Know-How: MP3

Know-How: MP3

Früher sammelten Musikfans Plattencover und kauften die ein oder andere Scheibe, weil das Artwork cool war. Die digitale Musik hat alles verändert, denn niemand kann sie anfassen. Ein Klick im Netz, und der Song landet auf der Festplatte. Verlorener Kunstgeist oder gigantische Möglichkeiten? Wir zeigen Ihnen, was wirklich hinter MP3 und Co. steckt.

Know-How: MP3

© Andreas Greil

Know-How: MP3

Schon im Jahre 2001 war MP3 der am meisten gesuchte Begriff im Internet. Doch was steckt hinter den Abkürzungen MP3 und WMA? Die Rede ist von Kompressionsformaten, die Audiodaten um maximal das 112-fache verkleinern. Bei der maximalen Kompression sind jedoch deutliche Qualitätseinbußen zu hören. Die gängigste Kompressionsrate (128 KBit pro Sekunde) bietet immer noch einen Kompressionsfaktor von 1:11. Deshalb hat sich das Format schnell durchgesetzt und sich als Standardformat für Audioinhalte etabliert. Lieder aus illegalen Quellen gibt es fast nur im MP3-Format; legale Anbieter setzen auf WMA, da ein Kopierschutz integriert ist. Auch die zahlreichen Online-Radiosender nutzen die kleinen Dateien, um die Musik über das Netz zu schicken - meist ohne Werbung und Moderatoren-Geplapper.

Der Inhalt einer kompletten Audio-CD lässt sich auf 55 MByte komprimieren. Somit passen auf eine gebrannte MP3-CD rund 18 komplette Musikalben oder 650 Minuten Musik. Ein weiterer Vorteil: MP3- Dateien können Informationen zum Musikstück (ID-Tags) wie Titel, Interpret, Komponist und Genre enthalten, ähnlich dem CD-Text. Diese Tags helfen bei der Suche nach bestimmten Liedern in einem umfangreichen Musikarchiv.

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Beim Sansa Shaker von Sandisk kann durch Schütteln die Playlist durcheinander gewürfelt werden

Wie wird MP3 komprimiert?

Hinter dem Kürzel MP3 stecken aufwändige Kompressionsmethoden. Zuerst wird das Audiosignal in 32 Frequenzbänder (Subbands) aufgeteilt. Danach wird jedes Subband abgetastet und in 16 Bit große Samples aufgeteilt. Subbands, die außerhalb des Wahrnehmungsbereichs des menschlichen Ohrs liegen, werden dabei ausgelassen. Alle Samples bestehen zwar aus 16 Bit, doch es sind nicht unbedingt alle 16 Bit nötig, um den Pegel darzustellen.

Die digitalen Samples bestehen aus Nullen und Einsen. Bestimmte Kombinationen aus 1 und 0 (etwa 000111) kommen wiederholt vor und werden nicht mehrmals gespeichert. Dieser Wert wird nur einmal pro 12 Samples gespeichert und die "freien" Stellen werden mit Platzhaltern markiert (Skalierungsfaktor und Bit-Allocation). Der MP3-Encoder setzt später die Werte wieder an der richtigen Position ein. Der nächste Schritt ist eine modifizierte "Discrete Cosine Transformation". Dabei werden Frequenzbereiche in verschieden lange Sampleblöcke aufgeteilt. Gut hörbare Frequenzen werden in kurze Blöcke und tiefe Frequenzen in längere aufgeteilt. Jedes Frequenzband kann so eine eigene Blocklänge aufweisen.

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Der Zen Stone Plus ist kompakt, bietet aber dennoch ein Display

Dann folgt eine Kompression nach dem Huffmann-Verfahren. Dabei wird die Verteilung wiederkehrender Werte innerhalb der Audio-Datei festgestellt. Der Algorithmus bildet eine Baumstruktur, in der die Werte nach Häufigkeit geordnet werden. Wird das Ausgangsmaterial mit dem "Dual-Joint-Stereo- Verfahren" codiert, kann noch mehr Speicherplatz gespart werden. Dabei speichert der Algorithmus nicht den linken und rechten Kanal separat, sondern nur einen Kanal vollständig und zusätzlich die Differenzen zum anderen Kanal. Dadurch fallen für die gleichen Toninformationen weniger Daten an. Dies gilt vor allem bei monoartigen Passagen (Beispiel: Im Song ist nur ein Instrument von links zu hören). Songs mit variablen Bitraten haben in Passagen mit vielen Instrumenten eine höhere Bitrate als bei leisen Stellen, kleine Pausen bekommen so nur ein Minimum an Bandbreite - so wird die Dateigröße nochmal verringert.

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