MP3
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Patrick Grögler
- Abgabedatum: Oktober 2000
- Umfang: 123 Seiten
- Dateigröße: 489,2 KB
- Note: 1,0
- Institution / Hochschule: Fachhochschule Düsseldorf Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-2993-5
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-2993-5 P - ISBN (CD) :978-3-8324-2993-5 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Grögler, Patrick Oktober 2000: MP3, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: MP3, Datenreduktion, MPEG, Audiokomprimierung, Audiokompression
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Diplomarbeit von Patrick Grögler
Gang der Untersuchung:
Die Arbeit klärt zunächst einige Grundlagen: Was ist MP3 überhaupt? Und wie funktioniert dieses Verfahren?
Dann werden konkret Programme und Geräte aus der Praxis vorgestellt, mit denen MP3-Signale erzeugt und auch wieder zurückgewandelt werden können.
Das Kernstück dieser Arbeit bildet der Hörtest, der untersucht, wann und unter welchen Bedingungen eine MP3-Komprimierung hörbar wird bzw. wann und unter welchen Bedingungen eine MP3-Komprimierung unhörbar bleibt.
Schließlich werden noch die populärsten Anwendungen von MP3, nämlich beim Rundfunk und im Internet aufgezeigt und aufgrund der Ergebnisse des Hörtests kritisch beurteilt.
Inhaltsverzeichnis:
| 1. | Einleitung | 4 |
| 2. | Grundlagen | 7 |
| 2.1 | Was ist MP3? | 7 |
| 2.1.1 | Historie | 8 |
| 2.1.2 | Verlustfreie und verlustbehaftete Codierung | 9 |
| 2.1.3 | Audiodateien in MP3 | 10 |
| 2.1.4 | Audio-Streaming in MP3 | 11 |
| 2.2 | Wie funktioniert die Komprimierung? | 12 |
| 2.2.1 | Psychoakustische Grundlagen | 12 |
| 2.2.1.1 | Kurven gleicher Lautstärke | 12 |
| 2.2.1.2 | Verdeckung | 13 |
| 2.2.1.2.1 | Spektrale Verdeckung | 14 |
| 2.2.1.2.2 | Vor-/ Nachverdeckung | 14 |
| 2.2.1.3 | Frequenzgruppen | 15 |
| 2.2.1.4 | Tonalität | 16 |
| 2.2.2 | Digitaltechnische Grundlagen | 17 |
| 2.2.3 | Funktion der MP3-Codierung | 18 |
| 2.2.3.1 | Die FFT | 19 |
| 2.2.3.2 | Die Filterbank | 20 |
| 2.2.3.3 | Die MDCT | 20 |
| 2.2.3.4 | Bestimmung des Wertes für das Kompandersystem | 22 |
| 2.2.3.5 | Die Kompression | 23 |
| 2.2.3.6 | Bestimmung der NMR | 23 |
| 2.2.3.7 | Die Re-Quantisierung | 25 |
| 2.2.3.8 | Der Multiplexer | 26 |
| 2.2.4 | Funktion der Decodierung | 28 |
| 2.2.5 | Komprimierung in Stereo | 30 |
| 2.2.5.1 | Stereo Standardkomprimierung | 30 |
| 2.2.5.2 | MS-Stereo | 30 |
| 2.2.5.3 | Intensitäts-Stereo | 31 |
| 2.2.5.4 | Probleme bei der Stereokomprimierung | 32 |
| 3. | Praxis | 33 |
| 3.1 | Encoder | 33 |
| 3.1.1 | MP3-Software-Encoder | 33 |
| 3.1.2 | MP3-Hardware-Encoder | 35 |
| 3.2 | Decoder | 36 |
| 3.2.1 | MP3-Software-Decoder | 36 |
| 3.2.2 | MP3-Hardware-Decoder | 37 |
| 4. | Hörtest | 39 |
| 4.1 | Beschreibung des Hörtests | 39 |
| 4.2 | Der Fragebogen | 42 |
| 4.3 | Durchführung des Hörtests | 52 |
| 4.3.1 | Bedingungen, unter denen der Hörtest vorbereitet wurde | 52 |
| 4.3.2 | Bedingungen, unter denen der Hörtest stattfand | 53 |
| 4.4 | Auswertung des Hörtests | 55 |
| 4.4.1 | Allgemeines | 55 |
| 4.4.2 | Statistische Grundlagen | 55 |
| 4.4.2.1 | Ordinalniveau | 55 |
| 4.4.2.1.1 | 2-stufig | 55 |
| 4.4.2.1.2 | 5-stufig | 55 |
| 4.4.2.2 | Quartile | 57 |
| 4.4.2.3 | Reliabilität | 57 |
| 4.4.2.4 | Validität | 57 |
| 4.4.3 | Entscheidungsgrundlagen | 58 |
| 4.4.3.1 | Nominalniveau | 58 |
| 4.4.3.2 | Ordinalniveau | 59 |
| 4.5 | Ergebnisse | 61 |
| 4.5.1 | Allgemeines | 61 |
| 4.5.2 | Teilnehmer | 62 |
| 4.5.3 | Reliabilität | 63 |
| 4.5.4 | Validität | 64 |
| 4.5.5 | Die Ergebnisse im Einzelnen | 64 |
| 4.6 | Schlüsse aus dem Hörtest | 83 |
| 5. | Anwendungen | 84 |
| 5.1 | MP3 beim Rundfunk | 84 |
| 5.1.1 | Audiodateien auf den File-Servern | 84 |
| 5.1.2 | Audio-Streaming via ISDN | 85 |
| 5.1.3 | Digitales Satelliten-Radio | 85 |
| 5.2 | MP3 im Internet | 87 |
| 5.2.1 | Audiodateien zum Download | 87 |
| 5.2.1.1 | Download per Internet-Browser | 93 |
| 5.2.1.2 | Download per ftp-Programm | 93 |
| 5.2.2 | Audio-Streaming | 94 |
| 6. | Anhang | 95 |
| 6.1 | Quellenverzeichnis | 95 |
| 6.1.1 | Literatur | 95 |
| 6.1.2 | Internet | 98 |
| 6.2 | Urliste des Hörtests | 99 |
| 6.3 | Kommentare der Versuchsteilnehmer | 113 |
Bei der MP3-Datenrate 256 kBit/s und den beiden Beispielen mit 192 kBit/s ist jeweils keine Entscheidung gefallen, die Komprimierung blieb für die Versuchsteilnehmer unhörbar. Bei den Datenraten 160 kBit/s und 128 kBit/s ist jeweils eine knappe Entscheidung zugunsten des MP3-Signals („Bevorzugung des MP3-Signals“) gefallen. Diese Entscheidung ist aber sehr knapp (1. Quartil nur leicht unter 2,5, 3. Quartil nur leicht unter 3,5, Median nur leicht unter 3) und wird außerdem relativiert durch jeweils 2 Teilnehmer in der 5. Antwortklasse („Komprimierung deutlich wahrnehmbar“) gegenüber keinem Teilnehmer in der 1. Antwortklasse („MP3-Signal deutlich besser“). Es handelt sich also eher um eine Verunsicherung der Versuchsteilnehmer als um eine klare Entscheidung. Bei 112 kBit/s ist eine klare Entscheidung („Komprimierung wahrnehmbar“) gefallen. Verglichen mit den anderen Hörbeispielen ist dies aber eher noch eine weniger deutliche Entscheidung bei 112 kBit/s. Der Wert 2,721 für das 1. Quartil bei 112 kBit/s ist Minimalwert im gesamten Hörversuch. [...]
Bei den MP3-Datenraten 256 kBit/s, 192 kBit/s, 160 kBit/s und 128 kBit/s ist jeweils keine Entscheidung gefallen, das heißt die Komprimierung war nicht wahrnehmbar. Es überwiegt hier jeweils stark die Gleichklasse mit mindestens 31 / 51 = 60,8 % der Teilnehmer. Die am stärksten besetzte einzelne Klasse des gesamten Hörversuchs findet sich bei 256 kBit/s mit der Gleichklasse. 38 / 51 = 74,5 % (also rund ¾) aller Teilnehmer hörten hier keinen Unterschied. Bei 112 kBit/s allerdings fiel eine klare Entscheidung („Komprimierung wahrnehmbar“). Das 1. Quartil ist größer 2,5, der Median größer 3 und das 3. Quartil mit 4,225 deutlich größer als 3,5. 10 / 51 = 19,6 % der Teilnehmer erkannten jeweils eine „deutliche Beeinträchtigung“ bzw. eine „leichte Beeinträchtigung“ des MP3-Signals. Damit erkannten knapp 40 % der Teilnehmer die Komprimierung. [...]
Bei einer MP3-Datenrate von 256 kBit/s ist keine Entscheidung gefallen, die Komprimierung war nicht wahrnehmbar. Bei der Datenrate 192 kBit/s tritt als einzigem aller Beispiele der Fall auf, dass das 1. Quartil etwas kleiner als 2,5, das 3. größer als 3,5 und der Median ungefähr 3 ist. Es handelt sich hierbei nicht um eine Geschmacksentscheidung, welche Zweigipfligkeit voraussetzt und auch nicht um eine Gleichverteilung, wie am Histogramm ersichtlich ist. Dieses Votum ist nicht einfach zu interpretieren und lässt sich nur schwer endgültig klären. Zum einen deutet die hohe Anzahl an Versuchsteilnehmern (13), die eine Beeinträchtigung des Originalsignals zu hören glauben gegenüber einer ähnlich hohen Anzahl von Versuchsteilnehmern (14), die eine Beeinträchtigung des MP3-Signals zu hören glauben auf eine starke Verunsicherung der Probanden hin und zeigt, dass die Komprimierung nicht verlässlich erkannt wurde und keine Entscheidung gefallen ist. Zum anderen deutet die relativ hohe Zahl an Versuchsteilnehmern (27), die eine Beeinträchtigung in die eine oder andere Richtung gehört haben darauf hin, dass möglicherweise doch „irgend etwas“ wahrnehmbar war, die Zuordunug aber fehlschlug. Letztlich ist es Interpretationssache, dieses Ergebnis zu deuten. Da im Sinne der Entscheidungsgrundlagen unter 4.4.3.2: Ordinalniveau aber keine Entscheidung in die eine oder andere Richtung gefallen ist, soll hier davon ausgegangen werden, dass die Komprimierung nicht verlässlich wahrgenommen wurde. Bei 160 kBit/s und den beiden Beispielen mit 128 kBit/s fiel jeweils eine Entscheidung („Komprimierung wahrnehmbar“). Bei 112 kBit/s fiel die deutlichste Entscheidung des gesamten Hörversuchs („Komprimierung wahrnehmbar“): Das 1. Quartil ist größer 3 (Spitzenwert im Hörversuch), der Median ist größer 4 (Spitzenwert), das 3. Quartil ist mit 4,863 (Spitzenwert) schon nahe der 5. Antwortklasse („Komprimierung deutlich wahrnehmbar“). Die Gleichklasse ist hinter der 5. und 4. Antwortklasse nur drittstärkste Klasse. Die stärkste Klasse ist die 5. Antwortklasse mit 20 / 51 = 39,2 %. Über 1/3 der Teilnehmer hörte also eine „deutliche Beeinträchtigung“ des MP3-Signals. 33 / 51 = 64,7 % der Teilnehmer (also knapp 2/3) nahmen die Komprimierung des MP3-Signals wahr. [...]
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832429935
Arbeit zitieren:
Grögler, Patrick Oktober 2000: MP3, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
MP3, Datenreduktion, MPEG, Audiokomprimierung, Audiokompression



