MP3

Επισκόπηση

Το ΜΡ3 είναι ένας τύπος ψηφιακού συμπιεσμένου αρχείου ήχου. Παρέχει τη δυνατότητα αναπαράστασης ήχου κωδικοποιημένου με μορφή Pulse Code Modulation (PCM) (διαμόρφωση με βάση κωδικούς παλμών), δεσμεύοντας όμως πολύ λιγότερο χώρο (για δεδομένα) σε σχέση με τις άμεσες μεθόδους. Αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας ψυχοακουστικά μοντέλα για να απορρίψει τμήματα ή περιοχές του ηχητικού φάσματος που δεν ακούει το ανθρώπινο αυτί και καταγράφοντας την υπόλοιπη πληροφορία με αποτελεσματικό τρόπο. Παρόμοιες μέθοδοι χρησιμοποιούνται από το JPEG, ένα πρότυπο συμπίεσης εικόνων με απώλειες οπτικών λεπτομερειών μη αντιληπτών από το ανθρώπινο μάτι.

Ανάπτυξη

Το «2ο Επίπεδο Ήχου [του προτύπου] MPEG-1» (MP2) άρχισε ως σχέδιο DAB (Digital Audio Broadcast) το οποίο διηύθυνε ο Egon Meier-Engelen του γερμανικού κέντρου αεροδιαστημικής. Το σχέδιο χρηματοδοτούσε η Ευρωπαϊκή Ένωση ως μέρος του ερευνητικού προγράμματος EUREKA, γνωστού και ως EU-147. Το πρόγραμμα αυτό διήρκεσε από το 1987 έως και το 1994.
Το 1991 υπήρχαν δύο διαθέσιμες προτάσεις: Το Musicam (γνωστό και ως «2ο Επίπεδο») και το ASPEC (Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding). Η μέθοδος Musicam, όπως είχε προταθεί από την ολλανδική εταιρεία Phillips, τη γαλλική εταιρεία τηλεπικοινωνιών CCETT, και το Γερμανικό Ινστιτούτο Τηλεπικοινωνιών επιλέχθηκε εξαιτίας της απλότητας, της ικανοποιητικής αντιμετώπισης σφαλμάτων και των χαμηλών απαιτήσεων υπολογιστικής ισχύος για την κωδικοποίηση συμπιεσμένου ήχου υψηλής ποιότητας. Η μορφοποίηση Musicam, η οποία βασιζόταν στην κωδικοποίηση υποσυχνοτήτων του ήχου, ήταν το κλειδί στην προτυποποίηση της συμπίεσης MPEG Audio (όσον αφορά τον καθορισμό των ρυθμών δειγματοληψίας, του αριθμού δειγμάτων ανά πλαίσιο, τη δομή των πλαισίων και των κεφαλίδων κλπ). Η τεχνολογία και οι ιδέες ενσωματώθηκαν πλήρως στον ορισμό του προτύπου ISO MPEG Audio Layer I (πρώτου επιπέδου), στο Επίπεδο II (το MP2) και, πιο πολύ, στο Επίπεδο III (το MP3). Υπό την εποπτεία του καθηγητή Mussman (Πανεπιστήμιο του Ανόβερο) η επεξεργασία του προτύπου έγινε με ευθύνη του Leon van de Kerkhof (Επίπεδο I) και του Gerhard Stoll (Επίπεδο II).
Μία ομάδα εργασίας αποτελούμενη από τους Leon Van de Kerkhof (Ολλανδία), Gerhard Stoll (Γερμανία), Leonardo Chiariglione (Ιταλία), Yves-François Dehery (Γαλλία) και Karlheinz Brandenburg (Γερμανία), χρησιμοποιώντας ιδέες από το Musicam και το ASPEC και προσθέτοντας ορισμένες δικές τους, δημιούργησε το ΜΡ3, το οποίο σχεδιάστηκε για να επιτυγχάνει ποιότητα ήχου στα 128 Kbit/δευτερόλεπτο όμοια με του ΜΡ2 στα 192 Kbit/δευτ., μειώνοντας δηλαδή τον όγκο των δεδομένων που απαιτούνταν με σταθερή την ποιότητα ήχου.
Όλοι οι αλγόριθμοι εγκρίθηκαν το 1991 και οριστικοποιήθηκαν το 1992 ως μέρος του προτύπου MPEG-1, του πρώτου της σειράς προτύπων της ομάδας MPEG από το οποίο προέκυψε το διεθνές πρότυπο ISO/IEC 11172-3, που δημοσιεύθηκε το 1993. Περαιτέρω εργασία πάνω στο MPEG Audio ολοκληρώθηκε το 1994 ως μέρος της δεύτερης σειράς προτύπων MPEG, με το MPEG-2, πιο επίσημα γνωστό και ως διεθνές πρότυπο ISO/IEC 13818-3, να δημοσιεύεται για πρώτη φορά το 1995.
Η αποδοτικότητα της συμπίεσης των κωδικοποιητών συχνά ορίζεται με βάση τον ρυθμό αποθήκευσης / ανάγνωσης bit ανά δευτερόλεπτο, επειδή η συμπίεση εξαρτάται από το πλήθος των bit και τη συχνότητα δειγματοληψίας του προς συμπίεση σήματος. Παρόλα αυτά, συχνά δημοσιεύονται ρυθμοί συμπίεσης που χρησιμοποιούν τις παραμέτρους της δειγματοληψίας του CD ως μέτρο αναφοράς (44,1 KHz, 2 κανάλια και 16 bit ανά κανάλι, ή 2x16 bit). Μερικές φορές χρησιμοποιούνται οι παράμετροι των ρυθμών δειγματοληψίας της ψηφιακής κασέτας (DAT, Digital Audio Tape), δηλαδή 48 Khz & 2x16 bit. Οι ρυθμοί συμπίεσης με αυτές τις παραμέτρους είναι υψηλότεροι, γεγονός που αποδεικνύει τον προβληματικό όρο «ρυθμός συμπίεσης» για τους απωλεστικούς κωδικοποιητές. Δηλαδή, ενώ χρησιμοποιούμε έναν αλγόριθμο για να μειώσουμε το μέγεθος ενός αρχείου ήχου «συμπιέζοντας» τα δεδομένα, τελικά δημιουργούμε ένα μεγαλύτερο αρχείο χρησιμοποιώντας τις παραμέτρους αυτές.
Ο Karlheinz Brandenburg χρησιμοποίησε το κομμάτι «Tom's Diner» από ένα μουσικό άλμπουμ της Σούζαν Βέγκα (Suzanne Vega) για να αξιολογήσει τον αλγόριθμο συμπίεσης του MP3. Το τραγούδι αυτό επιλέχθηκε εξαιτίας της απλότητας και της απαλής μουσικής που έχει, κάνοντας πιο εύκολη την ανίχνευση ατελειών της συμπίεσης κατά την αναπαραγωγή. Κάποιοι, αστειευόμενοι, αναφέρουν τη Σούζαν Βέγκα ως «μητέρα του MP3». Επίσης χρησιμοποιήθηκαν από επαγγελματίες μηχανικούς ήχου κάποια σημαντικά ηχητικά αποσπάσματα (παραγόμενα με μουσικά όργανα όπως τρίγωνο, ακορντεόν, μεταλλόφωνο...) από το CD αναφοράς EBU V3/SQAM, προκειμένου να αξιολογηθεί η υποκειμενική ποιότητα των προτύπων ήχου του MPEG.

Διάθεση στο κοινό

Μία υλοποίηση ενός λογισμικού αναφοράς γραμμένου στη γλώσσα προγραμματισμού C γνωστό και ως ISO 11172-5, αναπτύχθηκε από τα μέλη της επιτροπής του ISO MPEG Audio ώστε να δημιουργηθούν αρχεία συμβατά με τα πρότυπα MPEG Audio (επιπέδου 1, 2, και 3). Αυτό το πρόγραμμα κατάφερε να παρουσιάσει σε μερικά λειτουργικά συστήματα την πρώτη αποκωδικοποίηση συμπιεσμένου ήχου σε πραγματικό χρόνο (αυτό σημαίνει πως το λογισμικό έκανε ανάγνωση του συμπιεσμένου αρχείου, και ταυτόχρονα αποσυμπίεση και αναπαραγωγή του). Παλαιότερα είχαν γίνει μόνο δοκιμές όπου πρώτα αποσυμπιεζόταν ολόκληρο το αρχείο και στη συνέχεια να αναπαραγόταν. Στην πραγματικότητα όμως το λογισμικό αυτό εξομοίωνε τον τρόπο λειτουργίας του υλικού (δηλαδή των μικροτσίπ) το οποίο θα εκτελούσε αυτή την εργασία. Άλλες υλοποιήσεις αποκωδικοποίησης πραγματικού χρόνου από τους κωδικοποιητές του MPEG Audio ήταν διαθέσιμοι για χρήση στην ψηφιακή εκπομπή σήματος για καταναλωτές με ανάλογους δέκτες.
Αργότερα, τον Ιούλιο του 1994, η ομάδα Fraunhofer κυκλοφόρησε το πρώτο λογισμικό που κωδικοποιούσε MP3 το οποίο ονομάστηκε l3enc. Η επέκταση αρχείου .mp3 επιλέχθηκε από την ομάδα Fraunhofer στις 14 Ιουλίου του 1995 (νωρίτερα τα αρχεία είχαν επέκταση .bit). Με το πρώτο λογισμικό που μπορούσε να αναπαράγει ΜΡ3, το Winplay 3 το οποίο κυκλοφόρησε στις 9 Σεπτεμβρίου του 1995, πολλοί χρήστες είχαν τη δυνατότητα να κωδικοποιούν και να αναπαράγουν αρχεία με ήχο τύπου MP3 στους υπολογιστές τους. Εξ αιτίας των σχετικά μικρών σκληρών δίσκων (περίπου 500 MB - 1 GB) που ήταν διαθέσιμοι εκείνη την εποχή στους προσωπικούς υπολογιστές, η τεχνολογία αυτή ήταν απαραίτητη για να αποθηκευθούν κομμάτια μουσικής με φυσικό ήχο και φωνή σε έναν υπολογιστή (σε αντίθεση με αρχεία τύπου tracker και midi, τα οποία αναπαρήγαγαν μουσικά κομμάτια χρησιμοποιώντας μόνο αποθηκευμένα δείγματα ήχου από μουσικά όργανα).

MP2

Τον Οκτώβριο του 1993, αρχεία τύπου MP2 εμφανίστηκαν στο Διαδίκτυο και συχνά αναπαράγονταν με χρήση του Xing MPEG Audio Player και, αργότερα, με ένα πρόγραμμα για Unix που είχε δημιουργήσει ο Tobias Banding και ονομαζόταν MAPlay, το οποίο κυκλοφόρησε για πρώτη φορά στις 22 Φεβρουαρίου του 1994 (το MAPlay μεταφέρθηκε και σε έκδοση για το λειτουργικό σύστημα Windows).
Αρχικά το μόνο πρόγραμμα κωδικοποίησης MP2 ήταν το Xing Encoder, μαζί με το πρόγραμμα CDDA2WAV, που επεξεργάζεται μουσικά CD και μετατρέπει τα κομμάτια τους σε ασυμπίεστα αρχεία τύπου WAV. Η ιστοσελίδα IUMA (Internet Underground Music Archive, Διαδικτυακό Αρχεία Αντεργκράουντ Μουσικής) γενικά αναγνωρίζεται ως η έναρξη της μουσικής «επανάστασης» στο Internet. Η IUMA ήταν η πρώτη μουσική ιστοσελίδα υψηλής πιστότητας και φιλοξενούσε χιλιάδες εγκεκριμένα μουσικά κομμάτια πριν το MP3 ή ο Παγκόσμιος Ιστός γίνουν δημοφιλή.

Στο Διαδίκτυο

Από το πρώτο ήμισυ του 1995 έως και τα τέλη της δεκαετίας του 1990, αρχεία MP3 άρχισαν να κυκλοφορούν ευρέως στο Διαδίκτυο. Η επιτυχία του MP3 οφειλόταν κυρίως στην επιτυχία εταιριών λογισμικού και των προγραμμάτων τους όπως το Winamp της Nullsoft (που κυκλοφόρησε το 1997), το mpg123 και το Napster (που κυκλοφόρησε το 1999). Από κοινού αυτά τα προγράμματα έκαναν για τον απλό χρήστη πολύ εύκολη τη διαδικασία της αναπαραγωγής, δημιουργίας, διανομής και συλλογής αρχείων mp3.
Αντιπαραθέσεις που είχαν να κάνουν με την ελεύθερη διαδικτυακή ανταλλαγή αρχείων ΜΡ3 μέσω ομότιμων δικτύων (peer-to-peer) είναι συνηθισμένες μετά το 2000, κυρίως επειδή η υψηλή συμπίεση που επιτυγχάνεται επιτρέπει τη διανομή και ανταλλαγή αρχείων που σε άλλη περίπτωση θα ήταν πολύ μεγάλα και ογκώδη (σε αποθηκευτικό χώρο που απαιτούν ως δεδομένα) για να διαμοιραστούν εύκολα. Κάποιες μεγάλες δισκογραφικές εταιρείες αντέδρασαν υποβάλλοντας μηνύσεις εναντίον της εταιρείας Napster, λόγω της μεγάλης διάδοσης των MP3 μέσω του Διαδικτύου, για να προστατεύσουν τα πνευματικά τους δικαιώματα (δείτε επίσης και τον όρο πνευματική ιδιοκτησία).
Οι διαδικτυακές εμπορικές υπηρεσίες πώλησης μουσικής (όπως το on-line κατάστημα της Apple ονόματι iTunes) συνήθως προτιμούν άλλους τύπους αρχείων οι οποίοι υποστηρίζουν το πρότυπο DRM (Digital Rights Management, Διαχείριση Ψηφιακών Δικαιωμάτων), για να ελέγξουν και να περιορίσουν τη χρήση της ψηφιακής μουσικής. Η χρήση των τύπων αρχείων που υποστηρίζουν το DRM είναι μία προσπάθεια να αποτραπεί η παραβίαση υλικού το οποίου τα δικαιώματα είναι προστατευμένα, αλλά υπάρχουν διάφοροι μέθοδοι για την υπέρβαση των περισσότερων μεθόδων προστασίας. Τέτοιες μέθοδοι είναι παράνομες σε πολλές χώρες. Μερικές, όμως, διαδικτυακές υπηρεσίες πώλησης μουσικής (όπως το eMusic και το DJTunes.com) χρησιμοποιούν τον τύπο MP3, κυρίως λόγω της ευρύτατης συμβατότητας με φορητά συστήματα αναπαραγωγής μουσικής (τα λεγόμενα MP3 player).

Κωδικοποίηση ήχου

Το πρότυπο MPEG-1 δεν συμπεριλαμβάνει ακριβείς προδιαγραφές για έναν κωδικοποιητή MP3. Από την άλλη μεριά, ο αλγόριθμος και η μορφή του αρχείου ορίζονται ικανοποιητικά. Όσοι υλοποιούν το πρότυπο θεωρείται οτι θα επινοήσουν δικούς τους αλγόριθμους, ικανούς να αφαιρέσουν τμήματα της πληροφορίας στο αρχικό ηχητικό κομμάτι. Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί κωδικοποιητές MP3, ο καθένας από τους οποίους δημιουργεί αρχεία διαφορετικής ποιότητας. Συγκριτικές δοκιμές είναι ευρέως διαθέσιμες, ώστε να είναι εύκολο για έναν πιθανό χρήστη ενός κωδικοποιητή να αναζητήσει την καλύτερη επιλογή. Ένας κωδικοποιητής που έχει δυνατότητα να δημιουργεί αρχεία σε υψηλότερα bit rates (βλ. παρακάτω) (όπως ο LAME, που είναι ευρέως διαδεδομένος για την κωδικοποίηση σε υψηλά bit rates) δεν είναι απαραίτητα τόσο καλός στην κωδικοποίηση με χαμηλότερους ρυθμούς bit rate.

Αποκωδικοποίηση Ήχου

Η αποκωδικοποίηση από την άλλη μεριά, είναι ένα προσεκτικά σχεδιασμένο πρότυπο. Οι περισσότεροι αποκωδικοποιητές είναι "σύμμορφοι με τη ροή των bits" (bitstream compliant), που σημαίνει ότι το αποσυμπιεσμένο αποτέλεσμα που παράγουν από κάποιο αρχείο MP3 θα είναι το ίδιο (μέσα σε ένα ανεκτό βαθμό στρογγυλοποίησης) όπως το αποτέλεσμα που ορίζεται μαθηματικά από το έγγραφο του προτύπου ISO/IEC . Το αρχείο MP3 έχει μία σταθερή μορφή που αποτελείται από 384, 576 ή 1152 δείγματα (ανάλογα με την έκδοση και το επίπεδο του MPEG) και όλα τα "πλαίσια", έχουν σχετική πληροφορία στην κεφαλίδα (32 bit) και την υπόλοιπη πληροφορία (9, 17, ή 32 bytes, ανάλογα με την έκδοση του MPEG και αν είναι στερεοφωνικός ή μονοφωνικός ο ήχος). Η πληροφορία της κεφαλίδας και του υπόλοιπου μέρους βοηθά τον αποκωδικοποιητή να αποκωδικοποιήσει σωστά τα δεδομένα. Για αυτό τον λόγο οι αποκωδικοποιητές συγκρίνονται συνήθως με βάση την υπολογιστική τους απόδοση (δηλαδή πόση μνήμη και χρόνο από τον επεξεργαστή ενός υπολογιστή απαιτούν για την διαδικασία της αποκωδικοποίησης).

Ρυθμός Bit

Ο ρυθμός bit (bit rate) είναι κυμαινόμενος για τα αρχεία MP3. Ο γενικός κανόνας είναι ότι όσο μεγαλύτερο ρυθμό Bit έχει ένα αρχείο τόσο περισσότερη πληροφορία περιλαμβάνεται από τον αρχικό ήχο, και έτσι είναι ποιοτικότερο το αποτέλεσμα κατά την αναπαραγωγή. Στις πρώτες μέρες της κωδικοποίησης των MP3 χρησιμοποιούνταν σταθερός ρυθμός bit για όλο το αρχείο. Οι διαθέσιμοι ρυθμοί Bit για το MPEG-1 επιπέδου 3 είναι 32, 40 , 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256 και 320 kbit/s, και οι διαθέσιμες συχνότητες δειγματοληψίας είναι 32, 44.1 και 48 Khz. Η πιο συνηθισμένη είναι αυτή των 44.1Khz (και κατα σύμπτωση είναι ίδια με αυτή του CD), ενώ τα 128Kbit έχει γίνει ο συνηθισμένος ρυθμός bit για ένα "αρκετά καλό" αποτέλεσμα. Αν και τα 192Kbit άρχισαν να γίνονται όλο και πιο δημοφιλή στα δίκτυα ανταλλαγής αρχείων (peer-to-peer), κυρίως λόγω της μεγαλύτερης διαθεσιμότητας σε ευρυζωνικές ταχύτητες Ιντερνετ. Το MPEG-2 και το ανεπίσημο MPEG-2.5 συμπεριλαμβάνουν πρόσθετους ρυθμούς bit 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 144, 160 kbit/δευτ και προσφέρουν και χαμηλότερες συχνότητες δειγματοληψίας (8, 11.025, 12, 16, 22.05 και 24 kHz)
Επίσης είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν κυμαινόμενοι ρυθμοί bit (Variable bit rates ή VBR). Τα αρχεία MP3 χωρίζονται σε "πλαίσια", κάθε ένα από τα οποία έχει το δικό του ρυθμό bit, και έτσι είναι δυνατό να αλλαχθεί δυναμικά ο ρυθμός καθώς το αρχείο κωδικοποιείται. Αυτή η τεχνική κάνει δυνατή τη χρήση περισσότερων bit για κομμάτια του ήχου με υψηλότερη δυναμική (περισσότερη κίνηση στον ήχο), και λιγότερα bit σε σημεία με μικρότερη δυναμική, βελτιώνοντας περισσότερο την ποιότητα και μειώνοντας τον χώρο που απαιτείται για την αποθήκευσή τους. Για παράδειγμα, ένα μέρος που αποτελείται από καθαρούς τόνους μπορεί να κωδικοποιηθεί στα 48Kbit/δευτ, καταλαμβάνοντας λιγότερο χώρο χωρίς κάποια εμφανή διαφορά, ενώ ένα μέρος που παίζεται από μια πλήρη συμφωνική ορχήστρα κωδικοποιείται στα 224Kbit/δευτ για να το αναπαραστήσει με μεγαλύτερη πιστότητα. Αν και αρχικά δεν γινόταν αυτό, πολλοί κωδικοποιητές χρησιμοποιούν αυτή την τεχνική σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό. 
Ρυθμοί bit εκτός του τύπου μέχρι και 640Kbit/δευτ μπορούν να επιτευχθούν με τον κωδικοποιητή LAME (χρησιμοποιώντας την επιλογή freeformat, δηλαδή, ελεύθερη μορφοποίηση) αλλά λιγότερα προγράμματα αναπαραγωγής μπορούν να παίξουν αυτά τα αρχεία. Ο Gabriel Bouvigne, ένας βασικός προγραμματιστής στην ανάπτυξη του LAME, παρείχε την παρακάτω πληροφορία σχετικά με το freeformat.
Το freeformat είναι συμβατό με το πρότυπο MP3. Οι αποκωδικοποιητές απαιτείται να μπορούν αν αποκωδικοποιήσουν μέχρι και τα 320Kb/δευτ, αλλά η αποκωδικοποίηση υψηλότερων ρυθμών bit δεν είναι απαραίτητη. Πρακτικά, αυτό σημαίνει ότι λίγοι αποκωδικοποιητές υποστηρίζουν παραπάνω από 320Kbit/δευτ.

Ποιότητα ήχου

Επειδή το MP3 είναι μορφή αρχείου απωλεστικής συμπίεσης, είναι δυνατόν να παρέχει έναν αριθμό από διαφορετικές επιλογές για τους ρυθμούς bit που χρησιμοποιεί, δηλαδη τον αριθμό των bit κωδικοποιημένης πληροφορίας τα οποία αναπαριστούν κάθε δευτερόλεπτο ήχου. Τυπικά, οι ρυθμοί αυτοί είναι μεταξύ των 128 και 320 kbit/δευτ. Αντίθετα ο ασυμπίεστος ήχος όπως αποθηκεύεται σε έναν ψηφιακό δίσκο (CD) έχει ρυθμό bit 1411.2 kb/ δευτ (16bit ανα δείγμα Χ 44100 δείγματα το δευτερόλεπτο Χ 2 κανάλια)
Αρχεία MP3 τα οποία κωδικοποιήθηκαν με μικρότερο ρυθμό bit σε γενικές γραμμές θα αναπαράγουν τον ήχο σε χαμηλότερη ποιότητα. Με πολύ χαμηλό ρυθμό bit, "Προϊόντα συμπίεσης" (δηλ. ήχοι που δεν υπήρχαν στον αρχικό ήχο) μπορεί να ακούγονται στην αναπαραγωγή. Ένα καλό παράδειγμα των προϊόντων συμπίεσης είναι τα χειροκροτήματα: είναι δύσκολο να συμπιεσθούν γιατί είναι εντελώς τυχαία και έχουν οξείς ήχους. Για αυτό τα προϊόντα συμπίεσης μπορεί να ακουστούν σαν κουδουνίσματα ή ηχώ που προηγείται του κανονικού ήχου.
Η ποιότητα επίσης έχει εξαρτάται και από την ποιότητα του προγράμματος κωδικοποίησης και την δυσκολία της μετατροπής του σήματος μου κωδικοποιείται (συμπιέζεται). Επειδή το πρότυπο του MP3 δίνει αρκετή ελευθερία στου αλγόριθμους κωδικοποίησης, διαφορετικοί κωδικοποιητές μπορεί να αποφέρουν διαφορετικές ποιότητες, ακόμα και έχοντας παρόμοιους ρυθμούς bit. Για παράδειγμα, σε μία δημόσια δοκιμή ακρόασης  τον Ιούλιο του 2003 που έγινε σε δύο κωδικοποιητές στα 128Kbps ο ένας πέτυχε 3,66 βαθμους σε κλίμακα 1 έως 5 ενώ ο άλλος μόλις 2,22.
Η ποιότητα είναι άμεσα συσχετιζόμενη με την επιλογή κωδικοποιητή και των παραμέτρων του. Ενώ με τους παλαιότερους κωδικοποιητές στα 128kbps η ποιότητα ήταν ανάμεσα στο ενοχλητικό και το ανεκτό, οι πιο καινούργιοι καταφέρουν να παρέχουν καλύτερη ποιότητα σε αυτούς τους ρυθμούς Bit , στατιστικά όχι με μεγάλες διαφορές από την ποιότητα που προσφέρει το AAC (τον διάδοχο του MP3 από τεχνικής απόψεως). Το 1998 όμως το MP3 στα 128Kbps παρείχε ποιότητα ανάλογη του AAC στα 96Kbps και του MP2 στα 192Kbps .
Το όριο στο οποίο το MP3 ακούγεται χωρίς να ξεχωρίζει από τον αρχικό ήχο, μπορεί να εκτιμηθεί περίπου στα 128Kbps χρησιμοποιώντας καλούς κωδικοποιητές σε ένα τυπικό κομμάτι μουσικής. Αυτό αποδεικνύεται από την καλή του απόδοση στην παραπάνω δοκιμή, αλλά πιθανώς κάποια συγκεκριμένα πιο "δύσκολα" κομμάτια να απαιτούν 192Kbps ή και περισσότερα. Όπως και με όλες τις μορφές απωλεστικής συμπίεσης, κάποια δείγματα δεν είναι δυνατόν να κωδικοποιηθούν ώστε να μην γίνονται αντιληπτά από όλους τους χρήστες. Μια εναλλακτική απεικόνιση της κωδικοποίησης είναι η χρήση του VBR (κυμαινόμενου ρυθμού bit). Αυτό στοχεύει σε μια σταθερή ποιότητα ήχου και μεταβάλει ανάλογα τον ρυθμό Bit. Οι χρήστες που γνωρίζουν ότι κάποια συγκεκριμένη "ρύθμιση ποιοτητας" είναι "διαφανής" για τα αυτιά τους (δηλαδη δεν μπορούν να ξεχωρίσουν τη διαφορά μεταξύ αρχικού ήχου και MP3) μπορούν να χρησιμοποιούν αυτή τητ ρυθμιση σε όλα τα κομμάτια της μουσικής τους και δεν υπάρχει λόγος να ανησυχούν ότι χρειάζεται να κάνουν δοκιμές σε κάθε κομμάτι για να επιλέξουν τις κατάλληλες ρυθμίσεις. Σε χαμηλότερους ρυθμούς Bit η ποιότητα του MP3 πέφτει απότομα και είναι μακράν πίσω από την απόδοση της ποιότητας του AAC στα 32Kbps όπως φάνηκε σε μία ακουστική δοκιμή (06/2004)  
Η αντίληψη της ποιότητας ενός κωδικοποιημένου ήχου μπορεί να επηρεαστεί από το περιβάλλον της ακρόασης (θόρυβος στο περιβάλλον), την προσοχή του ακροατή, και την εκπαίδευσή του (να έχει δηλαδη "ευαίσθητο αυτί" ωστε να κατανοεί τις διαφορές).

Δομή του αρχείου

Ένα αρχείο MP3 αποτελείται από πολλάπλά πλαίσια (frames) τα οποία αποτελούν την κεφαλίδα του αρχείου και τα δεδομένα. Αυτή η αλληλουχία από πλαίσια ονομάζεται στοιχειώδης ροή (elementary stream). Τα πλαίσια είναι αυτόνομα στοιχεία. Κάποιος θα μπορούσε να αφαιρέσει κάποια πλαίσια από το αρχείο και ένα προγραμμα αναπαραγωγής MP3 θα μπορούσε να το "παίξει". Τα δεδομένα του MP3 είναι το πραγματικό ωφέλιμο μέρος. Στο διάγραμμα φαίνεται οτι η κεφαλίδα του MP3 αποτελείται από μία "λέξη" συγχρονισμού η οποία χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει την έναρξη ενός έγκυρου πλαισίου. Ακολουθεί ένα bit που επισημαίνει οτι αυτό είναι το πρότυπο MPEG και άλλα δύο Bit που επισημαίνουν οτι χρησιμοποιείται το επίπεδο 3, δηλαδή το MPEG-1 επιπέδου 3 ή πιο απλά MP3. Μετά από αυτό οι τιμές θα διαφοροποιούνται ανάλογα με το αρχείο MP3. Το πρότυπο ISO/IEC 11172-3 ορίζει το εύρος των τιμών για κάθε ενότητα της κεφαλίδας μαζί με την προδιαγραφή της κεφαλίδας. Τα περισσότερα αρχεία MP3 σήμερα περιέχουν μεταδεδομένα (metadata) τύπου ID3 που προηγούνται ή ακολουθούν τα πλαίσια του MP3. Αυτό φαίνεται και στο διάγραμμα.

Εξομάλυνση Έντασης ήχου

Επειδή η ψηφιακοί δίσκοι (CD) και άλλες πηγές ηχογραφούνται και παράγονται σε διαφορετικές εντάσεις ήχου, είναι χρήσιμο να αποθηκεύεται η πληοροφορία της έντασης του ήχου ενός αρχείου στην ετικέτα ωστε κατά την διάρκεια της αναπαραγωγής, η ένταση του ήχου να μπορεί να ρυθμίζεται δυναμικά. 
Εχουν προταθεί μερικά πρότυπα για την κωδικοποίηση της αύξησης του ήχου ενός MP3. Η ιδέα είναι να εξομαλυνθεί η μέση ένταση ενός αρχείου ήχου (όχι οι απότομες αλλαγές της), έτσι ώστε η ένταση να μην αλλάζει μεταξύ των συνεχόμενων κομματιών. Αυτό δεν πρέπει να συγχέεται με την δυναμική συμπίεση ορίων (DRC, dynamic range compression) η οποία είναι μία μορφή εξομάλυνσης ήχου που χρησιμοποιείται κατά την διάρκεια παραγωγής μουσικής. 
Η πιο δημοφιλής και διαδεδομένη λύση για την αποθήκευση της αύξησης του ήχου κατά την αναπαραγωγή είναι απλά γνωστή ως "Replay Gain" (αύξηση ήχου στην αναπαραγωγή). Συνήθως, η μέση ένταση και η πληροφορία αύξησης ή μείωσης της για το κομμάτι του ήχου αποθηκεύεται στην ετικέτα που περιέχει τα μεταδεδομένα (metadata tag)
Κάποιος χρήστης μπορεί κατεβάσει λογισμικό από το ίντερνετ για να κάνει αλλαγές του είδους.

Εναλλακτικές τεχνολογίες

Υπάρχουν διάφοροι άλλοι κωδικοποιητές (codecs) είτε απωλεστικής είτε μη απωλεστικής συμπίεσης. Μεταξύ αυτών τα mp3PRO, AAC & MP2 είναι όλα μέλη της ίδιας οικογένειας τεχνολογίας σαν του MP3 και πάνω κάτω βασίζονται στα ίδια ψυχοακουστικά μοντέλα. Το ίδρυμα Fraunhofer κατέχει πολλές από τις βασικές ευρεσιτεχνίες πάνω στις οποίες βασίζονται αυτοί οι κωδικοποιητές, ενώ άλλοι είναι ιδιοκτησία των Dolby Labs, Sony, Thomson Consumer Electronics, και AT&T.
Το 2005 σε μία ακουστική δοκιμή, η οποία συνέκρινε την απόδοση του κωδικοποιητή MP3 LAME με πιο νέες μορφές συμπίεσης ήχου στα 128Kbit/δευτ., παρατηρήθηκε ότι δεν υπήρχε εμφανής στατιστική διαφορά μεταξύ των LAME, [Ogg Vorbis], αρκετών κωδικοποιητών AAC και του WMA. Όμως, σε μία δοκιμή στα 32Kbit/δευτ., φάνηκε οτι το MP3 ήταν εμφανώς χειρότερο από τις πιο νέες μορφές συμπίεσης ήχου σε χαμηλότερους ρυθμούς bit.