MP3
Was ist das?
Bakkalaureatsarbeit
Universität für Musik und darstellende Kunst Graz
Reinhard A. Deutsch
Graz, Sommersemester 2009
MP3 - Was ist das?
11.08.2009
Reinhard A. Deutsch
Seite 1
1
Inhaltsverzeichnis
2
Einleitung ... 2
3
Was ist MP3? ... 3
4
Historische Entwicklung ... 5
5
Die MP3-Datei und ihr Algorithmus ... 9
5.1
Digitalisierung von Schall ... 10
5.1.1
Abtastung/Sampling ... 12
5.1.2
Quantisierung ... 13
5.1.3
PCM Pulse Coded Modulation ... 14
5.1.4
Maskierungseffekte - Masking ... 15
5.2
Alternative Codecs ... 16
5.2.1
WMA ... 17
5.2.2
Ogg Vorbis ... 17
5.2.3
AAC ... 17
5.3
DRM - Digital Rights Management ... 18
6
Auswirkungen ... 19
6.1
Musikkonsum ... 19
6.2
Musikindustrie ... 23
7
Conclusio ... 25
8
Glossar ... 26
9
Literaturliste ... 27
10
Abbildungsverzeichnis ... 29
MP3 - Was ist das?
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Reinhard A. Deutsch
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2
Einleitung
In vielen alltäglichen Bereichen werden Technologien verwendet, über die der Benutzer nur sehr
wenig weiß. Der Begriff "MP3
1
" ist wohl den meisten Menschen bekannt - und dennoch wissen
die wenigsten, was sich dahinter verbirgt. Unter den vielen neuen Computertechnologien hat sich
MP3 als ein Standard etabliert und ist aus dem heutigen Musikkonsum nicht mehr wegzudenken.
Als Scot Hacker
2
1997 mit seinem Nomad
3
, einem der ersten MP3-Player, auf dem Rad
unterwegs war, konnte er sich wohl kaum vorstellen, dass 11 Jahre später bereits 92% der 14-17
jährigen in Großbritannien einen MP3-Player besitzen
4
. Eine derartig große Auswirkung und
Popularität erlangte mit dieser Geschwindigkeit im Musikbereich noch keine Technologie.
Auslöser ist einzig und allein ein Algorithmus.
Wie die Firma Thomson (beteiligt an der Mitentwicklung von MP3) auf ihrer Website bereits
schildert, ermöglicht der Kompressionsalgorithmus gemeinsam mit dem Medium Internet völlig
neue Wege des medialen Austauschs:
"mp3 is more than a technology. It is a sensational development that has
reconnected musicians to music lovers, speakers to their listeners, creators to
their audience."
5
Als Beispiel: Fußballspiele können mittels Livestream
6
im Web angeschaut werden, die aktuellen
Nachrichten jeden Morgen über den CNN-Podcast
7
und nachdem der Musikstudierende seinen
Vorspielabend aufgenommen hat, lädt er die Aufnahme auf seinen Webserver hoch; jeder, der
nicht dabei war, kann sich die MP3-Datei herunterladen, auf sein Handy kopieren und, wo immer
er will, anhören.
1
Moving Picture Experts Group Phase 1 Audio Layer 3
2
Autor des Buchs "MP3 - The Definitive Guide", O'Reilly 2000
3
NOMAD I war der erste MP3-Player der Firma Creative Labs. Siehe: Hacker, Scot (2000). S 223 f
4
http://www.itfacts.biz/music-consumption-statistics/10786, 16.07.2009
5
Thomson AG, http://www.mp3licensing.com/mp3/history.html, 14.07.2009
6
Streaming (aus dem englischen "data streams" - Datenströme) bezeichnet schon während des Empfangens
wiedergegebene Daten aus dem Internet. Meist sind dies Audio- oder Videodaten. Siehe:
http://de.wikipedia.org/wiki/Streaming_Media, 16.07.2009
7
Ein Podcast (zusammengesetzt aus "iPod" und "Casting") ist eine Serie von Audio oder Videodateien, die in
regelmäßigen Abständen per Download zur Verfügung gestellt werden. Siehe:
http://en.wikipedia.org/wiki/Podcast, 16.07.2009
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Ein entscheidender Vorteil digitaler Daten ist die Möglichkeit des verlustfreien Kopierens. So ist
dies auch bei MP3-Daten der Fall: Im Gegensatz zur Audiokassette (einem der analogen
Vorgänger) kann die MP3-Datei ohne Verlust dupliziert werden. Weiters werden aufgrund der
Komprimierung mittels MP3 diese Daten (in den meisten Fällen Musik) äußerst portabel. Die
Musikverbreitung ist dadurch sehr einfach geworden; Filesharing-Dienste sind entstanden und
ermöglichten Millionen von Nutzern das bequeme und äußerst schnelle Austauschen von Musik.
Die Musikindustrie war im Laufe der Zeit gezwungen, auf diese neuen Möglichkeiten der
Musikverbreitung zu reagieren. Immer stärker steigt sie nun selbst auf das neue Medium Internet
um und macht es zu ihrem Geschäftsfeld: Am laufenden Band müssen herkömmliche Musikläden
wegen fehlender Wirtschaftlichkeit zusperren. Im Jahr 2008 wurden bereits 33% aller in den
USA verkauften Musikstücke auf digitalem Wege über das Internet erworben.
8
Das alles resultiert aus MP3? Wie kam es dazu? Und warum? Diesen Fragestellungen soll in der
vorliegenden Arbeit nachgegangen werden.
3
Was ist MP3?
MPEG-1 Audio Layer 3 (abgekürzt "MP3") ist ein verlustbehafteter
9
, digitaler
Kompressionsalgorithmus für Audiodaten, der psychoakustische Effekte unseres Hörens
ausnützt. Der MP3-Algorithmus verkleinert den Speicherplatz einer Musikdatei um ein
Zwölffaches
10
- ohne Verlust der Klangqualität
11
. Ein Beispiel: Eine dreiminütige,
unkomprimierte Musikdatei (WAV-Format, 2116 kbit/s, 44.100 kHz) verbraucht auf einem
Durchschnitts-Computer knapp 47 MB Speicherplatz. Erzeugt man aus dieser Datei mit einem
8
Laut einer Studie der NPD Group vom 17. März 2009, http://www.npd.com/press/releases/press_090317a.html,
16.07.2009
9
Es gibt grundsätzlich zwei Typen der Datenkompression: die verlustlose ("lossless data compression") und die
verlustbehaftete ("lossy data compression") Datenkompression. Der Vorteil verlustbehafteter Codierungsverfahren
ist unter Ausnutzung psychoakustischer Phänomene die Ermöglichung wesentlich höherer Kompressionsraten.
Siehe:
http://audio.uni-lueneburg.de/seminarwebseiten/audiobearbeitung/index.php, 18.07.2009
10
Diese Tatsache ist mit entsprechender Software (MP3-Encoder) am eigenen Computer leicht nachzuprüfen. Eine
weit verbreitete Software, die den Frauenhofer-MP3-Encoder verwendet ist iTunes. Importiert man einen CD-Titel
zuerst unkomprimiert und danach auf eine entsprechende MP3-Bit-Rate komprimiert, so kann man im Vergleich
der beiden Dateigrößen den Unterschied feststellen.
11
Haring, B. (2002). S 38
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MP3-Codierer eine qualitativ relativ hochwertige MP3-Datei (192 kbit/s, 44.100 kHz; hiernach
erkennbar an der Dateiendung .mp3), entstehen lediglich 4,2 MB. Der MP3-Algorithmus
ermöglicht uns also, die rohen, digital gespeicherten Musikdateien auf 1/12 zu verkleinern (bei
entsprechender Bit-Rate auch mehr - oder weniger
12
). Ein hörbarer Qualitätsunterschied ist
vorhanden, aber verschwindend gering.
Da sich rohes Audiomaterial mit herkömmlichen Algorithmen schlecht komprimieren lässt
(versucht man beispielsweise eine Audiodatei in ein ZIP-Archiv
13
zu verpacken, wird man
feststellen, dass sich die Dateigröße nur verschwindend gering verkleinert), stützt sich MP3 auf
psychoakustische Eigenschaften. Ein Beispiel: Für das menschliche Gehör ist ein leiser Ton nach
oder vor einem lauten Ton innerhalb einer gewissen Zeitspanne nicht erfassbar. Der leise Ton
kann also vernachlässigt werden, da er aufgrund der Trägheit unseres Gehörs ohnehin nicht
wahrgenommen wird. Für den Computer bedeutet dies aber, Speicherplatz zu sparen.
Entwickelt wurde MP3 von der "Moving Picture Experts Group" am Fraunhofer Institut für
Integrierte Schaltungen (IIS) in Erlangen. Diese Gruppe aus Experten zahlreicher Unternehmen
beschäftigt sich mit der "Standardisierung von Videokompression und den dazugehörenden
Bereichen, wie Audiodatenkompression oder Containerformaten
14
"
15
. Der Audio-Codec wurde
1991 von ISO/IEC
16
standardisiert, und setzte sich in den folgenden Jahren neben einigen
anderen Formaten der Audiodatenkomprimierung als Standard durch.
Munsen schrieb in ihrem Artikel "The MP3 Revolution":
"MP3 technology opens up the whole new world of how to use the computer and
the Internet to get your music out there - to friends, record companies, agents,
managers, PR people - to as wide an audience as you wish or can imagine."
17
Im Laufe der Jahre eröffnete MP3 also völlig neue Möglichkeiten der Musikverbreitung und des
Musikkonsums. MP3 revolutionierte den Umgang mit Musikaufnahmen und eröffnete einen
12
Näheres dazu im Kapitel 5
13
ZIP ist ein verlustfreier Kompressionsalgorithmus zur allgemeinen Datenkomprimierung.
14
Siehe Glossar
15
http://de.wikipedia.org/wiki/MPEG, 06.08.2009
16
ISO: Internationale Organisation für Standardisierung, IEC: Internationale Elektrotechnische Kommission
17
Munsen, J. (2000). S 48
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gänzlich neuen Kommunikationskanal für Künstler zu ihren Fans. MP3 ist der quasi-Nachfolger
der CD (MP3 ist der erste ausschließlich softwarebasierende Musikträger) und eröffnet mit der
gleichzeitigen Verbreitung von Personalcomputern und dem Internet einen völlig neuen
Transportweg von Musikaufnahmen. Durch die hohe Transportierfähigkeit gelangte der
Algorithmus zu großer Beliebtheit. Das Verschicken beziehungsweise Herunterladen von
Audiodateien über das Internet wurde möglich, Tauschbörsen wie Napster
18
entstanden und
ermöglichten jedermann das uneingeschränkte Hinzufügen von Musikstücken der eigenen
Musiksammlung. Die dadurch schnell anwachsende Musiksammlung wird von einer weiteren
Eigenschaft der MP3-Dateien unterstützt: ID3-Tags ermöglichen das Verwalten großer
Musiksammlungen. ID3-Tags sind Metadaten
19
der MP3-Datei. In ihnen können Informationen
wie Interpret, Album, Komponist, Genre usw. gespeichert werden, anhand derer dann die
Musikstücke im Archiv sortiert werden können. Die Größe der Sammlung stellt dadurch kein
Problem dar, einzelne Musikstücke können in Windeseile aufgefunden werden - das war bis jetzt
nicht möglich.
4
Historische Entwicklung
In den 1970er-Jahren kam die Idee auf, Musiksignale über Telefonleitungen zu übertragen,
gleichzeitig wollte man die Sprachqualität von Telefongesprächen verbessern. Eine sehr effektive
Methode für die Komprimierung von Audiosignalen wurde Ende der Siebzigerjahre aktuell: das
psychoakustische Modell. Unter Ausnutzung der Beschränkung des menschlichen Gehörs bedient
sich MP3 solcher psychoakustischer Effekte. Erstmals wurde ein psychoakustischer Algorithmus
im Jahre 1979 von Manfred R. Schröder und M. A. Krasner am AT&T-Bell Laboratorium in
Murray Hill (USA) vorgeschlagen. Manfred R. Schröder beeinflusste mit seiner Arbeit die
weitere Entwicklung im Bereich der Akustik und Audiodatenkompression. Einige Jahre zuvor
begann D. Seitzer (Erlangen, Deutschland) sich mit der Übertragung von Signalen über
Telefonleitungen zu beschäftigen. Er bildete ein Team zur Entwicklung von Codecs für
Audiodaten, was als Beginn der Entwicklung von MP3 gesehen werden kann. Ein Mitwirkender
dieses Teams war Karlheinz Brandenburg, der später als Erfinder oder "Vater des MP3-Formats"
18
Vgl. Kapitel 4
19
Metadaten sind Daten über andere Daten. Im Fall von MP3 sind Metadaten Informationen über den Inhalt der
Audiodatei, die der Datei selbst angehängt werden. Siehe: http://de.wikipedia.org/wiki/Metadaten, 16.07.2009
![Titel: 101 Spanish Proverbs [With MP3]](http://content.grin.com/picture/2541694-ZTDlvRttXiZYyF0X.jpeg)
![Titel: 101 American English Proverbs [With MP3]](http://content.grin.com/picture/2541701-VyWa5f2PjxRB7VC1.jpeg)
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