اختراعات مهم تاریخ
فرمت صوتی mp3

فرمت صوتی mp3

US6009399A
مؤسسه فرانهوفر

با توسعه فناوری‌های دیجیتال در طی دو دهه اخیر، صنعت رسانه نیز دستخوش تغییر و تحولات فراوانی شده است. امروزه انواع فرمت‌های صوتی و تصویری، همراه با دستگاه‌های متنوع پخش فیلم و موسیقی، در اختیار کاربران قرار داشته و در برخی موارد، نرخ جایگزینی نسل جدید نوآوری‌ها، به کمتر از چند سال می‌رسد. روند مذکور، نشان می‌دهد که صنعت فیلم و موسیقی، به کمک فناوری‌های پیشرفته دیجیتال، جهشی عظیم را تجربه نموده است.

یکی از فناوری‌هایی که تقریباً تمامی افراد به‌نوعی با آن آشنا هستند، فناوری «mp3» است که با ورود خود در اوایل دهه ۱۹۹۰ میلادی، توانست تغییری بسیار بزرگ، در صنعت موسیقی پدید آورد. این فناوری که نام رسمی آن «MPEG Audio Layer III» است، نوعی فرمت رمزگذاری صوتی به‌حساب می‌آید که با توجه به فراگیر شدن بسیار زیاد، به یک استاندارد برای فایل‌های صوتی بدل شده است. قالب «mp3»، با متراکم و فشرده‌سازی فایل‌های صوتی، باعث کاهش تعداد بایت‌های موجود در یک آهنگ، به بهای اندکی افت در کیفیت صدای آن می‌شود. این فناوری، با هدف فشرده‌سازی فایل‌های صوتی و تسهیل در جابه‌جایی، ذخیره‌سازی و انتقال آن‌ها توسط کاربر نهایی، توسعه یافته و با توسعه اینترنت در دهه ۱۹۹۰ میلادی، توانست یک رونق چشمگیر در صنعت موسیقی، به‌ویژه در بخش توزیع به همراه آورد.

این فناوری که در سال ۱۹۹۵ میلادی، توسط گروه «MPEG» عرضه شد، مبتنی بر روش حذف داده‌ها، توسعه یافته است. بدین معنا که قسمت‌های خاصی از فایل صوتی اصلی، از بین رفته و سایر قسمت‌ها فشرده خواهند شد. فرآیندهای کلی در سیکل فشرده‌سازی فایل‌های صوتی در فرمت «mp3»، به شرح زیر است:

  • حذف قسمت‌هایی از فایل صوتی که خارج از محدوده شنیداری گوش انسان است؛
  • حفظ لایه‌های صوتی که گوش انسان بهتر از سایر لایه‌ها می‌شنود؛
  • حذف لایه‌های صوتی کوتاه‌تر که به‌صورت هم‌زمان با لایه‌های صوتی بلندتر پخش می‌شوند.

فناوری «MP3»، حاصل تلاش محققین متعددی است که هر یک توانسته‌اند سهمی کوچک در توسعه و تجاری‌سازی این فناوری ایفاء نمایند. الگوریتم‌های فشرده‌سازی این فناوری، مبتنی بر محدودیت ادراک شنوایی انسان توسعه یافته است که آن را اصطلاحاً «Auditory Masking» می‌نامند. ایده اولیه این پدیده، به «آلفرد میر»، فیزیکدان آمریکایی باز می‌گردد که در سال ۱۸۹۴ میلادی، به این نتیجه رسید که هر تن صدا را می‌توان توسط یک تن مشابه، در فرکانس پایین‌تر ارائه داد. در ادامه، افرادی نظیر «ریچارد اهمر» و «ارنست ترهارت» توانستند مفهوم ماسک شنوایی را با دقت بیشتری توصیف نمایند. استفاده مستقیم از این مفهوم، برای نخستین بار توسط «مانفرد شرودر» (از آزمایشگاه بل) و «کراسنار» در سال ۱۹۷۹ میلادی انجام گرفت که منجر به ساخت اولین سخت‌افزار سخنرانی (بدون فشرده‌سازی صدا) شد. البته مقاله انتشار یافته توسط کراسنار مورد توجه جوامع علمی و صنعتی قرار نگرفت، تا این‌که در فوریه سال ۱۹۸۸ میلادی، گزارشی از استفاده‌های گسترده فناوری‌های فشرده‌سازی و مفاهیم مرتبط با ماسک شنوایی، در طراحی سخت‌افزارهای صوتی در «IEEE» انتشار یافت.

گام جدی برای توسعه و تجاری‌سازی فناوری «mp3» را می‌توان به شرکت آلمانی «فرانهوفر» نسبت داد که برای نخستین بار در سال ۱۹۸۷ میلادی، یک پروژه تحقیق و توسعه برای کدگذاری فایل‌های موسیقی تعریف نمود. این پروژه که توسط «کارل هاینس برادنبرگ»، ریاضیدان و متخصص برق، سرپرستی می‌شد، به اختراع «MP3 Player» منجر شد که البته کارایی لازم برای عرضه به بازار تقاضا را نداشت. «تومیسلاو اوزلاک»، در سال ۱۹۹۷ میلادی، موفق به ساخت دستگاه پخش «MP3» و عرضه نمونه اولیه آن به بازار آمریکا گردید. محصول وی که نخستین محصول قابل‌حمل در این زمینه است، با نام «AMP MP3 Playback Engine» شناخته می‌شود.

لازم به ذکر است که گروه «MPEG» نیز که توسط «هیروشی یاسودا» و «لئوناردو چیاریگلیون» در سال ۱۹۸۸ میلادی تأسیس گردید، در توسعه یک استاندارد جهانی برای فناوری «MP3» مؤثر بودند. در دسامبر ۱۹۸۸، «MPEG» خواستار یک استاندارد رمزگذاری صوتی شد که در نهایت در ژوئن سال ۱۹۸۹، اولین الگوریتم رمزگذاری صوتی «MP1» ارائه گردید. در ادامه، فرمت‌های «MP2» و «MP3» نیز به بازار عرضه شد که در این میان، «MP3» مورد استقبال بیشتری قرار گرفت. شرکت‌های متعددی بر روی توسعه این استاندارد سرمایه‌گذاری نمودند که توسعه‌های مرتبط با الگوریتم را می‌توان در چهار گروه زیر خلاصه نمود:

  • «MUSICAM»: شامل «فیلیپس»، «ماتسوشیتا»، «CCETT» و «ITT»؛
  • «ASPEC»: شامل «فرانس تلکام»، «AT&T»، «تامسون برنت» و «Deutsche»؛
  • «ATAC»: شامل «NEC»، «فوجیتسو» و «سونی»؛
  • «SB-ADPCM»: شامل «NTT» و «BTRL»؛

فناوری «MP3»، از بدو پیدایش، توسط مجموعه‌ای از پتنت‌های مختلف، در گستره جغرافیایی وسیعی مورد محافظت قرار گرفت که اعتبار تمامی آن‌ها، در طی سال‌های اخیر به پایان رسیده است. این فناوری، از سال ۲۰۱۲ میلادی، در اروپا و از سال ۲۰۱۷ میلادی، در آمریکا، از پوشش‌های محافظتی سیستم پتنت خارج شده و می‌توان آن را به‌طور رایگان بکار گرفت. مجموعه «US» پتنت‌های مرتبط با این فناوری، به تدریج و طی سال‌های ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۷ میلادی منقضی شده است. گفتنی است، در طی این سال‌ها، بسیاری از شرکت‌ها و مؤسسات فناور، مدعی مالکیت بر فناوری «MP3» شده‌اند و دعاوی حقوقی متعددی در دادگاه‌های کشورهای مختلف تشکیل شده است.

از مهم‌ترین پتنت‌های مرتبط با این فناوری، می‌توان به پتنت «۵۹۲۴۰۶۰» به‌عنوان اولین پتنت ثبت‌شده در این زمینه و نیز پتنت «۶۰۰۹۳۹۹» (منقضی شده در ۱۶ آوریل ۲۰۱۷) اشاره نمود که با انقضای اعتبار آن، این فناوری مشهور به‌صورت رایگان در اختیار محققین، شرکت‌های فناور و عموم مردم قرار خواهد گرفت.