MP3

MP3（エムピースリー、MPEG Audio Layer-3）は、デジタル音声のための圧縮音声ファイルフォーマットのひとつ。

1411 kbpsのCD規格PCMに対し、通常の聴取に耐える範囲で、音楽なら約128 kbps、会話なら約32 kbpsまで圧縮することができる。

当初は「MPEG-1 Audio Layer-3」の略だったが、のちに互換性のある「MPEG-2 AudioBC (MPEG-2 Audio Layer-3)」が加わったので、合わせて「MPEG-1/2 Audio Layer-3」とすることもある。非公式規格の「MPEG-2.5 Audio Layer-3」を含むこともある。MPEG-1 Audio Layer-3の仕様はISO 11172-3で規格化されている。

MP1 (同 Layer-1) 、MP2 (同 Layer-2) は先行規格だが、互換性はない。MP4は名称は類似しているが、Layer-4ではなく、MPEG-4の関連規格である。

[編集] MP3の特徴

MP3は、音声データを極端な音質の劣化を伴わずに圧縮できるため、CDなどの音源媒体からパーソナルコンピュータのハードディスクドライブに取り込む過程で広く普及した。ファイルの拡張子は「.mp3」。

極初期にはエンコーダの実装が悪かったことや、ディスク容量などの点から80～96kbps程度でエンコードされるのが一般的であったこともあって、無圧縮と比較して軽い音になるという印象が強く、それほど評価は高くなかった。その後、エンコード時に実際のビットレート以上の情報量を入れることのできる畳み込みなどの数学的手法を駆使するエンコーダが登場するようになり、また記憶装置の大容量化に伴って128kbpsやそれ以上でのエンコードが一般的になると、MP3の評価も上昇した。現在では160kbpsや192kbpsを推奨するエンコーダが多い（LAMEは独自に進化を続け、現在はVBRを推奨している）。

これに追従する形で携帯型音楽プレーヤーからMP3に対応するものが出現した。これらはMP3プレーヤーと呼ばれている^[1]。多いものでは10000曲以上の楽曲を持ち運ぶことができるようになっている。

また、このように圧縮したデータは通信回線上で転送することが容易になるため、インターネットラジオなどで広く用いられる一方、著作権者が再配布を認めていない楽曲の不正配布に用いられることもある。これはMP3に著作権管理機能が付いていないためだという主張がある^[2]。

MP3が広く普及した要因として無料のエンコーダ・デコーダソフトウェアが入手可能なことがある。1998年以降にドイツのFraunhofer-Gesellschaft社とフランスのThomson社がライセンスの保有を主張している。しかし、LAMEなどの無料のエンコーダ^[3]、Windows Media Playerなどの無料の再生ソフトウェアが入手できたため、普及を妨げることはなかった。

現在はMP3より圧縮率に優れた後発の標準規格AACがiTunes・iPod・着うたで使われるようになっているが、MP3を置き換えるには至っていない。また、同様にMP3の代替を目的とした後発規格としてマイクロソフトが開発したWMAや、特許の制約を受けない、完全にフリーなコーデックとして開発されたVorbis、可逆圧縮コーデックとして開発されたFLAC、ソニーが開発したATRACなどがあるが、いずれもMP3のシェアには遠く及ばないのが現状である^[4]。ちなみに、Thomson社などはMP3を拡張したコーデックとして「mp3PRO」や「MP3 Surround」を発表したが、一般にはほとんど普及しなかった。

[編集] 仕様

アルゴリズム 

MDCT(Modified Discrete Cosine Transform) / 変形離散コサイン変換

サンプリング周波数 

32k, 44.1k, 48kHz (MPEG-1 Audio Layer-3), 16k, 22.05k, 24kHz (MPEG-2 Audio Layer-3), 8k, 11.025k, 12kHz (MPEG-2.5)

入力サンプリング精度 

16bit

チャンネル数 

1ch(monaural), 2ch(stereo)

ビットレート 

32k, 40k, 48k, 56k, 64k, 80k, 96k, 112k, 128k, 160k, 192k, 224k, 256k, 320kbps (MPEG-1 Audio Layer-3)

チャンネルカップリング 

対応（オプション）

ビットレート制限 

最小32kbps, 最大320kbps(MPEG-1 Audio Layer-3)

MIME Type 

audio/mp3, audio/x-mp3, x-audio/mp3, audio/mpeg, audio/x-mpeg, x-audio/mpeg, audio/mpg, audio/x-mpg, x-audio/mpg

ストリーミング 

未対応

チェックサム 

オプション

コピーガード 

未対応

タグ情報 

ID3タグ(ID3 v1, ID3 v2)

コンテナ対応 

AVI, WAV(RIFF), Matroska, MOV, MP4, MPEG-2システム, Ogg, OGM, ASF

ギャップレス再生 

未対応(要MP3 Info(LAME Tag)フレーム対応エンコーダ・プレイヤー)

[編集] ローパスフィルター(LPF)

16KHz LPF処理

MP3ではエンコード時に16kHz付近（エンコーダの設定によって異なる）でLPFを掛ける。これはアルゴリズムの特性によって、高周波成分の含まれているデータをエンコードすると、デコード後に得られる音声の質が著しく劣化してしまうためである。（一種のサンプリングノイズ。）

LPFを外せばスペクトログラム上での見かけは周波数特性が良くなったように見えるが、実際鑑賞してみると音質は低下している。カットオフ周波数を低くすると、特にビットレートの低い場合で聴覚上の音質が向上する。高ビットレートでのエンコードでは、カットオフ周波数を高くしても問題にならない。

MP3に聴き心地の良さを求めるならば、ビットレートに応じてLPF周波数を変えてエンコードする事は重要である。しかし、それに対応しているエンコーダは少ない（午後のこ～だなどは動的にLPF周波数を変えている）。

[編集] 関連技術

本来、MP3は"MPEG-1 Audio Layer-3"の略称であったが、現在では"MPEG-2 AudioBC (MPEG-2 Audio Layer-3)"と"MPEG2.5 Audio Layer-3"も含んだ総称となっている。

狭義のMP3 (MPEG-1 Audio Layer-3) はビデオ圧縮規格であるMPEG-1のオーディオ規格として開発された。非可逆圧縮であり、それ以前の規格であるMP1 (MPEG-1 Audio Layer-1) および、MP2 (MPEG-1 Audio Layer-2) を改良したものにあたる。

MPEG-2にもAudio Layer-3が存在し、同様にMP3と呼ばれるが、規格上ではMPEG-2 AudioBC（Backward Compatible）が正式である。この規格では、圧縮方式は同じだが、ビットレートの低いメディアのための高圧縮率対応やマルチチャンネル対応がなされている。この形式はヨーロッパ向けのDVDで採用されている。

また、ISO標準規格ではないがMPEG-2.5 Audio Layer-3というものもある。

先述の通り、MP3はMPEG-1やMPEG-2の音声トラックの圧縮規格だが、その名前からしばしばMPEG-3の略称であると誤解される。しかし、MPEG-3はMPEG-2規格に吸収されているため存在しない。

[編集] MPEG-1/2 Audio Layer-1

最も初期に開発されたMPEG Audio。通称MP1と呼ばれ、拡張子は「*.mpa」か「*.mp1」だった。PCMデータを32のサブバンドに分けて、FFTによる聴覚心理モデルを使ってサブバンド毎に量子化する。各サブバンドは周波数変換されない（MDCTは使わない）。そのため、ビットレートがかなり高く、約1/4にしか圧縮できないが、エンコードが非常に速い。デジタルコンパクトカセットで採用されている。基本ビットレートは320kbps（DCCでは384kbps）。

[編集] MPEG-1/2 Audio Layer-2

MP1の後に開発された比較的普及率の高い音声圧縮フォーマット。通称MP2、拡張子は「*.mp2」か「*.mpc」。 Video-CDやCSデジタル放送(日本国内ではスカイパーフェクTV!)をはじめ、D-VHS、DVD-Video、Blu-rayまで採用され、殆どの規格の基本フォーマットとして使われている。圧縮アルゴリズムはMP1とほぼ同様であり、MDCTは使わない。圧縮率はMP1よりは良くなっているが、約1/7とまだおよばない。基本ビットレートは特に規定は無いが、Video-CDに使われている224kbpsまたは256kbpsが標準として使われることが多い。

[編集] MPEG-2 Audio Layer-3

通常は"MPEG-2 AudioBC"と呼ばれることが多い。 サンプリング周波数の低いMP3に使われる規格。他はMPEG-1 Audio Layer-3と変わらない。 他にもMPEG-2.5と言うのも存在している。 主に24kHzと22.05kHz、16kHzで扱われる。

なお、24kHz以下のサンプリング周波数のものはすべてこれと見なせる為、WindowsのWAVに標準で使えるMPEG Layer-3コーデックはこれである。

[編集] MPEG-1 Audio Layer-4

MP3からの派生品にMP4 (MPEG-1 Audio Layer-4)がある。これは圧縮技術ではなく、著作権保護を目的とした規格として開発され音声部分の技術はMP3と変わらなかった。そのため、利便性が悪く、更にMP3プレイヤーなどでは再生できないという互換性の問題があった。その後、MP3よりも高圧縮、高音質で著作権保護を謳う「WMA」や「AAC」などの登場により、また動画圧縮のMPEG-4コンテナ(MP4)の登場により、普及どころか殆どその名を残さずに終ってしまっている。

[編集] 関連項目

• Windows Media Player
• Winamp
• iTunes
• ID3タグ
• MP3.com
• デジタルオーディオプレーヤー
• mp3PRO
• LAME
• Ogg Vorbis
• データ圧縮
• 午後のこ〜だ
• CDex
• Wii（写真チャンネル） - バージョン1.0のみ対応。
• フラウンホーファー研究機構

[編集] 脚注

1. ^ 電機店の広告などで“MP3が安い”などの表現が使われるために、MP3が携帯音楽プレーヤーそのものであると誤認されることがあるが、データ圧縮の規格やそれに基づいて作成されたファイルのフォーマットを指す。
2. ^ 最近の音楽携帯にはこのような事態を防ぐべく、いわゆる著作権保護に対応するためのmp3としてセキュアmp3を採用している企業もある。
3. ^ なお、LAMEはオープンソースライセンスで提供されている。
4. ^ なお、WMAやATRACについては、いわゆる著作権保護の機能が備わっているためにネット上での音楽配信サービスを行う事業者が採用する傾向がある。また、FLACは可逆圧縮という利点から採用される機会が広がりつつある。