MP3
MP3 (o, pi� esattamente “MPEG-1/2 Audio Layer 3”) � un algoritmo di compressione audio in grado di ridurre drasticamente la quantità di dati richiesti per riprodurre un suono, rimanendo comunque una riproduzione fedele del file originale non compresso.
Storia
La codifica MPEG-1/2 Layer 2 iniziò come progetto presso la DAB e promosso dalla Fraunhofer IIS-A. Venne finanziato dall’Unione Europea come parte di un programma di ricerca pi� vasto chiamato EUREKA comunemente conosciuto con il codice EU-147.
EU-147 fu attivo dal 1987 al 1994. Nel 1991 vennero fatte due proposte per uno standard disponibile: Musicam (conosciuto come Layer II) e ASPEC (Adaptative Spectral Perceptual Entropy Coding) (con analogie con l’MP3). Venne scelto Musicam a causa della sua semplicità e alla sua affidabilità.
Un gruppo di lavoro condotto da Karlhainz Brandenburg e Jürgen Herre fece confluire gli studi su Musicam e ASPEC con alcune loro idee e creò l’MP3, che fu progettato per realizzare la stessa qualità a 128 kbit/s dell’MP2 a 192 kbit/s.
Entrambi gli algoritmi furono completati nel 1992 con la sigla MPEG-1, come prima fase di sviluppo del progetto denominato MPEG e definito come standard internazionale con il codice ISO/IEC 11172-3 e pubblicato nel 1993. Un'ulteriore fase del progetto MPEG Audio si concluse nel 1994 con la creazione dell’MPEG-2 definito come standard internazionale con il codice ISO/IEC 13818-3 e pubblicato nel 1995.
L’efficienza di un algoritmo di compressione � tipicamente giudicata dal bitrate finale che riesce ad ottenere, mentre la metrica del tasso di compressione, che sembrerebbe pi� naturale, dipende sia dalla frequenza che dal numero di bit del segnale in ingresso. Ciononostante, vengono comunemente comunicati tassi di compressione che utilizzano i CD come riferimento, uno dei pi� comuni � quello a 44.1 kHz e 2x16bit. Qualche volta vengono utilizzati anche parametri DAT SP (48KHz, 2x16bit). Il tasso di compressione in questo sistema di riferimento � maggiore, il che dimostra delle difficoltà di definire il termine compressione come perdita di qualità nella codifica. Karlheinz Brandenburg ha utilizzato il CD di Suzanne Vega, “Tom’s Diner” come modello di riferimento dell’algoritmo di compressione per l’MP3. Questo CD � stato scelto per la sua dolcezza e semplicità, rendendo facile l’ascolto di qualsiasi imperfezione che la compressione può causare durante la registrazione.
La pagina web ufficiale pubblica i sequenti tassi di compressione per l’MPEG-1 Layer 1,2 e 3.
- Layer 1: 384 kbit/s, compressione 4:1
- Layer 2: 192...256 kbit/s, compressione 6:1...8:1
- Layer 3: 112...128 kbit/s, compressione 10:1...12:1
- La qualità dipende non solo dal formato di codifica del file, ma anche dalla qualità psico acustica del codificatore. Il codificatore tipico layer 1 usa un modello psicoacustico molto elementare che finisce per richiedere molti pi� bit per un risultato soddisfacente.
- La codifica Layer 1 a 384 kbit/s, anche con questo semplice “psico acustico” � migliore della codifica Layer 2 a 192 … 256 kbit/s.
- La codifica Layer 3 a 112 … 128kbit/s � peggiore del Layer 2 a 192 … 256 kbit/s
- Layer 1: eccellente a 384 kbit/s
- Layer 2: eccellente a 256...320 kbit/s, molto buono a 224...256 kbit/s, buono a 192...224 kbit/s, non si dovrebbe usare sotto i 160 kbit/s
- Layer 3: eccellente a 224...256 kbit/s, molto buono a 192...224 kbit/s, buono a 160...192 kbit/s, non si dovrebbe usare sotto i 128 kbit/s
L’algoritmo che utilizza il formato MP3 si basa su una trasformazione ibrida che trasforma il segnale dal dominio temporale a quello delle frequenze.
- 32 band filtro in quadratura polifase
- 36 or 12 Tap MDCT, la dimensione può essere selezionata indipendentemente dalla sottobanda 0...1 e 2...31
- processamento addizionale per ridurre gli effetti di aliasing
MP2 e MP3 incontrano Internet
Nell’ottobre 1993, compare su Internet per la prima volta il formato MP2 (MPEG-1 Audio Layer 2) che utilizza per la riproduzione l’Audio Player MPEG Xing e successivamente un programma per UNIX creato da Tobias Bading chiamato MAPlay rilasciato la priva volta il 22 Febbraio 1994 (MAPlay viene implementato anche da Microsoft Windows). Inizialmente il solo codificatore disponibile per l’MP2 era lo Xing Encoder accompagnato dal programma CDDA2WAV, e un CD ripper in grado di registrare CD audio su hard disk. Verso la prima metà del 1995, venne presentato per la prima volta il formato MP3 come implementazione del MPEG-1 Audio Layer III data. Ebbe subito un grande successo soprattutto su Internet. La sua popolarità ha visto nascere ditte di software come la Nullsoft, la Winamp, la mpg123 e Napster di cui ora � proprietà la Bertelsmann.
Qualità del formato MP3 audio
- codice di riferimento ISO dist10: � la qualità peggiore; file MP3 difettoso (tutti i blocchi audio sono marcati come difettosi)
- Xing: principalmente basato sul codice ISO, qualità simile all’ISO dist10.
- Blade: qualità simile all’ISO dist10
- FhG: Alcune di loro sono buone, ma altre hanno gravi difetti.
- ACM Producer Pro: Alcune versioni generano dei disturbi fastidiosi
- L.A.M.E (� un acronimo ricorsivo, per “Lame Ain’t MP3 Encoder”, letteramente “Lame non � un codificatore MP3”, iniziò come una patch dimostrativa GPL che modificava l'originale codificatore dist10 ISO, realizzata da Mike Cheng all’inizio del 1998, ed era quindi incapace di produrre file MP3 per conto suo o di essere compilato separatamente. Nel maggio 2000 gli ultimi resti del codice sorgente ISO furono sostituiti conferendo così al codice sorgente LAME piena funzionalità come codificatore LGPL MP3, in grado di competere con i principali codificatori presenti sul mercato. Lame development at Sourceforge.
La qualità di un file MP3 dipende dalla qualità della codifica e dalla difficoltà con il quale il segnale deve essere codificato. Buoni codificatori hanno una qualità accettabili da 128 a 160 kbit/s, la chiarezza perfetta di un brano si ottiene da 160 a 192 kbit/s. Un codificatore che ha bassa qualità lo si riconosce ascoltando persino un brano a 320 kbit/s. Per questo non ha senso parlare qualità di ascolto di un brano di 128 kbit/s o 192 kbit/s. Una buona codifica MP3 a 128 kbit/s prodotta da un buon codificatore produce un suono migliore di un file MP3 a 192 kbit/s codificato con uno scarso codificatore.
Una caratteristica importante dell’MP3 � la perdita di dati dovuta alla compressione – � il modo con cui si rimuove l’informazione dal file audio originale allo scopo di risparmiare spazio. Nei moderni codificatori MP3 gli algoritmi pi� efficaci fanno di tutto per assicurare che i suoni rimossi siano quelli che non possono essere rivelati dall’orecchio umano. Questo risultato � stato ottenuto anche grazie alla scienza della psicoacustica.
Tuttavia molti ascoltatori sono in grado di riconoscere la differenza confrontando un CD originale con un formato MP3 da 192 kbit/s e persino a 256 kbit/s di alcuni codificatori meno potenti e pi� obsoleti. Se il vostro scopo � di memorizzare file suoni con una fedeltà massima indirizzatevi su un compressione audio del tipo FLAC, SHN, o LPAC. Questi generalmente comprimono uno file audio PCM a 16-bit approssimativamente dal 50 al 75% dell’originale (questo dipende dalla caratteristiche del file audio stesso).
Bit Rate
Il bit rate � il numero di unità binarie che fluiscono al secondo ed � variabile per i file MP3. La regola generale � che maggiore � il bitrate, pi� informazione � possibile includere dall’originale, maggiore � la qualità del file audio compresso. Attualmente per le codifiche dei file MP3 fissano un tasso di compressione equivalente per tutto il file audio.
Per l’MPEG-1 layer 3 i bitrate disponibili sono: 32, 40, 48, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256 e 320 kbit/s ( bits per secondo ), e le frequenze campionate disponibili sono 32, 44.1 e 48 Khz. La frequenza di campionamento a 44.1 kHz � quasi sempre utilizzata per i CD audio, mentre i 128 Kbit/s come una sorta di bitrate standard “abbastanza buono”. L’MPEG-2 e l’MPEG-2.5 (non-ufficiale) contemplano un numero maggiore di bitrate: 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 144 e 160 kbit/s
I file MP3 audio sono suddivisi in settori (“chunks” in inglese) chiamati frames, (“fotogrammi”) in italiano. Ognuno di questi settori � provvisto di un marcatore del tasso di compressione; in questo modo, mentre il file audio viene suonato, � possibile modificarlo dinamicamente. Questa tecnica rende possibile utilizzare pi� bit per la parte del suono ad alta dinamica (suoni pi� complessi) e meno bit per la parte a bassa dinamica (suoni meno comlessi).
Individuazione dei difetti nei file MP3
- Un tempo di risoluzione troppo basso per un segnale transiente molto alto (AAC, Ogg Vorbis)
- ritardo complessivo di codifica/decodifica non definito (Ogg Vorbis)
- nessun fattore di banda per frequenze sotto i 15.5/15.8 kHz (AAC, Ogg Vorbis)
- Il collegamento stereo � fatto sulla base di un base di un frame, o “fotogramma” (AAC, Ogg Vorbis)
- Il bitrate � limitato a 320 kbit/s (AAC, Ogg Vorbis)
Codificatori di file MP3 audio
Come risultato, vi sono molti codificatori MP3 differenti, ognuno in grado di riprodurre file di qualità differente; al 30 Settembre 2001 il migliore codificatore ad alto bitrate (128 kbit/s e superiori) � LAME. Per i bitrate pi� bassi il miglior codificatore � il Fraunhofer, ma vi sono diverse opinioni. La decodifica MP3, � tuttavia ben definita da uno standard. Molti decodificatori sono “bistream compliant, ossia sono in grado di riprodurre esattamente un brano dello stesso file MP3 non compresso.
ID3
Alternative all’MP3
Vi sono molti altri codificatori audio alternativi all’MP3:
- Ogg Vorbis dalla fondazione Xiph.org, un software ed un formato liberi.
- mp3PRO dalla Thomson Multimedia;
- MPEG-1/2 Audio Layer 2 (MP2), predecessore dell’MP3
- MP+, una derivato dell’MP2;
- MPEG-4 AAC, utilizzato da LiquidAudio e Apple Computer's iTunes Music Store;
- ATRAC, usato dai Minidisc della Sony;
- AC-3, usato dalla Dolby Digital per i DVD;
- QDesign, usato da QuickTime per alti bitrate;
- Windows Media Audio (WMA) da Microsoft;
- RealAudio da RealNetworks;
Il Fraunhofer Gesellschaft � proprietario di alcune licenze di codec: Dolby Labs, Sony, Thompson Consumer Electronics, mentre AT&T; possiede altri brevetti. Su Internet si trovano altri metodi di compressione privi di perdite. Pur non essendo simili all’MP3, essi sono buoni esempi di altri metodi di compressione disponibili:
- SHN
- FLAC
- Monkey's Audio
Tuttavia i fautori di un codificatore pi� recente come il WMA e RealAudio hanno afferamato che i loro rispettivi algoritmi possono raggiungere una qualità CD già a 64 kbit/s, ma i test di ascolto li hanno smentiti. Tuttavia la qualità di questi codificatori a 64 kbit/s sono sicuramente superiori al MP3 alla stessa lunghezza di banda.
Thompson ha dichiarato che i suoi codificatori mp3PRO raggiungono la qualità a 64 kbit/s ma fini ascoltatori hanno riferito che questi file sono equivalenti a file MP3 di 112 Kbit/s. Comunque la qualità di un CD si raggiunge solo con i file mp3PRO a 80 kbit/s.
La Xiph.org Foundation, gli sviluppatori dell’algoritmo della Vorbis utilizzata nel nuovo formato Ogg, dichiarano che la Vorbis la qualità suono dei loro file � migliore dei file MP3 e WMA e senza infrangere brevetti fornisce una pagina web con dei test di ascolto per dimostrarlo.
Licenze e brevetti
La Thomson Consumer Electronics � proprietaria del brevetto MPEG-1/2 Layer 3 in U.S.A e in Giappone. La Microsoft, che ha progettato il sistema operativo Windows, ha scelto di creare il proprio formato proprietario WMA invece di utilizzare l’MP3, in questo modo evita di incorrere in violazioni del brevetto.
Per informazioni sui costi vedere:
[1] e [1].Nonostante queste scelte, il formato MP3 continua ad essere ampiamente utilizzato. Vediamo perché:
- Ormai la maggior parte degli utenti ha familiarità con il formato
- La maggior parte della musica disponibile � in formato MP3
- Una grande varietà di software e di hardware hanno ottenuto dei notevoli vantaggi da questo formato, rivoluzionando l’industria musicale e le leggi sul copyright.
Link esterni
- Thomson's mp3licensing.com
- Xiph.org ascolto di test della Vorbis tra MP3, RealAudio, Windows Media, etc.
- mp3PRO.com
- MPEG Audio Web Page
- MPEG Audio FAQ
- MPEG Audio Resources and Software
- MP3 File Format Specification
- ID3v2 Information
- MP3 News Daily
- LAME MP3 Encoder downloads
