Fraunhofer Institut für integrierte Schaltungen, Erlangen

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Design und Implementierung von Softwarelösungen für die Kompression und Dekompression von Audiodaten im MP3-Format

Seit der Einführung der CD als erstes Massenmedium zur Speicherung digitaler (Musik-) Daten hat die Verarbeitung und Speicherung digitalisierter Musik ein weites Anwendungsfeld erschlossen.

Zu den bekanntesten Anwendungen zählt sicherlich der Digitale Rundfunk DAB (Digital Audio Broadcast), der es ermöglichen wird, Musik überall in nahezu CD-Qualität zu empfangen. Andere Einsatzgebiete sind beispielsweise Musikübertragungen via Internet oder das von der Telekom eingeführte Audio-ISDN, das globale Verfügbarkeit von Musikdaten mit sich bringen wird.

Aufgrund der begrenzten Kanalkapazitäten, die DAB oder ISDN zur Verfügung stehen, kann jedoch nicht das volle CD-Signal mit einer Datenrate von 1400 kbit/s (stereo) übertragen werden. Vielmehr müssen intelligente Algorithmen zur Datenreduktion eingesetzt werden, die es ermöglichen, auch bei Bitraten von 2 x 64 kbit/s (ISDN, stereo) fast CD-Qualität zu erreichen.

Dabei verwenden heutige moderne Verfahren nicht nur Methoden zur Redundanzreduktion des Signals, vielmehr wird versucht, Eigenheiten des menschlichen Hörapparats so zu nutzen, daß irrelevante Signalanteile nicht mit übertragen werden müssen. Diese Art der Codierung wird als gehörbezogene Codierung bezeichnet („perceptual coding“). Sie wurde möglich durch die konsequente Anwendung psychoakustischer Erkenntnisse.

Das Fraunhofer Institut für integrierte Schaltungen (IIS) in Erlangen war maßgeblich an der Entwicklung solcher Verfahren beteiligt, in Zusammenarbeit mit anderenen Institutionen (AT&T, Dolby Laboratories u.a) im MPEG-Kommitee enstand schließlich in den lezten Jahren der ISO/MPEG 11172 Standard [1] für die Codierung bewegter Bilder und zugehörigen Ton, wobei der Audio Teil heute wie schon oben erwähnt in sehr vielen Bereichen zum Einsatz kommt.

Bislang waren diese Verfahren aufgrund ihrer Komplexität nur mit Hilfe von spezialisierter Hardware einsetzbar, durch das Aufkommen von immer leistungsfähigeren Prozessoren rücken nun aber auch „Software-Lösungen“ in den Bereich des Möglichen. Im Rahmen einer früheren Zusammenarbeit mit dem FHG-IIS enstand beispielsweise ein rein Software basierender Echtzeit ISO/MPEG Audio-Decoder für leistungsfähige IBM-kompatible PC’s unter Microsoft-Windows.

Durch die immer weitere Verbreitung der leistungsfähigen Intel-Pentium Prozessoren ist nun speziell für die sich rapide vergrößernde Multimediawelt ein Echtzeit-Encoder unter Microsoft Windows von großem Interesse. Da bis dato nur Software Simulations Encoder enwickelt wurden, stellt dieses Projekt in der Tat technisches Neuland dar.

pdf_iconAES Paper Realtime Implementation eines ISO/MPEG Layer 3 Encoders

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