OMP3 (MPEG-1/2 Audio Layer 3) é um dos primeiros tipos decompressão de áudiocom perdas quase imperceptíveis aoouvido humano. O seubitrate (taxa de bits) é da ordem dekbps (quilobits porsegundo), sendo 128 kbps a taxa-padrão, na qual a redução do tamanho do arquivo é de cerca de 90%, ou seja, o tamanho do arquivo passa a ser 1/10 do tamanho original.A taxa de bits pode chegar a até 320 kbps (cerca de 2,3 MB/min de áudio), gerando a máxima qualidade sonora do formato, na qual a redução do tamanho do arquivo é de cerca de 75%, ou seja, o tamanho do arquivo passa a ser cerca de 1/4 do original. Há também outras taxas intermediárias, como 192 kbps e 256 kbps, cuja escolha depende da relação custo-benefício desejada, onde o tamanho do arquivo pode ser reduzido em detrimento da qualidade/fidelidade do som. Para efeitos de comparação, as músicas de um CD de áudio comum possuem uma taxa de amostra de dados de 1411,2 kbps.[3][4]
O Motion Picture Experts Group, acrônimoMPEG, formalmente designado comoISO / IEC JTC 1/SC 29/WG 11, denominação de codificação de imagens em movimento e áudio, é uma comissão técnica, formada pela ISO eIEC, encarregada de estabelecer normas para a representação deáudio digital, vídeo e outros tipos de mídia para atenderem a uma ampla variedade de aplicações.
O Comité foi instituído em janeiro de 1988 por Leonardo Chiariglione e se reuniu pela primeira vez nos dias 10, 11 e 12 de maio de 1988. Normalmente, reuniam-se, em média, quatro vezes por ano. Na primeira reunião houve participação de 25 membros, enquanto que, atualmente, as reuniões são frequentadas por mais de 350 membros que representam mais de 200 empresas e organizações de 20 países ao redor do mundo.
O método de compressão com perdas empregado na compressão do MP3 consiste em retirar do áudio tudo aquilo que o ouvido humano normalmente não conseguiria perceber, devido a fenômenos de mascaramento de sons e de limitações daaudição humana. O ouvido humano consegue captar frequências de 20 Hz até 20 kHz.
O tamanho dos arquivos em MP3 será tanto maior quanto maior for a sua duração. Para efeito de exemplo, consideremos uma música com cinco minutos de duração. Para armazená-la a uma taxa de 320 kbps, será necessário um espaço de 2,3 MB/min x 5 min = 11,5 MB. Na qualidade-padrão, de 128 kbps, serão necessários 0,92 MB/min de áudio para o armazenamento da mesma música.
Um CD-R comum pode armazenar até mais de 12 horas de áudio em MP3 de 128 kbps.
1970: O professor Dieter Seitzer, daUniversidade Erlangen-Nuremberg na Alemanha, depara-se com o problema de transmitir fala em alta qualidade através de linhas telefônicas. Ele inicia, então, um grupo de pesquisa em codificação de áudio
Fim de 1970: Em virtude do surgimento doISDN (Integrated Service Digital Network) e de cabos de fibra óptica para telecomunicações, melhorar a codificação de voz pareceu pouco importante. Então o professor Seitzer iniciou a pesquisa em codificação de sinais de música.
1979: O grupo do professor Seitzer desenvolveu o primeiro processador de sinais digitais capaz de realizar a compressão de áudio. Um dos estudantes,Karlheinz Brandenburg, começou a implementar princípios da psicoacústica na codificação de áudio.
1987: A Universidade Erlangen-Nuremberg realizou uma parceria com o Instituto Fraunhofer.
1988: Estabeleceu-se o MPEG (Moving Picture Experts Group), grupo de trabalho da ISO (International Organization for Standardization) liderado porLeonardo Chiariglione, responsável por desenvolver padrões para a compressão de áudio e vídeo digitais.
1989: Brandenburg finalizou sua tese de doutorado, onde apresentava o algoritmo OCF (Optimum Coding in the Frequency Domain). Talcodec possuía várias características da atual tecnologia MP3 e era um sistema de tempo real.
1991: Melhoras no algoritmo OCF, somadas a contribuições da Universidade de Hannover, dentre outras, produziram um novo codec de áudio, chamado ASPEC (Adaptative Spectral Perceptual Entropy Coding). O ASPEC foi um dos 14 trabalhos enviados para a ISO como proposta de codificação de áudio. Após testes rigorosos, a ISO sugeriu que a codificação de áudio apresentasse 3 abordagens em escala de complexidade e eficiência:
Layer 1 e Layer 2, mais simples, baseadas em um outro codec enviado à ISO, o MUSICAN,
Layer 3, de alta eficiência e maior complexidade, baseada no ASPEC.
O ASPEC evolui, então, para o codec MP3 - MPEG-1 Layer 3.
1995: Os pesquisadores de Fraunhofer votaram ' .mp3 ' como a extensão de arquivos MPEG Layer 3. Disponibilizou-se o codec do Layer 3 como shareware.
1997: Michael Robertson constrói o site 'mp3.com', onde disponibiliza informações e tudo o mais relacionado à tecnologia MP3.
1997: A SONY Company cria um formato padrão de MP3 (ARQUIVO) que todas as empresas do mundo adotaram.
1998: Surgem os primeiros players portáteis de MP3, usando memória flash.
1999: A Samsung desenvolve o primeiro telefone celular do mundo que serve também com MP3 player. O MP3 Player foi criado em 1998 pela empresa sul-coreana Saehan que lançou nos mercados sul-coreano e norte-americano o MPMan, o 1º MP3 player do mundo.
2000: Surgem, no mercado negro, CD players com funcionalidades de mp3.
2006: NaAlemanha, MP3 gera mais de 10.000 postos de trabalho e aproximadamente 300 milhões deeuros deimpostos. Os alemães gastam em média 1,5 bilhões de euros em MP3 players e produtos relacionados.[carece de fontes?]
Após a grandiosa fama naInternet, o MP3 causou grande revolução no mundo do entretenimento. Assim como o LP de vinil, o cassete de áudio e oCD, o MP4 se fortaleceu como um popular meio de distribuição de canções. A questão-chave para entender todo o sucesso do MP4 se baseia no fato de que, antes dele ser desenvolvido, umamúsica nocomputador era armazenada no formato WAV, que é o formato-padrão para arquivo de som em PCs, chegando a ocupar dezenas demegabytes em disco.
Na média, um minuto de música corresponde a 10MB, para uma gravação de som de 16 bits estéreo com 44,1KHz, o que resulta numa grande complicação a distribuição de músicas por computadores, principalmente pela Internet. Com o surgimento do MP3, essa história mudou, pois o formato permite armazenar músicas no computador sem ocupar muito espaço e sem tirar a qualidade sonora das canções. Geralmente, um minuto de música corresponde a cerca de 1 MB em MP3. O MP3 (MPEG-1/2 Audio Layer 3) foi um dos primeiros tipos de arquivos a comprimir áudio com perda de dados, eficientemente, de forma quase imperceptível ao ouvido humano.
Ao se popularizar, o formato MP3 deixou, consequentemente, a indústria fonográfica preocupada com seus lucros. O MP3 alcançou um sucesso tão grande que, quando as gravadoras se deram conta, o formato já estava presente em milhões de computadores em todo o mundo.
A cantora americanaSuzanne Vega é considerada a "mãe" do mp3. Um artigo[6] escrito pela própria cantora para oNew York Times revela que sua voz, na cançãoa cappellaTom's Diner, de 1986, serviu de referência auditiva para Brandenburg realizar os ajustes finais nos parâmetros de compressão do mp3. Ou seja, os mesmos parâmetros empregados para que a voz de Suzanne Vega fosse ouvida de maneira satisfatória por Brandenburg na cançãoTom's Diner são os parâmetros empregados para a compressão de todo o áudio no formato mp3 até hoje.
As taxas de compressão alcançadas pelo MP3 chegam a até 12 vezes, dependendo da qualidade desejada. Para fazer isso, o MP3 utiliza-se, além das técnicas habituais de compressão, de estudos de psicoacústica, sendo que estes permitem aproveitar-se das limitações e imperfeições da audição humana.
A utilização dos limites da audição humana baseia-se em três princípios básicos:
Faixa de frequência audível dos seres humanos;
Limiar de audição na faixa de frequência audível;
Mascaramento em frequência e mascaramento temporal.
Faixa de frequência audível humana: O ouvido humano, devido às suas limitações físicas, é capaz de detectar sons em uma faixa de frequência que varia de 20Hz a 20 KHz, sendo que estes valores podem variar de indivíduo para indivíduo e também com a idade (com o envelhecimento perdemos a capacidade de ouvir frequências mais altas). Desta forma, não faz sentido armazenar dados referentes a sons fora desta faixa de frequência, pois, ao serem reproduzidos, os mesmos não serão percebidos por um ser humano. Esta é a primeira limitação da audição humana do qual o sistema MP3 faz uso para alcançar altas taxas de compressão. De acordo com oTeorema de Nyquist, para garantir a reprodução de um sinal, temos de amostrá-lo pelo menos a duas vezes sua frequência máxima. Ou seja, neste caso, como a frequência máxima de interesse é 20 KHz, basta amostrar a 40 KHz. Utilizam-se 44.100 Hz como taxa de amostragem, pois levam-se em consideração 10% de tolerância e busca-se um valor, produto dos quatro primeirosnúmeros primos. (Obs. (2x3x5x7)^2 = 44100). Desta forma, esta taxa de amostragem funciona como um filtro passa-baixas, que remove todos os componentes de frequência fora da faixa de interesse, neste caso, acima de 20 Khz.
Limiar de audição na faixa de frequência audível: Outro fator utilizado pela codificação MP3 é a curva de percepção da audição humana dentro da faixa de frequências audíveis, ou limiar de audição. Apesar da faixa de audição humana variar entre 20 Hz e 20 KHz, a sensibilidade para sons dentro desta faixa não é uniforme. Ou seja, a percepção da intensidade de um som varia com a frequência em que este se encontra. Desta forma, o MP3 utiliza-se desta propriedade para obter compressão em arquivos de áudios. Esta abordagem é bastante intuitiva, sendo que o que se faz é descartar amostras que se encontrem abaixo deste limiar.
Mascaramento em frequência e mascaramento temporal: Por fim, uma última propriedade da audição humana, ainda utilizada pelo método, é o chamado mascaramento auditivo, ou “audiabilidade diminuída de um som devido à presença de outro”, podendo este ser em frequência ou no tempo. O mascaramento em frequência ocorre quando um som, que normalmente poderia ser ouvido, é mascarado por outro, de maior intensidade, que se encontra em uma frequência próxima. Ou seja, o limiar de audição é modificado (aumentado) na região próxima à frequência do som que causa o ocorrência do mascaramento, sendo que isto se deve à limitação da percepção de frequências do ouvido humano. O mascaramento em frequência depende da frequência em que o sinal se encontra, podendo variar de 100 Hz a 4 KHz. Em função deste comportamento, o que o método de compressão do MP3 faz é identificar casos de mascaramento em frequência e descartar sinais que não serão audíveis devido a este fenômeno. Além do mascaramento em frequência, temos ainda o mascaramento no tempo, sendo que este ocorre quando um som forte é precedido por um mais fraco que se encontra em uma frequência próxima à do primeiro. Se o intervalo de tempo entre os dois for suficientemente pequeno, este som mais fraco não será percebido pela audição humana. Se um som é mascarado após um som mais forte, temos o chamado pós-mascaramento. No caso de um som ser mascarado antes do som mais forte, temos o que chamamos de pré-mascaramento. O pré-mascaramento existe só por um curto momento, cerca de 20ms, enquanto que o pós-mascaramento tem efeito por até 200ms. O método de compressão do MP3 utiliza-se portanto deste fenômeno, identificando casos onde o mesmo ocorre, e descartando sons que seriam mascarados, o que permite reduzir, consideravelmente, a informação de áudio, sem mudança audível.
A Thomson Consumer Electronics controla o licenciamento dapatente doMPEG-1/2 Layer 3 nos poucos países que reconhecem patentes desoftware, tais comoEstados Unidos eJapão.
Em setembro de 1998, oInstituto Fraunhofer enviou um comunicado a diversos desenvolvedores de programas MP3, exigindo cobrança deroyalties por essa patente. O comunicado informava que o licenciamento era necessário para "distribuir e/ou vender decodificadores e/ou codificadores", e que os produtos não licenciados infringiam os "direitos sobre a patente do Instituto Fraunhofer e da Thomson. Para produzir, vender e/ou distribuir produtos que se utilizem do padrãoMPEG-1/2 Audio Layer 3 e, portanto, de suas respectivas patentes, é necessário obter uma licença."
Tal iniciativa revelou a necessidade de promover formatos realmente livres, como o padrãoogg vorbis.[7]
Note-se que, passados 20 anos da existência do MPEG-1, e consequentemente do MP3, a licença passará a ser livre, tornando-se este codificador propriedade da humanidade.
O sistema empregado pelo MP3 também possibilita transmissões porstreaming, onde o arquivo pode ser interpretado à medida que é feito odownload ou em que é baixado (não é necessário que o arquivo chegue inteiro para iniciar areprodução).
