La compressione audio mp3 (mpeg 1 layer 3)

Capitolo 1 Lo standard MPEG 1 1.1 Introduzione La compressione audio digitale risponde alla necessità di trasmettere o memorizzare il segnale audio utilizzando bit rate ridotti rispetto al segnale in formato PCM del compact disc. Questo contiene, infatti, molte informazioni non necessarie perché non udibili in fase di riproduzione. Ogni minuto di segnale musicale stereo in formato PCM occupa circa 10 Mbytes. Utilizzando la compressione audio digitale si possono ottenere dei fattori di riduzione di 1:12 senza perdite di qualità. In questi anni sono stati studiati numerosi sistemi di codifica. Lo standard MPEG 1 è attualmente il più utilizzato per applicazioni stereofoniche che utilizzino segnali musicali di elevata qualità. Nel seguito di questo capitolo saranno analizzati i principi generali che stanno alla base della compressione audio digitale, e le caratteristiche previste dallo standard MPEG 1. 1.2 Metodi di compressione audio I metodi di compressione si distinguono in metodi che permettono una perfetta ricostruzione dei dati iniziali e metodi che comportano perdite di informazioni. I primi si basano sull’eliminazione di dati ripetuti e funzionano bene per file di testo o di programma, tuttavia hanno una resa solo del 10-15% per file audio. I secondi possono operare nel dominio del tempo o nel dominio della frequenza. Una tecnica che si utilizza nel dominio del tempo è calcolare e quantizzare la differenza tra i successivi campioni del segnale, o tra la predizione del campione successivo e l’effettivo campione. Questi metodi sono chiamati DPCM (Differential Pulse Code Modulation) e ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation). Un altro metodo si basa sullo studio di un modello matematico del segnale, del quale si trasmettono solo i coefficienti, e non i campioni del segnale stesso. Un esempio è rappresentato dal CELP (Code Excited Linear Predictor). Queste tecniche funzionano bene con il segnale vocale che può essere così compresso fino a bit rate dell’ordine di 5 kbit/s. Il segnale audio musicale può essere compresso in modo più efficiente con filtraggi nel dominio della frequenza. Questo perché è un segnale costituito dalla sovrapposizione di più segnali ad una determinata frequenza ed energia. E’ quindi possibile localizzare le ridondanze e le informazioni più importanti da trasmettere. I metodi più efficienti che operano in frequenza si basano sui principi della psicoacustica, cioè sulla limitata capacità percettiva dell’orecchio umano.