MP3

发展

MPEG-1 Audio Layer II编码开始时是德国Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt（后来称为Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 德国太空中心）Egon Meier-Engelen管理的数字声音广播（DAB）项目。这个项目是欧盟作为EUREKA研究项目资助的，它的名字通常称为数字声音广播。EU-147的研究期间是1987年到1994年。
到了1991年，就已经出现了两个提案：MPEG-1 Audio Layer II（称为Layer 2）和ASPEC（自适应频谱感知熵编码）。荷兰飞利浦公司、法国CCETT和德国Institut für Rundfunktechnik提出的Musicam方法由于它的简单、出错时的稳定性以及在高质量压缩时较少的计算量而被选中。基于子带编码的Musicam格式是确定MPEG音频压缩格式（采样率、帧结构、数据头、每帧采样点）的一个关键因素。这项技术和它的设计思路完全融合到了ISO MPEG Audio Layer I、II以及后来的Layer III（MP3）格式的定义中。在Mussmann教授（汉诺威大学）的主持下，标准的制定由Leon van de Kerkhof（Layer I）和Gerhard Stoll（Layer II）完成。
一个由荷兰Leon Van de Kerkhof、德国Gerhard Stoll、法国Yves-François Dehery和德国Karlheinz Brandenburg组成的工作小组吸收了Musicam和ASPEC的设计思想，并添加了他们自己的设计思想从而开发出了MP3，MP3能够在128码率单位达到MP2 192kbit/s音质。
所有这些算法最终都在1992年成为了MPEG的第一个标准组MPEG-1的一部分，并且生成了1993年公布的国际标准ISO／IEC 11172-3。MPEG音频上的更进一步的工作最终成为了1994年制定的第二个MPEG标准组MPEG-2标准的一部分，这个标准正式的称呼是1995年首次公布的ISO／IEC 13818-3。
编码器的压缩效率通常由比特率定义，因为压缩率依赖于位数（bit depth）和输入信号的采样率。然而，经常有产品使用CD参数（44.1赫兹、两个通道、每通道16位或者称为2x16位）作为压缩率参考，使用这个参考的压缩率通常较高，这也说明了压缩率对于有损压缩存在的问题。
Karlheinz Brandenburg使用CD介质的苏珊娜·薇佳的歌曲Tom's Diner来评价MP3压缩算法。使用这首歌是因为这首歌的柔和、简单旋律使得在回放时更容易听到压缩格式中的缺陷。一些人开玩笑地将Suzanne Vega称为“MP3之母”。来自于EBU V3/SQAM参考CD的更多一些严肃和critical音频选段（钟琴，三角铁，手风琴，...）被专业音频工程师用来评价MPEG音频格式的主观感受质量。

MP3走向大众

为了生成位兼容的MPEG Audio文件（Layer 1、Layer 2、Layer 3），ISO MPEG Audio委员会成员用C语言开发的一个称为ISO 11172-5的参考模拟软件。在一些非实时操作系统上它能够演示第一款压缩音频基于DSP的实时硬件解码。一些其他的MPEG Audio实时开发出来用于面向消费接收机和机顶盒的数字广播（无线电DAB和电视DVB）。
后来，1994年7月7日弗劳恩霍夫协会发布了第一个称为l3enc的MP3编码器。
Fraunhofer开发组在1995年7月14日选定扩展名：".mp3"（以前扩展名是".bit"）。使用第一款实时软件MP3播放器Winplay3（1995年9月9日发布）许多人能够在自己的个人计算机上编码和回放MP3文件。由于当时的硬盘相对较小（如500MB），这项技术对于在计算机上存储娱乐音乐来说是至关重要的。

MP2、MP3与因特网

1993年10月，MPEG-1 Audio Layer II（MPEG-1 Audio Layer 2）文件在因特网上出现，它们经常使用Xing MPEG Audio Player播放，后来又出现了Tobias Bading为UNIX开发的MAPlay。MAPlay于1994年2月22日首次发布，现在已经移植到微软视窗平台上。
刚开始仅有的MP2编码器产品是Xing Encoder和CDDA2WAV，CDDA2WAV是一个将CD音轨转换成WAV格式的CD抓取器。
Internet Underground Music Archive（IUMA）通常被认为是在线音乐革命的鼻祖，IUMA是因特网上第一个高保真音乐网站，在MP3和网络流行之前它有数千首授权的MP2录音。
从1995年上半年开始直到整个九十年代后期，MP3开始在因特网上蓬勃发展。MP3的流行主要得益于如Nullsoft于1997年发布的Winamp和于1999年发布的Napster，这样的公司和软件包的成功，并且它们相互促进发展。这些程序使得普通用户很容易地播放、制作、共享和收集MP3文件。
关于MP3文件的点对点技术文件共享的争论在最近几年迅速蔓延—这主要是由于压缩使得文件共享成为可能，未经压缩的文件过于庞大难于共享。由于MP3文件通过因特网大量传播，一些主要唱片厂商通过法律起诉Napster来保护它们的著作权（参见知识产权）。
如ITunes Store这样的商业在线音乐发行服务通常选择其他或者专有的支持数字版权管理（DRM）的音乐文件格式以控制和限制数字音乐的使用。支持DRM的格式的使用是为了防止受著作权保护的素材免被侵犯著作权，但是大多数的保护机制都能被一些方法破解。这些方法能够被计算机高手用来生成能够自由复制的解锁文件。如果希望得到一个压缩的音频文件，这个录制的音频流必须进行压缩且代价是音质的降低。

比特率

比特率对于MP3文件来说是可变的。总的原则是比特率越高则声音文件中包含的原始声音信息越多，这样回放时声音质量也越高。在MP3编码的早期，整个文件使用一个固定的比特率，称为固定码率（CBR）。
MPEG-1 Layer 3允许使用的比特率是32、40、48、56、64、80、96、112、128、160、192、224、256和320 kbit/s，允许的采样频率是32、44.1和48千赫兹。44.1kHz是最为经常使用的速度（与CD的采样速率相同），128kbit/s是事实上“好质量”的标准，尽管320kbit/s在P2P文件共享网络上越来越受到欢迎。MPEG-2和[非正式的]MPEG-2.5包括其他一些比特率：6、12、24、32、40、48、56、64、80、96、112、128、144、160kbit/s。
可变码率（VBR）也是可能的。MP3文件的中的音频切分成有自己不同比特率的帧，这样在文件编码的时候就可以动态地改变比特率。尽管在最初的实现中并没有这项功能。VBR技术现在音频/视频编码领域已经得到了广泛的应用，这项技术使得在声音变化大的部分使用较大的比特率而在声音变化小的部分使用较小的比特率成为可能。这个方法类似于声音控制的磁带录音机不记录静止部分节省磁带消耗。一些编码器在很大程度上依赖于这项技术。
高达640kbit/s的比特率可以使用LAME编码器和自由格式来实现，但是由于它并非标准比特率之一，有些低端或早期的MP3播放器不能够播放这些文件。

MP3音频编码

MPEG-1标准中没有MP3编码器的一个精确规范，然而与此相反，解码算法和文件格式却进行了细致的定义。人们设想编码的实现是设计自己的适合去除原始音频中部分信息的算法（或者是它在频域中的改进的离散余弦变换表示）。在编码过程中，576个时域样本被转换成576个频域样本，如果是瞬变信号就使用192而不是576个采样点，这是限制量化噪声随着随瞬变信号短暂扩散。
这是心理声学的研究领域：人类主观声音感知。
这样带来的结果就是出现了许多不同的MP3编码器，每种生成的声音质量都不相同。有许多它们的比较结果，这样一个潜在用户很容易选择合适的编码器。需要记住的是高比特率编码表现优秀的编码器（如LAME这个在高比特率广泛使用的编码器）未必在低比特率的表现也同样好。

MP3音频解码

另一方面，解码在标准中进行了细致的定义。
多数解码器是比特流，也就是说MP3文件解码出来的非压缩输出信号将与标准文档中数学定义的输出信号一模一样（在规定的数值修约误差范围内）。
MP3文件有一个标准的格式，这个格式就是包括384、576、或者1152个采样点（随MPEG的版本和层不同而不同）的帧，并且所有的帧都有关联的头信息（32位）和辅助信息（9、17或者32字节，随着MPEG版本和立体声或者单通道的不同而不同）。头和辅助信息能够帮助解码器正确地解码相关的霍夫曼编码数据。
所以，大多数的解码器比较几乎都是完全基于它们的计算效率（例如，它们在解码过程中所需要的内存或者中央处理器时间）。

ID3和其他标签

“标签”是MP3（或其他格式）中保存的包含如标题、艺术家、唱片、音轨号或者其他关于MP3文件信息等添加到文件的数据。最为流行的标准标签格式当前是ID3 ID3v1和ID3v2标签，最近的是APE tag。
APEv2最初是为Musepack开发的（参见APEv2规范）。APEv2可以与ID3标签在同一个文件中共存，但是它也可以单独使用。

音量归一化（normalization）

由于CD和其他各种各样的音源都是在不同的音量下录制的，在标签中保存文件的音量信息将是有用的，这样的话回放时音量能够进行动态调节。
人们已经提出了一些对MP3文件增益进行编码的标准。它们的设计思想是对音频文件的音量（不是“峰值”音量）进行归一化，这样以保证在不同的连续音轨切换时音量不会有变化。
最流行最常用的保存回放增益的解决方法是被简单地称作“播放增益（Replay Gain）”的方法。音轨的音量平均值和修剪信息都存在元数据标签中。

专利过期

与MP3相关的专利已于2017年4月16日全数过期。MP3进入公有领域后，任何人使用皆无须付专利授权费。