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MP3. Das Audioformat. Daniela Wurhofer und Ismail Karagöz. Übersicht. Einführung Aufbau Kompression & Codierung. Einführung. Was ist MP3? Abkürzung für Motion Picture Experts Group, Audio Layer-3.

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Presentation Transcript

  1. MP3 Das Audioformat Daniela Wurhofer und Ismail Karagöz

  2. Übersicht • Einführung • Aufbau • Kompression & Codierung

  3. Einführung • Was ist MP3? • Abkürzung für Motion Picture Experts Group, Audio Layer-3. • Audiocodierungsverfahren; Audiodaten werden bis auf ein Zwölftel ihrer Größe komprimiert, ohne hörbare Qualitätsverluste. [Die Qualitätsstufen von MP3 im Vergleich]

  4. Einführung • Die Geschichte von MP3 • ab 1987 Verfahren am Fraunhofer-Institut IIS-A (Institut Integrierte Schaltungen) in Erlangen entwickelt. • 1989 Patent in Deutschland angemeldet und erteilt. • 1992 von der ISO (International Standards Organisation) akzeptiert und in die Spezifikation der MPEG integriert. [Das Fraunhofer-Institut]

  5. Aufbau • Die Struktur eines MP3s • MP3s werden in kleinere Einheiten, die als Frames bezeichnet werden geteilt. • Jeder Frame besteht aus einem Header und den Daten. • Am Anfang oder Ende des MP3s können im so genannten ID3-Tag Informationen zur Musikdatei angegeben werden.

  6. Aufbau • Der Header

  7. Aufbau • Struktur des Headers • Headerlänge: 32 Bit

  8. Kompression & Codierung Psychoakustisches Modell Huffman-Codierung

  9. Kompression & Codierung • Kompressionsarten • Verlustlose Kompression= 100%ige Rekonstruktion der Daten (ZIP-Verfahren) • Verlustbehaftete Kompression= Verminderung der Qualität akzeptabel (Bild- & Audiodaten) MP3 ist verlustbehaftet

  10. Kompression & Codierung • Einteilung der Datei in kleinere Einheiten (Frames zu 26ms) • Analyse der „spektralen Energieverteilung“ • Maximale Bitanzahl/Frame aufgrund der Encoding Bitrate berechnen. • Komprimierung des Bitstreams mittels Huffman-Coding (verlustfrei). • Ausgabe der Daten in Frames (Header vorangestellt). • Arbeitsschritte beim Codierungsvorgang

  11. Kompression & Codierung • Psychoakustisches Modell • Herausfilterung der nicht wahrnehmbaren Daten  Frequenzen unter 20Hz und über 16Khz.

  12. Kompression & Codierung • Psychoakustisches Modell

  13. Kompression & Codierung • Psychoakustisches Modell – Maskierung • Simultanes Masking:Unvermögen des Gehörs, 2 gleichzeitig auftretende, ähnliche Frequenzen auseinander zu halten Wegfilterung einer Frequenz bei Kompression • Temporales Masking2 Töne die kurz aufeinander folgen, wird nur der lautere wahrgenommen Wegfilterung des leiseren Tones

  14. Kompression & Codierung • Psychoakustisches Modell – Joint Stereo • Tiefe Töne werden nicht Stereo, sondern Mono encodiert  geringere Bitrate benötigt

  15. Kompression & Codierung • Huffman Codierung • Verlustloses Kompressionsverfahren • Gesamtgrösse der Datei nochmals um 20% verringert

  16. Kompression & Codierung • Huffman Codierung • Analyse von relativen Häufigkeiten • Variable Codewortlänge  Symbole mit höherem Vorkommen – kürzere Codeworte  Kompressionsrate

  17. Kompression & Codierung • Huffman Codierung & MP3 • Masking: Polyphone Elemente (viele Töne gleichzeitig und überlagert) werden komprimiert • Abschnitte, in denen der Klang konstant bleibt – relativ große Redundanz  Huffmancoding

  18. Kompression & Codierung • Struktur der MPEG Kompression • Unterteilung des gesamten Signals in Subbänder (= Zeit-Frequenz-Zuordnung) • Implementierung des Psychoakust. Modells  Fast-Fourier-Transformation (FFT) eingesetzt

  19. Kompression & Codierung • Struktur der MPEG Kompression • Quantifizierung und Encodierung jedes einzelnen Samples in den Subbändern • Endgültige Erzeugung der komprimierten Datei – digitalisierte Audiodaten in einzelne Frames unterteilt

  20. Kompression & Codierung • Erweiterung bei MP3: • Weiterer Filter kommt zum Einsatz: Discrete Consine Transform Filter (DCTF)  bessere Performance und mehr Zuverlässigkeit • Der 4. Phase (Vorbereitung der Frames) ist ein komplexer Algorithmus hinzugefügt  Variation der Framegrösse, Reserve Bit

  21. ENDE

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