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Projekt Bericht Lame

Homepage: LAME

-- AlexanderRutter -- 08 Jun 2004

1. MP3

Die MPEG (Moving Picture Experts Group) wurde 1988 geründet. Es handelt sich hierbei um ein Untergruppe der ISO. Ziel ist es Standards für digitale Video- und Audiokompression festzulegen. Es werden dabei unterschiedliche Stufen unterschieden (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7 und MPEG-21). MPEG-1 und MPEG-2 sind wiederum in drei Schichten unterteilt (Layer 1-3). Ein Jahr zuvor begann das Fraunhofer Institut mit der Entwicklung eines Audiokompressionsverfahrens. Für die Kompression werden verschiedene Psychoakustischen Modelle (z.B. Masking) verwendet, aber auch verlustfreie Kompressionsverfahren wie die Huffman-Codierung. 1989 ließ sich das Fraunhofer Institut dieses Verfahren in Deutschland patentieren (1995 in den USA). 1992 wurde dieses Verfahren dann in MPEG-1 integriert und ist heute als MP3 sehr bekannt geworden. MP3 steht dabei für MPEG-1 Audio Layer 3. Es gab zwar einen hauseigenen Encoder und Decoder allerdings begannen verschiedene Softwareentwickler mit ihren eigenen Programmen. 1998 machte das Fraunhofer Institut darauf Aufmerksam, dass es sich hierbei um eine Patentsrechtsverletzung handelt, da Algorithmen aus dem ISO-Source verwendet wurden und bat daher die Entwickler zur Kasse. Da relativ hohe Lizenzgebühren verlangt wurden, führte diese Aktion zum Abbruch vieler Projekte.

2. LAME

Im September des gleichen Jahres (1998) wurde LAME von Mike Cheng ins Leben gerufen. LAME ist ein Akronym für LAME Ain't an MP3 Encoder. Es handelt sich dabei ein unter der GPL stehendes Open-Source Projekt in der Sprache C. Ziel ist es mehr über die MP3 Technologie zu lernen und diese was Geschwindigkeit und den Psychoakustischen-Modellen belangt auch zu verbessern. Anfangs handelte es sich nur um einen Patch für den ISO-Code. Es war also nicht möglich mit LAME alleine was zu Kodieren oder es auch nur alleine zu kompilieren, man brauchte nämlich immernoch die ISO-Sourcen. Im Mai 2000 wurden dann aber jegliche ISO-Überreste ersetzt oder ganz entfernt um es alleine lauffähig zu machen. Bis heute ist die Entwickleranzahl auf 25 angewachsen.

Zur Audiokompression gehören zwei Teile. Der erste Teil ist das Encoding, dass eine WAVE (PCM) Datei in eine komprimierte Form umwandelt. Ein solcher Encoder ist LAME. Eine Übersicht über die Algorithmen mit denen die Kompression erreicht wird ist hier zu finden. Danach muss es wieder in die WAVE-Form gebracht werden, damit es von der Soundkarte abgespielt werden kann. Bekannte MPEG Layer-3 Decoder sind Xmms oder mpg123.

Um jegliche gesetzliche Diskussion zu vermeiden werden auf der Homepage nur die Quellcodes bereitgestellt. Sourcen können keine Patentsrechtsverletzungen hervorrufen, da es sich hierbei höchstens um eine Beschreibungen von Patenten handelt und diese dürfen veröffentlicht werden. Dass die Binaries gegen irgendwelche gesetzlichen Bestimmungen verstoßen könnten, stört die Entwickler somit nicht. Eine Liste von unterschiedlichen Compiles und Software die LAME integriert oder unterstützt gibt es hier.

Es gibt mittlerweile Hersteller von MP3-Playern die LAME mitliefern. In solchen Fällen müssen natürlich entsprechende konstenpflichtige Lizenzen erworben werden. Mehr über die Lizenzen, Patente und Preise kann man bei Thomson Multimedia erfahren.

Es gibt eine Vielzahl von Parametereinstellungen. Empfohlen werden allerdings sogenannte Presets, Zusammenfassungen von Einstellungen die aufgrund von Hörtests ermittelt wurden (lame --preset preset_name). Grundlegend muss daher nur noch zwischen den folgenden Punkten bei den Presets unterschieden werden:
  • konstante Bitraten (CBR) oder variable Bitraten (VBR)
  • gewünschtes Verhältnis zwischen benötigter Kompression und Qualität
Bei CBR wird unabhängig vom Ton immer die gleiche Bitrate verwendet, wobei bei VBR die gewünschte Bitrate anhand der Komplexität des jeweiligen Tonabschnitts berechnet wird. Die maximale Qualität liegt bei konstanten 320kbps. Ob es allerdings einen hörbaren Unterschied verglichen mit anderen Presets gibt (z.B. extreme) ist eine andere Frage.

3. Konkurrenz

Bei der Konkurrenz muss man zwischen anderen MP3-Encodern und Encodern ganz anderer Formate unterscheiden. Den internen Vergleich gewinnt LAME, was die Qualität und die Verbreitung betrifft, gegen andere Encoder wie z.B. Blade, Xing und der Fraunhofer Encoder. Das liegt wohl in erster Linie an der ständigen Weiterentwicklung von LAME im Gegensatz zu den anderen Produkten. Ein Vergleich kann hier betrachtet werden.

Nicht mehr so klar erscheint der Vergleich mit anderen Formaten. Zum einen gebe es da Musepack (MPC). Es handelt sich hierbei um eigene Open-Source Weiterentwicklung von MPEG-1 Layer-2 (MP2) Standards, die eine sehr hohe Qualität bietet. Großes Manko ist aber die geringe Verbreitung von MPC und die daraus resultierende fehlende Hardware Unterstüztung für portable Player. Es sieht auch nicht so aus als ob sich in naher Zukunft etwas in dieser Richtung ändern könnte. Hier geht es zur Homepage von Musepack.

Ein stärkerer Konkurrent, nicht was die Qualität betrifft aber die Verbreitung, ist OGG Vorbis. Aber auch hier ist MP3 und somit auch LAME durch die enorme Verbreitung überlegen (wo wird was von OGG in den Medien erwähnt?), allerdings zeigt sich durch mittlerweile schon drei portable Player die das OGG Format unterstützen, dass dieses Manko nicht ganz so groß ist wie bei MPC. Dennoch sieht der Marktführer für portable Player, Apple, zur Zeit in keinster Weise das Bedürfnis OGG zu unterstützen. Hier geht es zur Homepage von Vorbis.

Der große Vorteil der letzten beiden Kompressionsverfahren ist, dass sie sich im Gegensatz zu LAME in keiner rechtlichen Grauzone bewegen, sondern wirklich frei von jeglichen Patenten sind. Bei der Qualität lässt sich streiten. Bei niedrigen Bitraten sind die beiden Formate MP3 klar überlegen (MP3Pro soll da Abhilfe schaffen). Je höher die Bitraten werden, desto geringer werden die Unterschiede. Die Meinungen sind da zu unterschiedlich, deshalb sollte sich jeder seine eigene Meinung bilden. Hier findet man das Ergebnis eines Hörtests. Weitere Informationen zu diesen und anderen Formaten findet man hier.

Quellenverzeichnis:

 
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