Digitale Audioformate: das MP3-Phänomen
Das MP3-Musikformat (MPEG-1 Layer 3) ist eines der weltweit am häufigsten verwendeten digitalen Audioformate.
Es ist mit allen tragbaren und stationären Audiogeräten kompatibel. Im Mai 2017 kündigten die Entwickler des Formats seinen “Tod” an. Am 23. April 2017 wurde das von Technicolor und Fraunhofer IIS lizenzierte kommerzielle Programm annulliert: Das letzte im Programm enthaltene Patent lief ab und machte das Format zum Standard im öffentlichen Bereich.
Können wir sagen, dass die Tage des beliebtesten Formats gezählt sind? Die MP3-Entwicklung begann Ende der 1980er Jahre am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS). 1987 arbeiteten die Universität Erlangen-Nürnberg und das Fraunhofer IIS gemeinsam am Projekt EU147 EUREKA Digital Audio Broadcasting (DAB). Das erste Ergebnis der Arbeit der Allianz war der LC-ATC-Codec, der es ermöglichte, Stereomusik in Echtzeit zu codieren.
Der nächste Schritt war die Entwicklung eines OCF-Codierungsalgorithmus (Optimal Frequency Domain), der bereits einige Merkmale des zukünftigen MP3-Codecs aufwies. Zum ersten Mal ist es möglich, Musik in guter Qualität mit 64 kbit / s für ein Monosignal zu codieren. OCF war der Beginn des Weges zur Standardisierung MPEG (Moving Picture Expert): eine Organisation, die für die Entwicklung und Implementierung internationaler Standards für die Komprimierung und Übertragung digitaler Video- und Audioinhalte verantwortlich ist.
1989 erhielt MPEG 14 Vorschläge zur Implementierung eines Audiokodierungsstandards, sodass die Teilnehmer aufgefordert wurden, ihre Entwicklungen zu kombinieren. Dies führte zur Entstehung von vier potenziellen Kandidaten, darunter MUSICAM vom Institut für Rundfunktechnologie IRT und Philips sowie ASPEC (Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding), was das Ergebnis weiterer Verbesserungen des OCF Fraunhofer IIS zusätzlich zu Beiträgen ist von der Universität Hannover in Zusammenarbeit mit AT & T und Thomson.
Nach umfangreichen Tests schlug MPEG vor, MUSICAM und ASPEC zu kombinieren, um eine Familie von drei Codierungsmethoden zu erstellen: Stufe 1: eine Version von MUSICAM mit geringer Komplexität; Stufe 2 – MUSICAM-Codec; Level 3 (später MP3 genannt): basierend auf ASPEC. Die technische Entwicklung des MPEG-1-Standards wurde im Dezember 1991 abgeschlossen. 1994 stellte Fraunhofer IIS den weltweit ersten MP3-Encoder L3enc vor, und 1995 akzeptierten die Fraunhofer-Forscher einstimmig “.mp3” als Dateierweiterung für MPEG-Schicht 3 [1].
Dank des im MP3-Audioformat verwendeten Komprimierungsalgorithmus wird die Größe der Daten, die für die Wiedergabe der Aufnahme und die Sicherstellung der Tonwiedergabequalität erforderlich sind, je nach Bitrate der Aufnahme erheblich auf das 10-12-fache des Originals reduziert. . Die Bitrate bezieht sich auf die Codierungs- / Decodierungsrate eines digitalen Audiostreams. Die Klangqualität verbessert sich mit zunehmender Bitrate. Das MP3-Format weist die folgenden Bitraten auf: 32 kbit / s (sehr niedrige Qualität, nur für Sprache akzeptabel), 96 kbit / s, 128 kbit / s (mittlere Qualität), 160 kbit / s, 192 kbit / s, 256 kbit / s, 320 kbit / s (maximale optimale Qualität). Das Prinzip des Komprimierungsalgorithmus lautet wie folgt: Während des Komprimierungsprozesses analysieren die Audio-Codecs die Signale und konzentrieren sich dabei auf die hörbaren Fragmente, die für die spätere Wiedergabe oder Übertragung gespeichert werden.
Dies schließt Geräusche außerhalb des Wahrnehmungsbereichs des menschlichen Ohrs (20 bis 20.000 Hz) aus. Deshalb wird MP3 als verlustbehaftet bezeichnet. Es gibt drei Möglichkeiten, MP3-Dateien zu codieren: konstante Bitrate (CBR), variable Bitrate (VBR) und mittlere Bitrate (ABR). CBR ist der Standardverschlüsselungsmodus. In diesem Modus ist die Bitrate für die gesamte Datei konstant. Dies bedeutet, dass jeder Teil der MP3-Datei die gleiche Anzahl von Bits verwendet. Unabhängig von der Komplexität eines Musikstücks verwendet der Encoder dieselbe Bitrate, sodass die Qualität der endgültigen Datei variabel ist.
Komplexe Teile sind von geringerer Qualität als einfachere. Der Hauptvorteil dieses Modus besteht darin, dass sich die Größe der endgültigen Dateien nicht ändert und genau vorhergesagt werden kann. Beim Codieren im VBR-Modus wählt der Benutzer die gewünschte Qualität auf einer Skala von 9 (niedrigste Qualität, höchste Verzerrung) bis 0 (höchste Qualität / niedrigste Verzerrung). Der Codec versucht dann, eine bestimmte Qualität in der gesamten Datei beizubehalten, indem er die optimale Anzahl von Bits für jeden Teil der Audioaufzeichnung auswählt. Der Hauptvorteil ist die Möglichkeit, das zu erreichende Qualitätsniveau anzugeben, der wesentliche Nachteil ist jedoch die Unvorhersehbarkeit der endgültigen Dateigröße.