MPEG-1 Audio Layer II - MPEG-1 Audio Layer II

MPEG-1 oder MPEG-2 Audio Layer II
Dateinamenerweiterung
.mp2
Internet-Medientyp
Audio/mpeg, Audio/MPA
Erstveröffentlichung 1993 ; Vor 28 Jahren ( 1993 )
Formattyp Audiokomprimierungsformat , Audiodateiformat
Enthalten von MPEG-ES
Standard ISO/IEC 11172-3 ,
ISO/IEC 13818-3
Webseite http://mpeg.chiariglione.org/standards/mpeg-1/audio

MPEG-1 Audio Layer II oder MPEG-2 Audio Layer II ( MP2 , manchmal fälschlicherweise Musicam oder MUSICAM genannt ) ist ein verlustbehaftetes Audiokompressionsformat, das von ISO/IEC 11172-3 neben MPEG-1 Audio Layer I und MPEG-1 Audio Layer definiert wird III (MP3). Während MP3 für PC- und Internetanwendungen viel beliebter ist , bleibt MP2 ein dominierender Standard für Audioübertragungen.

Entwicklungsgeschichte von MP2 zu MP3

Siehe auch: MP3 § History und MPEG-1 § Layer II

MUSICAM

MPEG-1 Audio Layer 2 Codierung wurde aus dem MUSICAM ( Masking Pattern Adapted Universal Subband Integrated Coding And Multiplexing ) Audiocodec abgeleitet, der von Centre commun d'études de télévision et télécommunications (CCETT), Philips und dem Institut für Rundfunktechnik (IRT .) entwickelt wurde ) im Jahr 1989 im Rahmen der gesamteuropäischen zwischenstaatlichen Forschungs- und Entwicklungsinitiative EUREKA 147 zur Entwicklung eines Systems zur Übertragung von Audio und Daten an feste, tragbare oder mobile Empfänger (gegründet 1987).

Es begann als das Projekt Digital Audio Broadcast (DAB) unter der Leitung von Egon Meier-Engelen von der Deutschen Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt (später Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) in Deutschland. Die Europäische Gemeinschaft finanzierte dieses allgemein als EU-147 bekannte Projekt von 1987 bis 1994 im Rahmen des EUREKA- Forschungsprogramms.

Das Eureka 147 System umfasste drei Hauptelemente: MUSICAM Audio Coding ( Maskierungsmuster Universal Subband Integrated Coding and Multiplexing ), Transmission Coding & Multiplexing und COFDM Modulation.

MUSICAM war einer der wenigen Codecs, der eine hohe Audioqualität bei Bitraten im Bereich von 64 bis 192 kbit/s pro monophonem Kanal erreichen konnte. Es wurde entwickelt, um die technischen Anforderungen der meisten Anwendungen (im Bereich Rundfunk, Telekommunikation und Aufzeichnung auf digitalen Speichermedien) zu erfüllen — geringe Verzögerung, geringe Komplexität, Fehlerrobustheit, kurze Zugriffseinheiten usw.

Als Vorläufer des MP3-Formats und der MP3-Technologie basiert der Wahrnehmungscodec MUSICAM auf Integer-Arithmetik 32-Subband-Transformation, angetrieben durch ein psychoakustisches Modell. Es wurde in erster Linie für Digital Audio Broadcasting und Digital TV entwickelt und von CCETT (Frankreich) und IRT (Deutschland) in Atlanta während einer IEEE-ICASSP-Konferenz vorgestellt. Dieser Codec, der in ein Rundfunksystem mit COFDM-Modulation eingebaut wurde, wurde 1991 zusammen mit Radio Canada und CRC Canada während der NAB-Show (Las Vegas) in der Luft und auf dem Feld demonstriert . Die Implementierung des Audioteils dieses Rundfunksystems basierte auf einem Zwei-Chip-Encoder (einer für die Subband-Transformation, einer für das psychoakustische Modell des Teams von G. Stoll (IRT Deutschland), später bekannt als Psychoacoustic Model I im ISO MPEG-Audiostandard) und ein Echtzeit-Decoder mit einem Motorola 56001 DSP- Chip, auf dem eine Integer-Arithmetik-Software ausgeführt wird, die von YF Deherys Team ( CCETT , Frankreich) entwickelt wurde. Die Einfachheit des entsprechenden Decoders zusammen mit der hohen Audioqualität dieses Codecs, der erstmals eine Abtastfrequenz von 48 kHz verwendet, ein 20-Bit/Sample-Eingangsformat (der höchste verfügbare Abtaststandard im Jahr 1991, kompatibel mit AES/EBU professional digital Input Studio-Standard) waren die Hauptgründe dafür, die Eigenschaften von MUSICAM später als grundlegende Funktionen für einen fortschrittlichen digitalen Musikkompressionscodec wie MP3 zu übernehmen.

Der Audiocodierungsalgorithmus, der vom Eureka 147 Digital Audio Broadcasting (DAB)-System verwendet wird, wurde 1989-1994 innerhalb der ISO/Moving Pictures Expert Group (MPEG) standardisiert. Die MUSICAM-Audiocodierung wurde als Grundlage für einige Codierungsschemata von MPEG-1 und MPEG-2 Audio verwendet. Die meisten Schlüsselfunktionen von MPEG-1 Audio wurden direkt von MUSICAM geerbt, einschließlich der Filterbank, der Zeitbereichsverarbeitung, der Audio-Frame-Größen usw. Es wurden jedoch Verbesserungen vorgenommen und der eigentliche MUSICAM-Algorithmus wurde im endgültigen MPEG-1 nicht verwendet Audio Layer II-Standard.

Seit der Finalisierung von MPEG-1 Audio und MPEG-2 Audio (1992 und 1994) wird der ursprüngliche MUSICAM-Algorithmus nicht mehr verwendet. Der Name MUSICAM wird oft fälschlicherweise verwendet, wenn MPEG-1 Audio Layer II gemeint ist. Dies kann zu Verwirrung führen, da der Name MUSICAM von verschiedenen Unternehmen in verschiedenen Regionen der Welt geschützt ist. (Musicam ist der Name, der in einigen Spezifikationen für Astra Digital Radio sowie in den DAB-Dokumenten der BBC für MP2 verwendet wird.)

Das Eureka-Projekt 147 führte 1995 zur Veröffentlichung der europäischen Norm ETS 300 401 für DAB, die heute weltweit akzeptiert wird. Der DAB-Standard verwendet MPEG-1 Audio Layer II (ISO/IEC 11172-3) für 48 kHz Abtastfrequenz und MPEG-2 Audio Layer II (ISO/IEC 13818-3) für 24 kHz Abtastfrequenz.

MPEG-Audio

In den späten 1980er Jahren begann die Moving Picture Experts Group (MPEG) der ISO mit den Bemühungen, die digitale Audio- und Videocodierung zu standardisieren, von der erwartet wurde, dass sie eine breite Palette von Anwendungen im digitalen Radio- und Fernsehrundfunk (später DAB , DMB , DVB ) und auf CD-ROM (später Video-CD ) verwenden. Die MUSICAM-Audiocodierung war einer von 14 Vorschlägen für den MPEG-1-Audiostandard, die 1989 bei der ISO eingereicht wurden.

Der MPEG-1 Audio-Standard basierte auf den bestehenden MUSICAM- und ASPEC-Audioformaten. Der MPEG-1- Audiostandard umfasste die drei Audio-"Schichten" (Kodierungstechniken), die jetzt als Schicht I (MP1), Schicht II (MP2) und Schicht III (MP3) bekannt sind. Alle Algorithmen für MPEG-1 Audio Layer I, II und III wurden 1991 als Komitee-Entwurf von ISO-11172 genehmigt und 1992 als Teil von MPEG-1 finalisiert , der ersten Standardsuite von MPEG , die zum internationalen Standard ISO . führte / IEC 11172-3 (auch bekannt als MPEG-1 Audio oder MPEG-1 Teil 3 ), veröffentlicht im Jahr 1993. Weitere Arbeiten an MPEG-Audio wurden 1994 als Teil der zweiten Suite von MPEG-Standards, MPEG-2 , abgeschlossen, formell bekannt als internationaler Standard ISO/IEC 13818-3 (auch bekannt als MPEG-2 Part 3 oder abwärtskompatibles MPEG-2 Audio oder MPEG-2 Audio BC ), ursprünglich veröffentlicht im Jahr 1995. MPEG-2 Part 3 (ISO/IEC 13818-3) definiert zusätzliche Bitraten und Abtastraten für MPEG-1 Audio Layer I, II und III. Die neuen Abtastraten sind genau halb so hoch wie die ursprünglich für MPEG-1 Audio definierten. MPEG-2 Part 3 verbesserte auch das Audio von MPEG-1, indem es die Codierung von Audioprogrammen mit mehr als zwei Kanälen bis hin zu 5.1 Mehrkanal ermöglichte.

Die Komponente Layer III ( MP3 ) verwendet einen verlustbehafteten Komprimierungsalgorithmus , der entwickelt wurde, um die Datenmenge, die erforderlich ist, um eine Audioaufnahme darzustellen, stark zu reduzieren und für die meisten Hörer wie eine anständige Reproduktion des ursprünglichen unkomprimierten Audios zu klingen.

Emmy-Preis in Ingenieurwissenschaften

CCETT (Frankreich), IRT (Deutschland) und Philips (Niederlande) gewannen einen Emmy Award in Engineering 2000 für die Entwicklung eines digitalen Audio-Zweikanal-Kompressionssystems, das als Musicam oder MPEG Audio Layer II bekannt ist.

Technische Spezifikationen

MPEG-1 Audio Layer II ist in ISO/IEC 11172-3 (MPEG-1 Teil 3) definiert.

  • Abtastraten : 32, 44,1 und 48 kHz
  • Bitraten : 32, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256, 320 und 384 kbit/s

Eine Erweiterung wurde in MPEG-2 Audio Layer II bereitgestellt und ist in ISO/IEC 13818-3 (MPEG-2 Teil 3) definiert.

  • Zusätzliche Abtastraten: 16, 22,05 und 24 kHz
  • Zusätzliche Bitraten: 8, 16, 24, 40 und 144 kbit/s
  • Mehrkanalunterstützung - bis zu 5 Fullrange-Audiokanäle und ein LFE-Kanal (Low Frequency Enhancement Channel)

Das Format basiert auf aufeinanderfolgenden digitalen Frames von 1152 Abtastintervallen mit vier möglichen Formaten:

  • Monoformat
  • Stereoformat
  • intensitätskodiertes gemeinsames Stereoformat (Stereo-Irrelevanz)
  • Dual-Channel-Format (unkorreliert)

Variable Bitrate

MPEG-Audio kann eine variable Bitrate (VBR) haben, wird jedoch nicht allgemein unterstützt. Schicht II kann eine Methode verwenden, die als Bitratenumschaltung bezeichnet wird. Jeder Rahmen kann mit einer anderen Bitrate erzeugt werden. Gemäß ISO/IEC 11172-3:1993, Abschnitt 2.4.2.3: Um die kleinstmögliche Verzögerung und Komplexität bereitzustellen, muss der (MPEG-Audio-)Decoder in Layer I oder II keine kontinuierlich variable Bitrate unterstützen.

So funktioniert das MP2-Format

Siehe auch: MPEG-1 § Layer II
  • MP2 ist ein Subband-Audio-Encoder , was bedeutet, dass die Kompression im Zeitbereich mit einer Low-Delay-Filterbank stattfindet, die 32 Frequenzbereichskomponenten erzeugt. Im Vergleich dazu ist MP3 ein transformierter Audio-Encoder mit hybrider Filterbank, was bedeutet, dass die Kompression im Frequenzbereich nach einer hybriden (doppelten) Transformation aus dem Zeitbereich erfolgt.
  • MPEG Audio Layer II ist der Kernalgorithmus der MP3-Standards. Alle psychoakustischen Eigenschaften und Rahmenformatstrukturen des MP3-Formats werden aus dem grundlegenden MP2-Algorithmus und -Format abgeleitet.
  • Der MP2-Codierer kann Redundanzen zwischen den Kanälen ausnutzen, indem er eine optionale "Joint Stereo" -Intensitätscodierung verwendet .
  • Wie MP3 ist MP2 ein wahrnehmungsbezogenes Codierungsformat, was bedeutet, dass es Informationen entfernt, die das menschliche Gehör nicht leicht wahrnehmen kann. Um auszuwählen, welche Informationen entfernt werden sollen, wird das Audiosignal nach einem psychoakustischen Modell analysiert, das die Parameter des menschlichen Hörsystems berücksichtigt. Untersuchungen der Psychoakustik haben gezeigt, dass bei einem starken Signal auf einer bestimmten Frequenz schwächere Signale bei Frequenzen nahe der Frequenz des starken Signals vom menschlichen Gehör nicht wahrgenommen werden können. Dies wird als Frequenzmaskierung bezeichnet. Perzeptive Audiocodecs nutzen diese Frequenzmaskierung, indem sie Informationen bei Frequenzen ignorieren, die als nicht wahrnehmbar gelten, wodurch mehr Daten für die Wiedergabe wahrnehmbarer Frequenzen zugewiesen werden können.
  • MP2 teilt das Eingangsaudiosignal in 32 Unterbänder auf, und wenn das Audio in einem Unterband als nicht wahrnehmbar erachtet wird, wird dieses Unterband nicht übertragen. MP3 hingegen wandelt das Eingangsaudiosignal in den Frequenzbereich in 576 Frequenzkomponenten um. Daher hat MP3 eine höhere Frequenzauflösung als MP2, wodurch das psychoakustische Modell selektiver als für MP2 angewendet werden kann. MP3 hat also einen größeren Spielraum, die Bitrate zu reduzieren.
  • Die Verwendung eines zusätzlichen Entropiecodierungstools und eine höhere Frequenzgenauigkeit (aufgrund der größeren Anzahl von Frequenz-Subbändern, die von MP3 verwendet werden) erklärt, warum MP3 keine so hohe Bitrate wie MP2 benötigt, um eine akzeptable Audioqualität zu erzielen. Umgekehrt zeigt MP2 aufgrund der geringeren Frequenzauflösung im Zeitbereich ein besseres Verhalten als MP3. Dies impliziert eine geringere Codec-Zeitverzögerung – was die Bearbeitung von Audio vereinfachen kann – sowie „Robustheit“ und Widerstandsfähigkeit gegenüber Fehlern, die während des digitalen Aufnahmeprozesses oder bei Übertragungsfehlern auftreten können.
  • Die MP2-Subband-Filterbank bietet aufgrund des spezifischen zeitlichen Maskierungseffekts ihres Mutterfilters auch ein inhärentes Merkmal der " Übergangsverbergung ". Diese einzigartige Eigenschaft der MPEG-1 Audio-Familie impliziert eine sehr gute Klangqualität bei Audiosignalen mit schnellen Energieänderungen, wie beispielsweise perkussiven Klängen. Da sowohl das MP2- als auch das MP3-Format dieselbe grundlegende Subband-Filterbank verwenden, profitieren beide von dieser Eigenschaft.

Anwendungen von MP2

Teil der Standards für DAB- Digitalradio und DVB- Digitalfernsehen .

Layer II wird in der Rundfunkindustrie häufig für die Verteilung von Live-Audio über Satelliten-, ISDN- und IP-Netzwerkverbindungen sowie für die Speicherung von Audio in digitalen Playout-Systemen verwendet. Ein Beispiel dafür ist NPR ‚s PRSS Inhalt Depot Programmierung Verteilungssystem. Das Content Depot verteilt MPEG-1 L2-Audio in einem Broadcast Wave File Wrapper. MPEG2 mit RIFF-Headern (verwendet in .wav) ist in den RIFF/WAV-Standards spezifiziert. Infolgedessen spielt Windows Media Player Content Depot-Dateien direkt ab, weniger intelligente .wavPlayer jedoch oft nicht. Da der Codierungs- und Decodierungsprozess in den ersten Generationen von Broadcast-Playout-Systemen eine erhebliche Belastung der CPU-Ressourcen gewesen wäre, implementieren professionelle Broadcast-Playout-Systeme den Codec typischerweise in Hardware, indem sie beispielsweise die Aufgabe des Codierens und Decodierens an eine kompatible Soundkarte delegieren als die System-CPU.

Alle DVD-Video- Player in PAL- Ländern enthalten Stereo-MP2-Decoder, was MP2 zu einem möglichen Konkurrenten von Dolby Digital auf diesen Märkten macht. DVD-Video-Player in NTSC- Ländern müssen MP2-Audio nicht decodieren, obwohl dies die meisten tun. Während einige DVD-Recorder Audio in MP2 speichern und viele von Verbrauchern erstellte DVDs dieses Format verwenden, sind kommerzielle DVDs mit MP2-Soundtracks selten.

MPEG-1 Audio Layer II ist das Standard-Audioformat, das in den Video-CD- und Super-Video-CD- Formaten verwendet wird (VCD und SVCD unterstützen auch variable Bitraten und MPEG Multichannel, wie sie von MPEG-2 hinzugefügt wurden).

MPEG-1 Audio Layer II ist das Standard-Audioformat, das im MHP- Standard für Set-Top-Boxen verwendet wird.

MPEG-1 Audio Layer II ist das Audioformat, das in HDV- Camcordern verwendet wird.

MP2-Dateien sind mit einigen tragbaren Audioplayern kompatibel .

Namensgebung und Erweiterungen

Der Begriff MP2 und die Dateinamenerweiterung .mp2 beziehen sich normalerweise auf MPEG-1 Audio Layer II-Daten, können sich aber auch auf MPEG-2 Audio Layer II beziehen , eine größtenteils abwärtskompatible Erweiterung, die Unterstützung für Mehrkanal-Audio , Codierung mit variabler Bitrate und zusätzliche Abtastraten bietet. in ISO/IEC 13818-3 definiert. Die Abkürzung MP2 wird manchmal auch fälschlicherweise auf MPEG-2- Video oder MPEG-2 AAC- Audio angewendet .

Lizenzierung

Sisvel SpA, ein in Luxemburg ansässiges Unternehmen, verwaltet Lizenzen für Patente für MPEG Audio.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Externe Links