MP3究竟是什么?一文读懂MP3的定义与相关知识
MP3,全称为动态影像专家压缩标准音频层面3(Moving Picture Experts Group Audio Layer III),简称为MP3,它是一种音频压缩技术。其设计目的在于大幅削减音频的数据量。借助MPEG Audio Layer 3技术,能以1:10甚至1:12的压缩比率,把音乐压缩成较小容量的文件,并且对于大多数使用者而言,与原始未压缩音频相比,回放音质并没有显著降低。1991年,德国埃尔朗根的Fraunhofer - Gesellschaft研究组织的一组工程师发明并将其标准化。以MP3格式存储的音乐被称为MP3音乐,能够播放MP3音乐的机器被叫做MP3播放器。
MP3利用人耳对高频声音信号不敏感的特性,把时域波形信号转换为频域信号,且划分成多个频段,对不同频段采用不同的压缩率,高频部分加大压缩比(甚至忽略信号),低频部分采用小压缩比,以确保信号不失真。如此一来,就相当于舍弃人耳基本听不到的高频声音,仅保留能听到的低频部分,进而实现1∶10甚至1∶12的压缩率。由于这种压缩方式的全称为MPEG Audio Layer3,所以人们简称其为MP3。
按照MPEG规范,MPEG - 4中的AAC(Advanced audio coding)将成为MP3格式的下一代。MP3可分为耳机MP3和外放MP3这两大类,传统MP3需佩戴耳机才能有较好音质,但会对耳膜造成一定伤害,新型MP3主要朝着外放方向发展,几乎不会对耳膜造成任何伤害,因而受到人们喜爱。
其特点如下:
1. MP3属于一种数据压缩格式。
2. 它会舍弃脉冲编码调制(PCM)音频数据中对人类听觉不重要的数据(这与JPEG是有损图像压缩类似),从而使文件大小大幅减小。
3. MP3音频能够依据不同的位速进行压缩,在数据大小和声音质量之间提供了一个权衡范围。MP3格式采用混合转换机制将时域信号转换为频域信号。
4. 具备32波段多相积分滤波器(PQF)。
5. 有36或者12 tap改良离散余弦滤波器(MDCT);每个子波段大小可在0...1和2...31之间独立选择。
6. MP3不但有广泛的客户端软件支持,而且有众多硬件支持,例如便携式媒体播放器(即MP3播放器)、DVD和CD播放器。
在专利问题方面,在认可软件专利的国家,如美国和日本(不包括欧盟国家),Thomson Consumer Electronics掌控着MPEG - 1/2 Layer 3专利的授权,并且积极加强这些专利的保护。Thomson已被欧洲专利局授予在欧盟国家的软件专利,但尚不清楚这些专利是否会得到当地司法的强化(可参见欧洲专利协定中的软件专利)。
有关Thomson专利文件、授权协议和费用的最新信息,请查看其网站。1998年9月,Fraunhofer Institute给一些MP3软件开发者发函声明,“发布或者销售编码器或者解码器”需要授权。该函称未经授权的产品“侵犯了Fraunhofer和THOMSON的专利权。制造、销售或者发布使用[MPEG Layer - 3]标准或者我们专利的产品,你们需要从我们这里获取这些专利的授权协议”。
这些专利问题极大地阻碍了未经授权的MP3软件开发,致使人们将注意力转向开发和青睐其他替代产品,如WMA和Ogg Vorbis。微软公司(Windows开发系统制造商)从MP3转向其自有Windows Media格式,以避免专利授权相关问题。在认可软件专利的国家,在那些关键专利过期之前,未经授权的编码器和播放器似乎都是非法的。
然而,尽管存在这些专利限制,MP3格式仍不断发展。这一现象似乎是由以下网络效应因素所导致的:
- 人们熟悉这种格式,并且不知道有其他可选格式存在;
- 这些可选格式并没有普遍显著超越MP3的优势;
- 存在大量MP3格式音乐;
- 有大量使用这种格式的不同软件和硬件;
- 没有DRM保护技术,这使得MP3文件易于修改、复制并通过网络重新发布;
- 大多数家庭用户不知道或者不关心软件专利争端,这些争端通常与他们个人使用MP3格式无关。
此外,专利持有人不愿对开源解码器加强授权费用征收,这促使了许多免费MP3解码器的发展。而且,尽管Thomson试图阻止发布编码器的二进制代码,但已宣布使用免费MP3编码器的个人用户无需付费。因此,虽然专利费是许多公司使用MP3格式时需要考虑的问题,但对用户没有影响,这使得该格式广受欢迎。
Sisvel S.p.A.及其美国子公司Audio MPEG, Inc.曾以侵犯MP3技术专利为由起诉Thomson,但这些争端在2005年11月以Sisvel授权给Thomson MP3而告终。Motorola最近也与Audio MPEG签署了MP3授权协议。由于Thomson和Sisvel都声称拥有编解码器必需的单独专利,MP3专利的法律状态尚不清晰。Fraunhofer的专利将于2010年4月到期,届时MP3算法将不再受专利保护。
