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Die deutsche Stiftung, die das Patent auf das altehrwürdige „alte“ Musikformat MP3 besitzt, hat kürzlich angekündigt, ihr Patent verfallen zu lassen. MP3 hat das Teilen von Audiodateien in den 1990er und frühen 2000er Jahren weit geöffnet. Die Kombination aus Datenkomprimierung, Dateigröße und beibehaltener Audioqualität sorgte dafür, dass das Audioformat auf beiden Seiten des Piraterie-Arguments bekannt wurde.
Die Schlagzeilen lauten „MP3 ist tot“, aber jeder echte Audiophile weiß, dass ein wahrer Tod höchst unwahrscheinlich ist. Nichtsdestotrotz ist es an der Zeit, einen Blick auf die Geschichte eines weltbekannten Audioformats zu werfen und was in naher Zukunft kommen könnte.
Wie funktioniert MP3 genau?
Je nach Alter und Missbrauch Ihrer Ohren liegt Ihr Hörfrequenzbereich zwischen 20 Hz und 20.000 Hz. Außerdem reagieren unsere Ohren am empfindlichsten auf Schallfrequenzen zwischen 2 kHz und 5 kHz. Unser Gehör wird auch durch unsere Fähigkeit eingeschränkt, Audiosignale bei ihrem Eintreffen zu filtern und zu verarbeiten.
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Die Frequenzmaskierung – der Schlüssel zur MP3-Kompression – beruht auf der Unfähigkeit des Gehirns, zwischen bestimmten Signalen zu unterscheiden.
Stellen Sie sich vor, wir haben zwei Töne. Sie haben sehr ähnliche Frequenzen (z. B. 200 Hz und 210 Hz), werden aber mit unterschiedlichen Lautstärken gespielt. Der schwächere Klang ist allein hörbar, der stärkere ist jedoch nur bei gleichzeitiger Wiedergabe zu unterscheiden. Der Vorgang des Überdeckens einer Frequenz mit einer anderen nahen Frequenz wird als „Maskierung“ bezeichnet. Die Frequenzmaskierung funktioniert am oberen und unteren Rand des Audiospektrums effizient.
Eine CD rippen
Nehmen wir an, wir kopieren eine CD auf Ihren Computer. Die Musik auf der CD wird 44.100 Mal pro Sekunde (44,1 kHz) abgetastet. Die Samples sind 2 Byte lang (1 Byte ist 16 Bit). MP3 unterstützt mehrere Raten, verwendet jedoch typischerweise den CD-Standard 44,1 kHz.
Was ist mein Netzwerksicherheitsschlüssel?
Eine einzelne MP3-Datei besteht aus MP3-Frames mit einem Header und einem Datenblock. Jeder Frame enthält 1.152 Samples. Technisch gesehen handelt es sich um zwei „Granulats“ von 576 Proben. Die Samples werden durch einen Filter geleitet, der den Klang weiter in einen bestimmten Satz von 32 Frequenzbereichen unterteilt. Der MP3-Algorithmus teilt diese 32 Frequenzbänder dann weiter um den Faktor 18, wodurch 576 noch kleinere Bänder entstehen. Jedes Band enthält 1/576 des Frequenzbereichs des Original-Samples (als wir mit dem Rippen der CD auf Ihren Computer begannen).
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In dieser Phase verrichten zwei komplexe mathematische Algorithmen ihre Arbeit: der Modifizierte diskrete Kosinustransformation (MDCT) und schnelle Fourier-Transformationen (FFT). Jeder führt einen anderen Prozess an dem zerlegten Ausgangsmaterial durch.
FFTs analysieren jedes Frequenzband auf Geräusche, die leicht maskiert werden können, und stellen sicher, dass die Frequenzmaskierung wichtige Geräusche in der Spur erhält.
Die Proben werden dann sortiert und an das MDCT weitergeleitet. MDCT verwandelt jedes Band in einen Satz von Spektralwerten. Spektralwerte geben genauer wieder, wie unser Gehör Audio interpretiert. Daher verwenden viele komprimierte Audiocodierer Spektralwerte, um Audiodaten zu entfernen. Sind die Spektralinformationen und die Analyse des Granulats abgeschlossen, beginnt der eigentliche Kompressionsprozess.
Eine kurze Geschichte von MP3
Erinnern Sie sich an Ihren ersten MP3-Player? Ich hatte das Glück, einen originalen iPod zu besitzen – bis ihn ein Mann mit einem Messer aus meinem Besitz befreite. MiniDiscs waren sowieso viel cooler.
Ungeachtet dessen, als der ursprüngliche iPod den Wunsch nach MP3s schnell steigerte (im Jahr 2001), war das Format bereits acht Jahre alt. Darüber hinaus sorgte MP3 bereits für Furore im Internet und anderen tragbaren digitalen Musikgeräten.
Woher kommt MP3?
MP3 war ein m oving P bild UND Experten g roup (MPEG)-Design als Teil seines ursprünglichen MPEG-1-Audio- und Videokompressionsstandards. MP3 ist eine Abkürzung für MPEG-1 Audio Layer III, die 1991 zur Verwendung freigegeben und schließlich 1993 veröffentlicht wurde.
Die Idee hinter MP3 ist ziemlich cool.
Der MP3-Algorithmus nutzt die Wahrnehmungsbeschränkungen des menschlichen Gehörs, die als auditive Maskierung bezeichnet werden. Eine auditive Maskierung tritt auf, wenn die Wahrnehmung eines Geräusches durch die Anwesenheit eines anderen beeinflusst wird. Darüber hinaus enthält jedes Lied Audioelemente, die für das gesamte Hörerlebnis nicht wahrnehmbar sind. Manfred R. Schroeder schlug 1979 erstmals einen psychoakustischen Maskierungscodec vor. Doch erst mit der Gründung des MPEG (als Unterausschuss der ISO/IEC) im Jahr 1988 begann eine konzertierte Initiative für einen globalen Standard.
In der Geschichte von MP3 gibt es noch einen weiteren wichtigen Namen: Karlheinz Brandenburg. Brandenburg begann in den 1980er Jahren mit der digitalen Musikkompression und schloss 1989 seine Doktorarbeit ab verschiedene Kompressionsmodi, an denen er gearbeitet hatte fanden sowohl bei den damals verfügbaren Technologien als auch bei der Gestaltung früher Kodierungsverfahren Grenzen. Zusammen mit anderen Gründungsmitgliedern von MPEG erkannte er, dass nur ein neues System ausreichen würde.
Das Fraunhofer-Institut
1990 wurde Brandenburg Assistenzprofessor an der Universität Erlangen-Nürnberg. Er setzte seine Arbeit zum Thema Kompression bei der Fraunhofer-Gesellschaft fort (er trat schließlich 1993 bei Fraunhofer ein).
'Wir hatten die Audio-Untergruppe innerhalb der Filmgruppe [MPEG]', erklärte Brandenburg in einer NPR-Interview . „Am Ende hatten wir alle zusammen einen Kompromiss ausgearbeitet, der verschiedene Modi hatte, sogenannte Layer I, Layer II, Layer III. . . Und die meisten unserer Ideen gingen in die Komprimierungsmodi von MPEG-Audio ein. . . welches die komplexeste war und die beste Qualität bei niedrigen Bitraten lieferte – das wurde Layer III genannt.'
Brandenburg nutzte das Lied 'Tom's Diner' von Suzanne Vega, um den Kompressionsalgorithmus zu verfeinern, und hörte es sich immer wieder an, um sicherzustellen, dass sein Tüfteln die Aufnahme von Vegas Stimme nicht beeinträchtigte.
MP3 explodiert
MP3 lag nach seiner offiziellen Veröffentlichung einige Jahre in der Flaute, der Codec galt als 'zu kompliziert' für eine weit verbreitete Verwendung.
1997 änderten sich die Dinge jedoch – schnell.
Zuerst kaufte ein „australischer Student“ eine professionelle Codierungssoftware l3enc von einem deutschen Unternehmen. Er rekonstruierte die Software, kompilierte sie neu und lud sie mit a . auf einen FTP-Server einer US-Universität hoch Liesmich Datei mit der Aufschrift 'Das ist Freeware dank Fraunhofer.' Dieser kleine Akt änderte sofort den Zugang zur MP3-Kodierung und -Dekodierung. Plötzlich wurde beim Einlegen einer CD in Ihren Computer hochwertiges Audio in winzigen Dateigrößen gerendert.
Zweitens veröffentlichte Nullsoft den ehrwürdigen Winamp-Audioplayer. Von einer CD gerippte MP3-Dateien können problemlos auf einem Computer abgespielt werden.
Gleichzeitig hatte sich das Internet in Millionen von Haushalten auf der ganzen Welt verbreitet. Millionen von Festplatten füllten sich mit MP3s , und das Format wurde das bevorzugte Audio-Filesharing-Format für frühe Peer-to-Peer-Filesharing-Dienste wie Napster, Gnutella und eDonkey (Gnutella war ein weiteres Nullsoft-Projekt). Musikpiraterie war lebendig und weit verbreitet und wurde nicht zuletzt durch den Aufstieg von MP3 unterstützt.
Mp3-Player
Als weiterer Segen für die etablierte Audioindustrie erschienen tragbare MP3-Player. Anfang der 1990er Jahre hatte das Fraunhofer-Institut versucht, einen marktfähigen MP3-Player zu entwickeln. Für eine breite Akzeptanz war es einfach zu früh. Es brauchte die oben erwähnte Kombination aus Dateifreigabe, Internetverbreitung und Ripping-Software, um tragbaren MP3-Playern Schwung zu verleihen.
Das südkoreanische Unternehmen Elger Labs stellte den MPMAN F10 für 250 US-Dollar vor, komplett mit satten 32 MB Speicher. Es war nicht der überwältigende Funke für die Branche, wie wir sie kennen. Diese Auszeichnung gebührt dem Diamond Rio PMP300, der ebenfalls über 32 MB verfügt.
Der Erfolg des Diamond Rio erregte ungewollte Aufmerksamkeit. Die Recording Industry Association of America (RIAA) verklagte Diamond Multimedia Systems (den Hersteller) – und verlor. Die RIAA ging jedoch richtigerweise davon aus, dass dies der Beginn der bis heute anhaltenden endemischen Musikpiraterie war.
Was ist als nächstes passiert, fragen Sie?
Nun, ein wenig bekanntes Gerät namens iPod kam auf den Markt und legitimierte MP3 vollständig als das De-facto-Audioformat der Zeit, und die RIAA begann ihren (andauernden) Kreuzzug gegen Piraten rund um den Globus.
Der Rest ist, wie wir sagen, Geschichte.
Warum stirbt MP3 dann?
Das Fraunhofer-Institut besitzt das MP3-Patent. Am 23. April 2017 liefen ihre verbleibenden Patente aus. Daher kann Fraunhofer keine neuen MP3-Lizenzen mehr vergeben. Wir haben genau erklärt, was mit diesen 'apokalyptischen' Schlagzeilen vor sich geht und wie sie sich auf Sie auswirken werden.
Willst du das TL; DR? MP3 ist nicht tot und es geht nirgendwo hin.
Einer der Hauptgründe, warum Fraunhofer MP3 aufgegeben hat, war das Alter. Es kann nicht mehr mit seinen neueren und glänzenderen Codec-Cousins konkurrieren. Ihr Vorschlag? Verwenden Sie stattdessen Advanced Audio Coding (AAC). Zufälligerweise hält Fraunhofer auch das (laufende) Patent für AAC, daher haben wir unten ein paar MP3-Alternativen, aus denen Sie wählen können.
MP3-Alternativen
Ihre MP3-Sammlung wird nicht plötzlich verbrennen, genauso wie vorhandene Encoder und Decoder weiterhin MP3-Dateien produzieren. Das heißt, MP3 ist jetzt ein wenig veraltet. Es gibt einige kostenlose alternative Audioformate Sie können jetzt Ihre digitale Musik speichern.
- AAC -- Advanced Audio Coding ist, wie oben erwähnt, der Nachfolger von MP3. Das einzige Problem ist, dass das Format an sich jetzt etwas veraltet aussieht. Trotzdem erreicht AAC im Allgemeinen eine bessere Audioqualität als MP3, mit ähnlichen Bitraten und Dateigrößen. AAC ist auch ein verlustbehaftetes Format.
- Ogg Vorbis -- Vorbis-Format, das häufig in Verbindung mit dem Ogg-Containerformat verwendet wird. Es ist der bessere, etwas jüngere Open-Source-Cousin von MP3. Obwohl Ogg eine bessere Komprimierung, höhere Bitraten und im Allgemeinen eine bessere Audioqualität bietet, ist Ogg aufgrund des Mangels an unterstützten Geräten nie auf die gleiche Weise wie MP3 durchgekommen. Ogg ist auch ein verlustbehaftetes Format.
- FLAC -- Der Free Lossless Audio Codec ist das beliebteste verlustfreie Audio-Codec-Format. Wieso den? FLAC bietet eine exakte Audiokopie des Quellmaterials, halb so groß wie eine herkömmliche CD. Die von MP3 am stärksten beeinflussten Klänge (z. B. Gitarren, Becken, Hall usw.) bleiben trotz erheblicher Komprimierung knackig. FLAC ist ein verlustfreies Format.
MP3 ist nicht tot
Du musst dir keine Sorgen machen. Sie können mit dem Rippen in MP3 fortfahren, und Ihre Geräte spielen weiterhin Ihre Musik. Langfristig lohnt es sich, zumindest nach einem neueren Audioformat für Ihre Sammlung zu suchen. Kompressionstechniken werden weiterentwickelt und die Dateigröße von exakten Kopien nimmt ab.
Darüber hinaus lohnt es sich, die Speicherkapazität zu berücksichtigen. Als die ersten tragbaren MP3-Player mit 32 MB Speicher auf den Markt kamen, war es kühl , aber offenbar nicht genug. Der größte Speicherplatz für einen iPod Classic betrug 160 GB. Dass könnte mit einem benutzerdefinierten Speicher-Upgrade gestoßen werden auf satte 240 GB – weit über 1.000.000 einzelne MP3-Titel. Der Punkt ist, dass wir mit zunehmender Speichergröße und abnehmender physischer Größe mehr mit weniger erreichen können.
Schließlich verändert das Internet weiterhin die Art und Weise, wie wir Musik hören. Früher habe ich Musik geraubt, weil ich es mir nicht leisten konnte, 12-20 Dollar für jedes neue Album zu bezahlen, das herauskam. Jetzt habe ich ein Spotify-Familienplan-Konto mit Zugriff auf Millionen von Titeln und ein Amazon Prime-Konto mit Millionen mehr. Das einzige, was mich einschränkt, ist meine Internetverbindung, und selbst dann haben beide Optionen für Offline-Downloads in hochwertigen Formaten.
Es ist nicht mehr so wichtig wie früher, aber MP3 ist nicht tot.
Was ist Ihr bevorzugtes Audioformat? Brauchen Sie die knackige Realität von Lossless? Oder extreme Komprimierung eines verlustbehafteten Formats? Hat sich Ihre Musiknutzung seit der Verbreitung von Streaming-Diensten verändert? Hinterlassen Sie mir eine Zeile in den Kommentaren, und ich melde mich bei Ihnen.
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Gavin ist Junior Editor für Windows and Technology Explained, schreibt regelmäßig am Really Useful Podcast und ist regelmäßiger Produktrezensent. Er hat einen BA (Hons) Contemporary Writing with Digital Art Practices, der aus den Hügeln von Devon geplündert wurde, sowie über ein Jahrzehnt an professioneller Schreiberfahrung. Er genießt reichlich Tee, Brettspiele und Fußball.
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