MP3-tekniikka

Yleistä

MP3 on vuonna 1991 syntynyt säästökoodausmenetelmä, joka mahdollistaa lähes CD-tasoisen äänen siirtämisen järkevässä ajassa nykyisillä tiedonsiirtonopeuksilla. MP3 on häviöllinen pakkausmenetelmä, joka pystyy pienentämään alkuperäisen näytteen koon normaalitapauksessa noin yhden neljäsosan suuruusluokkaan. Paitsi matematiikkaan ja tietojenkäsittelyyn, MP3-koodaus perustuu myös akustiikkaan ja kuulotutkimuksen havaintoihin.

MP3-säästökoodaus

MP3-tiedostojen tekemiseen tarvitaan säästökoodaaja eli ohjelma, joka tekee MP3-tiedoston syötteenä annetusta WAV-tiedostosta. Koodaajia on saatavissa runsaasti internetistä, esimerkiksi ilmainen BladeEnc.

Säästökoodaus on raskas toimenpide, joka ei ole ollut vielä kovinkaan kauaa mahdollista tavallisissa PC-koneissa. Laitteistosta, käytettävästä säästökoodaajasta ja bittinopeudesta riippuen WAV-tiedoston MP3-koodaus kestää joitain kertoja näytteen keston verran tai ehkä vain esimerkiksi kuudesosan soittoajasta. Mitä parempi äänen laatu halutaan, sitä pidempi koodausaika (ja isompi MP3-tiedosto). Yleisimmin käytetyt bittinopeudet ovat 64, 128 ja 192 kbit/s.

Ihmisen kuuloaistia rajottavat kaksi päätekijää: korvan kuulokynnys ja nk. peittoilmiö, joka tarkoittaa, että tietyt perusäänekset peittävät heikompia äänen osasignaaleja. MP3-koodaus säästää bittejä poistamalla äänisignaalista kuulokynnystä heikommat ja perusäänesten peittämät signaalit. Se siis pelkistää signaalin hallitusti jättäen jäljelle alkuperäisen signaalin tuottamaan kuuloelämykseen tarvittavat tekijät. Ääni-informaatiosta katoaa 5-20 prosenttia.

Kun tarkastellaan MP3-koodauksen taajuusvastetta, nähdään kuinka signaali on pelkistynyt; Taajuusvaste ei olekaan sileä käyrä, vaan koostuu eri taajuuksilla olevista piikeistä, ts. perusääneksistä.

MP3-koodauksen vaiheet

MP3-koodaus tapahtuu pääpiirteittäin seuraavasti:

• Poistetaan signaalista kuulokynnyksen alapuolelle jäävät osat.
• Hylätään voimakkaiden äänien peittämät samalle taajuudelle sijoittuvat signaalit.
• Ositetaan käytettävissä olevat bitit äänisignaalin voimakkuuden ja taajuussisällön mukaan; voimakkaat signaalit koodataan tarkasti ja heikompien koodaustarkkuutta vähennetään. Koodattaessa stereoääntä voidaan osoittaa enemmän bittejä sille kanavalle, joka on voimakkaampi tai jonka taajuuskirjo on laajempi.
• Lopuksi signaalille tehdään Huffman-koodaus, mikä pakkaa aikaansaadun bittidatan pienempään tilaan. Huffman-koodaus on yleisesti tietotekniikassa käytetty pakkausperiaate.

Käytettävissä olevat bitit osoitetaan ensisijaisesti signaalin merkittävimpien ja selvimmin erottuvien osuuksien koodaamiseen, muu osa signaalia koodataan pienemmällä bittimäärällä.

Soitto-ohjelmat

Tunnetuin MP3-soitin on Windows-ympäristöissä toimiva Nullsoftin WinAmp, Macintoshin käytetyin soitin taas on MacAmp.

Myös uusimpiin Windows versioihin kuuluvalla Media Playerillä voi toistaa MP3-tiedostoja, mutta varsinaiset soitto-ohjelmat tarjoavat mm. soittolistat ja muita mehukkaita toimintoja.

Kannettavat MP3-soittimet

Markkinoille on viime aikoina tullut myös korvalappustereon tyyppisiä kannettavia MP3-soittimia. Niissä on kiinteä 32 tai 64 megatavun muisti, johon musiikki siirretään tietokoneen kovalevyltä kirjoitinportin kautta.

Soittimet ovat pieniä ja kevyitä, noin 100 gramman painoisia. Ne ovat tunteettomia tärinöille, eikä niissä ole liikkuvia osia, joten voisi kuvitella että laitteet ovat myös kestäviä. Äänen laatukin on riittävä, sitä rajoittavat enemmän korvakuulokkeet kuin MP3-pakkaustekniikka.

Jos soittimessa on muistia 64 megatavua, voidaan siihen ladata kerralla noin tunti musiikkia käytettäessä 128 kbit/s bittinopeutta. Toisaalta jos laitetta käytetään liikenteessä tai muutoin hälyisessä ympäristössä, voi 64 kbit/s bittinopeuskin olla laadultaan jo aivan riittävä. Ja musiikkiahan mahtuu silloin muistiin tuplaten.

Diamondin Rio PMP 300 on yksi ensimmäisistä kannettavista MP3-soittimista.
Kuva Diamond Multimedian kotisivulta.

MP3-tiedostojen siirtäminen soittimiin on nykyisellään melko hidasta, 64 megatavun siirtäminen vie aikaa useita minuutteja.

Kannettavan MP3-soittimien hinnat alkavat tällä hetkellä n. 1500 markasta, mutta tulevaisuudessa hinnat oletettavasti putoavat.

Dekoodaus

Dekoodaus on toimenpide, jossa MP3-tiedosto muunnetaan takaisin äänitiedostoksi. Äänitiedosto voidaan tämän jälkeen polttaa CD-levylle ja toistaa tavallisella CD-soittimella. Äänenlaatu on toimenpiteen jälkeen korkeintaan kyseistä MP3-tiedostoa vastaava.

Tavallisesti toimenpiteestä ei ole käytännön hyötyä, sillä MP3-tiedostot vievät vähemmän tilaa eikä äänenlaatu parane dekoodauksen myötä.

[pääsivu] [MP3:n tekniikka] [musiikkiteollisuus]
[laillisuus ja moraali] [tulevaisuus] [sanastoa] [referenssit]

Tästä sivusta vastaavat:
Otto Korkalo
Anssi Keskinen
Anssi Hoikkanen