特點(diǎn)

MP3是利用人耳對高頻聲音信號不敏感的特性，將時域波形信號轉(zhuǎn)換成頻域信號,，并劃分成多個頻段,，對不同的頻段使用不同的壓縮率，對高頻加大壓縮比（甚至忽略信號）對低頻信號使用小壓縮比,，保證信號不失真,。這樣一來就相當(dāng)于拋棄人耳基本聽不到的高頻聲音，只保留能聽到的低頻部分,，從而將聲音用1∶10甚至1∶12的壓縮率壓縮,。由于這種壓縮方式的全稱叫MPEG Audio Player3,，所以人們把它簡稱為MP3。

根據(jù)MPEG規(guī)范的說法,，MPEG-4中的AAC（Advanced audio coding）將是MP3格式的下一代,。

最高參數(shù)的MP3(320Kbps)的音質(zhì)較之CD的,FLAC和APE無損壓縮格式的差別不多，其優(yōu)點(diǎn)是壓縮后占用空間小,，適用于移動設(shè)備的存儲和使用,。

MP3播放器正在走向消亡

剛剛問世時，MP3播放器是數(shù)字革命的先鋒,。然而隨著消費(fèi)者轉(zhuǎn)向智能手機(jī)等其他數(shù)碼產(chǎn)品,，2012年英國市場iPod和其他MP3播放器的銷量大幅下降。

根據(jù)市場研究公司Mintel的數(shù)據(jù),，2012年,，英國市場MP3播放器的銷售額為1.1億英鎊（約合1.78億美元），僅為2011年3.81億英鎊的29%,。Mintel預(yù)計,，到2017年，英國市場MP3播放器的總銷售額還將下降一半,。而在最壞的情況下，5年后英國市場MP3播放器總銷售額將僅為2500萬美元,。

1,、MP3是一個數(shù)據(jù)壓縮格式；

2,、它丟棄掉脈沖編碼調(diào)制（PCM）音頻數(shù)據(jù)中對人類聽覺不重要的數(shù)據(jù)（類似于JPEG是一個有損圖像壓縮）,，從而達(dá)到了小得多的文件大??；

3、MP3音頻可以按照不同的位速進(jìn)行壓縮,，提供了在數(shù)據(jù)大小和聲音質(zhì)量之間進(jìn)行權(quán)衡的一個范圍,，MP3格式使用了混合的轉(zhuǎn)換機(jī)制將時域信號轉(zhuǎn)換成頻域信號；

4,、32波段多相積分濾波器（PQF）,；

5、36或者12 tap 改良離散余弦濾波器（MDCT）,；每個子波段大小可以在0...1和2...31之間獨(dú)立選擇,；

6、MP3不僅有廣泛的用戶端軟件支持,，還有很多的硬件支持比如便攜式媒體播放器（指MP3播放器）DVD和CD播放器,，去電

歷史

起源

1,、MPEG-1 Audio Layer 2編碼開始時是德國Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt（后來稱為Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt， 德國太空中心）Egon Meier-Engelen管理的數(shù)字音頻廣播（DAB）項目,。這個項目是歐盟作為EUREKA研究項目資助的,，它的名字通常稱為EU-147。EU-147 的研究期間是1987年到1994年,。

2,、到了1991年，就已經(jīng)出現(xiàn)了兩個提案：Musicam（稱為Layer 2）和ASPEC（自適應(yīng)頻譜感知熵編碼）,。荷蘭飛利浦公司,、法國CCETT和德國Institut für Rundfunktechnik提出的Musicam方法由于它的簡單、出錯時的健壯性以及在高質(zhì)量壓縮時較少的計算量而被選中,?；谧訋Ь幋a的Musicam 格式是確定MPEG音頻壓縮格式（采樣率、幀結(jié)構(gòu),、數(shù)據(jù)頭,、每幀采樣點(diǎn)）的一個關(guān)鍵因素。這項技術(shù)和它的設(shè)計思路完全融合到了ISO MPEG Audio Layer I,、II 以及后來的Layer III（MP3）格式的定義中,。在Mussmann教授（University of Hannover）的主持下，標(biāo)準(zhǔn)的制定由Leon van de Kerkhof（Layer I）和Gerhard Stoll（Layer II）完成,。

3,、一個由荷蘭Leon Van de Kerkhof、德國Gerhard Stoll,、法國Yves-François Dehery和德國Karlheinz Brandenburg 組成的工作小組吸收了Musicam和ASPEC的設(shè)計思想,，并添加了他們自己的設(shè)計思想從而開發(fā)出了MP3，MP3能夠在128kbit/s達(dá)到MP2 192kbit/s 音質(zhì),。

4,、所有這些算法最終都在1992年成為了MPEG的第一個標(biāo)準(zhǔn)組MPEG-1的一部分，并且生成了1993年公布的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 11172-3,。MPEG音頻上的更進(jìn)一步的工作最終成為了1994年制定的第二個MPEG標(biāo)準(zhǔn)組MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的一部分,，這個標(biāo)準(zhǔn)正式的稱呼是1995年首次公布的ISO/IEC 13818-3。

5,、編碼器的壓縮效率通常由位速定義,，因為壓縮率依賴于位數(shù)（：en:bit depth）和輸入信號的采樣率。然而,，經(jīng)常有產(chǎn)品使用CD參數(shù)（44.1kHz,、兩個通道、每通道16位或者稱為2x16位）作為壓縮率參考，使用這個參考的壓縮率通常較高,，這也說明了壓縮率對于有損壓縮存在的問題,。

6、Karlheinz Brandenburg使用CD介質(zhì)的Suzanne Vega的歌曲Tom’s Diner來評價MP3壓縮算法,。使用這首歌是因為這首歌的柔和,、簡單旋律使得在回放時更容易聽到壓縮格式中的缺陷。一些人開玩笑地將Suzanne Vega稱為“MP3之母”,。來自于EBU V3/SQAM參考CD的更多一些嚴(yán)肅和critical 音頻選段(glockenspiel,，triangle，accordion...)被專業(yè)音頻工程師用來評價MPEG音頻格式的主觀感受質(zhì)量,。

走向大眾

為了生成位兼容的MPEGAudio文件（Layer 1.Layer 2.Layer 3）,，ISO MPEG Audio委員會成員用C語言開發(fā)的一個稱為ISO 11172-5的參考模擬軟件。在一些非實(shí)時操作系統(tǒng)上它能夠演示第一款壓縮音頻基于DSP的實(shí)時硬件解碼,。一些其它的MPEG Audio實(shí)時開發(fā)出來用于面向消費(fèi)接收機(jī)和機(jī)頂盒的數(shù)字廣播（無線電DAB和電視DVB）,。

后來，1994年7月7日Fraunhofer-Gesellschaft發(fā)布了第一個稱為l3enc的MP3編碼器,。

Fraunhofer開發(fā)組在1995年7月14日選定擴(kuò)展名.mp3（以前擴(kuò)展名是.bit）,。使用第一款實(shí)時軟件MP3播放器Winplay3（1995年9月9日發(fā)布）許多人能夠在自己的個人電腦上編碼和回放MP3文件。由于當(dāng)時的硬盤相對較?。ㄈ?00MB）,，這項技術(shù)對于在計算機(jī)上存儲娛樂音樂來說是至關(guān)重要的。

MP2,、MP3與因特網(wǎng)

1993年10月,，MP2(MPEG-1 Audio Layer 2)文件在因特網(wǎng)上出現(xiàn)，它們經(jīng)常使用Xing MPEG Audio Player播放,，后來又出現(xiàn)了Tobias Bading為Unix開發(fā)的MAPlay,。MAPlay于1994年2月22日首次發(fā)布,，已經(jīng)移植到微軟視窗平臺上,。

剛開始僅有的MP2編碼器產(chǎn)品是Xing Encoder和CDDA2WAV，CDDA2WAV是一個將CD音軌轉(zhuǎn)換成WAV格式的CD抓取器,。

Internet Underground Music Archive（IUMA）通常被認(rèn)為是在線音樂革命的鼻祖,，IUMA是因特網(wǎng)上第一個高保真音樂網(wǎng)站，在MP3和網(wǎng)絡(luò)流行之前它有數(shù)千首授權(quán)的MP2錄音,。

從1995年上半年開始直到整個九十年代后期,，MP3開始在因特網(wǎng)上蓬勃發(fā)展。MP3的流行主要得益于如Nullsoft于1997年發(fā)布的Winamp和Napster于1999年發(fā)布的Napster這樣的公司和軟件包的成功,，并且它們相互促進(jìn)發(fā)展,。這些程序使得普通用戶很容易地播放、制作,、共享和收集MP3文件,。

關(guān)于MP3文件的點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)文件共享的爭論在最近幾年迅速蔓延—這主要是由于壓縮使得文件共享成為可能,，未經(jīng)壓縮的文件過于龐大難于共享。由于MP3文件通過因特網(wǎng)大量傳播一些主要唱片廠商通過法律起訴Napster來保護(hù)它們的版權(quán)（參見知識產(chǎn)權(quán)）,。

如iTunes Music Store這樣的商業(yè)在線音樂發(fā)行服務(wù)通常選擇其它或者專有的支持?jǐn)?shù)字版權(quán)管理（DRM）的音樂文件格式以控制和限制數(shù)字音樂的使用,。支持DRM的格式的使用是為了防止受版權(quán)保護(hù)的素材免被侵犯版權(quán)，但是大多數(shù)的保護(hù)機(jī)制都能被一些方法破解,。這些方法能夠被計算機(jī)高手用來生成能夠自由復(fù)制的解鎖文件,。一個顯著的例外是微軟公司的Windows Media Audio 10格式，它還沒有被破解,。如果希望得到一個壓縮的音頻文件,，這個錄制的音頻流必須進(jìn)行壓縮并且?guī)硪糍|(zhì)的降低。

音頻質(zhì)量

因為MP3是一種有損壓縮格式,，它提供了多種不同“比特率”（bit rate）的選項—也就是用來表示每秒音頻所需的編碼數(shù)據(jù)位數(shù),。典型的速度介于128kbps和320kbps（kbit/s）之間。與此對照的是,，CD上未經(jīng)壓縮的音頻比特率是1411.2 kbps（16 位/采樣點(diǎn) × 44100 采樣點(diǎn)/秒 × 2 通道）,。

使用較低比特率編碼的MP3文件通常回放質(zhì)量較低,。使用過低的比特率,，“壓縮噪聲（compression artifact）”（原始錄音中沒有的聲音）將會在回放時出現(xiàn)。說明壓縮噪聲的一個好例子是：壓縮歡呼的聲音,；由于它的隨機(jī)性和急劇變化,，所以編碼器的錯誤就會更明顯，并且聽起來就象回聲,。

除了編碼文件的比特率之外,；MP3文件的質(zhì)量，也與編碼器的質(zhì)量以及編碼信號的難度有關(guān),。使用優(yōu)質(zhì)編碼器編碼的普通信號,，一些人認(rèn)為128kbit/s的MP3以及44.1kHz的CD采樣的音質(zhì)近似于CD音質(zhì)，同時得到了大約11:1的壓縮率,。在這個比率下正確編碼的MP3只能夠獲得比調(diào)頻廣播更好的音質(zhì),，這主要是那些模擬介質(zhì)的帶寬限制、信噪比和其他一些限制,。然而,，聽力測試顯示經(jīng)過簡單的練習(xí)測試聽眾能夠可靠地區(qū)分出128kbit/s MP3與原始CD的區(qū)別。在許多情況下他們認(rèn)為MP3音質(zhì)太低是不可接受的,，然而其他一些聽眾或者換個環(huán)境（如在嘈雜的車中或者聚會上）他們又認(rèn)為音質(zhì)是可接受的,。很顯然，MP3編碼的瑕疵在低端聲卡或者揚(yáng)聲器上比較不明顯而在連接到計算機(jī)的高質(zhì)量立體聲系統(tǒng)，尤其是使用高保真音響設(shè)備或者高質(zhì)量的耳機(jī)時則比較明顯,。

Fraunhofer Gesellschaft（FhG）在他們的官方網(wǎng)站上,，公布了下面的MPEG-1 Layer 1/2/3的壓縮率和數(shù)據(jù)速率用于比較：

Layer 1: 384 kbit/s，壓縮率 4:1

Layer 2: 192 - 256 kbit/s,，壓縮率 8:1-6:1

Layer 3: 112 - 128 kbit/s,，壓縮率 12:1-10:1

不同層面之間的差別是因為它們使用了不同的心理聲學(xué)模型導(dǎo)致的；Layer 1的算法相當(dāng)簡單,，所以編碼就需要更高的比特率,。然而，由于不同的編碼器使用不同的模型,，很難進(jìn)行這樣的完全比較,。

許多人認(rèn)為所引用的速率，出于對Layer 2和Layer 3記錄的偏愛,，而出現(xiàn)了嚴(yán)重扭曲,。他們爭辯說實(shí)際的速率如下所列：

Layer 1: 384 kbit/s 優(yōu)秀

Layer 2: 256 - 384 kbit/s 優(yōu)秀，224 - 256 kbit/s 很好,，192 - 224 kbit/s 好

Layer 3: 224 - 320 kbit/s 優(yōu)秀,，192 - 224 kbit/s 很好，128 - 192 kbit/s 好

當(dāng)比較壓縮機(jī)制時,，很重要的是要使用同等音質(zhì)的編碼器,。將新編碼器與基于過時技術(shù)甚至是帶有缺陷的舊編碼器比較可能會產(chǎn)生對于舊格式不利的結(jié)果。由于有損編碼會丟失信息這樣一個現(xiàn)實(shí),，MP3算法通過創(chuàng)建人類聽覺總體特征的模型盡量保證丟棄的部分不被人耳識別出來（例如,，由于noise masking），不同的編碼器能夠在不同程度上實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),。

一些可能的編碼器：

Mike Cheng在1998年早些時候首次開發(fā)的LAME,。 與其他相比，它是一個完全遵循LGPL的MP3編碼器,，它有良好的速度和音質(zhì),，甚至對MP3技術(shù)的后繼版本形成了挑戰(zhàn)。

Fraunhofer Gesellschaft：有些編碼器不錯,，有些有缺陷,。

許多的早期編碼器已經(jīng)不再廣泛使用：

ISO dist10

Xing

BladeEnc

ACM Producer Pro.

好的編碼器能夠在128到160kbit/s下達(dá)到可接受的音質(zhì),，在160到192kbit/s下達(dá)到優(yōu)良的音質(zhì),。所以不在特定編碼器或者最好的編碼器話題內(nèi)說128kbit/s或者192kbit/s下的音質(zhì)是容易引起誤解的。一個好的編碼器在128kbit/s下生成的MP3有可能比一個不好的編碼器在192kbit/s下生成的MP3音質(zhì)更好,。另外,，即使是同樣的編碼器同樣的文件大小，一個不變比特率的MP3可能比一個變比特率的MP3音質(zhì)要差很多。

需要注意的一個重要問題是音頻信號的質(zhì)量是一個主觀判斷,。安慰效果 (Placebo effect) 是很嚴(yán)重的,。許多用戶在A/B測試中都沒有通過，他們無法在更低的比特率下區(qū)分文件,。一個特定的比特率對于有些用戶來說是足夠的,，對于另外一些用戶來說是不夠的。每個人的聲音感知可能有所不同,，所以一個能夠滿足所有人的特定心理聲學(xué)模型并不明顯存在,。僅僅改變試聽環(huán)境，如音頻播放系統(tǒng)或者環(huán)境可能就會顯現(xiàn)出有損壓縮所產(chǎn)生的音質(zhì)降低,。上面給出的數(shù)字只是大多數(shù)人的一個大致有效參考,，但是在有損壓縮領(lǐng)域真正有效的壓縮過程質(zhì)量測試手段就是試聽音頻結(jié)果。

如果你的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)沒有質(zhì)量損失的音頻文件或者用在演播室中的音頻文件,，就應(yīng)該使用無損壓縮(Lossless)算法,，能夠?qū)?6位PCM音頻數(shù)據(jù)壓縮到38%并且聲音沒有任何損失，這樣的無損壓縮編碼有LA ,、Sony ATRAC Advanced Lossless,、Dolby TrueHD、DTS Master Lossless Audio,、MLP,、Sony Reality Audio、WavPack,、Apple Lossless,、TTA、FLAC,、Windows Media Audio 9 Lossless (WMA) 和APE (Monkey's Audio)等等,。

對于需要進(jìn)行編輯、混合處理的音頻文件要盡量使用無損格式,，否則有損壓縮產(chǎn)生的誤差可能在處理后無法預(yù)測,，多次編碼產(chǎn)生的損失將會混雜在一起，在處理之后進(jìn)行編碼這些損失將會變得更加明顯,。無損壓縮在降低壓縮率的代價下能夠達(dá)到最好的結(jié)果,。

一些簡單的編輯操作，如切掉音頻的部分片段,，可以直接在MP3數(shù)據(jù)上操作而不需要重新編碼,。對于這些操作來說，只要使用合適的軟件（"mp3DirectCut"和"MP3Gain"）,，上面提到的問題可以不必考慮,，

專利問題

Thomson Consumer Electronics在認(rèn)可軟件專利的國家控制著MPEG-/2 Layer 3 專利的授權(quán),，這些國家包括美國和日本，歐盟國家不包括在內(nèi),。Thomson積極地加強(qiáng)這些專利的保護(hù),。Thomson已經(jīng)在歐盟國家被歐洲專利局授予軟件專利，但是還不清楚它們是否會被那里的司法所加強(qiáng),。參見歐洲專利協(xié)定中的軟件專利,。

關(guān)于Thomson專利文件、授權(quán)協(xié)議和費(fèi)用的最新信息請參考它們的網(wǎng)站,。

在1998年9月,，F(xiàn)raunhoferInstitute向幾個MP3軟件開發(fā)者發(fā)去了一封信聲明“發(fā)布或者銷售編碼器或者解碼器”需要授權(quán)。這封信宣稱非經(jīng)授權(quán)的產(chǎn)品“觸犯了 Fraunhofer和Thomson的專利權(quán),。制造,、銷售或者發(fā)布使用[MPEG Layer-3]標(biāo)準(zhǔn)或者我們專利的產(chǎn)品，你們需要從我們這里獲得這些專利的授權(quán)協(xié)議,?！?/p>

這些專利問題極大地減慢了未經(jīng)授權(quán)的MP3軟件開發(fā)并且導(dǎo)致人們的注意力轉(zhuǎn)向開發(fā)和歡迎其它如WMA和Ogg Vorbis這樣的替代品。Windows開發(fā)系統(tǒng)的制造商微軟公司從MP3專向它們自有的Windows Media格式以避免與專利相關(guān)的授權(quán)問題,。直到那些關(guān)鍵的專利過期之前,，未經(jīng)授權(quán)的編碼器和播放器在認(rèn)可軟件專利的國家看起來都是非法的。

盡管有這些專利限制,，永恒的MP3格式繼續(xù)向前發(fā)展,；這種現(xiàn)象的原因看起來是由如下因素帶來的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)：

* 熟悉這種格式，不知道有其它可選格式存在,，

* 這些可選格式?jīng)]有普遍地明顯超過MP3的優(yōu)勢這樣一個現(xiàn)實(shí),，

* 大量的MP3格式音樂，

* 大量的使用這種格式的不同軟件和硬件,，

* 沒有DRM保護(hù)技術(shù),，這使得MP3文件可以很容易地修改、復(fù)制和通過網(wǎng)絡(luò)重新發(fā)布,，

* 大多數(shù)家庭用戶不知道或者不關(guān)心軟件專利爭端,，通常這些爭端與他們個人用途而選用MP3格式無關(guān)。

另外,，專利持有人不愿對于開源解碼器加強(qiáng)授權(quán)費(fèi)用的征收,，這也帶來了許多免費(fèi)MP3解碼器的發(fā)展。另外,，盡管他們試圖阻止發(fā)布編碼器的二進(jìn)制代碼,， Thomson已經(jīng)宣布使用免費(fèi)MP3編碼器的個人用戶將不需要支付費(fèi)用。盡管專利費(fèi)是許多公司打算使用MP3格式時需要考慮的問題,，對于用戶來說并沒有什么影響,，這就帶來了這種格式的廣受歡迎的效應(yīng)。

Sisvel S.p.A. 和它的美國子公司Audio MPEG,Inc. 以前曾經(jīng)以侵犯MP3技術(shù)專利為由起訴Thomson,，但是那些爭端在2005年11月最終以Sisvel給Thomson MP3授權(quán)而結(jié)束,，Motorola也與Audio MPEG簽署了MP3的授權(quán)協(xié)議。由于Thomson和Sisvel都擁有他們聲稱編解碼器必需的單獨(dú)的專利,，MP3專利的法律狀態(tài)還不清晰,。

Fraunhofer的專利在2010年4月已經(jīng)到期，MP3算法不受專利保護(hù),。