Mp3

מתוך WikiBook

הקדמה

מקור רעיון הפיתוח של הטכנולוגיה התפתחה במקביל לטכנולוגיית דחיסת קבצי המוסיקה (mp3), ובכך נפרצה לחלוטין שמירת זכויות יוצרים (ראה פירוט ב-http://www.law.co.il/showarticles.php?d=h&article=113) .

תחילת פיתוח קבצי ומכשירי MP3 פנתה לשוק נגני המוסיקה הניידים וזאת דווקא ע"י חברות קטנות במזרח הרחוק. עד מהרה הבינו גם החברות הגדולות שלא יוכלו להתעלם מהפוטנציאל המסחרי העצום הגלום בטכנולוגיה ובמכשירי ה-MP3 : כל תקליטור של MP3 יכול להכיל עד 200 שירים והניווט בין השירים התאפשר לאור תמיכה בתויות D3 על גבי מסכי LCD. בשנים האחרונות פותחו נגני mp3 על בסיס דיסק קשיח בעלי זכרון המגיעים ל-180 GB ויותר, המשמשים במגוון פונקציות כגון טייפ מנהלים, מקלטי רדיו, שמירת קבצי text, מצגות גרפיות, תמונות סטילס, קבצי וידאו, גליונות אלקטרוניים, ספר טלפונים, לוח שנה, משחקים ועוד. כמו כן, פותחו גם נגני MP3 בעלי זכרון פלאש המגיעים עד 6 GB. וגם פותחו לאחרונה איפודים שמגיעים עד 30 GB.

ההיסטוריה של ה-MP3

קידוד "MPEG-1 Audio Layer 2" או בקיצור הMP2, התחיל את דרכו בפרוייקט DAB (אשר פעל מ-1987 עד 1994), פרי יוזמת אגודת פראנהופר ובמימון האיחוד האירופי (כחלק ממחקר הEUREKA, הידוע גם כEU-147). בשנת 1991 הוגשו שתי הצעות לאלגוריתם הדחיסה: Musicam ו-הASPEC (ראשי תיבות של Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding). לבסוף נבחר Musicam להיות MP2 בגלל הפשטות שלו וחסינותו לרעשים. קבוצת מתכנתים, בהם קרלהיינץ ברדנבורג ויורגן הר, שאבה רעיונות מרכזיים מ-Musicam ומ-ASPEC, הוסיפה מספר רעיונות משלה, ויצרה את הMP3 - אלגוריתם משופר אשר תוכנן להשיג את האיכות של MP2 המקודד ב192 קילוביט לשניה (Kb/s) בעזרת 128 קילוביט לשנייה בלבד. פיתוח שני האלגוריתמים הסתיים בשנת 1992 והוגדר ב"MPEG-1", אגד התקנים הראשון של MPEG (השם המלא הוא ISO/IEC 11172-3) אשר פורסם ב1993. קבצי MP2 הופיעו באינטרנט כבר ב-1993, כאשר "מחתרת המוזיקה של האינטרנט" (הIUMA) נחשבת לתחילת מהפכת המוזיקה המקוונת. הIUMA אירח אלפי קבצים חוקיים של MP2. בשנת 1995, הפופולריות של קיבצי הMP3קיבלה תאוצה אדירה. הצלחה זו של הפורמט הניעה וגם נבעה מהצלחתם של נגני הקבצים (כגון Winamp של Nullsoft) ותוכנות לשיתוף קבצים (אשר התחילו עם Napster, המשיכו עם Kazaa והתוכנה השולטת בתחום כיום היא Emule). מעבר לקבצי ה-MP3 הוא מהמכבידים ביותר על תשתית האינטרנט עקב ביקוש והיצע עצומים של כמעט כל שיר אפשרי. גודלם הקטן של קבצי MP3 ואיכות השמע הגבוהה יחסית איפשרה את הפריחה חסרת התקדים בשימוש ברשתות שיתוף קבצים באינטרנט. תופעה זו הפכה את המוזיקה לנגישה לכולם ועוררה שאלות רבות בנוגע לחוקי זכויות היוצרים במציאות החדשה. היורש המתוכנן של MP3, על פי MPEG, הינו אלגוריתם הAAC המפורט בתקן 4-MPEG. זאת למרות שהיו נסיונות 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 "יורשים פוטנציאליים" בזמן הקרוב.

איכות השמע והמקודדים

איכות הקידוד המינימאלית הנחוצה בכדי שקובץ ה-MP3 ישמע קרוב מספיק למקור הינה דבר סובייקטיבי. האיכות המקובלת כסף תחתון הינה 128Kb/s ו192Kb\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 קבצי MP3 שונים. מקודד המיועד לאיכויות גבוהות (כגון LAME) לא יתפקד בהכרח בצורה טובה עבור איכויות נמוכות.

אז.. איך זה עובד?

מאחר וקבצי מדיה(וידאו או סאונד לצורך העניין) גולמיים ולא דחוסים דורשים שטח אחסון אדיר הם "נדגמים", כלומר מומרים מהמקור לאות דיגיטלי ע"י מדידת גל הקול האנלוגי - מדידת השיאים שלו או הפיקים - ומתן ערכים מספריים לכל שיא פעולה הנעשית ע"י DAC - DigitalAnalogConvertor - ממיר אנלוגי דיגיטלי. מאחר ואין שטח אחסון רב כל-כך במרבית המחשבים הבייתים, התעורר צורך לעשות פעולה כלשהי על מנת להתמודד עם קבצים אדירים אלו. לכן פותחו מקודדים, מפענחים וקודק Compression/DEcompression) CODEC). מקודד זה בפורמט הרלוונטי (MP3 MPC OGG וכו' על פי התקן והמפתח) גוזר / מסיר מן הקטע את כל אותם תדרים בקטע הקול הדיגיטלי שאינם נשמעים לאוזן האדם (גבוהים או נמוכים מדי - טווח יכולת האדם לשמוע בטווח שבין 6 HZ ו- 20,000 HZ), וכך מאפשר לצמצם באופן משמעותי ביותר את גודלו הוירטואלי של הקובץ כמעט ללא פגיעה באיכות המדיה, ביחס של 1-20 כלומר, קובץ בן 20 MB יהיה בן 1 MB ולא יחול הבדל משמעותי לאוזן האדם במדיה הנשמעת. שיטה נוספת לצימצום "משקל" הקובץ בעת תהליך ההמרה נקראת joint stereo. כל שיר כיום מוקלט בצורה סטריאופונית, כלומר, מחולק לצלילים לרמקול הימיני וצלילים לרמקול השמאלי(ערוץ שמאל וימין). החלק העיקרי בכל שיר הוא זהה ומוקלט פעמיים למעשה, פעם לשמאל ופעם לימין, כאשר יש מעט מאוד הבדלים במהלך השיר בין הצדדים. כאשר באים לידי ביטוי אותם הבדלים אנו חשים את ההקלטה הסטריאפונית (הערוץ השמאלי חזק יותר או לא קיים כלל בערוץ הימני). שיטת ה-joint stereo למעשה מאחדת את השיר לערוץ אחד ומקליטה או רושמת בנתוני הקובץ רק את השינויים וההבדלים בין הערוצים. בתהליך ההשמעה הוא הפתיחה של הקידוד, יושמע אותו ערוץ בשני הרמקולים בצורה זהה, מלבד אותם הבדלים שיוצרים את הסטריאו- אלו ינוגנו כמו בשיטה הישנה, לחוד לכל ערוץ. כך חוסכת השיטה במקום ושומרת על ההקלטה הסטריאפונית. בכל מחשב ניתן להתקין מפענח (DE-CODER) שלמעשה "פותח" את הקובץ ומפענח את הקידוד הרלוונטי בו קודד הקובץ - ממיר אותו לאות אנלוגי לכרטיס הקול (גם סוג של מפענח אותות דיגיטליים לאותות סאונד) ומשם להגברה או לרמקולים. חברת MPEG - Moving Picture Experts Group, היא הראשונה שפתחה את אלגוריתם הקידוד הזה ומאז הוא ממשיך להתפתח על ידי חברות שונות כמו DIVX ו-XVID או OGG VORBIS. איכות הפיתוחים מתבטאת בצמצום מתמיד של גודל הקובץ לעומת פגיעה מינימלית באיכותו.

אלטרנטיבות

ישנם אלגוריתמי דחיסת קול מעבדי מידע נוספים, בהם MPEG-4 AAC, AC3, ATRAC, MP3PRO, MPC, Ogg 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 מעבר ל-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, המלחין, אורך הקובץ ועוד. התגים הנפוצים הם ה-ID3 וה-APEv2.

המרת שיר ל -MP3

לשם המרת שיר ל-MP3 יש להיעזר בתוכנה מתאימה, אשר הופכת בשלב ראשון את השיר למידע ובהמשך מקודדת אותו. לרוב, תוכנות אלו יקליטו את השיר מהמקור הרצוי (דיסק לדוגמא) אל המחשב בגודלו ואיכותו המקורית וכקובץ WAV. החסרון שבהעתקה זו הוא גודל הקובץ כאשר שיר ממוצע של 4-5 דקות "שוקל" כ-40-60 מגה בייט. השלב השני בתוכנות אלו הוא הקידוד - תהליך המרת קובץ ה-WAV לקובץ MP3 - כנזכר לעיל, באמצעות "ניקוי" או "הסרת" הצלילים שאינם נשמעים בתדרי האוזן האנושית והשימוש בשיטת ה-joint stereo קיימות תוכנות רבות לכך. אחת מהן, לדוגמה, נקראת CDEX, שניתן להורידה מהאתר http://www.download.com

קישורים רלוונטים

קבוצת http://www.chiariglione.org/mpeg - MPEG

פרקי ספר הלימוד