MP3 음악 파일이 어떻게 만들어 졌으며, 어떤 형식으로 이루어졌는지 알아보겠습니다 Writer. l1082202 [A]

◆ MP3의 압축 원리는? MP3의 압축 방식은 우리가 알고 있는 Zip, RAR, alz 등과 같은 일반적인 압축 방법과는 매우 다른 복잡한 알고리즘을 갖고 있다. 비파괴적인 압축 방식을 사용한다. - 비파괴적인 압축 방식 데이터를 압축 복원하는 과정에서 데이터가 변경되거나 손실되는 것이 전혀 없는 방식 '한글'로 작업한 문서를 Zip으로 압축해서 인터넷으로 송신했다고 했을 때, 만약 Zip을 압축하거나 복원하는 과정에서 데이터가 변경되거나 손실이 생긴다면 문서를 받는 사람이 그 내용을 정확하게 알아볼 수 없다. 이런 비파괴적인 압축의 알고리즘은 상당히 단순하다. 주로 연속되는 같은 데이터를 하나와 반복 횟수로 표시하는 방법을 사용한다. '12222223334'라는 데이터가 있다고 할 때, 이 데이터를 압축하면 '12-63-34'라는 식으로 압축할 수 있다. 원래의 데이터가 11자인데 비해 압축한 후에는 8자로 줄어든다. 압축한 데이터의 표현식을 보면 '2-6'이라는 것은 2가 6번 반복되었다는 것을 의미한다. '3-3'도 역시 3이 3번 반복되었다는 것을 의미한다. 따라서 같은 데이터의 반복이 많은 파일일수록 압축률은 높아진다. 그러면 '한글' 파일과 윈도우용 사운드 파일인 Wave 파일을 압축 프로그램을 사용해 압축해 보자. 결과는 '한글'의 경우(물론 정도차는 있겠지만) 3분의 1 이상 줄어든 반면 디지털 사운드인 Wave 파일은 약간 밖에는 줄어들지 않는다. 이유는 사운드와 같은 멀티미디어 데이터들은 일반 문서나 실행 파일과는 달리 연속되는 데이터가 적기 때문에 압축률이 떨어지기 때문이다. 따라서 사운드 파일은 일반적인 비파괴적인 방법으로 압축하지 않고 다른 복잡한 알고리즘을 가진 파괴적인 압축 방법을 사용하게 되는 것이다. - 파괴적인 압축 방식 이란 불필요한 데이터를 삭제하는 방식으로 압축을 하는 것이며, 한 번 압축한 후에는 원형으로 복원이 어려운 반면 압축률은 상당히 높아진다. 일반 문서나 실행 파일과 같이 정확한 복원을 목적으로 하는 경우에는 사용할 수 없는 반면 사운드나 그림 데이터와 같이 약간의 음질 손상이나 화질 저하에도 무리가 없는 경우에 사용한다. JPEG이나 MPEG 등이 파괴적인 압축 방식에 속한다. ` MP3 `의 경우에는 어떤 방식으로 압축이 수행되는지를 알아보자. 거리에서 친구와 이야기를 하고 있는 상황을 생각해 보자. 트럭이 도착하기 전에는 친구와 작은 목소리로 대화를 나눌 수 있는데 트럭이지나 가는 순간에는 그 소음으로 인하여 친구의 목소리는 잘 들리지 않게 된다. 또한 트럭이 지나간 후에도 잠시 동안은 그 소리의 여운으로 귀가 멍해진다. 음악에서도 이와 마찬가지로 큰 소리가 난 후에는 작은 소리는 인간의 귀로 들을 수 없는 경우가 있다. 이런 현상은 인간의 두뇌가 소리를 분석해 내는 과정에서 입력된 소리의 부적절한 부분을 제거하는 작용을 하기 때문이다. ` MP3 `는 디지털 사운드를 미리 분석해서 인간의 두뇌가 삭제할 사운드를 미리 잘라내는 방식으로 압축을 수행한다. 그렇기 때문에 CD급의 음질을 유지하면서도 상당한 수준의 압축률을 올릴 수 있는 것이다. 사실 오디오 전문가가 아닌 일반인들의 능력으로는 압축 전의 디지털 사운드와 MP3를 구별해내기 힘든 이유가 여기에 있는 것이다. 이런 압축 방식을 '인지 압축 방식(Perceptual Coding)'이라고 한다. 아날로그 음원을 MP3로 압축하는 과정 아날로그 음원 -> AD 컨버팅 -> 디지탈 PCM 파형 -> 20Hz에서 20KHz 사이의 주파수를 32단계로 분해 -> 분해된 한 단계를 다시 18단계로 세분 (총 576부분) -> 각 세부된 부분에서 가장 강한 음의 성분에 대한 정보만을 선택 -> 나머지 음에 대한 음의 정보 삭제 -> 세분된 576부분의 강음 정보만을 모아 재합성 -> MP3 파일 완성 ◆ MPEG의 종류 MPEG은 MPEG-1, MPEG-2가 현재 사용 중이고 MPEG-4에 관한 규격이 재정중인데 오디오의 경우에는 주로 MPEG-1을 사용하기 때문에 일반적으로 MPEG 규격이라고 통칭된다. MPEG 규격의 오디오 부분은 Layer-1, Layer-2 및 Layer-3라는 세부 규격으로 나누어진다. - Layer-1 : 압축률 1:4, 스테레오 신호의 경우 384Kbps에 해당 - Layer-2 : 압축률 1:6~1:8, 스테레오 신호의 경우 256~192Kbps에 해당 - Layer-3 : 암축률 1:10~1:12, 스테레오 신호의 경우 128~112Kbps에 해당 Layer-1은 필립스에서 DDC(Digital Compact Cassette)를 위해 개발된 PASC 압축 알고리즘을 위해 사용 Layer-2 및 Layer-3 는 갈수록 보다 발전되어 더 큰 압축으로도 우수한 음질을 낼 수 있게 되었다. MPEG-1 Audio Layer-3 는 독일의 프라운호퍼 연구소에서 디지털 오디오 방송을 위해 개발한 방식이다. 음을 주파수 대역별로 나누어 이를 압축하는 방법을 사용하는데 인간의 청각에 의한 음의 인지 패턴을 교묘히 이용하는 방식으로 압축한다. 음의 세기가 큰 음과 작은 음이 동시에 들릴 때는 작은 음은 큰 음의 소리에 묻혀서 잘 들리지 않게 된다. 이러한 청각적인 인식 효과를 마스킹 효과(Masking Effect)라고 하는데, MPEG-1 Audio Layer-3 방식에서는 우선 가청 주파수를 32부분으로 나누고 각 부분을 다시 18부분으로 세분해 총 576개의 세부 부분으로 나눈 다음 각 부분마다 마스킹 효과를 적용시켜 각 576부분마다 음이 주도적으로 큰 성분만을 남기고 나머지 부분은 제거한 다음 각 부분을 다시 합성하는 방법으로 압축 작업을 진행한다. 기본적으로 DDC및 MD(Mini DIsk)에서 사용하는 압축 방법과 개념은 비슷하나 이를 더욱 많이 개량한 것이라 할 수 있다. 이 방식은 다음과 같이 여러 가지 모드가 있어 원하는 형태로 압축해 사용할 수 있다. 오디오 파일을 압축해 인터넷과 같은 통신 라인을 통해 전송하고자 하는 것이 MPEG 규격 개발 목적의 하나이다. IDSN 전화선을 통해서는 128Kbps의 속도를 얻을 수 있으므로 CD 수준 음질의 음악을 실시간으로 전송받을 수 있으며, 56Kbps급의 모뎀을 사용하는 경우에는 FM 라디오 수준의 음질로, 33.6Kbps급의 모뎀을 사용하는 경우에는 AM 라디오 수준의 음질로 실시간에 전송받을 수 있다. 일반적으로 많이 사용하는 모드는 CD 수준의 음을 들려주는 112~128Kbps급의 모드이다. MPEG-1 Audio Layer-3 규격을 마이크로소프트사에서는 Wave 파일의 Layer-3 압축 포맷으로 새로이 지원하고 있다. 이는 마이크로소프트사에서 제작한 NetShow 2.0이라는 인터넷 오디오/비디오 스트리밍 소프트웨어에서 이 포맷을 포함시켰기 때문이다. 이 포맷과 MP3 확장자를 가지는 포맷은 동일하기 때문에 확장자 이름이 다를지라도 상호 호환된다. MP4라는 규격도 소개되었는데 MP4는 MP3와 성격이 비슷하면서도 뿌리가 다르다. MP4의 공식 명칭은 MPEG-2 AAC(Advanced Audio Coding)로 MPEG-2 NBC(Non Backwards Compatibility)라고도 부른다. 공식적인 이름은 아니지만, 친근감이 있고 MP3의 상위 버전처럼 느껴지도록 MP4라는 이름으로도 불려지고 있다. MPEG-2 AAC는 MP3 처럼 압축된 오디오 데이터이지만 탄생 배경이 다르다. 이름에서 알 수 있듯이 MPEG-1이 아닌 MPEG-2에서 파생되었다. DVD 비디오용으로도 사용되는 MPEG-2는 MPEG-1에 비해 4배의 화질과 다중 언어 지원 등으로 성능이 우수하다. AT&T, 톰슨, 프라우호퍼 등의 업체가 공동으로 만든 이 규격은 MP3에 비해 음질이 우수하고 압축률이 높다. MP3의 데이터 구조가 고정적인 반면 AAC의 데이터는 유동적인 구조를 갖는다. MP3는 곡 전체의 정보를 담는 헤더 뒤에 데이터가 프레임이라는 단위로 저장되는데 이 프레임의 크기가 고정되어 있어 압축률이 높은 부분에서도 쓸모없는 용량을 차지한다. 이에 반해 AAC의 프레임 구조는 가변 구조로 압축률에 따라 크기가 변하므로 전체 파일의 용량이 훨씬 줄어든다. 실제로 MP3 파일과 비교하면 최대 30%까지 용량을 줄일 수 있다. AAC의 또 하나의 장점은 음질에 있다. MP3에 비해 AAC는 TNS와 프레딕션이라는 두 가지 기법을 통해 음질을 향상한다. TNS(Temporal Noise Shaping)는 양자화 보정 기술로 아날로그의 연속적인 음악 데이터를 0과 1의 디지털 데이터로 만들 때 생기는 오차를 지능적으로 줄여 잡음을 감소시키고 원음에 가깝게 만든다. - 프레딕션(Prediction)이란 TNS로 보정 된 수치를 기억하는 것으로 앞에서 보정 된 정보를 기억하여 다음에 같은 데이터가 나타날 때 기억된 데이터를 사용한다. 만일 양자화 단계에서 같은 음의 보정 수치가 다르면 다른 소리로 들리게 되므로 이를 같게 만드는 기술이다. MPEG-2 AAC는 압축률과 음질 면에서 MP3 보다 우위에 있지만 AAC는 아직 해결해야 할 문제가 적지 않다. 그 중 한 가지가 인코딩 시간이다. 원음을 AAC 포맷으로 만드는 인코딩 시간이 MP3에 비해 최대 10배 이상 느리다. 물론 인코딩 소프트웨어의 성능 향상으로 이 문제는 차츰 개선되겠지만 인코딩 시간이 느려 AAC의 데이터를 만드는데 많은 시간이 소요된다는 것이 치명적인 약점이다 ◆ MP3는 어디까지 갈것인가? MP3는 MPEG의 발전과 함께 시작되었다. 1987년 독일의 IIS(Institut fur Integrierte Schaltungen)라는 곳에서 유레카 UE147이라는 프로젝트로 심리음성학에 의거한 인지 압축 기술이 연구되기 시작하였고 결국 매우 강력한 기능의 표준화된 ISO MPEG Layer-3을 개발했다. 프라운호퍼 IIS에서는 이런 MP3의 보급을 위해 Winplay3라는 재생프로그램을 보급하여 MP3의 보급에 획기적인 전기를 마련하였다. 또한 독일의 라디오 채널인 FFN은 전화선을 이용한 ISDN 장비를 이용해 매일 20분씩 8개의 프로그램을 중앙 방송 스튜디오에 송출했는데 이로 인해 1년에 30만 달러의 운반비를 절약할 수 있었다고 한다. 한편 프랑스 알베르빌에서 열린 동계 올림픽에서 독일의 라디오 방송은 MP3를 이용한 깨끗한 음질로 스포츠 생중계를 실시하는 등 MP3가 디지탈 오디오 방송의 강력한 도구임을 증명하였다. MP3를 이용한 전 세계적인 위성 오디오 방송이 준비 중에 있으며 간단한 라디오만으로 CD급의 고품질 오디오를 세계 어디서나 감상할 수 있는 시대가 왔다. 또한 인터넷을 통한 주문형 오디오(Audio On Demand) 서비스가 활발하게 이루어지고 있으며, 개인이 언제든지 Winamp 소프트웨어 등을 이용하여 개인라디오방송국(?)을 만들기도 한다. 걸으면서 듣는 MP3 플레이어 역시 보다 더 많은 기능을 포함하여 많은 인기를 누리고 있다. 앞으로 어디까지 MP3 가 더욱 발전될 지는 지켜봐야 할 것이다. ※ 본 내용은 인터넷에서 발췌하여 편집 정리 하였음