Home-theater-designers
Den tyska stiftelsen som äger patentet på ärade 'gamla' musikformat MP3 meddelade nyligen att de skulle låta sitt patent bortfalla. MP3 blåste ljudfildelning vida under 1990-talet och början av 2000-talet. Kombinationen av datakomprimering, filstorlek och bibehållen ljudkvalitet säkerställde att ljudformatet sköt till ökändhet på vardera sidan av piratkopieringsargumentet.
Rubrikerna läser 'MP3 är död', men någon riktig audiofil vet att en sann död är mycket osannolik. Ändå är det dags att titta på historien om ett världsberömt ljudformat och vad som kan komma inom en snar framtid.
Exakt hur fungerar MP3?
Beroende på ålder och missbruk som dina öron har utsatts för ligger ditt hörselfrekvensintervall mellan 20 Hz och 20 000 Hz. Dessutom är våra öron mest känsliga för ljudfrekvenser mellan 2 kHz och 5 kHz. Vår hörsel begränsas också av vår förmåga att filtrera och bearbeta ljudsignaler när de kommer.
Bildkredit: flatvector via Shutterstock
Frekvensmaskering - nyckeln till MP3 -komprimering - bygger på hjärnans oförmåga att skilja mellan vissa signaler.
Tänk att vi har två ljud. De har mycket lika frekvenser (t.ex. 200 Hz och 210 Hz) men de spelas med olika volymer. Det svagare ljudet hörs på egen hand, men det starkare kan särskiljas endast om de spelas samtidigt. Processen att täcka en frekvens med en annan nära frekvens kallas 'maskering'. Frekvensmaskering fungerar effektivt på toppen och botten av ljudspektrumet.
Rippar en CD
Låt oss anta att vi håller på att rippa en CD till din dator. Musiken på CD: n samplas 44 100 gånger per sekund (44,1 kHz). Samplen är 2 byte långa (1 byte är 16 bitar). MP3 stöder flera hastigheter, men använder vanligtvis CD-standarden 44,1 kHz.
hur lösenordsskydda usb -enheten
En individuell MP3 -fil består av MP3 -ramar, med en rubrik och ett datablock. Varje ram innehåller 1 152 prover. Tekniskt sett är det två 'granuler' av 576 prover. Proverna körs genom ett filter som ytterligare delar upp ljudet i en specifik uppsättning av 32 frekvensområden. MP3 -algoritmen dividerar sedan vidare de 32 frekvensbanden med en faktor 18, vilket skapar 576 ännu mindre band. Varje band innehåller 1/576 av frekvensområdet för originalprovet (när vi började rippa CD -skivan till din dator).
Bildkredit: Kim Meyrick via Wikimedia
I detta skede gör två komplexa matematiska algoritmer sitt arbete: Modifierad diskret kosinustransform (MDCT) och Fast Fourier Transforms (FFT). Var och en utför en annan process för det nedbrutna källmaterialet.
FFT analyserar varje frekvensband för ljud som enkelt kan maskeras och ser till att frekvensmaskeringen bevarar vitala ljud i spåret.
Proverna sorteras sedan och skickas vidare till MDCT. MDCT gör varje band till en uppsättning spektrala värden. Spektrala värden representerar mer exakt hur vår hörsel tolkar ljud. Därför använder många komprimerade ljudkodare spektrala värden för att ta bort ljuddata. När spektralinformationen och analysen av granulatet är klart börjar den faktiska komprimeringsprocessen.
En kort historia av MP3
Kommer du ihåg din första MP3 -spelare? Jag hade turen att ha en original iPod - tills en man med en kniv befriade den från min ägo. MiniDiscs var i alla fall svalare.
Oavsett, när den ursprungliga iPod snabbt eskalerade önskan om MP3 -filer (2001), var formatet redan åtta år gammalt. Dessutom gjorde MP3 redan vågor på internet och andra bärbara digitala musikenheter.
Var kom MP3 från?
MP3 var en M oving P bild OCH xperts G roup (MPEG) -design, som en del av den ursprungliga MPEG-1-ljud- och videokomprimeringsstandarden. MP3 är en förkortning av MPEG-1 Audio Layer III, godkänd för användning 1991 och slutligen publicerad 1993.
Tanken bakom MP3 är ganska cool.
MP3 -algoritmen utnyttjar de perceptuella begränsningarna för mänsklig hörsel, kallad hörselmaskering. Ljudmaskering sker när uppfattningen av ett ljud påverkas av närvaron av ett annat. Dessutom innehåller varje låt ljudelement som är omärkliga för den totala lyssningsupplevelsen. Manfred R. Schroeder föreslog först en psykoakustisk maskeringskodec 1979. Det var dock inte förrän bildandet av MPEG (som en underkommitté för ISO/IEC) 1988 som ett samordnat initiativ för en global standard började.
Det finns ett annat viktigt namn i MP3 -historien: Karlheinz Brandenburg. Brandenburg började arbeta med digital musikkomprimering på 1980 -talet och avslutade sin doktorsavhandling 1989. The olika kompressionssätt han arbetat med hittade begränsningar i både tillgänglig teknik på den tiden, liksom utformningen av tidiga kodningsprocesser. Han, tillsammans med andra grundande MPEG -medlemmar, insåg att bara ett nytt system skulle räcka.
Fraunhofer -institutet
1990 blev Brandenburg biträdande professor vid universitetet i Erlangen-Nürnberg. Han fortsatte sitt arbete med komprimering med Fraunhofer Society (han skulle så småningom gå med i Fraunhofer 1993).
'Vi hade ljudundergruppen inom filmfilmsgruppen [MPEG]', förklarade Brandenburg i ett NPR -intervju . 'Till slut fick vi alla en kompromiss som hade olika sätt, så kallade lager I, lager II, lager III. . . Och de flesta av våra idéer gick in i komprimeringssätten i MPEG -ljud. . . som var den mest komplexa och den som gav bästa kvalitet vid låga bithastigheter - det kallades lager III.
Brandenburg använde låten 'Tom's Diner' av Suzanne Vega för att förfina komprimeringsalgoritmen, lyssna på den om och om igen, för att säkerställa att hans pyssel inte påverkade inspelningen av Vegas röst negativt.
MP3 exploderar
MP3 satt i doldrummen i ett par år efter dess officiella release, codec ansågs 'för komplicerat' för utbredd användning.
Men 1997 förändrades saker - snabbt.
Först köpte en 'australiensisk student' professionell kodningsprogramvara l3enc från ett tyskt företag. Han bytte om programvaran, kompilerade om den och laddade upp den till ett amerikanskt universitet FTP med en README filen säger: 'Det här är freeware tack vare Fraunhofer.' Denna lilla handling ändrade omedelbart åtkomst till MP3 -kodning och avkodning. Plötsligt stoppas en CD i din dator som ger högkvalitativt ljud i små filstorlekar.
För det andra släppte Nullsoft den ärevördiga Winamp -ljudspelaren. MP3 -skivor från en CD kan enkelt spelas upp på en dator.
Samtidigt hade internet spridit sig till miljoner hem runt om i världen. Miljontals hårddiskar fylldes med MP3 -skivor , och formatet blev det föredragna ljudfildelningsformatet för tidiga peer-to-peer fildelningstjänster, till exempel Napster, Gnutella och eDonkey (Gnutella var ett annat Nullsoft-projekt). Musikalisk piratkopiering var levande och skenande och fick inte minst stöd av MP3 -uppkomsten.
Mp3 spelare
Som ytterligare en välsignelse för den etablerade ljudindustrin dök bärbara MP3 -spelare upp. I början av 1990 -talet hade Fraunhofer Institute försökt och misslyckats med att skapa en marknadsförbar MP3 -spelare. Det var helt enkelt för tidigt för utbredd adoption. Den behövde den ovannämnda kombinationen av fildelning, spridning av internet och rippningsprogramvara för att ge bärbara MP3 -spelare fart.
Sydkoreanska företaget Elger Labs introducerade $ 250 MPMAN F10, komplett med 32 MB minne. Det var inte den häpnadsväckande gnistan för branschen som vi känner den. Den utmärkelsen ligger hos Diamond Rio PMP300, också med 32 MB.
Framgången med Diamond Rio väckte oönskad uppmärksamhet. Recording Industry Association of America (RIAA) stämde Diamond Multimedia Systems (tillverkaren) - och förlorade. RIAA antog dock korrekt att detta var början på endemisk musikalisk piratkopiering, som fortsätter till denna dag.
Vad hände sedan, frågar du?
Tja, en lite känd enhet som heter iPod slog ut på marknaderna och legitimerade MP3 helt och hållet som tidens de facto ljudformat, och RIAA inledde sitt (pågående) korståg mot pirater runt om i världen.
Resten, som vi säger, är historia.
Varför dör MP3 då?
Fraunhofer Institute ägde MP3 -patentet. Den 23 april 2017 gick deras återstående patent ut. Därför kan Fraunhofer inte längre utfärda nya MP3 -licenser. Vi har förklarat exakt vad som händer med dessa 'apokalyptiska' rubriker, liksom hur det kommer att påverka dig.
Vill du ha TL; DR? MP3 är inte död och det går inte någonstans.
En av de främsta anledningarna till att Fraunhofer gav för att släppa MP3 var ålder. Det kan inte längre konkurrera med sina nyare och blankare codec-kusiner. Deras förslag? Använd Advanced Audio Coding (AAC) istället. Av en slump har Fraunhofer också (pågående) patent för AAC, så vi har några MP3 -alternativ som du kan välja mellan nedan.
MP3 -alternativ
Din MP3 -samling brinner inte plötsligt, precis som befintliga kodare och avkodare kommer att fortsätta att producera MP3 -filer. Som sagt, MP3 är lite daterat nu. Det finns flera gratis alternativa ljudformat du kan använda för att lagra din digitala musik nu.
- AAC - Avancerad ljudkodning, som nämnts ovan, är efterföljaren till MP3. Det enda problemet är att formatet i sig nu ser lite daterat ut. Ändå uppnår AAC i allmänhet bättre ljudkvalitet än MP3, med liknande bithastigheter och filstorlekar. AAC är också ett förlustformat.
- Ogg Vorbis - Vorbis-format, vanligt i kombination med Ogg-behållarformatet. Det är den bättre, lite yngre, open source -kusinen till MP3. Trots att Ogg har bättre komprimering, högre bithastigheter och i allmänhet bättre ljudkvalitet, tog Ogg aldrig fart på samma sätt som MP3 på grund av brist på enheter som stöds. Ogg är också ett förlustformat.
- FLAC - Free Lossless Audio Codec är det mest populära förlustfria ljudkodekformatet. Varför? FLAC erbjuder en exakt ljudkopia av källmaterialet, till hälften av storleken på en traditionell CD. Ljuden som påverkas mest av MP3 (t.ex. gitarrer, cymbaler, reverb, etc.) förblir skarpa trots att de är kraftigt komprimerade. FLAC är ett förlustfritt format.
MP3 är inte död
Du har inget att oroa dig för. Du kan fortsätta att rippa till MP3, och dina enheter fortsätter att spela din musik. På lång sikt kommer det att vara värt att åtminstone undersöka ett nyare ljudformat för din samling. Komprimeringstekniker kommer att gå framåt och filstorleken på exakta kopior minskar.
Dessutom är det värt att överväga lagringskapacitet. När de första bärbara MP3 -spelarna kom med 32 MB lagringsutrymme var det Häftigt , men uppenbarligen inte tillräckligt. Det största lagringsutrymmet för en iPod Classic var 160 GB. Den där kan stöta på med en anpassad lagringsuppgradering till hela 240 GB - över 1 000 000 enskilda MP3 -spår. Poängen är att när lagringsstorleken ökar och den fysiska storleken minskar kan vi göra mer med mindre.
Slutligen fortsätter internet att förändra hur vi lyssnar på musik. Jag brukade piratkopiera musik eftersom jag inte hade råd att betala 12-20 dollar för varje nytt album som kom ut. Nu har jag ett Spotify -familjeplankonto med tillgång till miljontals spår och ett Amazon Prime -konto med miljoner till. Det enda som begränsar mig är min internetuppkoppling, och även då har de båda alternativ för nedladdning offline i högkvalitativa format.
Det är inte lika viktigt som det en gång var, men MP3 är inte död.
Vilket ljudformat föredrar du? Behöver du den skarpa verkligheten utan förlust? Eller extrem komprimering av ett förlustformat? Har din musikanvändning förändrats sedan streamingtjänster blev utbredda? Lämna mig en rad i kommentarerna, så återkommer jag till dig.
Bildkredit: Ti Santi via Shutterstock.com
Dela med sig Dela med sig Tweet E-post En nybörjarguide för att animera talAtt animera tal kan vara en utmaning. Om du är redo att börja lägga till dialog i ditt projekt bryter vi ner processen åt dig.
Läs Nästa Relaterade ämnen- Teknik förklaras
- Underhållning
- MP3
- Filkomprimering
- Ljudomvandlare
Gavin är Junior Editor för Windows och Technology Explained, en regelbunden bidragsgivare till den riktigt användbara podden och en vanlig produktgranskare. Han har en BA (Hons) Contemporary Writing med digitala konstpraxis som plundras från Devons kullar, liksom över ett decennium av professionell skrivupplevelse. Han njuter av stora mängder te, brädspel och fotboll.
Mer från Gavin PhillipsPrenumerera på vårt nyhetsbrev
Gå med i vårt nyhetsbrev för tekniska tips, recensioner, gratis e -böcker och exklusiva erbjudanden!
Klicka här för att prenumerera