MP3

Informelle Bezeichnung für ein psychoakustisches, verlustbehaftetes Datenreduktionsverfahren für digitale Audiodaten. Die ausführlichere Bezeichnung lautet MPEG-1 Audio Layer 3.

Ziel vom MP3 und anderer ähnlicher Verfahren ist es, die Audiodaten mit möglichst geringen hörbaren Qualitätsverlusten so zu codiern, daß eine möglichst kleine Datenmenge benötigt wird. Dadurch soll Speicherplatz auf Speichermedien eingespart werden, oder Übertragungskapazität bei Datenübertragungen. Zur Kodierung werden bei diesen Verfahren Erkenntnisse der Psychoakustik herangezogen, die sich mit den Eigenschaften des menschlichen Gehörs auseinandersetzt. Vereinfacht gesagt, werden bei der Codierung Fehler zugelassen, die das Gehör nicht merken würde. Wegen dieser Fehler ist das Originalsignal nicht mehr 100% rekonstruierbar, so daß man das Verfahren verlustbehaftet nennt. Die Fehler sind durch Messung u.U. sehr einfach festzustellen, aber nur schwer herauszuhören.

Mit dieser Methode kann man z.B. die Datenmenge einer Audio-CD auf 1/8 bis 1/12 reduzieren, ohne daß sich die Tonqualität merklich verschlechtern würde. Man kann bei MP3 die gewünschte Datenrate und damit die Stärke der Datenreduktion in gewissen Grenzen wählen. Je geringer man die Datenrate wählt, desto eher werden die Fehler hörbar. Auf diese Weise kann man individuelle Kompromisse zwischen Datenmenge und Qualität machen.

Das Format der Daten und die Funktion des Decoders ist in der Norm ISO/IEC 11172-3 festgelegt. Die verschiedenen Decoder sollten daher übereinstimmende Ergebnisse liefern. Die Encoder sind aber nicht in allen Details standardisiert, und es kann deutliche Unterschiede in der Tonqualität geben. Gute Encoder sind in der Lage, bei einer Datenrate von 128 kBit/s oder mehr ein von der CD in aller Regel nicht zu unterscheidendes Ergebnis zu liefern.

Die Entwicklung dieses Verfahrens geschah zwischen 1985 und 1992 in wesentlichen Teilen im Fraunhoferinstitut für Integrierte Schaltungen in Erlangen. Auch an anderer Stelle wurden in diesem Zeitraum Datenreduktionsverfahren entwickelt. Ein weiteres solches Verfahren (MUSICAM) fand als MPEG-1 Audio Layer 1 und Layer 2 Eingang in die gleiche Norm.

Die 1992 verabschiedete Norm MPEG-1 (ISO/IEC 11172) hat zum Zweck die datenreduzierte Codierung von Videofilmen mit einer Datenrate, die der Audio-CD entspricht. Dazu mußte sowohl die Bildinformation, als auch die Toninformation datenreduziert werden. Für die Datenreduktion der Bildinformation gilt Teil 2 der Norm, Teil 3 beschäftigt sich mit der Toninformation. Teil 1 enthält übergreifende Festlegungen. Für die Toninformation einigte man sich darauf, 3 verschiedene Verfahren als "Layer" zu normieren, die bei unterschiedlichem Rechenaufwand unterschiedlich gute Datenreduktion bieten.

• Layer 1 ist dabei das einfachste Verfahren. Es wird praktisch nirgends verwendet, weil es nur geringe Qualität bietet.
• Layer 2 ist das ehemals MUSICAM genannte Verfahren. Es findet breite Verwendung im Digitalrundfunk (z.B. DAB).
• Layer 3 ist MP3, das Verfahren der Gruppe aus dem Fraunhoferinstitut, und findet breite Verwendung im Internet, auf Computern und bei mobilen Audiogeräten. Es ist das rechenintensivste der drei Verfahren, und liefert die beste Qualität bei gegebener Datenrate.

Die Entwicklung ist seit der Normierung 1992 nicht stehen geblieben, und es gibt heute eine ganze Reihe von weiteren Kodierungsverfahren, die nach ähnlichen Prinzipien arbeiten. Dazu gehören Atrac, AAC, AC-3, Ogg-Vorbis, und viele weitere. MP3 hat allerdings von allen solchen Verfahren die weiteste Verbreitung, und kann bezüglich der Qualität noch immer mithalten.

Es existieren auch verlustfreie Datenreduktionsverfahren für Audio, die es erlauben die Originaldaten Bit für Bit zu rekonstruieren (z.B. FLAC). Die erreichbare Datenreduktion ist hier aber weit geringer. Übliche Werte sind eine Reduktion auf etwa die Hälfte. Solche Verfahren sind am ehesten zu vergleichen mit den auf Computern verbreiteten Archivformaten wie z.B. ZIP. Verlustfreie Verfahren gestatten es, die Daten beliebig oft hintereinander zu codieren und wieder zu decodieren, ohne daß ein Qualitätsverlust einträte.

Im Gegensatz dazu verschlechtert sich die Qualität bei jedem Codiervorgang in einem verlustbehafteten Verfahren. Wiederholtes Komprimieren und Dekomprimieren sollte man daher bei solchen Verfahren vermeiden. Aus diesem Grund sind diese Verfahren kein geeignetes Mittel bei der Bearbeitung von Audiodaten. Sie sind sinnvoll bei der Verbreitung von fertig bearbeitetem Material, z.B. über das Internet, über Digitalrundfunk, oder als Datenformat für Abspielgeräte.