是誰發明了 MP3？

編譯/JJW

來源/science.howstuffworks.com/innovation/everyday-innovations/invented-mp3s.htm

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你是否曾經在寢室的夜晚，偷偷戴著MP3播放器躺在被窩裡靜靜地聽著喜歡的音樂？那個時候我們還沒有智能手機、還沒有高速網路。許多無聊的時光就靠各式各樣的MP3播放器陪我們讀過的，可能是一個人聽，也或許是通過3.5mm孔口的分線器與喜歡的人分享音樂。

我們對MP3已經不能再熟悉了，但是你知道MP3其實並不只是一個播放器的名字，還是一種編碼和格式嗎？又是誰發明了MP3呢？

MP3到底是什麼？

MP3其實是一種非常流行的音頻文件編碼和有損壓縮格式。它的出現在很大程度上促進了現代數字音樂在線使用率的快速增長，而且給我們消費音樂的方式帶來了很大的變化。它完整的名稱叫「動態圖像專家組音頻層 - 3」（MPEG-1 Audio Layer III）。

MPEG代表的是「動態圖像專家組」，該組織成立於1988年，致力開發視頻、音頻的壓縮編碼技術。MPEG是國際標準組織（ISO）的一個分支，其總部位於日內瓦，負責為全球各行各業制定標準。

各地的跑步者都要感謝MP3的發明

MP3可以將單聲道或立體聲道的數字音頻壓縮到其原始大小的十分之一左右的電腦上、CD、DVD或MP3播放器中（HiFi 黨聽的無損格式音樂為.flac大小剛好為一般MP3的十倍）。這一過程其實是會損失一點音頻質量的，但相比較而言，對於大多數人來說，MP3已經是很好的選擇了。

MP3是如何將音頻壓縮的呢？

首先，MP3編碼器將音頻數據量化為數字，將這些數字全部除以另外一個數字並且進行舍入來縮小。這樣可以縮放音頻的各個頻帶以調整精度。

然後，編碼器使用霍夫曼編碼（一種無損數據壓縮的熵編碼），將這些數字轉換成更短的二進位信息串。這樣一個過程就保持了儘可能高的音質，同時又減少了數據文件的大小。

霍夫曼樹 圖源/wikipedia

除此之外，MP3還利用了一些「心理聲學」的知識（比如人們如何感知聲音）來將音頻文件壓縮到更小。

比如，它會丟棄人耳實際聽得到的聲音範圍之外的數據（我們人耳的聽覺範圍是20Hz到20,000Hz）。

MP3編碼也使用了哈斯效應，這是一種雙耳心理聲學效應：在第一聲發出後25-35毫秒內發出第二聲，我們人耳只能聽到一個整體融合的聲音；但是如果超過35毫秒，我們就能聽出第二聲源。MP3編碼可以將一些相似的聲音整合，從而減少數據。這種丟棄音頻數據的方法傾向也是MP3被稱為有損壓縮方法的原因。（也是一些發燒友不待見的原因）

這也是我們玩吃雞時能聽音辯位的原因 圖源/google

這項榮譽歸誰？

MP3格式從1995年開始流行於全世界，但它的發展早在幾年前就開始了。MP3根源於許多早期的數字編碼研究，其中最值得注意的是Karlheinz Brandenburg的博士論文，他常被一些人稱為「MP3之父」，但如果遇到他本人，他一定會告訴你這不是他一個人能夠完成的。

MP3的發明團隊，戴耳機的為Karlheinz Brandenburg 圖源/google

20世紀80年代初，Brandenburg 在攻讀博士學位期間，其教授鼓勵他和其他學生研究通過綜合業務數字網（ISDN）電信線路傳輸音樂文件的方法。Brandenburg 則研究了心理聲學，並且提出了一種高效的音頻壓縮演算法，他稱之為頻域最優編碼（OCF）。

後來 Brandenburg 成為了助理教授並繼續他的研究，他曾與弗勞恩霍夫集成電路研究所（德國56家研究機構的成員，弗勞恩霍夫協會成員）合作，與紐倫堡大學建立起了合作關係。在研究所中，OCF由團隊進行了改進，得到了許多其他研究人員的幫助，一種叫做自適應光譜感知熵編碼（ASPEC）編解碼器就這樣誕生了。

在20世紀80年代末和90年代初期，MPEG收到了各個團體的提議，希望採用它們的編碼方法。MPEG選擇了多種提案，將這些提案合併為三種格式：MPEG-1 Audio Layer I，Layer II和Layer III。其中MPEG-1 Audio Layer III就是主要基於ASPEC。

Brandenburg 和在弗勞恩霍夫集成電路研究所參與該項目的其他工程師一起開發了MP3編碼和解碼所需要的軟體和硬體。1993年，Brandenburg 正式加入弗勞恩霍夫集成電路研究所成為其中一員，擔任音頻/多媒體部門的負責人。2000年，因為MP3的發明，Brandenburg 等三人代表整個團隊獲得了「德國未來獎」。2007年，國際消費電子協會（CEA）將 Brandenburg 和另外兩名主要貢獻者引入了 CEA 的名人堂。

PS：CEA名人堂 是國際消費電子協會為那些對消費電子領域做出突出貢獻或創造過大眾熟知的電子產品的創始人或工程師所設計的最高榮譽。從工業時代的托馬斯?愛迪生到 LG 電子、森海塞爾的創始人、蘋果公司創始人史蒂夫?喬布斯、沃茲尼亞克還有 PS 之父久多良木健都是 CEA 名人堂中的成員...

每一項創新都依賴於先前的突破，因此在MP3出現之前所做的相關研究不可忽視。例如，哈斯效應是以赫爾穆特哈斯的名字命名的，赫爾穆特哈斯於1949年在他的博士論文中提出了這一想法。同年，克勞德·香農和羅伯特·范寧提出了赫夫曼編碼的前身。大衛·霍夫曼是法諾的學生，他在1952年改進了他們的技術。MP3研究人員就是正在這些巨人的肩膀上才獲得的成功。

甚至當年的美國歌手蘇珊娜·薇佳（Suzanne Vega）也在其中做出過一個小小的貢獻，因為 Brandenburg 和他的團隊曾經嘗試壓縮她的歌曲「Tom"s Dinner」的無伴奏版，以確認其音頻壓縮技術是否成熟。

MP3的影響和未來

回到當年，很少有人能夠預測到MP3對於未來音樂產業的衝擊。1997年，MP3播放器軟體 Winamp 上市。同年，微軟的 Windows Media Player 開始支持MP3 格式文件播放。在20世紀90年代末期，各種各樣昂貴的MP3便攜播放器也開始出現，比如之前貓哥介紹過的 Walkman系列以及後來蘋果設計的 iPod...

Saehan Information System的 MPMAN 圖源/wikipedia

因為MP3的無處不在，更加方便了音樂的傳播過程。1999年，點對點（P2P）音樂共享服務 Napster 推出，它提供了前所未有的規模化數字音樂，因此還引發了許多侵權、非法音樂下載、盜版等爭議。美國唱片協會 ahi 追究了 Napster及個人音樂下載者的責任，最終 Napster 在2001年被關閉。

但是數字音樂的趨勢無法逆轉，許多工作室雖然在繼續打擊盜版，但還是接受了在線音樂銷售的方式。工作室開始將他們的大部分音樂許可給Apple、亞馬遜等公司。

JJW認為：其實在中國，公眾的版權意識太弱了，許多這樣的行為放在其他國家可能都是犯法的。或者說，國內的盜版產業十分猖狂，原創正版只能依靠忠實粉絲的支持才能夠獲得部分利潤。這也是我們能夠在國內獲得許多免費資源的原因，不知道是幸運還是不幸。

對於未來，MP3已經深入我們的生活之中，這已經成了數字音樂的常態，它擁有者強大的用戶基礎和更長的歷史。雖然目前已經出現了AAC格式（高品質音樂格式），它比MP3表現出了更好的性能，但是由於專利保護，它的使用範圍較小且大多是需要收費的。

MP3這個詞伴隨了我們整整一代人，或許未來高速網路的普及會讓MP3逐漸退出時代的舞台，更高品質的無損音樂將走上巔峰。但是它給我們帶來的音樂體驗是無法替代的。

如果真有那麼一天到來，不要忘記它的存在。

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