Am 19. Oktober 2000 verleiht Bundespräsident Johannes Rau den Deutschen Zukunftspreis 2000 auf der EXPO in Hannover. Der Preis wird jährlich vergeben und ist mit 500.000 DM dotiert. Als Medienpartner des Zukunftspreises präsentiert bild der wissenschaft die vier Preisverdächtigen Erfindungen. Letzte Woche haben wir Ihnen eine neuartige Methode der Lungendiagnostik mittels Magnetresonanz-Tomographie vorgestellt. Diese Woche erfahren Sie etwas über das MP3-Projekt. Mittels dieses von Fraunhofer-Ingenieuren entwickelten innovativen Digitalverfahrens können Audiodaten bis auf ein Zwölftel ihrer Größe komprimiert werden. Damit lässt sich Musik über das Internet übertragen und digitales Radio via Satellit in Hifi-Qualität ausstrahlen
Nein, das hätten Bach, Beethoven, Mozart und Co sich gewiss nicht träumen lassen, dass ihre Musik eines Tages einmal auf futuristische Vielfalt zu Leben erwachen würde. Keiner von ihnen hätte je ahnen können, dass ihre Kompositionen, die sie einst auf simplem Notenpapier, dem klassischsten aller “Datenträger” der Musik, verewigten, einmal per “Mausklick” rund um den Globus kurzerhand abrufbar sein würden. Es wird wohl für immer ein Geheimnis bleiben, wieviele Noten in der Musikgeschichte bislang auf Acryl, CD’s und DVD’s “gepresst” wurden – und wieviele davon tagtäglich im Cyberspace herumirren.
Dass derweil die Datenmenge im virtuellen Musikkosmos kontinuierlich zunimmt, leitete eine Erfindung ein, die deutsche Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Integrierte Schaltungen IIS-A in Erlangen entwickelten und weiterentwickelten: das Audiocodierverfahren MP3. MP3, das im Internet mit zu dem am häufigsten gesuchten Begriff zählt, ist die heute übliche Kurzbezeichnung für den ISO/IEC-Standard zur Kompression von digitalen Audiosignalen. Dieser Standard ist Teil der Familie der MPEG (Moving Pictures Experts Group) – Standards zur digitalen Kompression von Audio- und Videosignalen, wie sie heute im digitalen Rundfunk und im Internet eingesetzt werden. Heute holen sich Internet-Nutzer mit Hilfe des Audiocodierverfahrens MP3 aktuelle Hits oder seltene Live-Aufnahmen in CD-Qualität ins Haus. Von den Decoder-Chips, die sich jetzt in den Playern befinden, waren bis Ende 1999 insgesamt 2,5 Millionen lizensiert. Schätzungen gehen davon aus, dass etwa 1 Million Geräte weltweit verkauft wurden. Zum Ende des ersten Quartals 2000 hatte sich die Zahl der lizensierten Chips verdoppelt.
Die MP3-Innovation erlaubt die Kompression von Musiksignalen auf zirka 8 Prozent der sonst notwendigen Datenmenge – dies fast ohne hörbare Unterschiede zum Originalsignal. Werden die Audiodaten auf ein Zwölftel ihrer Größe reduziert, kann der Computer aufgrund des freiwerdenden Speicherplatzes zwölf Mal soviel Musik speichern und zwölf Mal so schnell Musik über das Internet herunter laden. Bei gegebener Frequenzzuteilung über digitales Radio können sogar zwölf Mal mehr Rundfunksender auf Sendung gehen. Die Möglichkeit, Musik im Internet zu übertragen, führte bereits zu einer Revolution in der Musikindustrie. Seit längerer Zeit ist MP3 kein Projekt mehr, sondern Welt-Standard und das hieraus erwachsene etablierte Produkt wird längst als “Kulttechnik des Jahres” gefeiert.
Nicht zuletzt deshalb, weil das MP3-Anwendungsspektrum so breit ist. Nicht ohne Grund titulierten seriöse britische Wirtschaftszeitungen das in Erlangen entwickelte Audiocodierverfahren bereits als “the hottest thing in cyberspace”. Selbst das amerikanische Magazin für die Internetwirtschaft “The Industry Standard” wählten MP3 zur einflussreichsten Software, die das Internet im vergangenen Jahr erlebt hat und nominierten Prof. Dieter Seitzer und Prof. Heinz Gerhäuser als Preisträger des NET21 im Jahr 2000. Überflüssige Daten fallen weg Grundlage des MPEG-Verfahrens ist die Biologie des Menschen. Da der Mensch nicht alle Informationen des elektromagnetischen Spektrums wahrnehmen kann, bemerkt er bestimmte Farbänderungen oder Unterfrequenzen nicht. Somit ist es möglich, nicht nur den Datenstrom an sich mit mathematischen Modellen zu komprimieren, sondern ganz gezielt Informationen aus dem Datenstrom herauszuschneiden, die der Mensch bei der Wiedergabe kaum registriert. Was für Bilder gilt, die sich dann effizienter speichern lassen, wenn nur ihre Unterschiede von Bild zu Bild erfasst werden, gilt auch für den Audiobereich. “Zum entscheidenden Durchbruch bei der Datenreduktion haben uns zwei Dinge verholfen: Ein neues flexibleres Codierverfahren und die Psychoakustik. Die Psychoakustik beschreibt, wie das menschliche Ohr arbeitet und welche Töne es hört. Ich habe einfach die Anteile der Musik weggelassen, die das menschliche Ohr nicht mehr wahrnimmt.”, erinnert sich Dr. Karlheinz Brandenburg vom IIS, der maßgeblich das Audiocodierverfahren MP3 mit- und weiterentwickelt hat. Bereits Ende der siebziger Jahre hatte der frühere Institutsleiter des IIS, Prof. Dieter Seitzer, die Idee, Musik per Telefonleitung zu übertragen. Doch mit dieser Vision war der Wissenschaftler seiner Zeit weit voraus: Das Patentamt weigerte sich jahrelang, seine Entwicklung zu schützen. Trotz dieser Widerstände setzte sich die revolutionäre Idee durch. Internet verhalf zum Durchbruch MP3 verdankt seinen endgültigen Durchbruch dem Internet. Mitte der neunziger Jahre stellten die Erlanger Wissenschaftler ihre Erfindung ins Internet und lösten damit eine Lawine aus. Zunächst nutzten vor allem Studenten in den USA MP3, um via Internet Musik-CDs auszutauschen. Von den amerikanischen Universitäten aus trat MP3 dann seinen Siegeszug rund um den Globus an. Mittlerweile haben bereits mehr als 200 Millionen Internetnutzer einen Software-Player installiert. Täglich werden es mehr. MP3 löste ein wahres Gründungsfieber aus. Heute sind bereits mehr als 500 000 Musiktitel im Internet zu finden – Tendenz steigend. MP3 ist aber auch in zahlreichen Software-Anwendungen zu finden: So bieten Microsoft, Apple und MusicMatch Programme an, mit denen man Musik im MP3-Format aufnehmen und abspielen kann. MP3 hat auch im Hardware-Bereich einen neuen Markt geschaffen: Immer mehr Firmen entwickeln Abspielgeräte für die komprimierten Audiodaten. Die Vorzüge und vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von MP3 haben vor allem amerikanische und koreanische Unternehmen sowie kleine und mittlere deutsche Unternehmen erkannt.
Die Leistungen des Fraunhofer-Teams erstrecken sich auf drei Phasen der Arbeiten an MP3. In den Jahren von 1985 bis 1988 fand die Grundlagenforschung vor allem am Lehrstuhl für Technische Elektronik der Universität Erlangen-Nürnberg statt. Von 1988 bis 1994 erfolgte die Standardisierung. Das Fraunhofer-IIS bildete mit anderen bedeutenden Firmen eine strategische Allianz, deren Verfahren den Spitzenplatz bezüglich der Tonqualität errang und schließlich zum MP3-Standard führte. Dieser erhält die wesentlichen Elemente der Vorschläge aus Erlangen. In den Jahren 1994 bis heute wurde ein erfolgreiches MP3-Lizenzprogramm entwickelt und setzte sich auf dem Markt durch. Fraunhofer-IIS entwickelte effektive MP3-Lösungen auf unterschiedlichen Plattformen – zunächst auf digitalen Signalprozessoren (DSPs), später auf PC- und Chipebene. Die konsequente Nutzung des Internets als Marketinginstrument machte Layer-3 bekannt und sorgte für seine Verbreitung. Während MP3 das Musikgeschäft revolutioniert, haben die IIS-Wissenschaftler bereits eine neue Generation des Audiocodierverfahrens entwickelt: das Advanced Audio Coding (AAC). Mit diesem Verfahren können die Musikdaten sogar um den Faktor 16 verkleinert werden, ohne dass hörbare Qualitätsverluste auftreten. In Japan hat man schon reges Interesse an der neue Technik: Dort setzen alle digitalen Rundfunksysteme – Hörfunk und Fernsehen – AAC als einziges Tonformat ein. “Das Beispiel MP3 zeigt deutlich, wie Fraunhofer-Forscher arbeiten: Sie entwickeln in langjähriger Grundlagenforschung neue Technologien und Verfahren für künftige Märkte und suchen dann gemeinsam mit Unternehmen Einsatzmöglichkeiten. Dabei entstehen hochwertige Produkte für professionelle Anwendungen, die den Markt für innovative Massenprodukte vorbereiten”, betont Prof. Dr. Hans-Jürgen Warnecke, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft. Harald Zaun
