science >> Wetenschap > >> anders

Wie heeft mp3's uitgevonden?

Overal zijn hardlopers dank verschuldigd aan de geesten achter de ontwikkeling van mp3's. © John Howard/Thinkstock

MP3 is een zeer populair formaat voor het coderen en comprimeren van audiobestanden, een die sterk heeft bijgedragen aan een snelle toename van de beschikbaarheid van digitale muziek online en heeft bijgedragen tot grote veranderingen in de manier waarop we muziek consumeren. De juiste naam is MPEG-1 Audio Layer III . MPEG staat voor Motion Picture Experts Group ( MPEG ), een groep die in 1988 werd opgericht om specifieke normen vast te stellen voor digitale audio- en videocodering en aanverwante technologieën. MPEG is een tak van de internationale standaarden organisatie ( ISO ), een in Genève gevestigde groep die vrijwillige normen vaststelt voor een grote verscheidenheid aan industrieën over de hele wereld. MP3 kan mono of stereo digitale audio comprimeren tot ongeveer een tiende van de oorspronkelijke grootte, digitaal gesproken, voor eenvoudige overdracht via internet, of voor opslag van grote aantallen nummers op harde schijven van computers, cd's, dvd's of mp3-spelers (zoals de iPod) zonder de geluidskwaliteit in grote mate in gevaar te brengen (hoewel het een beetje aan kwaliteit inboet, qua geluid).

Een MP3-encoder kwantiseert audiogegevens in getallen, die kan worden verkleind door ze allemaal te delen door een ander getal en afronding. Individuele banden kunnen anders worden geschaald om de precisie aan te passen. De encoder gebruikt dan iets genaamd Huffman-codering om deze getallen om te zetten in nog kortere binaire informatiereeksen met behulp van zoekbomen (in werkelijkheid, tabellen met de mogelijke getallen en hun binaire codes). Deze tabellen hebben de kortere, minder precieze getallen bovenaan, zodat ze als eerste kunnen worden gelokaliseerd. Als een geluidselement goed waarneembaar is, het wordt met meer precisie gecodeerd dan een die moeilijker te horen is om de geluidskwaliteit zo hoog mogelijk te houden en de grootte van het gegevensbestand te verkleinen.

Samen met het bovenstaande, MP3 maakt ook gebruik van sommige psycho-akoestisch (hoe mensen geluid waarnemen) fenomenen om audiobestanden te comprimeren tot kleinere formaten. Voor een, het negeert de gegevens voor alle geluiden die lager of hoger zijn dan wat het menselijk oor daadwerkelijk kan horen. We kunnen frequenties horen in ongeveer de 20 Hz tot 20, 000 Hz-bereik (hoewel de gemiddelde volwassene niet veel boven het 16 KHz-niveau kan horen vanwege gehoorbeschadiging door blootstelling aan hard geluid die van nature gedurende het hele leven optreedt). MP3-codering maakt ook gebruik van de Haas-effect, waar twee identieke geluiden die bijna tegelijkertijd maar uit verschillende richtingen aankomen, worden waargenomen als een enkel geluid uit één richting, en frequentiemaskering , waarbij een luider geluid met een vergelijkbare frequentie als een zachter geluid het enige is dat hoorbaar is als beide tegelijkertijd spelen, om gegevens kwijt te raken. Deze voorliefde voor het weggooien van audiogegevens is de reden waarom MP3 a . wordt genoemd verliesgevend compressiemethode, hoewel het enkele verliesvrije methoden gebruikt, te, zoals Huffman-codering. MP3-codering gebruikt andere, meer traditionele compressiemethoden voor eenvoudigere of meer hoorbare geluiden die niet ten prooi vallen aan deze psycho-akoestische effecten, ook.

Het maken van MP3-bestanden is handig geweest, waardoor we gemakkelijk muziek via internet kunnen verzenden en honderden of duizenden nummers op onze telefoons of digitale muziekspelers kunnen meenemen. MP3 is een alomtegenwoordige standaard voor het coderen van muziek geworden. Lees verder om erachter te komen waar het vandaan kwam.

Wie krijgt er eigenlijk krediet?

Het MP3-formaat kreeg zijn naam in 1995, maar de ontwikkeling ervan begon jaren eerder. De wortels van MP3 lagen in veel eerder onderzoek naar digitale codering, misschien wel met name het doctoraatswerk van Karlheinz Brandenburg, die vaak wordt genoemd als de uitvinder van het formaat. Hij, echter, zou de eerste zijn om u te vertellen dat hij het niet alleen deed.

In het begin van de jaren tachtig, Brandenburg studeerde elektrotechniek en wiskunde aan de universiteit van Erlangen, en promoveerde aan de Friedrich-Alexander Universiteit. Erlangen-Neurenberg. Professor Dieter Seitzer moedigde Brandenburg en andere studenten aan om te werken aan methoden voor het overdragen van muziekbestanden geïntegreerde diensten digitaal netwerk ( ISDN ) telecommunicatielijnen. Brandenburg studeerde psychoakoestiek en was in staat om een zeer efficiënt audiocompressie-algoritme te bedenken dat hij noemde optimale codering in het frequentiedomein ( OCF ).

Brandenburg werd assistent-professor en zette zijn onderzoek voort. Hij werkte samen met wetenschappers van het Fraunhofer Institute for Integrated Circuits (lid van een verzameling van 56 Duitse onderzoeksinstituten genaamd de Fraunhofer Society), die een werkrelatie had met de universiteit van Erlangen-Neurenberg. Bij Fraunhofer, OCF is door het team verbeterd met enkele bijdragen van onderzoekers van de Universiteit van Hannover, AT&T Bell Labs en Thomson, en de adaptieve spectrale perceptuele entropiecodering ( ASPEC ) codec was geboren.

Eind jaren tachtig en begin jaren negentig MPEG nam voorstellen aan van verschillende groepen die hoopten dat hun coderingsmethoden zouden worden aangenomen. MPEG koos meerdere voorstellen die werden samengevoegd tot drie formaten:MPEG-1 Audio Layer I, Laag II en Laag III. MPEG-1 Audio Layer III was grotendeels gebaseerd op ASPEC.

Andere belangrijke ingenieurs die aan het project bij Fraunhofer werkten, waren Ernst Eberlein, Professor Heinz Gerhäuser, Bernhard Grill, Jürgen Herre en Harald Popp, samen met extra ondersteunend personeel. Samen, zij ontwikkelden de software en hardware die nodig zijn voor het coderen en decoderen van MP3. In 1993, Brandenburg trad officieel toe tot de staf van het Fraunhofer Institute for Integrated Circuits als hoofd van hun afdeling Audio/Multimedia.

In 2000, Brandenburg, Popp en Grill namen namens het hele team de Deutscher Zukunftspreis-prijs (of "German Future Prize") in ontvangst voor de uitvinding van de MP3. En anno 2007, de Consumer Electronics Association (CEA) heeft Brandenburg ingewijd, Seitzer en Gerhäuser in de CE Hall of Fame voor hun bijdragen aan het format. Vanaf dit schrijven, de belangrijkste onderzoekers werken allemaal nog steeds bij Fraunhofer in verschillende hoedanigheden, waaronder Brandenburg, die directeur is van het Fraunhofer Instituut voor Digitale Media Technologie in Ilmenau, Duitsland. Brandenburg en anderen hebben zelfs een deel van de winst uit mp3-licenties ontvangen, zoals voorgeschreven door de Duitse wet.

Elke innovatie steunt op eerdere doorbraken, dus gerelateerd werk dat plaatsvond voordat MP3 zelfs maar een gedachte was, mag niet worden genegeerd. Bijvoorbeeld, het Haas-effect is vernoemd naar Helmut Haas, die het idee in 1949 presenteerde in zijn proefschrift. Claude Shannon en Robert Fanning bedachten de voorloper van Huffman-codering. David Huffman was een leerling van Fano, en hij verbeterde hun techniek in 1952. De MP3-onderzoekers bouwden voort op het fundamentele werk van vele anderen, ook.

Suzanne Vega speelde zelfs een kleine rol, terwijl Brandenburg en het team werkten om de a capella-versie van haar nummer "Tom's Diner" te comprimeren zonder vervorming en achtergrondgeluid te veroorzaken. Een deel van het nummer werd gebruikt als testaudio om te bepalen wanneer de kwaliteit een acceptabel niveau had bereikt.

Microsoft's grote uitbetaling, Bijna

Octrooirecht en bedrijfsfusies, ingewikkelde dieren op hun eigen, beide speelden een rol in een rechtszaak die door Alcatel-Lucent was aangespannen tegen Microsoft met betrekking tot de MP3-afspeelmogelijkheden van zijn Windows Media Player. Het Duitse onderzoeksinstituut Fraunhofer en AT&T's Bell Laboratories werkten tot op zekere hoogte samen aan audiocompressietechnologie na het aangaan van een gezamenlijke ontwikkelingsovereenkomst die begon in 1989. Elk eindigde met patenten voor verschillende gerelateerde technologieën. Maar Fraunhofer is het bedrijf dat wordt beschouwd als de industriële octrooihouder voor MP3, en een behoorlijk aantal bedrijven hebben de rechten van hen in licentie gegeven, inclusief Microsoft (in een overeenkomst van $ 16 miljoen), Appel, Sony, Yahoo, Intel en Texas Instruments, onder honderden anderen. Maar dit gezamenlijke onderzoek zou over de hele linie problemen veroorzaken. AT&T heeft Bell Labs omgevormd tot een bedrijf genaamd Lucent Technologies. Lucent klaagde Microsoft aan (met wie het ook verwikkeld was in andere patentgevechten), beweren dat het inbreuk maakte op de MP3-gerelateerde patenten van Lucent. Nokia, een Franse concurrent, kocht Lucent, en het pak werd voortgezet door Alcatel-Lucent. In 2007, een jury uit San Diego veroordeelde Microsoft om $ 1,52 miljard te betalen voor patentinbreuk aan Alcatel-Lucent, een bedrag berekend op basis van de verkoop van Windows-pc's sinds mei 2003, en een van de grootste patentuitspraken in de geschiedenis. Later dat jaar, echter, een rechter vernietigde het vonnis, oordeelde dat de schade ten onrechte was vastgesteld, en dat een van de twee octrooien in kwestie mede-eigendom was van Fraunhofer en AT&T (niet volledig eigendom van AT&T), en aangezien Fraunhofer niet in het pak zat, en Microsoft had een licentie bij Fraunhofer, Alcatel-Lucent had niet het recht om dat octrooi aan te klagen. Natuurlijk, dit laat de deur open voor een nieuwe rechtszaak of een hoger beroep, dus vanaf begin 2013 we hebben misschien niet het einde van de zaak gehoord.