MP3

Inleiding Neem een liedje van CD van een minuut lang en zet hem op je harde schijf. Wat je overhoudt is een bestand van 10MB. Probeer het van internet te halen en je bent een uur verder, als je geluk hebt. Met MP3 is het mogelijk dit stukje muziek te verkleinen tot een hanteerbaar bestand van rond de 800Kb, wat binnen een paar minuten gedownload zal zijn. Hoe werkt MP3?

De techniek MP3 is een afkorting voor MPEG Layer III. MPEG staat voor een groep audio- en videoprofessionals die de standaards samenstellen. Layer III staat voor de mate van complexiteit van de comprimatie (I is simpel en binnenkort komt IV uit, die uiteraard een stuk ingewikkelder is). De uitvinders van de techniek horen bij het Fraunhofer-Gesellschaft uit Duitsland dat 10 jaar geleden begon met het uitzoeken van mogelijke datacompressietechnieken in samenwerking met Duitse universiteiten.

Bij het maken en afspelen van een MP3 komen twee dingen kijken: audio codering (waarbij de audio gecomprimeerd wordt) en audio decodering.

Audio codering Het coderen van een audiobestand tot een MP3-tje is een ingewikkeld proces, maar met een geweldig resultaat: de audio kan gecomprimeerd worden zonder hoorbaar kwaliteitsverlies. Een codeerder (als bijvoorbeeld L3enc) neemt het rauwe audiobestand (meestal in .wav-vorm) en bekijkt per fragment welke methode van coderen het best toepasbaar is. Hieronder worden enkele van de belangrijkste besproken.

Psycho-akoestisch maskeren Het menselijk gehoor heeft een spectrum van ongeveer 20 Hz tot 20 kHz, en is het meest gevoelig tussen de 2 en 4 KHz.

Een normaal paar oren hoort een brede range aan frequenties. Maar wanneer er een grote hoeveelheid energie op één frequentie aanwezig is kan het oor dichtbijgelegen frequenties met een mindere mate van energie niet waarnemen. Wat er gebeurt is dat de luidere frequentie de minder luide maskeert. De luidere frequentie noemt men de maskeerder.

Van dit fenomeen maakt een Layer III compressor dankbaar gebruik, het wordt psycho-akoestisch maskeren genoemd. Het basisidee is dat er bandbreedte gespaard wordt door de gemaskeerde signaalinformatie weg te gooien. De informatie over de menselijke interpretatie van geluid is ooit wetenschappelijk vastgesteld en op dit algoritme is het systeem gebaseerd. Het resultaat is niet meer hetzelfde als het origineel, maar als het goed gebeurt kunnen menselijke oren het verschil niet horen.

Weggooien van andere onnodige informatie. Andere technieken om audio te comprimeren zijn het weglaten van voor de mens onhoorbaar hoge of lage tonen. Daarnaast kent MP3 een methode waarbij een stereo-effect gebruikt wordt in de plaats van het echte, veel data kostende, stereo geluid. De kwaliteit van een MP3 hangt samen met de bitrate. Een volledig ongecomprimeerd audiobestand van CD heeft een constante bitrate van 1400kbit per seconde (kbps). Afhankelijk van de gebruikte Layer kan deze data gecomprimeerd worden. Met Layer III, de meest gangbare techniek bij MP3\'s, is de hoogste bitrate zonder kwaliteitsverlies mogelijk (128kbps). Met lagere Layers hou je minder gecomprimeerde stukjes audio over, dus grotere bitrates en grotere bestanden.

Zodra er hoger gecomprimeerd wordt, gaat de kwaliteit achteruit. De bandbreedte van de audio wordt ingeperkt: is die van een ongecomprimeerd stuk muziek nog 44kHz, zodra hetzelfde stuk muziek met een factor 96 wordt gecomprimeerd is die flink ingeperkt (hoge en lage tonen vervallen, het geheel wordt blikkerig). Wordt er nog verder gecomprimeerd blijft er niet veel over dan een ruis. Hier wat voorbeelden.

Geluidskwaliteit Bandbreedte Mode Bitrate Ratio \"telefoon\" 2.5 kHz mono 8 kbps 96:1 \"korte golf\" 4.5 kHz mono 16 kbps 48:1 \"AM radio\" 7.5 kHz mono 32 kbps 24:1 \"FM radio\" 11 kHz stereo 56..64 kbps 26..24:1 \"near-CD\" 15 kHz stereo 96 kbps 16:1 \"CD\" > 15 kHz stereo 112..128 kbps 14..12:1 Probeer hier het originele stukje audio (.WAV van 10MB!).

Audio decodering Decoderen van de MP3 is een stuk simpeler. Een MP3-player hoeft alleen maar de gecomprimeerde data uit te pakken en deze digitale informatie om te zetten naar een analoog stukje muziek. Desondanks is het nog steeds een rekenintensief proces: voor het soepeltjes afspelen van een MP3 is minimaal een Pentium nodig. Met langzamere pc\'s is het afspelen wel mogelijk maar bestaat de kans dat de processor het niet aankan en het geluid lelijk en haperig overkomt. Je kan de processor ontlasten door de kwaliteit van de output te verminderen (stereo wordt mono). Er bestaan verschillende MP3-players. De meest gebruikte is WinAmp, deze biedt, naast het normale afspelen van een MP3, veel extra\'s als een equalizer, playlist en een aanpasbare lay-out.

De WinAmp MP3-player. Toont veel gelijkenis met een cd-speler.

Mogelijkheden Layer III maakt het, zoals gezegd, mogelijk de data tot 12 maal te comprimeren. De overgehouden bestanden zijn van een handelbaar formaat (gemiddeld rond de 3MB). En daarnaast blijft de kwaliteit na het comprimeren hoog (ligt dichtbij CD-kwaliteit). Dit brengt grote mogelijkheden voor verschillende toepassingen.

De grootste toepassing van MP3 is op het moment het illegaal verspreiden van muziek via het Internet. Waren eerst nog gigantische downloads van vele uren nodig om een liedje binnen te halen, nu is die tijd gereduceerd tot een overzichtelijke aantal minuten (afhankelijk van de aanwezige bandbreedte). Bijkomend voordeel is dat, in tegenstelling tot .AVI\'s, het bestand afgespeeld kan worden terwijl de download nog bezig is. In principe zouden MP3\'s direct vanaf een server afgespeeld kunnen worden, maar hier is wel een snelle connectie voor nodig. Dit hangt ook weer samen met de bitrate: met een MP3 met een bitrate van 128kbps heb je minimaal een kabelmodemverbinding nodig, want nog niet overal voorradig is.

Via het WWW zijn al verschillende ftp-servers, searchengines en particuliere sites verschenen die uitsluitend gericht zijn op het verspreiden van dit soort bestanden. Kijk maar bij de Top 10 van meest opgevraagde sites: na de xxx-sites zijn die met MP3 het populairst. Ook op Usenet zijn tientallen nieuwsgroepen verschenen waar mensen bepaalde MP3\'s kunnen aanvragen en waar dan al dan niet op gereageerd wordt. Veel providers sluiten deze nieuwsgroepen dan ook vaak af, door de enorme hoeveelheden data die erdoor gegenereerd worden.