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Compressione MP3

16/03/2001
- A cura di
Leo.
Audio Video Multimedia - Come funziona dal punto di vista tecnico la compressione MP3? In questo articolo lo vedremo insieme in modo chiaro e veloce.

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Innanzi tutto, prima di entrare nello specifico della compressione audio MP3, dobbiamo capire cos'è la compressione. Esistono due tipi di compressione:

  • Senza perdita di dati: è un tipo di compressione che permette di non perdere neanche un bit dell'informazione che vogliamo comprimere (programmi come WinZip sfruttano questo tipo di compressione).
  • Con perdita di dati: è un tipo di compressione che per ridurre al minimo le dimensioni dei file sacrifica alcuni bit di informazione. Il formato MP3 sfrutta questo tipo di compressione.

    Il formato MP3 è diminutivo di MPEG 1 Layer 3 che è l'algoritmo che viene utilizzato per la compressione di dati. MPEG sta invece per Moving Picture Expert Group, il gruppo di lavoro che ideato questo tipo di compressione. Il loro scopo è quello di creare uno standard per la trasmissione di dati occupando il minor spazio possibile.

    Il layer 3 di Mpeg 1 consente di ottenere una compressione con un bitrate di 64 Kbit/s per canale (essendo, il segnale da comprimere un suono stereo, saranno necessari 2 canali avendo così un bitrate di 128 Kbit/s). Il bitrate di un brano audio è il numero di bit necessari per codificare un secondo di canzone. Tenendo conto che il bitrate di un file WAVE (tipo di file utilizzato per i CD audio) è di 1411 Kbit/s è possibile fare un confronto con l'MP3. È possibile notare che con un bitrate notevolmente ridotto è possibile ottenere lo stesso risultato.

    In realtà però l'algoritmo Mpeg 1 Layer 3, come abbiamo già detto, comporta la perdita di alcuni dati. Questo taglio di informazioni dal file di partenza è possibile grazie ad alcuni criteri psico-acustici umani: si basa cioè sui suoni che effettivamente il nostro cervello è in grado di percepire. L'orecchio umano, infatti, non è in grado di percepire suoni al di sopra dei 20.000 Hz. La compressione MP3 tiene conto di questo fatto, tagliando tutte le frequenze al di sopra dei 20.000 Hz, risparmiando spazio prezioso.

    Inoltre, se nella canzone vi fosse un suono che per intensità coprisse tutti i suoni di minore intensità, rendendoli indistinguibili, l'algoritmo di compressione farà in modo di eliminare tutti i suoni che non possono essere uditi, risparmiando così altro spazio. In questo modo possiamo ottenere canzoni con la stessa qualità di un CD occupando 1/10 dello spazio occupato da un file .wav.

    Questo tipo di compressione quindi analizza lo spettro del segnale acustico e, applicando il modello psico-acustico, calcola il rapporto dei dati superflui, eliminandoli definitivamente. Da ciò possiamo dedurre che la decompressione dal formato MP3 a wave non porterà alla stessa forma d'onda del segnale utilizzato per la codifica, ma in termini di ascolto del file audio il risultato è lo stesso. Per capire meglio come funziona la compressione MP3 analizziamo ora i grafici della forma d'onda compressa e della forma d'onda normale di una stessa canzone:

    Grafmp3.gif

    Grafwav.gif

    Il primo grafico si riferisce ad un segnale compresso con MP3 con bitrate di 128 Kbit/s, mentre il secondo è il segnale non compresso (.wav). Come si può facilmente notare l'MP3 taglia tutte le frequenze troppo alte per l'orecchio umano, eliminando inoltre suoni che verrebbero coperti da picchi di suoni a frequenze elevate. Il risultato è un tipo di segnale dall'andamento molto più dolce rispetto al segnale non compresso. Tutto ciò si traduce in un notevole risparmio di spazio su disco nella memorizzazione dei dati.

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