Tizio&Caio - Approfondimenti su Mp3: Struttura di un file Mp3

Escludendo le opzioni disponibili con i normali encoder Mp3 che sono familiari ai più, l'utente medio non ha bisogno di sapere come un file Mp3 è strutturato al suo interno più di quanto ha bisogno di conoscere la struttura interna di un'immagine JPEG o un documento Word. Per chi nutre una curiosità morbosa per queste cose, comunque, qui è disponibile una visione ai raggi X della formattazione dei files Mp3

All'interno dell Header Frame

I files mp3 sono divisi in milioni di frame, ognuno dei quai contiene una frazione di secondo dei dati audio pronta per essere ricostruita dal nostro decodificatore. All'inizio di ogni frame di dati vi è l'Header frame, il quale contiene 32 bit di meta-dati riguardanti il frame che sta per seguire.
Come illustrato nella figura seguente, l'header incomincia con un blocco di sincronizzazione, consistente in 11 bit. Il blocco di sincronizzzione permette ai lettori mp3 di cercare all'interno dei files l'inizio del primo frame valido all'interno del file: ciò è utile per il broadcasting dei file mp3, visto che ciò permette di muoversi facilmente da una posizione all'altra del file, ed è altrettanto utile per permetterci di muoverci avanti ed indietro lungo la nostra canzone preferita.
La presenza del blocco di sincronizzazione è necessaria inoltre per evitare che il nostro player "suoni" i dati relativi al tag ID3.

Va tenuto però in considerazione che per un player mp3 il fatto di trovare 11 bit di sincronizzazione non è abbastanza per ritenersi all'inizio di un frame, visto che la stessa sequenza di 11 bit potrebbe teoricamente trovarsi in qualsiasi posizione del file. Perciò, il decoder in genere verifica la validità del resto dell'header del frame. La tabella seguente mostra come le informazioni del frame sono strutturate all'interno dell'header

Uno degli obiettivi originari di progettazione del formato Mp3 era quello di creare un formato adatto per il broadcasting. E' importante perciò che un "ricevitore Mp3" abbia la capacità di portarsi immediatamente all'inizio di un frame valido: E' per questo che troviamo una sezione di sincronizzazione all'inizio di ogni frame: in questo modo il nostro ricevitore inizierà a suonare immediatamente non appena riceverà il primo frame valido, qualunque esso sia.

Subito dopo il blocco di sincronizzazione troviamo l'ID bit, che ci specifica se il frame è stato codificato secondo lo standard MPEG-1 o MPEG-2.
Seguono 2 bit dl Layer, che determinano se il frame è di layer I, II o III; tale coppia di bit può anche assumere valore non definito.
Se il bit di protezione non è impostato, prima dei dati del frame verrà inserito un checksum a 16 bit.

Il campo bitrate, come si può immaginare, specifica il bitrate del frame corrente (es: 128kbps), seguito dalla specificazione della frequenza di campionamento dell'audio (da 16kHz a 44.1kHz, in dipendenza dall'uso di MPEG-1 o MPEG-2).
Il padding bit serve per compensare eventuali discrepanze tra un frame e l'altro quando si lavora a bitrate costante: serve per "pareggiare" la lunghezza dei frame nel caso questi non siano di pari lunghezza.

Channel Mode specifica la modalità di codifica per i canali (stereo, joint stereo, dual canner, mono). Se è settato joint stereo, il campo di estensione specifica i dettagli da passare al decoder per tale modalità, specificando esattamente come maneggiare i dati ed indicando come le frequenze sono state ripartite in fase di codifica tra i canali.

Il bit di copyright non contiene informazioni di copyright (ovviamente, visto che è lungo solo un bit), ma imita un bit di copyright usato sui CD o sui Digital Audio Tapes. Se tale bit è settato, è ufficialmente illegale copiare la traccia (alcuni programmi di ripping informano gli utenti se tale bit è settato prima di procedere alla copia).

Il bit Original è settato ad 1 solo se il file si trova sul suo supporto originario. Il bit Private viene utilizzato per applicazioni particolari.

Il campo Emphasis è usato come un flag, nel caso una particolare enfasi è impostata nella registrazione originale. I bit di enfasi ormai vengono utilizzati molto raramente.

Alla fine dell'header possiamo trovare, se esite, il campo di checksum, che permette un controllo della correttezza del frame. Questo processo viene ripetuto migliaia di volte nello stesso modo nella lettura di un file mp3!

NOTA: per maggiori dettagli sulla struttura di un file Mp3 e degli header, inclusi alcuni dettagli sulle tabelle di lookup per muoversi correttamente lungo la struttura dell'header, puoi trovare tutte le specifiche del formato su www.iso.ch