MP3

Aprile 2015


Presentazione del formato MP3


L' MP3 (« MPEG Audio layer 3 ») è un formato di compressione di dati audio con distruzione di dati, sviluppato dall'organizzazione di standardizzazione internazionale (ISO). Questo formato permette di comprimere ad un tasso di 1:12 i formati audio abituali (WAV o CD audio).

Esso permette di poter conservare l'equivalente in file di dodici album musicali su un solo CD-ROM. Inoltre, il formato MP3 non altera il suono per l'orecchio umano, se non in maniera molto leggera.

Il contesto


In effetti la compressione MPEG layer 3 consiste nel togliere dai dati audio le frequenze non udibili dall'ascoltatore medio nelle normali condizioni d'ascolto. La compressione punta quindi ad analizzare le componenti spettrometriche di un segnale audio, e di applicare loro un metodo psicoacustico per conservare solo i suoni « udibili ». L'orecchio umano è capace di distinguere, in media, dei suoni fra 0.02 kHz e 20 kHz, sapendo che la sua sensibilità è massima per delle frequenze tra 2 e 5 kHz (la voce umana è tra 0.5 e 2 kHz), secondo una curva data da Fletcher e Munson.


La compressione consiste nel determinare i suoni che noi non sentiamo e a cancellarli, si tratta quindi di una compressione distruttiva, cioè con perdita di informazioni.

Le procedura

L'effetto maschera


Gabriel Bouvigne spiega:
« Quando guardate il sole e un uccello passa nel suo asse, non lo vedete perché la luce del sole è troppo forte. In acustica, succede la stessa cosa. Quando ci sono dei suoni ad alto volume sonoro, non riuscite a sentire i suoni deboli. Prendete l'esempio di un organo : quando l'organista non suona, riuscite a sentire l'aria nei tubi, e quando suona, non li sentite più perché sono coperti.
Non è quindi fondamentale registrare tutti i suoni, e questa è la prima proprietà utilizzata dal formato MP3 per guadagnare dello spazio. »

Il serbatoio dei byte


Spesso, alcuni passaggi di una musica non possono essere decodificati senza alterarne la qualità. L'mp3 usa quindi un piccolo serbatoio di byte utilizzando dei passaggi che possono essere decodificati ad un tasso inferiore rispetto al resto dei dati.

Il joint stereo


In molti impianti hi-fi, vi è un unico subwoofer (che riproduce i bassi). Tuttavia non si ha l'impressione che il suono provenga da questo subwoofer ma piuttosto dagli altoparlanti satelliti. In effetti, sotto una certa frequenza l'orecchio umano è incapace di localizzare l'origine di un suono. Il formato mp3 può sfruttare (in opzione) questa astuzia utilizzando il metodo del joint stero. Così alcune frequenze sono registrate in mono ma sono accompagnate da informazioni complementari per restituire un minimo di effetto spaziale.

Il codice Huffman


L'algoritmo di Huffman è un algoritmo di codifica (e non di compressione), che agisce alla fine della compressione, creando dei codici di lunghezza variabile su un gran numero di bit. I codici hanno il vantaggio di avere un prefisso unico, tuttavia possono essere decodificati correttamente malgrado la loro lunghezza variabile, e rapidamente grazie ad una corrispondenza di tabelle. Questo tipo di decodifica permette di guadagnare in media qualcosa meno del 20% di spazio.
Quando i suoni sono « puri » (non vi è nessuna maschera) l'algoritmo Huffman è molto efficace dato che il suono digitale contiene numerosi suoni che si ripetono.

I risultati


In questo modo, un minuto di un CD-audio (ad una frequenza di 44.1 kHz, 16 bit, stereo) occuperà un solo MB.
Una canzone avrà in media una dimensione di 3 o 4 MB, il che renderà possibile il download anche con un modem.

Frequenza (Hz)ModeBanda Qualitàcompressione
11.025Mono8 kbpsPessima200:1
22.050Stereo64 kbpsCattiva25:1
44.100Stereo96 kbpsAccettabile16:1
44.100Stereo128 kbpsBuona12:1
44.100Stereo196 kbpsMolto buona12:1



La decompressione di un file MP3 (cioè la lettura) viene fatta in tempo reale con una CPU Pentium 166, ma monopolizza una grossa parte delle risorse del sistema, per questo è sconsigliato (a meno di non avere un'ottima apparecchiatura) di lanciare un'altra applicazione che richiede molta memoria durante la lettura.

La legislazione


Il formato MP3 non è illegale, dato che rappresenta unicamente un modo di comprimere dei dati numerici. Ma il suo uso può esserlo. Durante l'utilizzo di file Mp3, assicuratevi di rispettare i diritti d'autore: potete fare una copia (di backup) di una canzone di cui avete l'originale, ma non potete scaricare o archiviare la musica di un artista che non ha ceduto i diritti di utilizzazione. Ed è raro che la canzone che desiderate (diffusa alla radio, ...) possa legalmente essere scaricabile.
Per poter consultare questo documento offline, ne potete scaricare gratuitamente una versione in formato PDF:
Mp3.pdf

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