung analoger Informationen in digitale erlaubt die Nutzung, Bearbeitung, Verteilung, Erschließung und Wiedergabe in elektronischen Systemen wie Media Asset Management, Elektronische Publikation, Dokumentenmanagement, Workflow, Elektronische Archivierung oder Enterprise Content Management.
Ein weiterer Grund für die Digitalisierung analoger Inhalte ist die Langzeitarchivierung. Geht man davon aus, dass es keinen ewig haltbaren Datenträger gibt, ist ständige Migration ein Faktum. Fakt ist auch, dass analoge Inhalte mit jedem Kopiervorgang an Qualität verlieren. Digitale Inhalte bestehen hingegen aus diskreten Werten, die entweder lesbar und damit dem digitalen Original gleichwertig sind, oder nicht mehr lesbar sind, was durch redundante Abspeicherung der Inhalte beziehungsweise Fehlerkorrekturalgoritmen verhindert werden soll. Das bedeutet, dass man beim Kopieren von Digitalen Datenträgern im Normalfall nicht nur eine dem Original gleichwertige Kopie erhält, sondern die Fehlerkorrektur-Daten neu erstellt werden und damit die digitale Kopie von digitalen Inhalten sogar beser ist als das digitale Original.
Schließlich wäre noch die Digitalisierung analoger Originale zur Erstellung von Benützungskopien zu erwähnen um die Originale zu schonen denn viele Datenträger, darunter auch LPs, verlieren allein durch die Wiedergabe an Qualität.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass Digitalisierung analoger Dokumente immer mit Qualitätsverlust verbunden ist zumal die digitale Kopie aus messtechnischen Gründen wie auch aus Gründen der Speicherplatzökonomie nicht beliebig genau sein kann. Ein Digitalisat kann jedoch in den meisten Fällen so genau sein, dass es für nahezu 100% der möglichen (auch zukünftigen) Anwendungsfälle ausreicht. Wenn diese Qualität durch das Digitalisat erreicht wird spricht man von Preservation Digitisation also der Digitalisierung zur Erhaltung (=Ersetzungskopie).
Prinzipien der Digitalisierung zur Langzeitarchivierung
Folgende Prinzipien gelten insbesondere für die Erstellung hochqualitativer Digitalisate zum Zwecke der Langzeitarchivierung. Bei der Erstellung digitaler Benützungskopien sollten sie allerdings auch in Betracht gezogen werden, obwohl in Einzelfällen eine derart akribische Vorgehensweise dem damit verbundenen Zeitaufwand nicht Rechnung trägt.
Vorbereitung der Datenträger
Bevor die Digitalisierung überhaupt stattfinden kann, muss zuvor der Datenträger und in den bestmöglichen Zustand versetzt werden. Auch sollte, falls das möglich ist, das Dokument nochmals abgespielt und auf Unregelmäßigkeiten, Fehler, etc. überprüft werden.
- Bilddokumente müssen von Staub, Schmutz und gegebenen Falls von Schimmelbefall befreit werden.
- Bei magnetbändern sollte außer Schmutz und Staub noch folgendes beachtet werden.
- "Verschmierte" Bänder, das heißt Bänder, bei welchen sich der Klebstoff, welcher das Trägermaterial mit der informationstragenden Schicht verbindet, teilweise verflüssigt hat, können gegebenenfalles getrocknet werden.
- Oft kommt es bei längerer Lagerung von Magnetbändern zum sogenannten Echo-Effekt kommen, welcher durch mehrmaliges Hin- und Herspulen zumeist behebbar ist.
- Mechanische Plattenspeicher wie LPs oder Schellacks können am effektivsten mittels Ultraschallbad von Schmutzrückständen gesäubert werden.
Vorbereitung der Aufnahmegeräte
Ob zum Abspielen der Originaldokumente auch die Originalen Abspielgeräte oder Geäte auf dem Stand der Technik verwendet werden sollten, ist eine langjährige Streitfrage zwischen Experten. Es ist jedoch ein Trend Richtung "Modernste Geräte" zu erkennen, zumal möglichst alles (also auch Knistern, Raucschen und Tonstörungen) vom Datenträger geholt weren sollte um einer möglichen, algoritmischen Nachbearbeitung bessere Daten zu verschaffen.
In jedem Fall sollte darauf geachtet werden, dass die Geräteeinstellungen möglichst jenen der damaligen Aufnahmegeräte entsprechen. Beispiel: Azimuth-Fehler entstehen dann, wenn der Lesekopf des Abspielgerätes nicht dieselbe Neigung wie der Schreibkopf des Aufnahmegerätes aufweist.
Durchführung der Digitalisierung
Grundsätzlich wird das Digitalisieren von Elektronischen Geräten ausgeführt, was nicht bedeutet, dass der Vorgang nicht überwacht werden sollte.
Bei Dokumenten fragwürdigen Erhaltungszustandes ist es üblich, das Aufnahmegerät schon während des Überprüfungsdurchlaufes mitlaufen zu lassen um bei allfälliger Beschädigung zumindest eine "schlechte" Aufnahme zu haben als gar keine.
Nachbearbeitung
Nach der Digitalisierung sollte das digitale Dokument mit allen nur verfügbaren Metadaten versehen werden, die zum Originaldokument noch auffindbar sind.
Hierzu Gehören:
- Urheberangaben
- Angaben zur Herkunft
- Gegebenenfalles Schnittlisten
- Technische Angaben der Aufnahme
Schließlich sollte auch eine Dokumentation des gesamten Digitalisierungsvorganges inklusive der Vorbereitungen angefertigt werden.
Umwandlung von Information in digitale Form
Allgemein wird der Prozess der Digitalisierung von einem Analog-Digital-Umsetzer durchgeführt, welcher die Analogen Eingangssignale in festgesetzten Intervallen, seien dies nun Zeitintervalle bei linearen Aufzeichnungen oder der Abstand der Foto-Zellen beim Scannen, mißt (siehe auch Abtastrate) und diese Werte mit einer bestimmten Genauigkeit (siehe Quantisierung) digital codiert (siehe auch CoDec).
Je nach Art des analogen Ausgangsmaterials und des Zweckes der Digitalisierung werden verchiedenste Verfahren eingesetzt.
Digitalisierung von Text
Geht man bei der Digitalisierung von Texten davon aus, dass lediglich der Inhalt der Dokumente von Interesse ist, so wird der Text zuerst gescannt und anschließend die Zeichen von Schrifterkennungsprogrammen (siehe OCR) in ein Schriftcodierungssystem kompiliert.
Eine mögliche Form der Repräsentation von Text ist z. B. der sehr verbreitete ASCII-Code, bei dem jeder lateinische Buchstabe durch eine Folge von sieben bits dargestellt wird. Z. B. wird für den Großbuchstaben »A« die Folge 1000001 geschrieben. Die Codierung in Unicode ermöglicht einen reicheren Zeichenschatz.
Soll das Digitalisat das ursprüngliche Aussehen des Dokumentes möglichst genau wiedergeben, so wird das Textdokument wie ein Bild digitalisiert.
Digitalisierung von Bildern
Um ein Bild zu digitalisieren, wird das Bild zuerst gescannt, das heißt in Zeilen und Spalten (Matrix) zerlegt, für jeden, der dadurch entstehenden Bildpunkte der Farbwert ausgelesen und mit einer Bestimmten Quantisierung gespeichert. Zur finalen Speicherung des Digitalisates können gegebenenfalls Koprimierungs-Formate eingesetzt werden.
Bei einer Schwarz-Weiß-Rastergrafik ohne Grautöne nimmt dann der Wert für ein Pixel die Werte 0 für schwarz und 1 für weiß, an. Die Matrix wird zeilenweise ausgelesen, wodurch man eine Zahlenfolge aus den Zahlen 0 und 1 erhält, welche das Bild repräsentiert. In diesem Fall wird also eine Quantisierung von einem Bit verwendet.
Um ein Farb- oder Graustufenbild digital zu repräsentieren wird eine höhere Quantisierung benötigt. Beim Digitalisaten im RGB-Farbraum wird jeder Farbwert eines Pixels in die Werte Rot, Grün und Blau zerlegt und diese wiederum einzeln mit derselben Quantisierung gespeichert (max. ein Byte/Farbwert = 32 Bit/Pixel). Beispiel: Ein Pixel in Reinem Rot entspräche R=255, G=0, B=0.
Im YUV-Farbmodell können die Farbwerte eines Pixels mit unterschiedlicher Quantisierung gespeichert werden, da hierbei die Lichtstärke, welche vom Menschlichen Auge genauer registriert wird, von der Chrominanz (=Farblichkeit), die das Menschliche Auge weniger genau registriert, getrennt sind. Das ermöglicht geringeres Speichervolumen bei, für das "nackte" Auge annähernd gleicher Qualität.
Siehe auch Farbmodelle: RGB, CMYK und YUV.
Digitalisierung von Ton
siehe Wandlung von analogem Signal zu digitalem Signal
Digitalisierung von Druckfilmen
In Großformatscanner werden die einzelnen Farbauszüge der Druckfilme eingescannt, zusammengefügt und "entrastert", damit die Daten wieder digital für eine CtP-Belichtung vorhanden sind.
Umwandlung analoger Signale in digitale Signale
Diese Art der Umwandlung spielt eine Rolle bei der Informationsverarbeitung in der digitalen Elektronik.
Im engeren Sinn liegt der Unterschied zwischen analoger und digitaler Darstellung im Wertebereich. Die Digitalisierung besteht dann nur aus der Quantisierung, welche den ursprünglich kontinuierlichen Wertebereich (z. B. eine beliebige Spannung zwischen 0 und 10 V) auf einer diskreten Menge (z. B. Zahlen zwischen 0 und 255) abbildet.
Bei der Digitalisierung von analogen Signalen – also von zeitabhängigen Werten – wird gleichzeitig mit der Quantisierung immer eine Abtastung vorgenommen. Dadurch entsteht ein wert- und zeitdiskretes Signal. Die technische Umsetzung erfolgt in vielen Fällen mit Analog-Digital-Wandlern. Auflösung und Abtastrate bestimmen (unter anderem), mit welcher Genauigkeit das analoge Signals digital dargestellt wird.
Die digitale Signalverarbeitung befasst sich mit dem Digitalisieren, digitalen Verarbeiten und anschliessendem »Zurückwandeln« von Analogsignalen. Eine Anwendung ist z. B. die Musikbearbeitung; Digitalisierung von Audiosignalen.
Soziale und ökonomische Folgen von Digitalisierung
Digitale Produktion und Reproduktion
Die längst nicht abgeschlossenen gesellschaftlichen Veränderungen durch Digitalisierung sind im Ausmaß wohl am ehesten mit der Erfindung des Buchdrucks vergleichbar. Ein wesentliches Merkmal digitaler Inhalte ist eine dramatische Kostenreduktion. Dies betrifft Kopierbarkeit, den verbilligten Transport (z. B. im Internet) wie auch die Produktionskosten. Während analoge Inhalte ähnlich materiellen Gütern typischerweise einen ansteigenden Kostenverlauf haben, sind die Kosten für jede weitere digitale Kopie (Produktionsgrenzkosten) nach der Erstellung des Originalinhaltes nahe 0.
Die Eigenschaft vereinfachter Reproduktion hat zu verschiedenen Konflikten zwischen Erstellern und Nutzern digitaler Inhalte geführt. Industrie und Verwertungsgesellschaften reagieren auf die veränderten Bedingungen mit Strategien künstlicher Verknappung, insbesondere mit urherheberrechtlicher Absicherung von geistigem Eigentum und der technologischen Implementierung von Kopierschutz.
Die Digitalisierung erschließt zudem völlig neue Formen der Telekommunikation (etwa Videokonferenzen). Abgeleitete Technologien sind in der Regel durch Bidirektionalität (technische Gleichheit von Sender und Empfänger) gekennzeichnet. Einige Befürworter der Technologie leiten daraus die technische Begünstigung einer Demokratisierung von Massenkommunikation ab.
Digitalisierung von Sammlungen analoger Dokumente
In Bibliotheken und Audiovisuellen Archiven stellt sich in Zusammenhang mit der Digitalisierung ein anderes Problem. Durch die rasche Verbreitung digitaler Inhalte und deren zunehmender Beliebtheit sowie durch den rasch fortschreitenden Verfall analoger (aber auch digitaler-) Datenträger, sind insbesondere Heritage Institutions genötigt analoge Bestände möglichst rasch und nachhaltig zu digitalisieren.
Bedenkt man die Schritte die zur nachhaltigen Digitalisierung erforderlich sind. So ist leicht nachvollziehbar, dass hier mit hohem technischen Aufwand gerechnet werden muss. Bei Digital-Heritage-Projekten wird zum Beispiel mit einen halben Personenarbeitstag pro zu digitalisierender Audio-Stunde als Richtert gerechnet. Voraussetzung sind dabe natürlich schon die erforderlichen technischen Gerätschaften.
Bedenkt man die Gesamtanzahl der Datenträger in einem Audiovisuellen Archiv, so sind Digitalisierungsprojekte zumeist im Rahmen von einigen Jahrzehnten angesiedelt. Geht man von Jahrzehnten aus, die dazu notwendig wären audiovisuelle Gesamtbestände zu digitaisieren, so steht man wieder vor dem Problem der immer kürzer werdenden Alterungsprozesse digitaler Datenträger.
Gefragt sind also weiterhin offene Hard- und Softwarestandards um einer weiteren Migration der Inhalte keine Steine in den Weg zu legen.