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MP3 est l'abréviation de MPEG-1/2 Audio Layer 3, la spécification sonore du standard MPEG1 (Motion Picture Expert Group).
MP3 (ou, plus précisément, MPEG-1/2 Audio Layer 3) est un algorithme de compression capable de réduire drastiquement la quantité de données nécessaire pour restituer de l'audio, mais qui, pour l'auditeur, ressemble à une reproduction fidèle du son original, non compressé.
Ce format populaire de compression audio permet une compression approximative de 1:12. Un fichier audio occupe ainsi 12 fois moins d'espace une fois transformé en format MP3. La compression peut être plus grande que ce ratio en choisissant un débit binaire (en anglais bitrate) plus faible. On considère en général qu'il faut au moins 128kbps (kilobits par seconde) pour bénéficier d'une qualité audio acceptable pour un morceau de musique, sachant que 8kbs est la qualité audio d'un téléphone.
Ce format de données utilise un modèle psycho-acoustique, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un système de compression avec perte. Il ne retransmet pas intégralement le spectre des fréquences audio, l'oreille n'étant de toute façon pas capable de distinguer de trop petites différences.
Le MP3 supprime notamment les ultrasons et autres fréquences que notre oreille ne peut entendre. De plus, il exploite le mécanisme psycho-acoustique de « masque » : si l'on écoute des gazouillis d'oiseaux, et que d'un coup, un coup de klaxon survient, les gazouillis des oiseaux nous deviennent imperceptibles. Cette information peut donc être supprimée.
En théorie, on ne devrait pas pouvoir remarquer si un fichier a été compressé en MP3 ou non. Mais en pratique, diverses formes de compression existent, avec des qualités variables. Si l'on compresse bien un fichier à plus de 128kbps à l'aide d'un bon programme, la différence sera presque inaudible. A contrario, si on le fait à moins de 128kbps, ou avec un mauvais programme, il y aura des défauts perceptibles.
On peut améliorer la qualité à débit moyen égal en utilisant un débit binaire variable (VBR ou Variable Bit Rate par opposition à CBR, Constant Bit Rate), où les instants peu complexes (par exemple les silences) seront encodés à un taux plus faible, par exemple 64kbps laissant ainsi une réserve de bits supplémentaires pour encoder les parties plus problématiques (sauts de fréquences rapides) jusqu'à 320kbps.
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L'encodage MPEG-1/2 Layer 2 est né avec le projet Digital Audio Broadcast (DAB) qui fut lancé par Fraunhofer IIS-A. Ce projet a été financé par l'union européenne, et était une partie du programme de recherche EUREKA, connu sous le nom de EU-147.
Le projet EU-147 exista de 1987 à 1994. En 1991, deux formats étaient disponibles : Musicam (connu sous le nom de Layer II) et ASPEC (Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding), ce dernier ayant des points communs avec le MP3. Musicam fut choisi pour sa simplicité et sa tolérance aux erreurs.
Un groupe de travail portant sur Karlheinz Brandenburg et Jürgen Herre reprirent des idées de Musicam et d'ASPEC, en ajoutèrent et créèrent le format MP3, format conçu pour être de même qualité à 128 kbit/s que le MP2 à 192 kbit/s.
Les deux algorithmes furent complétés en 1992 et constituèrent la première partie du MPEG-1, le premier travail du groupe MPEG, groupe à l'origine du standard international ISO/International Electrotechnical Commission 11172-3, publié en 1993. Le travail sur l'audio MPEG se termina en 1994 et constitua la seconde partie (MPEG-2) qui forma le standard international ISO/IEC 13818-3, publié pour la première fois en 1995.
L'efficacité de la compression des encodeurs avec perte est habituellement définie par le débit binaire, puisque le taux de compression dépend de la taille de l'échantillon et de la fréquence d'échantillonage du signal d'origine. Toutefois, les paramètres du disque compact sont souvent utilisés comme référence (44.1 kHz, 2x16 bit).
Outre le fait de stocker la musique de façon très compacte tout en conservant une qualité acceptable, le MP3 apporte une fonctionnalité rarement présente sur les formats audio qui l'ont précédé : les métadata (données sur les données). En clair, le fichier mp3 ne contient pas seulement la musique mais peut également apporter des informations sur celles-ci (telles que l'interprète, le titre, l'album). Ces informations sont stockés sous forme d'étiquettes (tag en anglais) dont il existe plusieurs versions.
Le format MP3 initial ne permettait pas de stocker des étiquettes, tout au plus, il permettait de préciser certains paramètres binaires comme le fait que le morceau soit protégé ou non par copyright ou le fait qu'il s'agisse d'un original ou d'une copie.
La version initiale des étiquettes ID3 permet de stocker les informations suivantes :
Une évolution de cette version (ID3 v1.1) permet de stocker le numéro de la piste sur l'album (moyennant une réduction du champ commentaire à 28 caractères).
Les limitations de l'ID3v1, aussi bien dans la variété des informations que dans la taille de chacune des étiquettes, incitèrent plusieurs développeurs à rechercher une solution plus souple. Les étiquettes ID3v2 permettent donc de stocker quasiment n'importe quel type d'information et notamment :
Pour plus d'informations sur les étiquettes ID3 : http://www.id3.org/
Bien que le MP3 soit souvent perçu par l'utilisateur final comme une technologie gratuite (il peut en effet encoder ou décoder gratuitement sa musique de manière tout à fait légale pour peu que l'enregistrement original lui appartienne), cette technologie fait l'objet d'une licence. L'algorithme « MPEG-1 Layer 3 » décrit dans les standards ISO/IEC IS 11172-3 et ISO/IEC IS 13818-3 est soumis à des royalties à Fraunhofer IIS et Thomson (les détenteurs du brevet) pour toute utilisation commerciale ou implémentation physique (notamment sur les baladeurs mp3) dans les pays reconnaissant les brevets logiciels comme les États-Unis ou le Japon.
La popularité du format MP3 a rapidement conquis de très nombreux utilisateurs tant par sa facilité d'utilisation que par le fait que pour la première fois, elle permettait de transmettre de l'information multimedia par internet. Néanmoins, les limites de cette technologie aussi bien quantitativement (taux de compression donc taille des fichiers et temps de téléchargement) que qualitativement (perte de qualité par rapport à l'enregistrement non compressé, gestion numérique des droits) ont motivé plusieurs initiatives proposant des alternatives :
