MP3 (formalmenteMovingPictureExpert Group-1/2 Audio Layer3), anche noto comeMPEG-1 Audio Layer III eMPEG-2 Audio Layer III[4] è unalgoritmo dicompressione audio di tipolossy, sviluppato dal gruppoMPEG, in grado di ridurre drasticamente la quantità di dati richiesti per memorizzare un suono, mantenendo comunque una riproduzione accettabilmente fedele del file originale non compresso. L'algoritmo dicompressione MP3 è stato sviluppato e brevettato dall'Istituto di ricerca tedesco Fraunhofer IIS.
Il formato è da inquadrarsi nell'attività di ricerca della codifica per i media digitali da parte dei gestori di reti di telecomunicazioni, durante gli anni ottanta e novanta. In questo campo, la ricerca italiana del centro di ricercaCSELT aveva un gruppo attivo a livello internazionale.[5]
Nel 1988, su iniziativa CSELT, venne fondato in ISO il Moving Picture Experts Group (MPEG) che, con lo sviluppo dei due standard MPEG-1 ed MPEG-2 e con il supporto ottenuto dall'industria nello sviluppo dei necessari VLSI, ha dato ai gestori la possibilità di mandare segnali audiovisivi di alta qualità sulla rete telefonica attuale.
Lo CSELT è stato il primo, nel marzo 1992, a dimostrare una realizzazione completa dello standard MPEG-1 con un decoder integrato in un'applicazione su personal computer, dapprima in locale e successivamente in rete. A questa prima realizzazione hanno fatto seguito altri sviluppi sempre più mirati per permettere la sperimentazione di servizi multimediali interattivi."[6].
La codifica "MPEG-1/2 Layer 2" cominciò come progetto presso laDAB e promosso dallaFraunhofer IIS-A. Venne finanziato dall'Unione europea come parte di un programma di ricerca più vasto chiamatoEUREKA, comunemente conosciuto con il codice EU-147.
Nel dicembre1988 il gruppo, originariamente costituito per la codifica video per apparati di registrazione, costituì un gruppo di lavoro per la codifica audio, presieduto daHans-Georg Mussmann[7]. Fu pubblicata una "Call for Proposals", ovvero una richiesta a presentare proposte, dalle cui risposte derivarono, per la parte audio, le tecnologie che diedero origine ai tre “layer” dello standard ISO/IEC 11172-3 (dettoMPEG-1 Audio): ilayer I eII dalla tecnologia proposta dal consorzioMUSICAM costituito daCCETT,Philips eInstitut für Rundfunktechnik e il layer III dalla tecnologia proposta dal consorzioASPEC costituito daAT&T,France Télécom,Fraunhofer-Gesellschaft eThomson Consumer Electronics; tra i componenti del consorzio si distinse in particolareKarlheinz Brandenburg di Fraunhofer, che trattò l'argomento nella sua tesi di dottorato. Nel marzo 1992 lo CSELT diTorino dimostrò la prima versione funzionante del sistema MPEG-1, sia localmente su un personal computer, che in rete. MPEG approvò in via definitiva lo standard ISO/IEC 11172-3 a novembre 1992. L'acronimo MP3 fu ideato nel1997 via email da un gruppo di espertiMPEG.
Un'ulteriore fase del progetto MPEG Audio si concluse nel1994 con la creazione dell'MPEG-2, definito come standard internazionale con il codice ISO/IEC 13818-3 e pubblicato nel1995.
L'efficienza di unalgoritmo di compressione è tipicamente giudicata dalbit rate finale che riesce a ottenere, mentre la metrica del tasso di compressione, che sembrerebbe più naturale, dipende sia dalla frequenza sia dal numero di bit del segnale in ingresso. Ciò nonostante, vengono comunemente comunicati tassi di compressione che utilizzano iCD come riferimento, uno dei più comuni è quello a 44,1 kHz e 2x16bit. Qualche volta vengono utilizzati anche parametriDAT SP (48kHz, 2x16bit). Il tasso di compressione in questo sistema di riferimento è maggiore, il che dimostra le difficoltà nel definire il termine compressione come perdita di qualità nella codifica.Karlheinz Brandenburg ha utilizzato ilCD diSuzanne Vega, "Tom's Diner" come modello di riferimento dell'algoritmo di compressione per l'MP3. Questo CD è 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 seguenti tassi di compressione per l'MPEG-1 Layer 1,2 e 3.
La qualità dipende non solo dal formato di codifica delfile, ma anche dalla qualitàpsicoacustica del codificatore. Il codificatore tipico layer 1 usa un modello psicoacustico molto elementare che finisce per richiedere molti più bit per un risultato soddisfacente.
La codifica Layer 1 a 384kbit/s, anche con questo semplice "psicoacustico" è migliore della codifica Layer 2 a 192 … 256kbit/s.
La codifica Layer 3 a 112 … 128kbit/s è peggiore del Layer 2 a 192 … 256kbit/s
Un modo più realistico per considerare il bit rate è:
Layer 1: eccellente a 384kbit/s
Layer 2: eccellente a 256...320kbit/s, molto buono a 224...256kbit/s, buono a 192...224kbit/s, non si dovrebbe usare sotto i 160kbit/s
Layer 3: eccellente a 224...256kbit/s, molto buono a 192...224kbit/s, buono a 160...192kbit/s, non si dovrebbe usare sotto i 128kbit/s
Il confronto di un nuovo formato di file, viene fatto confrontando la qualità media di compressione del nuovo formato con unencoder di alta qualità e molto ottimizzato, del vecchio formato.
L'algoritmo che utilizza il formato MP3 si basa su una trasformazione ibrida che trasforma il segnale dal dominio temporale a quello delle frequenze e viceversa.
36 or 12 TapMDCT, la dimensione può essere selezionata indipendentemente dalla sottobanda 0...1 e 2...31
processamento addizionale per ridurre gli effetti dialiasing
L'AACMPEG-4, è il formato erede dell'MP3 sempre secondo le specificheMPEG. Tra i successori del formato MP3è degno di nota l'Ogg Vorbis per la qualità di codifica[senzafonte] e per il fatto di essere un progettoFree Software. Quasi tutti gli altri formati sono legati a delle aziende proprietarie di diverse brevetti e licenze legate alle specifiche MPEG.
La diffusione del formato MP3 apporta una piccola rivoluzione nel mondo della musica, la diffusione delle playlist. In precedenza le canzoni di successo erano attentamente intercalate ai motivi meno riusciti nei CD e nelle audiocassette che si potevano ascoltare solamente nell'ordine studiato dal produttore. Con l'avvento dei supporti digitali questo non accade più ed è possibile una maggiore personalizzazione.
È opinione diffusa che, per una resa soddisfacente dell'MP3, ilbit rate debba essere almeno di 128kbit/s; la qualità di un MP3 compresso a questa velocità di trasmissione, tuttavia, non si avvicina a quella di un CD-Audio, pur garantendo delle discrete prestazioni con dimensioni del file molto ridotte. Questo bit rate è il risultato di un tasso di compressione che si avvicina al rapporto di 11.02:1 per brani musicali con voce maschile mentre, in caso di voce femminile, in quanto più acuta e difficilmente comprimibile, il rapporto diviene circa 10.17:1, ammesso che la banda totale del segnale audio non superi i 2.0629MHz, in caso contrario il rapporto cala drasticamente fino a toccare picchi di 2.13:1.Alcuni test di ascolto mostrano che, attraverso un po' di pratica, molti sono in grado di distinguere un formato MP3 a 128 kbit/s da un CD originale. Per molti altri, 128 kbit/s è una qualità di ascolto bassa.[senzafonte] Da un'analisi condotta dalla rivistaSUONO, l'opinione dei conduttori al termine della prova è che solo ad almeno 256kbit/s si può parlare dialta fedeltà.
Possibili codificatori:
codice di riferimento ISOdist10: è la qualità peggiore; file MP3 difettoso (tutti i blocchi audio sono marcati come difettosi).
Xing: principalmente basato sul codice ISO, qualità simile all'ISOdist10.
Blade: qualità simile all'ISOdist10.
FhG: alcune di loro sono buone, ma altre hanno gravi difetti.
ACM Producer Pro: alcune versioni generano dei disturbi fastidiosi.
L.A.M.E (acronimo ricorsivo che sta perL'ameA'in't anMP3Encoder, letteralmente "LAME non è un codificatore MP3") cominciò come una patch dimostrativa (con licenzaGPL) realizzata da Mike Cheng all'inizio del 1998, che modificava l'originale codificatoredist10. Nel maggio 2000 gli ultimi resti delcodice sorgente ISO furono rimossi, rendendo LAME un codificatore MP3 a sé stante (con codice sorgente distribuito sotto licenzaLGPL), in grado di competere con i principali codificatori presenti sul mercato.[8]
La qualità di un file MP3 dipende dalla qualità della codifica e dalla difficoltà con la quale il segnale deve essere codificato. Buoni codificatori hanno una qualità accettabile da 128 a 160kbit/s, la chiarezza perfetta di un brano si ottiene da 160 a 192kbit/s. Un codificatore che ha bassa qualità lo si riconosce ascoltando persino un brano a 320kbit/s. Per questo non ha senso parlare di qualità di ascolto di un brano di 128kbit/s o 192kbit/s. Una buona codifica MP3 a 128kbit/s prodotta da un buon codificatore produce un suono migliore di un file MP3 a 192kbit/s codificato con uno scarso codificatore.
Una caratteristica importante dell'MP3 è laperdita di dati dovuta alla compressione – è il modo con cui si rimuove l'informazione dal file audio originale allo scopo di risparmiare spazio. Nei moderni codificatori MP3 gli algoritmi più efficaci fanno di tutto per assicurare che i suoni rimossi siano quelli che non possono essere rilevati e/o che vengono rilevati meno dall'orecchio umano. Questo risultato è stato ottenuto anche grazie alla scienza dellapsicoacustica.
Tuttavia molti ascoltatori sono in grado di riconoscere la differenza confrontando un CD originale con un formato MP3 da 192kbit/s e persino a 256kbit/s di alcuni codificatori meno potenti e più obsoleti. È possibile memorizzare file audio con una fedeltà massima usando unacompressione audio del tipoFLAC, SHN, oLPAC, che comprimono un file audio PCM a 16-bit approssimativamentedal 50 al 75% dell'originale[senzafonte] (questo dipende dalla caratteristiche del file audio stesso).
Ilbit rate è il numero di unità binarie che fluiscono al secondo ed è variabile per i file MP3. La regola generale è che maggiore è il bit rate, più informazione è possibile includere dall'originale, maggiore è 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 bit rate disponibili sono: 32, 40, 48, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256 e 320kbit/s, e le frequenze campionate disponibili sono 32, 44,1 e 48kHz. Lafrequenza di campionamento a 44,1kHz è quasi sempre utilizzata per i CD audio, mentre i 128kbit/s come una sorta di bit rate standard "abbastanza buono". L'MPEG-2 e l'MPEG-2.5 (non-ufficiale) contemplano un numero maggiore di bit rate: 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 144 e 160kbit/s.
I file MP3 audio sono suddivisi in settori ("chunks" in inglese) chiamatiframes, ("fotogrammi" in italiano). Ognuno di questi settori è provvisto di un marcatore del tasso di compressione; in questo modo, mentre il file audio viene riprodotto, è possibile modificarlo dinamicamente. Questa tecnica rende possibile utilizzare più bit per la parte del suono ad alta dinamica (suoni più complessi) e meno bit per la parte a bassa dinamica (suoni meno complessi).
Il formato MP3 può utilizzare tecniche differenti per la codifica dei canali stereo:
Codifica Force Stereo: viene codificato un solo canale audio che viene poi sdoppiato durante l'esecuzione, perciò si ha una notevole perdita qualitativa dato che i canali destro e sinistro diverranno uguali.
Codifica Standard Stereo: i flussi destro e sinistro vengono codificati in maniera indipendente.
Joint-Stereo (Mid\Side Encoding): sfrutta il fatto che i canali destro e sinistro sono fondamentalmente molto simili, perciò, viene codificato un solo canale e le informazioni sulle differenze tra il canale destro e sinistro, si ha una notevole efficienza in termini di compressione senza perdere alcuna informazione sui canali, e si ottiene un incremento in termini qualitativi dato che i bit del frame non vengono sprecati per informazioni ridondanti.
I codificatori Lame di default utilizzano Joint-Stereo per CBR sotto i 160kbit/s o per VBR di q (indice qualitativo) superiore 4, stereo in tutti gli altri casi; negli encoder professionali è comunque possibile scegliere manualmente il tipo dicodifica di canale che Lame dovrà utilizzare.La scelta di non utilizzare esclusivamente il Joint-Stereo è dovuta al fatto che alcuni dispositivi non possono processare correttamente le informazioniDolby Surround se si utilizza il Joint-Stereo,
Vi sono diversi difetti nel formato dei file MP3, che non possono essere mitigati neanche dal migliore dei codificatori in quanto insiti nelle caratteristiche stesse del formato (tra parentesi il formato file dove questo difetto viene corretto).[senzafonte]
Un tempo di risoluzione troppo basso per un segnaletransiente molto alto (AAC, OggVorbis)
Ritardo complessivo di codifica/decodifica non definito (Ogg Vorbis)
Nessun fattore di banda per frequenze oltre i 15,5/15,8kHz (AAC, Ogg Vorbis)
Il collegamento stereo è fatto sulla base di un frame, o "fotogramma" (AAC, Ogg Vorbis)
Il bit rate è limitato a 320kbit/s (AAC, Ogg Vorbis)
Lo standard MPEG-1 non definisce specifiche precise per i codificatori MP3. L'algoritmo di decodifica e il formato del file, invece sono definiti molto bene. Si presume che il creatore dello standard abbia escogitato un algoritmo per rimuovere appropriate parti di informazioni da un file originale, o piuttosto una rappresentazione indominio della frequenza (MDCT). Questo processo si basa tipicamente sulla codifica psicoacustica, ossia vengono rimossi quei suoni che l'orecchio umano non è in grado di percepire sia mediante l'orecchio sia ilcervello.
Come risultato, vi sono molti codificatori MP3 differenti, ognuno in grado di riprodurre file di qualità differente; al 30 settembre2001 il migliore codificatore ad alto bit rate (128kbit/s e superiori) èLAME. Per i bit rate più bassi il miglior codificatore è il Fraunhofer, ma vi sono diverse opinioni. La decodifica MP3, è tuttavia ben definita da uno standard. Molti decodificatori sono "bitstream compliant", ossia sono in grado di riprodurre esattamente un brano dello stesso file MP3 non compresso.
Itag ID3 permettono l'inserimento nei file MP3 del titolo, dell'artista, dell'album, del numero della traccia, di una descrizione, di un'immagine o di altre informazioni.
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:
Il formato MP3 fu progettato per essere utilizzato in parallelo al formato Video MPEG-1/2, e per questo non in grado di riprodurre adeguatamente i suoni al di sotto dei 48kbit/s (mono) o degli 80kbit/s (stereo).
Nonostante alcuni fautori di codec più recenti come WMA, mp3PRO e RealAudio affermino che i loro rispettivi algoritmi sono in grado raggiungere una qualità CD già con 64 kbit/s, i test di ascolto cieco sembrano smentirli. Va comunque apprezzata l'indiscussa superiorità di questi e altri formati su MP3 a parilarghezza di banda impiegata.[senzafonte]
LaThomson/Technicolor è proprietaria del brevetto MPEG-1/2 Layer 3 inU.S.A. e inGiappone. La Microsoft, che ha progettato il sistema operativo Windows, ha scelto di creare il proprio formato proprietarioWMA invece di utilizzare l'MP3, in questo modo evita di dover pagare i relativi diritti d'autore.
Sotto la presidenza diMario Monti, l'antitrust europeo multò Microsoft per abuso di posizione dominante con il massimo della sanzione: il 10% delfatturato. Microsoft fu costretta ad abilitare l'installazione suWindows di lettori audio diversi dal nativoWindows Media Player, incluso nel suosistema operativo; questi software permettevano di ascoltare l'mp3 e altri formati diversi dal wma. Alla fine, lo stesso softwareWindows Media Player è stato modificato per la lettura di molti codec e la loro masterizzazione, fra i quali l'mp3.
Nonostante queste scelte, il formato mp3 continua a essere ampiamente utilizzato. Ecco perché:
ormai la maggior parte degli utenti ha familiarità con il formato;
la maggior parte della musica disponibile è 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;
non vi sono controlli sulla copia e la distribuzione degli mp3 (assenza di DRM, Digital Rights Management);
l'mp3 è un file generalmente meno pesante rispetto a molti altri formati;Tuttavia è superato nel rapporto qualità/bit rate sia daWMA sia daOgg Vorbis,AAC.[senzafonte] Fornisce una qualità audio più che buona con file che occupano da 3 ai 5 MB (MegaByte), per una tipica canzone di 5 minuti compressa a un bit rate di 128kbit/s. Ciò consente il download di singoli brani anche a utenti che non hanno una connessioneADSL, di memorizzare parecchie ore di musica nei lettori multimediali.
la rivoluzione dell'mp3 sta nel fatto che i modelli psicoacustici usati per la codifica del flusso audio sfruttano il fenomeno del mascheramento; l'orecchio umano, infatti, non è in grado di percepire determinati suoni sovrapposti. In questo modo viene codificata minore informazione, senza disturbare però la qualità percettiva.
↑Lo CSELT è stato tra i primi organismi di ricerca ad investire nell'elevata compressione dell'informazione audiovisiva, visto come unico strumento per i gestori di reti di fornire servizi video con le larghezze di banda dell'epoca.
