唔該我想問mp3既起源

MP3 - MPEG-1 Audio Layer 3，經常稱為MP3，是當今較流行的一種數字音頻編碼和有損壓縮格式，它設計用來大幅度地降低音頻數據量，而對於大多數用戶的聽覺感受來說重放的音質與最初的不壓縮音頻相比沒有明顯的下降。它是在1991年由位於德國埃爾朗根的研究組織Fraunhofer-Gesellschaft的一組工程師發明和標準化的。

概觀 - MP3是一個數據壓縮格式。它丟棄掉脈衝編碼調製（PCM）音頻數據中對人類聽覺不重要的數據（類似於JPEG是一個有損圖像壓縮），從而達到了小得多的文件大小。在MP3中使用了許多技術其中包括心理聲學以確定音頻的哪一部分可以丟棄。MP3音頻可以按照不同的位元率進行壓縮，提供了在數據大小和聲音質量之間進行權衡的一個範圍。
MP3格式使用了混合的轉換機制將時域信號轉換成頻域信號：
* 32波段多相積分濾波器(PQF)
* 36或者12 tap 改良離散餘弦濾波器(MDCT)；每個子波段大小可以在0...1和2...31之間獨立選擇
* 混疊衰減後處理
根據MPEG規範的說法，MPEG-4中的AAC（Advanced audio coding）將是MP3格式的下一代，儘管有許多創造和推廣其他格式的重要努力。然而，由於MP3的空前的流行，任何其他格式的成功在目前來說都是不太可能的。MP3不僅有廣泛的用戶端軟體支持，也有很多的硬體支持比如攜帶型數字音頻播放器（指MP3播放器）DVD和CD播放器。

發展 - MPEG-1 Audio Layer 2編碼開始時是德國Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt（後來稱為Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 德國太空中心）Egon Meier-Engelen管理的數字音頻廣播（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。
到了1991年，就已經出現了兩個提案：Musicam（稱為Layer 2）和ASPEC（自適應頻譜感知熵編碼）。荷蘭飛利浦公司、法國CCETT和德國Institut für Rundfunktechnik提出的Musicam方法由於它的簡單、出錯時的穩定性以及在高質量壓縮時較少的計算量而被選中。基於子帶編碼的Musicam 格式是確定MPEG音頻壓縮格式（採樣率、幀結構、數據頭、每幀採樣點）的一個關鍵因素。這項技術和它的設計思路完全融合到了ISO MPEG Audio Layer I、II 以及後來的Layer III（MP3）格式的定義中。在Mussmann教授（漢諾威大學）的主持下，標準的制定由Leon van de Kerkhof（Layer I）和Gerhard Stoll（Layer II）完成。
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的設計思想，並添加了他們自己的設計思想從而開發出了MP3，MP3能夠在128kbit/s達到MP2 192kbit/s 音質。
所有這些演算法最終都在1992年成為了MPEG的第一個標準組MPEG-1的一部分，並且生成了1993年公佈的國際標準ISO/IEC 11172-3。MPEG音頻上的更進一步的工作最終成為了1994年制定的第二個MPEG標準組MPEG-2標準的一部分，這個標準正式的稱呼是1995年首次公佈的ISO/IEC 13818-3。
編碼器的壓縮效率通常由位元率定義，因為壓縮率依賴於位數（:en:bit depth）和輸入信號的採樣率。然而，經常有產品使用CD參數（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於有損壓縮存在的問題。
Karlheinz Brandenburg使用CD介質的Suzanne Vega的歌曲Tom's Diner來評價MP3壓縮演算法。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」。來自於EBU V3/SQAM參考CD的更多一些嚴肅和critical 音頻選段(glockenspiel, 三角鐵, 手風琴, ...)被專業音頻工程師用來評價MPEG音頻格式的主觀感受質量。

MP3走向大眾 - 為了生成位相容的MPEG Audio文件（Layer 1、Layer 2、Layer 3），ISO MPEG Audio委員會成員用C語言開發的一個稱為ISO 11172-5的參考模擬軟體。在一些非實時作業系統上它能夠演示第一款壓縮音頻基於DSP的實時硬體解碼。一些其它的MPEG Audio實時開發出來用於面向消費接收機和機頂盒的數字廣播（無線電DAB和電視DVB）。
後來，1994年7月7日Fraunhofer-Gesellschaft發佈了第一個稱為l3enc的MP3編碼器。
Fraunhofer開發組在1995年7月14日選定擴展名.mp3（以前擴展名是.bit）。使用第一款實時軟體MP3播放器Winplay3（1995年9月9日發佈）許多人能夠在自己的個人電腦上編碼和回放MP3文件。由於當時的硬碟相對較小（如500MB），這項技術對於在電腦上存儲娛樂音樂來說是至關重要的。

MP2、MP3與網際網路 - 1993年10月，MP2(MPEG-1 Audio Layer 2)文件在網際網路上出現，它們經常使用Xing MPEG Audio Player播放，後來又出現了Tobias Bading為Unix開發的MAPlay。MAPlay於1994年2月22日首次發佈，現在已經移植到微軟視窗平臺上。
剛開始僅有的MP2編碼器產品是Xing Encoder和CDDA2WAV，CDDA2WAV是一個將CD音軌轉換成WAV格式的CD抓取器。
Internet Underground Music Archive（IUMA）通常被認為是線上音樂革命的鼻祖，IUMA是網際網路上第一個高保真音樂網站，在MP3和網路流行之前它有數千首授權的MP2錄音。
從1995年上半年開始直到整個九十年代後期，MP3開始在網際網路上蓬勃發展。MP3的流行主要得益於如Nullsoft於1997年發佈的Winamp和Napster於1999年發佈的Napster這樣的公司和軟體包的成功，並且它們相互促進發展。這些程序使得普通用戶很容易地播放、製作、共享和收集MP3文件。
關於MP3文件的點對點技術檔案分享的爭論在最近幾年迅速蔓延—這主要是由於壓縮使得檔案分享成為可能，未經壓縮的文件過於龐大難於共享。由於MP3文件通過網際網路大量傳播一些主要唱片廠商通過法律起訴Napster來保護它們的版權（參見知識產權）。
如iTunes Store這樣的商業線上音樂發行服務通常選擇其它或者專有的支持數字版權管理（DRM）的音樂文件格式以控制和限制數字音樂的使用。支持DRM的格式的使用是為了防止受版權保護的素材免被侵犯版權，但是大多數的保護機制都能被一些方法破解。這些方法能夠被電腦高手用來生成能夠自由複製的解鎖文件。如果希望得到一個壓縮的音頻文件，這個錄製的音頻流必須進行壓縮並且帶來音質的降低。

MP3的設計局限 - MP3格式存有設計局限，即使使用更好的編碼器仍舊不能克服這些限制。一些新的壓縮格式如Vorbis和AAC不再有這些限制。按照技術術語，MP3有如下一些限制：
* 位元率最大是320 kbit/s
* 時間解析度相對於變化迅速的信號來說太低
* 對於超過15.5/15.8 kHz的頻率沒有scale factor band
* Joint stereo 是基於幀與幀完成的
* 沒有定義編碼器/解碼器的整體時延，這就意味著gapless playback缺少一個正式的規定
然而，即使有這些限制，一個經良好的調整MP3編碼器仍能夠提供與其他格式相提並論的編碼品質。

MPEG-1 Audio Layer 3，經常稱為MP3，是當今較流行的一種數字音頻編碼和有損壓縮格式，它設計用來大幅度地降低音頻數據量，而對於大多數用戶來說重放的音質與最初的不壓縮音頻相比沒有明顯的下降。它是在1991年由位於德國埃爾朗根的研究組織Fraunhofer-Gesellschaft的一組工程師發明和標準化的。



歷史


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發展


MPEG-1 Audio Layer 2編碼開始時是德國Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt（後來稱為Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 德國太空中心）Egon Meier-Engelen管理的數字音頻廣播（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。



到了1991年，就已經出現了兩個提案：Musicam（稱為Layer 2）和ASPEC（自適應頻譜感知熵編碼）。荷蘭飛利浦公司、法國CCETT和德國Institut für Rundfunktechnik提出的Musicam方法由於它的簡單、出錯時的健壯性以及在高質量壓縮時較少的計算量而被選中。基於子帶編碼的Musicam格式是確定MPEG音頻壓縮格式（採樣率、幀結構、數據頭、每幀採樣點）的一個關鍵因素。這項技術和它的設計思路完全融合到了ISO MPEG Audio Layer I、II 以及後來的Layer III（MP3）格式的定義中。在Mussmann教授（University of Hannover）的主持下，標準的制定由Leon van de Kerkhof（Layer I）和Gerhard Stoll（Layer II）完成。



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的設計思想，並添加了他們自己的設計思想從而開發出了MP3，MP3能夠在128kbit/s達到MP2 192kbit/s 音質。



所有這些演算法最終都在1992年成為了MPEG的第一個標準組MPEG-1的一部分，並且生成了1993年公佈的國際標準ISO/IEC 11172-3。MPEG音頻上的更進一步的工作最終成為了1994年制定的第二個MPEG標準組MPEG-2標準的一部分，這個標準正式的稱呼是1995年首次公佈的ISO/IEC 13818-3。



編碼器的壓縮效率通常由位速定義，因為壓縮率依賴於位數（:en:bit depth）和輸入信號的採樣率。然而，經常有產品使用CD參數（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於有損壓縮存在的問題。



Karlheinz Brandenburg使用CD介質的Suzanne Vega的歌曲Tom's Diner來評價MP3壓縮演算法。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」。來自於EBU V3/SQAM參考CD的更多一些嚴肅和critical 音頻選段(glockenspiel, triangle, accordion, ...)被專業音頻工程師用來評價MPEG音頻格式的主觀感受質量。



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MP3走向大眾


為了生成位相容的MPEG Audio文件（Layer 1、Layer 2、Layer 3），ISO MPEG Audio委員會成員用C語言開發的一個稱為ISO 11172-5的參考模擬軟件。在一些非實時作業系統上它能夠演示第一款壓縮音頻基於DSP的實時硬件解碼。一些其它的MPEG Audio實時開發出來用於面向消費接收機和機頂盒的數字廣播（無線電DAB和電視DVB）。



後來，1994年7月7日Fraunhofer-Gesellschaft發佈了第一個稱為l3enc的MP3編碼器。



Fraunhofer開發組在1995年7月14日選定擴展名.mp3（以前擴展名是.bit）。使用第一款實時軟件MP3播放器Winplay3（1995年9月9日發佈）許多人能夠在自己的個人電腦上編碼和回放MP3文件。由於當時的硬碟相對較小（如500MB），這項技術對於在電腦上存儲娛樂音樂來說是至關重要的。



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MP2、MP3與互聯網


1993年10月，MP2(MPEG-1 Audio Layer 2)文件在互聯網上出現，它們經常使用Xing MPEG Audio Player播放，後來又出現了Tobias Bading為Unix開發的MAPlay。MAPlay於199年2月22日首次發佈，現在已經移植到微軟視窗平臺上。



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



Internet Underground Music Archive（IUMA）通常被認為是線上音樂革命的鼻祖，IUMA是互聯網上第一個高保真音樂網站，在MP3和網絡流行之前它有數千首授權的MP2錄音。



從1995年上半年開始直到整個九十年代後期，MP3開始在互聯網上蓬勃發展。MP3的流行主要得益於如Nullsoft於1997年發佈的Winamp和Napster於1999年發佈的Napster這樣的公司和軟件包的成功，並且它們相互促進發展。這些程序使得普通用戶很容易地播放、製作、共享和收集MP3文件。



關於MP3文件的點對點技術檔案分享的爭論在最近幾年迅速蔓延—這主要是由於壓縮使得檔案分享成為可能，未經壓縮的文件過於龐大難於共享。由於MP3文件通過互聯網大量傳播一些主要唱片廠商通過法律起訴Napster來保護它們的版權（參見知識產權）。



如iTunes Music Store這樣的商業線上音樂發行服務通常選擇其它或者專有的支持數字版權管理（DRM）的音樂文件格式以控制和限制數字音樂的使用。支持DRM的格式的使用是為了防止受版權保護的素材免被侵犯版權，但是大多數的保護機制都能被一些方法破解。這些方法能夠被電腦高手用來生成能夠自由複製的解鎖文件。如果希望得到一個壓縮的音頻文件，這個錄製的音頻流必須進行壓縮並且帶來音質的降低。



概觀


MP3是一個數據壓縮格式。它丟棄掉脈衝編碼調製（PCM）音頻數據中對人類聽覺不重要的數據（類似於JPEG是一個有損圖像壓縮），從而達到了小得多的文件大小。



在MP3中使用了許多技術其中包括心理聲學以確定音頻的哪一部分可以丟棄。MP3音頻可以按照不同的位速進行壓縮，提供了在數據大小和聲音質量之間進行權衡的一個範圍。



MP3格式使用了混合的轉換機制將時域信號轉換成頻域信號：





32波段多相積分濾波器(PQF)

36或者12 tap 改良離散餘弦濾波器(MDCT)；每個子波段大小可以在0...1和2...31之間獨立選擇

混疊衰減後處理


根據MPEG規範的說法，MPEG-4中的AAC（Advanced audio coding）將是MP3格式的下一代，儘管有許多創造和推廣其他格式的重要努力。然而，由於MP3的空前的流行，任何其他格式的成功在目前來說都是不太可能的。MP3不僅有廣泛的用戶端軟件支持，也有很多的硬件支持比如攜帶型媒體播放器（指MP3播放器）DVD和CD播放器。