Strack, Jan: Musikwirtschaft und Internet

Dieses Prinzip wird im Allgemeinen als Pulse Code Modulation (PCM) bezeichnet. Die Klangqualität der mittels PCM gespeicherten Audio-Signale hängt von zwei Variablen ab: Zum einen ist dies die Anzahl der Messungen des ankommenden analogen Audio-Signals pro Sekunde. (Dies wird Sampling-Frequenz genannt. Die Einheit der Sampling-Frequenz ist Hertz [Hz].). Zum anderen ist hier die Bitbreite zu nennen, also die Genauigkeit, mit der das gemessene Ergebnis dargestellt werden kann.

Der CD-Standard schreibt eine Sampling-Frequenz von 44.1 kHz und eine Bitbreite von 16 vor. Es wurde schon öfter erwähnt, dass eine Minute Musik in Stereo-CD-Qualität ca. 10 MB Speicherplatz benötigen. Dies ist nun auch mathematisch herzuleiten:

44100 Messungen pro Sekunde mit einer Auflösung von 16 Bit erzeugen eine Datenmenge von 42336000 Bit pro Sekunde. 8 Bit entsprechen einem Byte, umgerechnet beträgt das Datenvolumen also 5292000 Byte (ca. 5,3 MB). Für Stereosignale ist dieser Wert mit zwei zu multiplizieren. Man erhält also ca. 10,6 MB Speicherbedarf für eine Minute Musik in Stereo-CD-Qualität.¹⁶

16: Vgl. Sellars, Paul: MP3. S. 20f

Um den Speicherbedarf zu reduzieren, kann man sowohl die Sampling-Frequenz als auch die Bitbreite reduzieren. Dies führt jedoch zu einer entsprechend schlechteren Klangqualität.

MP3 basiert daher auf einem gänzlich anderen Verfahren, das PCM komplett außer Acht lässt.

4.4.2. Datenkompression mittels MP3

Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Verfahren zur Kompression digitaler Daten, die beide in MP3 implementiert sind: verlustfreie und verlustbehaftete Kompression.

Bei verlustfreier Kompression werden z. B. sich wiederholende Datenteile nicht jedes Mal gespeichert, sondern durch Platzhalter ersetzt. Auf diese Weise kann das Datenvolumen reduziert werden, ohne dass man die eigentlichen Informationen verliert. Aus diesem Grund ist die Kompression auch jederzeit rückgängig zu machen.

Bei verlustbehafteter Kompression werden redundante und unwichtige Daten entfernt. Dieser Prozess ist nicht rückgängig zu machen, ermöglicht jedoch einen viel höheren Komprimierungsgrad als das erstgenannte Verfahren.¹⁷

Die verlustbehaftete Kompression von MP3 basiert auf psychoakustischen Phänomenen. Menschliches Ohr und Gehirn sind nicht in der Lage, akustische Signale in ihrer ganzen Komplexität wahrzunehmen, sondern verarbeiten diese Signale nach bestimmten Kriterien. So verdeckt z. B. ein sehr lautes Geräusch ein in sehr kurzem Abstand folgendes leises Geräusch (zeitbezogene Verdeckung). Des Weiteren werden bestimmte Frequenzen von anderen Frequenzen verdeckt (frequenzbezogene Verdeckung). Es ist daher nicht notwendig, diese für das menschliche Gehör nicht wahrnehmbaren akustischen Informationen zu speichern. Statt dessen können die für den Hörer relevanten Informationsanteile bevorzugt reproduziert werden.

Zusammenfassend kann man sagen, dass bei PCM versucht wird, das akustische Signal möglichst originalgetreu abzubilden, wohingegen die verlustbehaftete Kompression von MP3 sich darauf beschränkt, den Klangeindruck für das menschliche Ohr bei Reduzierung der Datenmenge zu erhalten. Dieses Verfahren nennt man »Perceptual Coding«.¹⁸