MP3


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MPEG - 1/2 Audio Layer III
Estensione.mp3
Tipo MIMEaudio/mpeg[1]
audio/MPA[2]
audio/mpa-robust[3]
Sviluppato daMoving Picture Experts Group
Proprietario
LicenzaFormato proprietario (brevettato), specifiche pubbliche
TipoCompressione audio digitale
CompressioneLossy
StandardISO/IEC 11172-3
ISO/IEC 13818-3
Sito webmpeg.chiariglione.org/

MP3 (formalmente Moving Picture Expert Group-1/2 Audio Layer 3), anche noto come MPEG-1 Audio Layer III e MPEG-2 Audio Layer III[4] è un algoritmo di compressione audio di tipo lossy, sviluppato dal gruppo MPEG, 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. La sua ideazione è dovuta a un team di lavoro istituito presso il CSELT e coordinato da Leonardo Chiariglione.[5]

Indice

Storia


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 ricerca CSELT aveva un gruppo attivo a livello internazionale[6].

La codifica "MPEG-1/2 Layer 2" cominciò come progetto presso la DAB e promosso dalla Fraunhofer IIS-A. Venne finanziato dall'Unione europea come parte di un programma di ricerca più vasto chiamato EUREKA, comunemente conosciuto con il codice EU-147.

Nel dicembre 1988 il gruppo, originariamente costituito per la codifica video per apparati di registrazione, costituì un gruppo di lavoro per la codifica audio, presieduto da Hans-Georg Mussmann[7]. Nel luglio 1989 fu pubblicata una Call for Proposals, ovvero una richiesta da parte della Comunità Europea a presentare dei dalle cui risposte derivarono, per la parte audio, le tecnologie che diedero origine ai tre “layer” dello standard ISO/IEC 11172-3 (detto MPEG-1 Audio): i layer I e II dalla tecnologia proposta dal consorzio MUSICAM costituito da CCETT, Philips e Institut für Rundfunktechnik e il layer III dalla tecnologia proposta dal consorzio ASPEC costituito da AT&T, France Télécom, Fraunhofer-Gesellschaft e Thomson Consumer Electronics; tra i componenti del consorzio si distinse in particolare Karlheinz Brandenburg di Fraunhofer, che trattò l'argomento nella sua tesi di dottorato. Nel marzo 1992 lo CSELT di Torino 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 nel 1997 via email da un gruppo di esperti MPEG.

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 è tipicamente giudicata dal bit 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 i CD come riferimento, uno dei più comuni è quello a 44,1 kHz e 2x16bit. Qualche volta vengono utilizzati anche parametri DAT SP (48 kHz, 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 il CD di Suzanne 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.

Questi sono valori piuttosto aleatori in quanto:

Un modo più realistico per considerare il bit rate è:

Il confronto di un nuovo formato di file, viene fatto confrontando la qualità media di compressione del nuovo formato con un encoder 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.

L'AAC MPEG-4, è il formato erede dell'MP3 sempre secondo le specifiche MPEG. Tra i successori del formato MP3 è degno di nota l'Ogg Vorbis per la qualità di codifica[senza fonte] e per il fatto di essere un progetto Free 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.

Caratteristiche del formato


È opinione diffusa che, per una resa soddisfacente dell'MP3, il bit rate debba essere almeno di 128 kbit/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 2.0629 MHz, 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.[senza fonte] Da un'analisi condotta dalla rivista SUONO, l'opinione dei conduttori al termine della prova è che solo ad almeno 256 kbit/s si può parlare di alta fedeltà.

Possibili codificatori:

Nel sito https://web.archive.org/web/20040409160037/http://www.jthz.com/mp3/ è possibile trovare un front end di Windows per il codificatore LAME.

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 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 di 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 è la perdita 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 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 più obsoleti. È possibile memorizzare file audio con una fedeltà massima usando una compressione audio del tipo FLAC, SHN, o LPAC, che comprimono un file audio PCM a 16-bit approssimativamente dal 50 al 75% dell'originale[senza fonte] (questo dipende dalla caratteristiche del file audio stesso).

Bit rate


Il bit 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 320 kbit/s, e le frequenze campionate disponibili sono 32, 44,1 e 48 kHz. La frequenza di campionamento a 44,1 kHz è quasi sempre utilizzata per i CD audio, mentre i 128 kbit/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 160 kbit/s.

I file MP3 audio sono suddivisi in settori ("chunks" in inglese) chiamati frames, ("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).

Canali


Il formato MP3 può utilizzare tecniche differenti per la codifica dei canali stereo:

I codificatori Lame di default utilizzano Joint-Stereo per CBR sotto i 160 kbit/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 di codifica 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 informazioni Dolby Surround se si utilizza il Joint-Stereo,

Criticità


Vi sono diversi difetti nel formato dei file MP3, che non possono essere individuati neanche dal migliore dei codificatori e sono insiti nelle caratteristiche stesse del formato (In parentesi il formato file dove questo difetto viene corretto).[senza fonte]

Codificatori


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 in dominio 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 il cervello.

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 bit rate (128 kbit/s e superiori) è [1][collegamento interrotto]. 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.

ID3


Lo stesso argomento in dettaglio: Tag ID3.

I tag 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.

Alternative


Vi sono molti altri codec audio alternativi all'MP3:

mp3PRO, MP3, AAC, e MP2 sono tutti membri della stessa famiglia tecnologica e si basano su modelli psicoacustici simili.

Il Fraunhofer Gesellschaft è proprietario di alcune licenze di codec: Dolby Labs, Sony, Thomson/Technicolor, 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:

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 48 kbit/s (mono) o degli 80 kbit/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 pari larghezza di banda impiegata.[senza fonte]

Tra gli altri, la Xiph.Org Foundation, sviluppatrice dell'algoritmo Vorbis utilizzato assieme al container multimediale Ogg, fornisce in una pagina web dei test di ascolto comparato tra diversi formati audio.

Licenze e brevetti


La Thomson/Technicolor è 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 dover pagare le relative royalties.

Sotto la presidenza di Mario Monti, l'antitrust europeo multò Microsoft per abuso di posizione dominante con il massimo della sanzione: il 10% del fatturato. Microsoft fu costretta ad abilitare l'installazione su Windows di lettori audio diversi dal nativo Windows Media Player, incluso nel suo sistema operativo; questi software permettevano di ascoltare l'mp3 e altri formati diversi dal wma. Alla fine, lo stesso software Windows 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:

Il 23 aprile 2017, il Fraunhofer-Gesellschaft comunica che tutti i brevetti sul formato MP3 detenuti da Fraunhofer-Gesellschaft e da Technicolor sono scaduti.[9][10]

Note


  1. ^ RFC 3003
  2. ^ RFC 3555
  3. ^ RFC 5219
  4. ^ A More Loss-Tolerant RTP Payload Format for MP3 Audio
  5. ^ Mp3, bella occasione sprecata , panorama.it. URL consultato il 26 febbraio 2014 (archiviato dall'url originale il 27 gennaio 2013).
  6. ^ "Lo CSELT è stato tra i primi organismi di ricerca ad investire nella direzione dell'elevata compressione dell'informazione audiovisiva come unico strumento in grado di dare la possibilità ai gestori di fornire servizi video senza dover aspettare l'avvento di reti completamente nuove.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."Tratto da: Prof. Luigi Bonavoglia (a cura di) "CSELT - Trent'anni", 1995. - pag. 240.
  7. ^ Mp3 Genesis: Copia archiviata (PDF), su users.ipfw.edu. URL consultato il 26 luglio 2011 (archiviato dall'url originale il 17 gennaio 2012). agosto, 2006
  8. ^ Lame development at Sourceforge
  9. ^ (EN) mp3 , su iis.fraunhofer.de.
  10. ^ (EN) Alive and Kicking – mp3 Software, Patents and Licenses , su audioblog.iis.fraunhofer.com, 18 maggio 2017.

Bibliografia


Voci correlate


Altri progetti


Collegamenti esterni


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Categorie: Codec audio | Formati di file | MPEG




Data: 14.05.2021 05:38:30 CEST

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