MP3

MP3 הוא אלגוריתם פופולרי לקידוד ודחיסה מאבדת נתונים (lossy compression) של אותות שמע. מטרת האלגוריתם היא לצמצם במידה ניכרת את כמות המידע הנחוצה לייצוג הצליל, אך לאפשר שיחזור שישמע נאמן למקור לרוב המאזינים. המונח MP3 מתייחס גם לקובצי קול או מוזיקה השמורים בפורמט זה.
השם המלא של האלגוריתם הוא "MPEG-2 Audio Layer 3".

רקע

שמירת אותות קוליים (אודיו) בצורה דיגיטלית דורשת נפח אחסון רב. איכות שמע של תקליטור שקידוד הסאונד שלו מבוצע בטכנולוגיית PCM או "Pulse Code Modulation", מושגת על ידי 44,100 רשימות (דגימות) של 32 סיביות (מדובר בסטריאו - שני ערוצים של 16 סיביות כל אחד) עבור כל שנייה. כלומר כ-1.4 מיליון סיביות לשנייה. אלגוריתמי דחיסה כלליים (כדוגמת ZIP) אמנם מצליחים להקטין את נפח הקבצים, אבל לא ברמה הנחוצה. בפועל, עבור איכויות המוגדרות טובות (128 ועד 320 קילו-סיביות לשנייה), גודל קובצי MP3 הוא כ־10%-20% מהגודל המקורי של הקובץ. לדוגמה, שיר שאורכו 4 דקות, בקידוד רגיל של תקליטור ידרוש נפח של 40MB, אך כשדוחסים את אותו שיר בקידוד MP3 השיר ידרוש נפח של בערך 4MB בלבד.

היסטוריה

קידוד "MPEG-1 Audio Layer 2" או בקיצור ה-MP2, התחיל את דרכו בפרויקט DAB (אשר פעל מ-1987 עד 1994), פרי יוזמת אגודת פראונהופר ובמימון האיחוד האירופי (כחלק ממחקר הEUREKA, הידוע גם כ-EU-147). ב-1991 הוגשו שתי הצעות לאלגוריתם הדחיסה: Musicam והASPEC, ראשי תיבות של Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding. לבסוף נבחר Musicam להיות MP2 בגלל הפשטות שלו וחסינותו לרעשים. קבוצת מתכנתים, בהם קרלהיינץ ברנדנבורג ויורגן הר שאבה רעיונות מרכזיים מ-Musicam ומ-ASPEC, הוסיפה כמה רעיונות משלה, ויצרה את ה-MP3, אלגוריתם משופר אשר תוכנן להשיג את האיכות של MP2 המקודד ב-192 קילוביט לשנייה (Kb/s) בעזרת 128 קילוביט לשנייה בלבד. פיתוח שני האלגוריתמים הסתיים ב-1992 והוגדרו ב"MPEG-1", אגד התקנים הראשון של MPEG (השם המלא הוא ISO/IEC 11172-3) אשר פורסם ב-1993.
קובצי MP2 הופיעו באינטרנט ב-1993. "מחתרת המוזיקה של האינטרנט" (ה-IUMA) נחשבת לתחילת מהפכת המוזיקה המקוונת. ה-IUMA אירח אלפי קבצים חוקיים של MP2. בשנת 1995, הפופולריות של קובצי ה-MP3 קיבלה תאוצה אדירה. הצלחה זו של הפורמט הניעה וגם נבעה מהצלחתם של נגני הקבצים (כגון Winamp של Nullsoft) ותוכנות לשיתוף קבצים אשר התחילו עם נאפסטר.
גודלם הקטן של קובצי MP3 ואיכות השמע הגבוהה יחסית אפשרה את הפריחה חסרת התקדים בשימוש ברשתות שיתוף קבצים באינטרנט. תופעה אשר הפכה את המוזיקה לנגישה לכולם ועוררה שאלות רבות בנוגע לחוקי זכויות היוצרים במציאות החדשה.
היורש המתוכנן של MP3, על פי MPEG, הוא אלגוריתם ה-AAC המפורט בתקן 4-MPEG. זאת למרות שהיו ניסיונות ליצור ולהפיץ פורמטים אחרים. בכל מקרה, בגלל הפופולריות העצומה של MP3 - המתבטאת במגוון רחב של תוכנה וחומרה (כגון נגנים ניידים ונגני DVD) התומכים בה, קשה לראות "ירושה" בזמן הקרוב.

איכות השמע והמקודדים

איכות הקידוד המינימלית הנחוצה כדי שקובץ ה-MP3 ישמע קרוב מספיק למקור היא סובייקטיבית. האיכות המקובלת כסף תחתון היא 128Kb/s, זאת למרות שמבחני שמיעה הראו כי עם מעט אימון רוב האנשים יוכלו להבחין בין הקובץ הדחוס למקור באיכות זו.
בעוד שתהליך השחזור (יצירת אותות קול מקובץ ה-MP3) הוגדר היטב וקבוע עבור האלגוריתם, אין אחידות בכל הנוגע לתהליך הקידוד. כתוצאה מכך ישנו מגוון רחב של מקודדים, המשתמשים במודלים פסיכו-אקוסטיים שונים, אשר יוצרים קובצי MP3 שונים. מקודד המיועד לאיכויות גבוהות (כגון LAME) לא יתפקד בהכרח בצורה טובה עבור איכויות נמוכות.

אלטרנטיבות

ישנם אלגוריתמי דחיסת קול מאבדי מידע נוספים, בהם MPEG-4 AAC, AC3, ATRAC, MP3PRO, MPC, Vorbis, QDesign, AMR-WB+, RealAudio, Windows Media Audio
כמו כן, ישנם הרבה אלגוריתמי דחיסת קול משמרי מידע, בהם: FLAC, Monkey's Audio, SHN, TTA, Wavpack
לפי מבחני שמע, האלגוריתמים החדשים משיגים תוצאות טובות יותר עבור איכויות נמוכות ואילו לאחר 128Kb/s רוב המאזינים לא מצליחים להבחין בהבדלי איכות.

תגי מידע

ניתן לאחסן בקובץ MP3 תג אשר מכיל מידע על הקובץ, כגון: שם התקליטור, האמן, האלבום, מספר הרצועה ועוד.
התגים הנפוצים הם ה-ID3 וה-APEv2.