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informatik artikel (Interpretation und charakterisierung)

Aufbau der datei


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Der Aufbau der MP3-Datei erfolgt in sogenannten "Frames". Jeder Frame enthält eine feste Anzahl von Abtastwerten (Samples). Bei Level 3 sind dies 1152 Abtastwerte pro Frame (32 Subbänder x 36 Samples - siehe auch Kompressionsverfahren!).
Ein Frame besteht aus einem Header, einem Prüfsummencheck, den eigentlichen Audiodaten sowie unter Umständen einem so genannten Bit-Reservoir. Ein solches Reservoir entsteht, wenn sich die Samples innerhalb des Frames so komprimieren lassen, dass nicht die komplette theoretische Bit-Anzahl eines Frames benötigt wird.

Auf diese Reservoirs kann der Encoder zurückgreifen, wenn bei einem späteren Frame die vorhandenen Bits nicht ausreichen. Hierbei muss man zwei Begriffe unterscheiden: Framegröße und Framelänge.
Die Framegröße wird durch die Anzahl der Samples bestimmt und ist innerhalb eines Layers konstant. Im Format Layer 1 sind dies stets 384 Samples pro Frame, bei Layer 2 und 3 kommen 1152 auf ein Frame.
Die Länge des Frames kann sich jedoch bei Layer 3 durch das Wechseln der Bitrate oder das nicht aufgefüllte Bit-Reservoir unterscheiden. Vor Layer 3 existierte die Möglichkeit eines Bit-Reservoirs nicht. Theoretisch ist auch eine zerstückelte MPEG-Sounddatei abspielbar. Dies gilt jedoch nicht für nach Layer 3 kodierte Dateien, da hier die Frames auf Grund des Bit-Reservoirs verschachtelt sind. Ebenfalls im Frame enthalten sind die vorher erwähnten Informationen bezüglich des Skalierungsfaktors und der Bit Allocation, um alle Samples wieder rekonstruieren zu können.

Interessant ist auch die Einführung der Frameheaders. Da ein herkömmlicher Dateiheader, wie er bei anderen Dateiformaten durchaus üblich ist, bei MP3-Dateien nicht existiert, enthält jeder einzelne Frame einen eigenen Header. Die ersten 32-Bit des Frames werden davon belegt und zwar in folgender Reihung:
Syncword (12 Bit) ID (1 Bit): Offiziell ist die ID-Signatur nur ein Bit groß, um die verwendete MPEG-Version zu kennzeichnen. In der Urfassung steht der Wert 1 für MPEG 1 und der Wert 0 für MPEG 2. Mit dem inoffiziellen Standard MPEG 2.5 reicht ein Bit als Kennung jedoch nicht mehr aus. Anwendungen, die diesen Standard bereits unterstützen, verwenden das zwölfte Bit des Syncwords als zusätzliche MPEG-ID. Ist dieses auf 0 gesetzt, steht dies für MPEG 2.5. Standardmäßig sind alle Bits des Syncwords gesetzt.

Layer (2 Bit): Gibt an, nach welchem Layer die Codierung erfolgt ist.

error protection (1 Bit): Wenn das Error Protection Bit gesetzt ist, folgt nach dem Frameheader eine 16-Bit-Prüfsumme zur Feststellung von Datenverlust.

bitrate_index (4 Bit): Hier steht, in welcher Bitrate die Datei codiert wurde.

sampling_frequency (2 Bit): Hier wird die Sampling Rate in Hz festgelegt. Richtet sich unter anderem nach der in der MPEG-ID festgelegten MPEG-Version.

padding_bit: Dieses Bit wird dazu benutzt, um die Bitraten exakt zu bestimmen. Ist es auf 0 gesetzt, ist das Frame nicht aufgefüllt.

private_bit (1 Bit): Steht zur freien Verfügung. Beispielsweise um in Applikationen ein bestimmtes Ereignis auszulösen.

mode (2 Bit): Hier erfolgt die Angabe über den Stereomodus. Es wird unterschieden, ob die Datei Stereo, Joint Stereo, Zweikanal oder Mono codiert ist.

mode extension (2 Bit): Ist nur von Bedeutung, wenn bei der Kodierung der Joint-Stereo-Modus gewählt wurde. Während bei Layer 1 und 2 hier die Zuordnung der Frequenzbänder an den Joint-Stereo-Modus erfolgt, gilt für Layer-3-Dateien die Festlegung welcher Joint-Stereo-Modus zum Einsatz kommt (intensity stereo oder M/S-stereo). Beim Layer 3 bestimmt der Dekompressionsalgorithmus die Frequenzbänder.

copyright (1 Bit): Ist das Copyright-Bit gesetzt, ist die MP3-Datei urheberrechtlich geschützt.

original/copy (1 Bit): Gibt an, ob es sich um ein Original oder eine Kopie handelt.

emphasis (2 Bit): Hier wird die verwendete Rauschunterdrückung angegeben. Der Einsatz ist allerdings nicht sehr gebräuchlich.


Während also die ersten 32 Bit eines jeden Frames mit Informationen zur Datei an sich belegt sind, können am Ende der gesamten MP3-Datei 128 Byte im ID3-Tag Daten zum Musikstück im Allgemeinen aufgelistet werden - eine Art Inhaltsangabe ähnlich dem CD-Text bei Audio-CDs.


Länge (Byte)
Beschreibung
3 TAG-Identifizierung, hier muss TAG stehen
30 Titel des Stückes

30 Interpret
30 CD-Titel

4 Erscheinungsjahr
30 Kommentar

1 Genre

Das "Genre" ist ein nummerisches Feld. Es existiert eine Liste, in der bestimmte Nummern den Genres von Acid Punk bis Southern Rock zugeordnet sind. Mittlerweile wird außerhalb der MP3-Spezifikation der ID3-Tag von unabhängigen Interessensgruppen weiterentwickelt. Da der ID3-Tag immer am Ende der MP3-Datei steht, ist es relativ einfach, ihn auszulesen beziehungsweise zu editieren. So werden zum Beispiel in neueren Varianten des ID3-Tags Bytes des Kommentarfelds geopfert, um die Original-Track-Nummerierung der CD ebenfalls speichern zu können. Inzwischen gibt es bereits zahlreiche Share- und Freewareprogramme, die sich der Bearbeitung des ID3-Tags annehmen. Beliebte Funktionen sind dabei die automatische Erzeugung des ID3-Tag aus Verzeichnis- und Dateinamen sowie umgekehrt das Benennen von Dateien auf Grund vorliegender ID3-Tag-Informationen.

 
 




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