فايل هاي MP3 چگونه كار مي كنند

فايل هاي MP3 يكي از عجيب ترين پديده هاي هستند كه صنعت موسيقي تا به حال شاهد آن بوده است. بر خلاف حركت هايي ديگر مانند نوارهاي كاست و CD ها ، استفاده از فايل هاي MP3 تنها محدود به يک صنعت خاص نبوده بلكه در اينترنت نيز تعداد زيادي از طرفداران موسيقي اقدام به استفاده از اين فايل ها نموده است.

فرمت هاي MP3 تاثير قايل توجهي را بر گسترش ، جمع آوري و شنيدن موسيقي در بين مردم گذاشته است و البته اين اثر همچنان ادامه دارد.
بسيار ي از مردم از اينکه فايل هاي MP3 چگونه كار مي كنند چيز زيادي نمي دانند و اما تقريبا تمامي کاربران با تبديل فايل هاي صوتي به MP3 ، کپي کردن آنها بر روي CD و اجرا آن کاملا آشنا هستند.در اين مقاله سعي داريم در مورد فرمت MP3 و نحوه عملکرد تا حدودي شما را آشنا سازيم .

فرمت فايل هاي MP3

يك CD معمولي ( Audio CD ) ، آهنگ را به صورت اطلاعات ديجيتال ذخيره مي كند.حال با اتفاقاتي كه براي تبديل يک CD Audio به يک فايل موسيقي (‌فايل Wave ) روي مي دهد آشنا مي شويم:

• از يک CD Audio در هر ثانيه ،‌ 44100 عدد نمونه برداري (Sample ) مي شود. هر يك از اين نمونه ها فضايي معادل 2 بايت يا 16 بيت را اشغال مي كنند .

• در سيستم هاي استريو نمونه هاي مربوط به باند ها ( باند چپ و راست ) از هم جدا مي شود.به اين ترتيب يك فايل موسيقي مي تواند تعداد انبوهي بيت را در يك ثانيه ذخيره كند.
x 44,100 x 16 bit x 2 Channel = 1,411,200 bits per Second

حال مي خواهيم در مورد آمار عددي بالا بيشتر صحبت كنيم :
4 / 1 ميليون بيت در ثانيه معادل است با 176 کيلو بايت در ثانيه بنا براين اگر يك موسيقي به طور متوسط 3 دقيقه باشد در نتيجه اين مقدار از موسيقي بطور متوسط فضايي معادل 32 مگا بايت اشغال مي كند. اين مقدار براي يك آهنگ فضاي زيادي است مخصوصاً اگر بخواهيد با يك مودم 56K يك آهنگ را دانلود كنيد که براي اين کار نزديك به 2 ساعت زمان نياز است.
فرمت MP3 يك سيستم فشرده سازي موسيقي مي باشد كه بدون صدمه زدن به كيفيت پخش آهنگ از تعداد بايت هاي آن مي كاهد.
هدف فرمت MP3 آن است كه بدون تاثير گذاشتن به كيفيت آهنگ آن را فشرده سازد.
به كمك فرمت MP3 يك آهنگ 32 مگا بايتي به مقدار 3 مگا بايت فشرده شده و حجم آن كاهش مي يابد.اين قابليت به شما امكان مي دهد به جاي اينكه براي دانلود كردن آهنگ ساعت ها زمان صرف كنيد فقط كافي است تا چند دقيقه صبر كنيد و صدها آهنگ را در هارد ديسك كامپيوتر خود دانلود كنيد بدون اينكه فضاي زيادي را اشغال كنند.

سوالي که در اينجا مطرح مي شود اينست که آيا عمليات فشرده سازي يك آهنگ بدون آسيب رساندن به كيفيت آن ممكن است؟
همانطور که مي دانيد براي کوچک تر کردن تصاوير از فشرده سازي بسيار استفاده مي گردد به طور مثال فايل هايي با فرمت GIF و JPG تصاوير فشرده مي باشندهمچنين از فرمت Zip نيز براي فشرده سازي فايل هاي استفاده مي گردد پس شما تا حدودي از موارد استفاده فشرده سازي براي فايل هاي متني و تصويري آشنايي داريد.
براي ساختن الگوريتم هاي فشرده سازي صوتي از تكنيكي به نام
« Perceptual noise shaping » استفاده مي گردد اين تكنيك را Perceptual ( به معناي ادراك از طريق حواس پنجگانه ) مي نامند.

براي طراحي الگوريتم هاي MP3 از خصوصيات گوش انسان الهام گرفته شده است. اين خصوصيات به اين ترتيب مي باشند :

• صداهايي در طبيعت وجود دارند كه گوش انسان قادر به شنيدن آنها نمي باشد.

• صداهايي در طبيعت وجود دارند كه گوش انسان بهتر از موجودات ديگر قادر به شنيدن آنها مي باشد.

• اگر دو صدا به صورت همزمان در حال پخش باشند در اين صورت گوش انسان تنها صدايي را مي شنود كه بلندتر از ديگري مي باشد.
به كمك اصول فوق ، بدون اينكه صدمه اي به كيفيت آهنگ وارد شود، قسمت هايي خاصي از يك آهنگ را مي توان حذف نمود. عمليات فشرده سازي با استفاده تكنيك هاي شناخته شده اي انجام مي گيرد. وقتي عمليات ساخت فايل MP3 به پايان مي رسد در اصطلاح مي گويند آهنگ بدست آمده Near CD quality مي باشد يعني نسخه MP3 از يك آهنگ ،‌به علت حذف قسمت هايي از آن كاملاً شبيه به CD اورجينال نمي باشد ولي خيلي نزديك به آن است.
با توجه به توضيحات بالا مي بينيد كه فايل MP3 فرمت ساده اي است كه يك آهنگ را به اندازه كوچك تر فشرده مي سازد.

واژه MP3

واژه MPEG كلمه اختصاري Moving Picture Experts Group مي باشد .اين گروه براي فشرده سازي ديتاي تصويري، سيستم هايي را توسعه داده اند. به طور مثال براي فيلم هاي DVD ،‌ Broadcasts HDTV و سيستم هاي ماهواره اي DSS از MPEG براي فشرده سازي ديتاي تصويري استفاده مي كنند. سيستم فشرده سازي MPEG شامل يك سيستم فشرده سازي صوتي نيز مي باشد. نام اين سيستم
MPEG audio Layer -3 و به اختصار MP3 مي باشد.

مختصري از خالق MP3

بسياري از مردم با نام كارلهاينز براندنبرگ، محقق آلماني كه از مخترعان MP3 است، آشنايي ندارند.
او ابتدا حدود 20 سال قبل تحقيق به روي راه هاي ايجاد فايل هاي كوچك صوتي را به عنوان بخشي از رساله دكتراي خود آغاز كرد.
وي مي گويد: ما از همان ابتدا يك رويا را دنبال مي كرديم و هرگز انتظار نداشتيم محصول كار به چنين محبوبيت گسترده اي دست يابد يا نزد برخي چنين بد نام شود، او مي گويد: در سال 1988 كسي از من پرسيد اين پروژه بالاخره به كجا مي انجامد و من گفتم ممكن است مثل خيلي ديگر از رساله هاي دوره دكترا در كتابخانه ها خاك بخورد، اما ممكن است به چيزي بدل شود كه ميليون ها نفر از آنها استفاده مي كنند و اين روياي من بود.
دكتر براندنبرگ، تز خود را در سال 1989 تكميل كرد. اما اين تنها آغاز ماجرا بود.
او به موسسه فرانهو فر، يكي از معتبرترين مراكز تحقيقاتي آلمان پيوست و كمك هاي شاياني به توسعه MP3 در شكل امروزي آن كرد، با وجود توسعه ساير فنون رقيب ، MP3 جاي خود را به عنوان فرمت اصلي براي تبادل فايل هاي موسيقي در اينترنت باز كرده است.
كيفيت صدا يكي از چالش هاي اصلي در نخستين روزهاي توليد MP3 بود. دغدغه اصلي اين بود كه كيفيت صدا پس از آنكه فشرده شد افت نكند. پژوهشگران در پي ايجاد يك فايلي صوتي با فرمت MP3 بودند كه كيفيت آن براي گوش هاي حساس از كيفيت صوتي آهنگ اصلي، قابل تشخيص نباشد.
دكتر براندنبرگ گفت: آزمايشي هاي زيادي انجام شد. برخي از آهنگ ها را بايد هزار بار گوش مي كرديم. يكي از مشكلات اين بود كه هر سبك موسيقي، از پاپ گرفته تا كلاسيك، واكنش مختلفي به فشرده شدن با فرمت MP3 داشت و به راحتي قابل پيش بيني نبود كه چه مقدار از كيفيت صوتي آن افت مي كند.
فرمتي كه به بازار آمده بود، امكان انتقال موسيقي با كيفيت عالي از طريق اينترنت را فراهم مي كرد. با ورود خدماتي كه به كاربران امكان مي داد فايل هاي خود را به اشتراك بگذارند، ميليون ها نفر به پياده كردن موسيقي پرداختند.
با اين حال دكتر براندنبرگ تصور نمي كند كه با ايجاد MP3 تحولي شگرف در صنعت کاميوتر و موسيقي ايجاد شود.