特點

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。然而隨著消費者轉(zhuǎn)向智能手機等其他數(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），從而達到了小得多的文件大??；

3、MP3音頻可以按照不同的位速進行壓縮，提供了在數(shù)據(jù)大小和聲音質(zhì)量之間進行權(quán)衡的一個范圍，MP3格式使用了混合的轉(zhuǎn)換機制將時域信號轉(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。基于子帶編碼的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）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，標準的制定由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的第一個標準組MPEG-1的一部分，并且生成了1993年公布的國際標準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。在一些非實時操作系統(tǒng)上它能夠演示第一款壓縮音頻基于DSP的實時硬件解碼。一些其它的MPEG Audio實時開發(fā)出來用于面向消費接收機和機頂盒的數(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(fā)布）許多人能夠在自己的個人電腦上編碼和回放MP3文件。由于當時的硬盤相對較?。ㄈ?00MB），這項技術(shù)對于在計算機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文件的點對點技術(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數(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)保護的素材免被侵犯版權(quán)，但是大多數(shù)的保護機制都能被一些方法破解。這些方法能夠被計算機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 × 44100 采樣點/秒 × 2 通道）。

使用較低比特率編碼的MP3文件通?；胤刨|(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聲器上比較不明顯而在連接到計算機的高質(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模型導(dǎo)致的；Layer 1的算法相當簡單，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，很難進行這樣的完全比較。

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

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

當比較壓縮機制時，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，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現(xiàn)這一點。

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下達到可接受的音質(zhì)，在160到192kbit/s下達到優(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。

如果你的目標是實現(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積極地加強這些專利的保護。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。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]標準或者我們專利的產(chǎn)品，你們需要從我們這里獲得這些專利的授權(quán)協(xié)議。”

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，

* 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授權(quán)費用的征收，這也帶來了許多免費MP3解碼器的發(fā)展。另外，盡管他們試圖阻止發(fā)布編碼器的二進制代碼， Thomson已經(jīng)宣布使用免費MP3編碼器的個人用戶將不需要支付費用。盡管專利費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。