본문
❖ AAC Format
BS 디지털 방송이라고 하면 아무래도 HD 방송의 화질만을 평가하기 쉬운데, 오디오 면에 관해서도 MPEG2 AAC(Advanced Audio Coding)라는 주목할 오디오 부화화 방식이 채용되어 있다. 원래는 한정된 전송로를 좀 더 효율적으로 활용하기 위해 개발된 기술인데, 비트레이트를 절약하면서 고음질화를 꾀할 수 있다는 가능성도 내재하고 있다. 이 달의 프라이비트아이에서는 이 최첨단 음성 압축 방식인 AAC에 초점을 맞추어 그 실력과 앞으로의 가능성에 관해 검증해보기로 한다.
HD 방송의 화질과 데이터 방송으로 대표되는 다채로운 서비스를 장기로 하는 BS 디지털 방송의 경우, 아무래도 음성에 할당되는 용량은 제한될 수 밖에 없다. 대충 계산해보아도 음질에 큰 영향력을 갖는 비트레이트(1초당 전송 비트수)는 500kbps 이하가 된다.
하지만 HD 영상에 어울릴 만한 음질은 되어야한다. CD 레벨의 퀄리티 정도는 되어줘야 하는 것이다. 그럼 샘플링 주파수 44.1kHz, 양자화 비트수 16비트의 CD사운드를 그대로 BS 디지털에 가져오면 어떻게 될까.
이 경우, 1샘플당 16비트의 데이터를 할당하게 되기 때문에 '16X44100'이라는 수식이 성립되며, 1채널당 비트레이트는 약 700kbps(kbps=킬로비트/초)나 된다. 스테레오 음성도 약 1.4Mbps의 용량이 필요하게 되며, 이래가지고는 멀티미트 채널 음성 방송을 포함하여 500kbps 이하의 데이터량이라는 기대에는 부응할 수 없다.
여기서 부각되는 것이 음성압축 기술이다. 정보원이 되는 PCM 데이터를 인코더(부호화기)로 인코드 필한 비트스트림 신호로 변환하여 방송한다. 그 데이터를 받은 시청자는 디코더(복호화기)로 원래의 데이터를 복원하여 열화가 적은 음성을 얻을 수 있다.
음성신호의 일반적 부호화 프로세서(Transform Coding)
음성신호는 아래 그림과 같은 프로세서로 부호화된다. BS 디지털 방송의 경우도 원래의 방송 소재를 이 프로세스로 MPEG2 AAC 신호로 변환하여 전파에 실린다.
각 프로세서의 의미
- 시간, 주파수 변환 : 입력시간 신호를 스펙터(관수) 데이터로 변환하는 과정
- 양자화, 부호화 : 정규화된 데이터를 변환후의 패턴으로 할당하여 비트수에 따라 양자화.부호화한다.
- 멀티플렉서 : 부호화된 데이터를 프레임 단위의 비트열로 정리한다.
- 청각 모델 : 사람의 청각 특성을 이용하여 입력신호를 효율적으로 부호화할 수 있게 한다.
돌비 디지털, dts로 대표되듯이 이미 여러 가지 음성 압축 방식이 실용화되고 있는 상황인데, 일본의 BS 디지털 방송에서는 효율 좋은 데이터 압축이 가능하고(낮은 비트레이트로 고음질화 가능), 국제표준화된 규격이라는 이 두가지 사실이 결정적인 수단이 되며, MPEG2 Advanced Audio Coding, 소위 AAC를 선택한다고 한다.
모노, 스테레오의 오디오 신호를 고음질로 부호화하는 방식으로서 MPEG1 레이어 I, II(MP2), III(MP3)가 규격화된 것이 1992년. 그로부터 2년 후, 좀 더 낮은 샘플링 주파수의 설정이 가능하며, 게다가 멀티 채널 신호까지 대응할 수 있는 방식으로서 MPEG2 BC(Backward Compatible)가 규격화되어 있다.
단지 MPEG2 BC의 경우, MPEG1과의 호환성이 족쇄가 되어 낮은 비트레이트에서의 음질이라는 부분에서는 충분히 만족할 만한 것이라고는 할 수 없었다. 그래서 호환성을 무시한 NBC(Non Backward Compatible)의 규격화 작업이 시작되고, 97년에 정식으로 AAC로서 규격화되었다. 호환성이라는 굴레를 버리고 효율화와 퀄리티를 추구한 방식, 그것이 AAC인 것이다.
이번에는 미국 돌비, AT&T, 독일 프라운 포퍼와 함께 AAC의 개발에 깊이 관계한 소니(주)를 방문하여 AAC에 관한 자세한 이야기를 들어보았다. 취재에 응해 준 것은 동사에서 AAC 개발에 관계하고 있는 오요가와 스가아키씨.
디지털 음성 압축은 정말로 최첨단 기술의 결정. 이상한 그 정체에 다가간다!
- 후지와라 : 오디오 부호화에 의한 데이터 압축이라고 하면, 아무래도 음이 그다지 좋지 않다는 이미지를 갖기 쉽습니다.
- 오요가와 : 그런 면도 부정할 수는 없습니다만, 부호화 방식에 따라 상당히 음질이 바뀐다는 사실도 잊어서는 안됩니다. MPEG 오디오 하나만 해도 레이어 II(MP2)와 레이어 III(MP3)를 동등한 음원과 비트레이트로 비교하면 음질 차이가 명확히 납니다.
- 후지와라 : 한 마디로 음성압축이라고해도, 데이터 압축이 장기인 부호화가 있는가 하면 음질을 취우선한 부호화도 있지요. 당연히 그 수법에 따라 음질이 크게 바뀌며 '압축하면 음이 나쁘다'라고 단정지어서는 안됩니다.
- 오요가와 : 그 선입견만 버려도 음질의 인상이 상당히 바뀌겠지요(웃음).
- 후지와라 : 아무튼 AAC음성에 관해 여러 가지 알고 싶은게 많습니다. 통상 소니와 돌비, AT&T, 프라운포퍼의 4사가 개발한 방식으로만 소개되는 경우가 많은 것 같습니다.
- 오요가와 : 확실히 AAC는 4사가 중심이 되어 마무리한 규격입니다만, 규격이 만들어지는 과정에 관해 보충 설명을 하자면, 종래에 이러한 부호화의 방식을 결정할 경우 우선 몇가지 방식이 제안되며, 엄정한 테스트를 거쳐 하나의 방식으로 좁혀짐으로써 그것이 그대로 규격화되는 경우가 대부분입니다.
- 후지와라 : 오리지널의 기술이 그대로 규격화되어 채용되었던 셈이지요.
- 오요가와 : 그런데 이 AAC는 하나의 방식을 채용한 다음, 거기에 전세계의 기업과 대학이 제안한 우수한 기술을 적극적으로 추가했습니다. 레퍼런스 모델이라는 것을 형성하여 거듭된 개량을 통해 64kbps/ch를 타깃 레이트(음의 열화를 판별하지 못하게 한다는 비트레이트)로 하는 AAC 규격으로서 마무리하였습니다.
AAC의 프로파일
※ 출처 - http://vhd.co.kr (비주얼 HDTV 코리아)
BS 디지털 방송이라고 하면 아무래도 HD 방송의 화질만을 평가하기 쉬운데, 오디오 면에 관해서도 MPEG2 AAC(Advanced Audio Coding)라는 주목할 오디오 부화화 방식이 채용되어 있다. 원래는 한정된 전송로를 좀 더 효율적으로 활용하기 위해 개발된 기술인데, 비트레이트를 절약하면서 고음질화를 꾀할 수 있다는 가능성도 내재하고 있다. 이 달의 프라이비트아이에서는 이 최첨단 음성 압축 방식인 AAC에 초점을 맞추어 그 실력과 앞으로의 가능성에 관해 검증해보기로 한다.
HD 방송의 화질과 데이터 방송으로 대표되는 다채로운 서비스를 장기로 하는 BS 디지털 방송의 경우, 아무래도 음성에 할당되는 용량은 제한될 수 밖에 없다. 대충 계산해보아도 음질에 큰 영향력을 갖는 비트레이트(1초당 전송 비트수)는 500kbps 이하가 된다.
하지만 HD 영상에 어울릴 만한 음질은 되어야한다. CD 레벨의 퀄리티 정도는 되어줘야 하는 것이다. 그럼 샘플링 주파수 44.1kHz, 양자화 비트수 16비트의 CD사운드를 그대로 BS 디지털에 가져오면 어떻게 될까.
이 경우, 1샘플당 16비트의 데이터를 할당하게 되기 때문에 '16X44100'이라는 수식이 성립되며, 1채널당 비트레이트는 약 700kbps(kbps=킬로비트/초)나 된다. 스테레오 음성도 약 1.4Mbps의 용량이 필요하게 되며, 이래가지고는 멀티미트 채널 음성 방송을 포함하여 500kbps 이하의 데이터량이라는 기대에는 부응할 수 없다.
여기서 부각되는 것이 음성압축 기술이다. 정보원이 되는 PCM 데이터를 인코더(부호화기)로 인코드 필한 비트스트림 신호로 변환하여 방송한다. 그 데이터를 받은 시청자는 디코더(복호화기)로 원래의 데이터를 복원하여 열화가 적은 음성을 얻을 수 있다.
음성신호의 일반적 부호화 프로세서(Transform Coding)
음성신호는 아래 그림과 같은 프로세서로 부호화된다. BS 디지털 방송의 경우도 원래의 방송 소재를 이 프로세스로 MPEG2 AAC 신호로 변환하여 전파에 실린다.
각 프로세서의 의미
- 시간, 주파수 변환 : 입력시간 신호를 스펙터(관수) 데이터로 변환하는 과정
- 양자화, 부호화 : 정규화된 데이터를 변환후의 패턴으로 할당하여 비트수에 따라 양자화.부호화한다.
- 멀티플렉서 : 부호화된 데이터를 프레임 단위의 비트열로 정리한다.
- 청각 모델 : 사람의 청각 특성을 이용하여 입력신호를 효율적으로 부호화할 수 있게 한다.
돌비 디지털, dts로 대표되듯이 이미 여러 가지 음성 압축 방식이 실용화되고 있는 상황인데, 일본의 BS 디지털 방송에서는 효율 좋은 데이터 압축이 가능하고(낮은 비트레이트로 고음질화 가능), 국제표준화된 규격이라는 이 두가지 사실이 결정적인 수단이 되며, MPEG2 Advanced Audio Coding, 소위 AAC를 선택한다고 한다.
모노, 스테레오의 오디오 신호를 고음질로 부호화하는 방식으로서 MPEG1 레이어 I, II(MP2), III(MP3)가 규격화된 것이 1992년. 그로부터 2년 후, 좀 더 낮은 샘플링 주파수의 설정이 가능하며, 게다가 멀티 채널 신호까지 대응할 수 있는 방식으로서 MPEG2 BC(Backward Compatible)가 규격화되어 있다.
단지 MPEG2 BC의 경우, MPEG1과의 호환성이 족쇄가 되어 낮은 비트레이트에서의 음질이라는 부분에서는 충분히 만족할 만한 것이라고는 할 수 없었다. 그래서 호환성을 무시한 NBC(Non Backward Compatible)의 규격화 작업이 시작되고, 97년에 정식으로 AAC로서 규격화되었다. 호환성이라는 굴레를 버리고 효율화와 퀄리티를 추구한 방식, 그것이 AAC인 것이다.
이번에는 미국 돌비, AT&T, 독일 프라운 포퍼와 함께 AAC의 개발에 깊이 관계한 소니(주)를 방문하여 AAC에 관한 자세한 이야기를 들어보았다. 취재에 응해 준 것은 동사에서 AAC 개발에 관계하고 있는 오요가와 스가아키씨.
디지털 음성 압축은 정말로 최첨단 기술의 결정. 이상한 그 정체에 다가간다!
- 후지와라 : 오디오 부호화에 의한 데이터 압축이라고 하면, 아무래도 음이 그다지 좋지 않다는 이미지를 갖기 쉽습니다.
- 오요가와 : 그런 면도 부정할 수는 없습니다만, 부호화 방식에 따라 상당히 음질이 바뀐다는 사실도 잊어서는 안됩니다. MPEG 오디오 하나만 해도 레이어 II(MP2)와 레이어 III(MP3)를 동등한 음원과 비트레이트로 비교하면 음질 차이가 명확히 납니다.
- 후지와라 : 한 마디로 음성압축이라고해도, 데이터 압축이 장기인 부호화가 있는가 하면 음질을 취우선한 부호화도 있지요. 당연히 그 수법에 따라 음질이 크게 바뀌며 '압축하면 음이 나쁘다'라고 단정지어서는 안됩니다.
- 오요가와 : 그 선입견만 버려도 음질의 인상이 상당히 바뀌겠지요(웃음).
- 후지와라 : 아무튼 AAC음성에 관해 여러 가지 알고 싶은게 많습니다. 통상 소니와 돌비, AT&T, 프라운포퍼의 4사가 개발한 방식으로만 소개되는 경우가 많은 것 같습니다.
- 오요가와 : 확실히 AAC는 4사가 중심이 되어 마무리한 규격입니다만, 규격이 만들어지는 과정에 관해 보충 설명을 하자면, 종래에 이러한 부호화의 방식을 결정할 경우 우선 몇가지 방식이 제안되며, 엄정한 테스트를 거쳐 하나의 방식으로 좁혀짐으로써 그것이 그대로 규격화되는 경우가 대부분입니다.
- 후지와라 : 오리지널의 기술이 그대로 규격화되어 채용되었던 셈이지요.
- 오요가와 : 그런데 이 AAC는 하나의 방식을 채용한 다음, 거기에 전세계의 기업과 대학이 제안한 우수한 기술을 적극적으로 추가했습니다. 레퍼런스 모델이라는 것을 형성하여 거듭된 개량을 통해 64kbps/ch를 타깃 레이트(음의 열화를 판별하지 못하게 한다는 비트레이트)로 하는 AAC 규격으로서 마무리하였습니다.
AAC의 프로파일
| ▩ AAC의 프로파일 (표1) | |
|---|---|
| 표준형 LC (Low Complexity) 프로파일 | BS 디지털 방송이 채용하고 있는 타입. 회로 규모, 음질의 밸런스를 유지할 수 있는 것이 특징이며, 각종 프로파일의 토대가 되는 것이다. |
| 고효율형 Main 프로파일 | 표준형인 LC 프로파일에 '예측기'를 추가함으로써 고음질을 겨냥한 타입. 정상적인 파형의 음질은 향상시키지만, 반면 회로가 대규모가 된다는 측면도 있다. |
| 커스터마이즈형 SSR (Scaleable Sampling Rate) 프로파일 | 표준형인 LC 프로파일에 게인 컨트롤을 추가하여 다양한 용량의 디코더 설계를 할 수 있는 타입. 최대 4밴드, 최소 1밴드의 MDCT로 구성된다. |
※ 출처 - http://vhd.co.kr (비주얼 HDTV 코리아)
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