FLAC

3. 설계

FLAC은 선형 펄스 부호 변조(LPCM) 데이터를 무손실 압축으로 인코딩하는 방식이다.^[9] 가역 압축이므로, 원본 음성 데이터로부터 음질 열화가 없다.

FLAC은 오디오 데이터 압축에 특화되어 있으며, 일반적인 무손실 압축 방식인 ZIP이나 gzip보다 효율적이다. CD 품질 오디오의 경우 ZIP은 10~20% 압축률을 보이지만, FLAC은 보통 30~50%의 압축률을 제공하며, 목소리 녹음의 경우 압축률이 더 높다. 비트 레이트는 약 700 - 950 kbit/s이다. 손실 압축 코덱은 80% 이상의 압축률을 보이지만 원본 데이터의 손실이 발생한다.

FLAC은 선형 예측 방법을 사용하여 오디오 샘플을 작고 상관 관계가 없는 값들의 수열로 변환하고, 골롬-라이스 코딩으로 효율적으로 저장한다. 또한 소리 없는 구간 등 동일한 샘플 블록에 대해 반복 길이 부호화를 사용한다. 다른 무손실 압축 코덱과 비교하면, FLAC은 스트림 가능한 것이 특징이며, 디코딩 시간은 압축 레벨과 관계없이 비교적 빠르다.

FLAC은 콤팩트 디스크 등의 미디어 소유자가 소장하고 있는 오디오 작품을 장기간 보존하는 데 매우 널리 쓰이는 포맷이다. 원본 미디어는 시간이 지나면서 분실되거나 손상될 수 있지만, FLAC으로 복제된 오디오는 언제든 정확히 원본 미디어의 오디오 데이터와 동일하게 복구될 수 있다. MP3와 같은 손실 압축 코덱으로는 원본 데이터를 완벽하게 복구할 수 없다. CD를 리핑할 때 선택적으로 큐 시트(.CUE 파일)을 생성할 수 있다. CD를 FLAC으로 완전히 리핑해두었다가, 훗날 이 CUE 파일의 도움을 받아 정확히 동일한 CD를 구워낼 수 있다. 트랙 순서, 프리갭, CD-Text 등을 정확하게 복원할 수 있지만, 일부 오디오 CD에 들어 있는 가사, CD+G 그래픽스 등은 CUE 파일 및 대부분의 CD 리핑 애플리케이션의 범위 밖이며, 정확히 원본대로 복원시킬 수 없다.

유럽 방송 연합(EBU)은 유로라디오(Euroradio) 네트웍에서 고품질의 오디오를 배포하는 데 FLAC 포맷을 사용하기로 하였다. 하이드로젠오디오 위키에 무손실 코덱간 비교표가 있다.^[42]

FLAC은 부동소수점을 지원하지 않고 오직 고정 소수점만 지원한다. 4~32 비트 샘플 크기를 지닌 PCM을 처리할 수 있으며, 샘플링 레이트는 1 헤르츠~1,048,570 Hz까지 1 Hz 단위로 처리할 수 있고, 1~8 채널을 처리할 수 있다. 채널은 스테레오나 5.1 채널 서라운드 사운드처럼 묶일 수 있는데, 채널간 상관 관계를 이용하여 압축률을 높일 수 있다. 스트리밍 프로토콜에서 사용될 경우, FLAC은 CRC 첵섬을 사용하여, 잘못된 프레임을 골라낸다. 또한 STREAMINFO 메타데이터 헤더 내에 "본디 PCM"의 완전한 MD5 해시값도 갖고 있다.

FLAC의 라이스 파라미터(Rice parameter)는 0-16이다. 최대 8 채널의 오디오, 최대 192kHz까지의 다양한 샘플링 레이트, 다양한 비트-퍼-샘플 너비를 지원한다. FLAC은 리플레이 게인을 지원한다.

FLAC은 libFLAC 코어 인코더 & 디코더 라이브러리로서 구현되었다. libFLAC API을 사용하는 레퍼런스 프로그램으로서 ''flac''이라는 프로그램이 같이 들어있다. 이 코덱 API는 libFLAC++이라는 이름으로 C++ 버전으로서 존재한다.

FLAC의 레퍼런스 구현은 수많은 플랫폼 상에서 컴파일된다. 대부분의 유닉스 (솔라리스 등), 유닉스 계통 (리눅스, OS X, BSD 포함), 마이크로소프트 윈도우, BeOS, OS/2 운영 체제에서 빌드된다. Autoconf/ Automake, MSVC, Watcom C, Xcode 등을 위한 빌드 시스템이 갖추어져 있다.

태깅(tagging) 기능을 위해, FLAC은 보비스 코멘트와 똑같은 시스템을 사용한다.^[43]

2015년 현재, Ogg 프로젝트의 가역 압축 코덱으로 채용되고 있다. 일반적인 FLAC 파일 (.flac/.fla) 뿐만 아니라, Ogg 파일 (.oga/.ogg)이나 Matroska 파일 (.mkv/.mka) 등의 미디어 컨테이너에 격납할 수도 있다.

일부 변환 소프트웨어에는 무압축 형식으로 변환 가능한 FLAC Uncompressed라는 옵션이 제공된다.

양자화 비트 수는 4bit - 32bit이며, 샘플링 주파수는 1Hz - 1048575Hz, 채널 수는 1ch - 8ch을 지원한다.^[29]

레퍼런스 구현은 오픈 소스로 개발되었으며, 라이선스는 이전에는 GPL이 적용되었지만, Ogg 프로젝트에 참여했을 때 코어 라이브러리는 수정된 BSD 라이선스로 변경되었다.

FLAC은 다음과 같은 장점을 가진다.

• 인코딩 및 디코딩이 빠르다.
• 비대칭 인코딩/디코딩 속도^[30]
• 인코딩 시간은 압축률을 높일수록 길어진다.^[31]
• 디코딩 시간은 압축률에 거의 영향을 받지 않는다.^[31]
• 탐색이 빠르다.
• 데이터 구조가 오류에 강하다.
• 앞뒤 프레임에 의존하지 않는 스트리밍 가능한 구조로, 손상된 불완전한 파일이라도 실제로 손상된 부분을 제외하고는 디코딩할 수 있다.
• 오픈 포맷 가역 압축 오디오 포맷으로 널리 사용되고 있으며, 상용으로 채택되는 사례가 늘고 있다.
• 미국의 필라델피아 오케스트라는 자체 연주 음원을 온라인 스토어에서 판매하며, FLAC 파일도 구매 가능하다.
• 메탈리카는 자체 라이브 연주 음원을 판매하는 온라인 스토어에서 FLAC 파일 구매를 지원한다.
• 나인 인치 네일스의 앨범 「Ghost I-IV」, 「The Slip」은 FLAC 형식으로도 이용 가능하다.
• 2009년 3월에는 머지 레코드, Linn Records, Deutsche Grammophon 등이 FLAC 파일 다운로드 판매를 시작했다.
• 비틀즈의 2009년 리마스터 CD 발매 당시, USB 메모리 버전도 발매되었으며, FLAC 형식의 24bit 고음질 버전이 수록되었다.
• 2010년 7월 7일부터 온쿄가 운영(후에 Xandrie Japan으로 양도)하는 e-onkyo music에서 FLAC 형식의 음원 배포가 시작되었다.^[32]
• 휴대용 음악 플레이어에서는 코원 제품, 크리에이티브 Zen, 소니・워크맨의 2012년 이후 국내 및 서구 모델 일부^[33] 등이 지원한다. 거치형 네트워크 미디어 플레이어, 일부 AV 앰프, 고기능 BD 플레이어 등에도 대응하는 제품이 있다.
• Windows 10 이후의 Windows에서는 Windows Media Player 및 Groove 음악에서 경쟁 규격인 Apple Lossless와 함께 재생이 지원된다.^[34]
• 2017년 현재 시판되는 카 오디오에서는 지원하는 경우가 많다.
• 2013년 10월 17일부터 소니 그룹의 레이블 게이트가 운영하는 mora에서 FLAC 형식의 음원 배포가 시작되었다.^[35]
• 2023년 2월 현재, OM 디지털 솔루션즈(구・올림푸스 영상 사업부)에서 발매된 휴대형 리니어 PCM 레코더 「'''OLYMPUS LS-P4'''」, 및 「'''OM SYSTEM LS-P5'''」는 '''FLAC을 이용한 자기 녹음·재생을 지원'''한다.
• Wave64, RF64 (영RF64) 포맷 지원으로 4GB 이상의 리니어 PCM 데이터 지원
• 음악 CD를 하나의 MKA 파일로 묶기 (앨범화)
• (flac+cue).mka
• 동영상 음성 부분으로의 이용
• (Theora+FLAC).ogv
• (DivX+FLAC).mkv
• 파일 확장자
• (FLAC).flac
• (FLAC).fla
• (FLAC).oga
• (FLAC).mka

3. 1. 파일 구조

3. 2. 인코딩 및 디코딩

3. 3. 압축

3. 4. 구현

• libFLAC: 인코딩 및 디코딩 기능, 메타데이터 조작 기능을 담고 있다.
• libFLAC++: 객체 지향 libFLAC 래퍼.
• `flac`: 명령줄 프로그램.
• `metaflac`: 명령줄 프로그램.

4. 다른 형식과의 비교

FLAC은 오디오 데이터 압축을 위해 특별히 설계되어, ZIP이나 gzip 같은 범용 무손실 압축 알고리즘보다 효율적이다. ZIP이 CD 품질 오디오를 10-20% 압축하는 반면, FLAC은 보통 30-50% 압축률을 보이며, 목소리 녹음의 경우에는 압축률이 더 높다.^[42] 손실 압축 코덱은 80% 이상의 압축률을 보이지만 원본 데이터의 손실이 발생한다. FLAC은 선형 예측을 사용하여 오디오 샘플을 작고 상관 관계가 없는 값들의 수열로 변환하고, 골롬-라이스 코딩으로 효율적으로 저장한다. 또한 소리 없는 구간에는 반복 길이 부호화를 사용한다.

FLAC은 압축 레벨에 관계없이 빠른 스트리밍 및 디코딩이 가능하다는 장점이 있다.^[30][31]

무손실 압축 방식이므로, FLAC은 원본 미디어가 손상되어도 FLAC 복사본을 통해 원본 데이터를 정확하게 복구할 수 있어 오디오 컬렉션 보관에 적합하다. MP3와 같은 손실 압축으로는 정확한 복원이 불가능하다. CD를 리핑할 때 CUE 파일을 생성하면, 나중에 트랙 순서, 프리갭 등을 포함하여 원본 CD와 동일한 CD를 구워낼 수 있다. (단, 가사나 CD+G 그래픽스 등은 제외).^[18]

유럽 방송 연합(EBU)은 유로라디오(Euroradio) 네트워크에서 고품질 오디오 배포에 FLAC 포맷을 사용한다.

FLAC의 레퍼런스 구현은 오픈 소스로 개발되었으며, 코어 라이브러리는 수정된 BSD 라이선스로 배포된다. 양자화 비트 수는 4-32비트, 샘플링 주파수는 1Hz-1,048,575Hz, 채널 수는 1-8채널을 지원한다.^[29]

FLAC은 하이 레조 음원 배포에 자주 사용되지만, CD 리핑 등 원본 음원에 따라 하이 레조가 아닌 음성 데이터도 포함될 수 있다.

FLAC은 다음과 같은 장점을 가진다.

• 인코딩 및 디코딩이 빠르다.
• 비대칭 인코딩/디코딩 속도: 인코딩 시간은 압축률을 높일수록 길어지지만, 디코딩 시간은 압축률에 거의 영향을 받지 않는다.^[31]
• 탐색이 빠르다.
• 데이터 구조가 오류에 강하다. 각 프레임마다 CRC와 MD5 참조 값이 있어 정당성을 확인할 수 있으며, 손상된 파일이라도 손상된 부분을 제외하고는 디코딩할 수 있다.
• 널리 사용되는 오픈 포맷 가역 압축 오디오 포맷으로, 상용으로 채택되는 사례가 늘고 있다.
• 필라델피아 오케스트라, 메탈리카, 나인 인치 네일스 등이 FLAC 형식으로 음원을 판매하거나 배포한다.
• 비틀즈의 2009년 리마스터 CD 발매 당시 USB 메모리 버전에 FLAC 형식의 24bit 고음질 버전이 수록되었다.
• 온쿄 (e-onkyo music), mora 등에서 FLAC 형식의 음원을 배포한다.^[32][35]
• 코원, 크리에이티브 Zen, 소니 워크맨 등 휴대용 음악 플레이어와 일부 거치형 네트워크 미디어 플레이어, AV 앰프, BD 플레이어 등이 FLAC을 지원한다.
• Windows 10 이후의 Windows에서는 Windows Media Player 및 Groove 음악에서 FLAC 재생을 지원한다.^[34]
• 2017년 이후 시판되는 카 오디오에서 FLAC을 지원하는 경우가 많다.
• OM 디지털 솔루션즈에서 발매된 휴대형 리니어 PCM 레코더인 '''OLYMPUS LS-P4''' 및 '''[https://jp.omsystem.com/product/audio/lsp5/index.html OM SYSTEM LS-P5]'''는 FLAC을 이용한 자기 녹음·재생을 지원한다.
• Wave64, RF64 (영RF64) 포맷을 지원하여 4GB 이상의 리니어 PCM 데이터를 지원한다.

5. 채택 및 구현

FLAC은 Windows 10^[20], macOS, 안드로이드^[21], iOS^[22] 등 주요 운영체제에서 기본적으로 지원된다. 윈도우 미디어 플레이어 (2022), 파일 (구글) 등 일부 프로그램은 일반 FLAC (.flac) 외에 Ogg FLAC (.oga)도 지원한다.^[24][25]

FLAC은 여러 소프트웨어 및 하드웨어에서 폭넓게 지원된다.

• 크로스 플랫폼 소프트웨어: FFmpeg, Audacity, VLC 미디어 플레이어 등
• macOS 소프트웨어: Cog, VOX 등
• 마이크로소프트 윈도우 소프트웨어: 윈도우 미디어 플레이어 (Windows 10 이상), 알송, 곰오디오, foobar2000 등
• 리눅스 소프트웨어: Audacious, Banshee (music player), XMMS 등
• 모바일 운영체제: 안드로이드, iOS (iOS 11, 아이폰 7 이상)
• 하드웨어: 코원 제품, 크리에이티브 Zen, 소니 워크맨 일부 모델, AV 앰프, 카 오디오 등

5. 1. 레퍼런스 구현

5. 2. 하드웨어 및 소프트웨어 지원

사용된 재생 소프트웨어에 따라 다양한 다른 컨테이너가 사용된 운영 체제와 독립적으로 지원된다.

휴대용 음악 플레이어에서는 코원 제품, 크리에이티브 Zen, 소니・워크맨의 2012년 이후 국내 및 서구 모델 일부^[33] 등이 지원하고 있다. 거치형 네트워크 미디어 플레이어, 일부 AV 앰프, 고기능 BD 플레이어 등에도 대응하는 제품이 있다.

Windows 10 이후의 Windows에서는 Windows Media Player 및 Groove 음악에서 경쟁 규격인 Apple Lossless와 함께 재생이 지원된다.^[34]

2017년 현재 시판되는 카 오디오에서는 지원하는 경우가 많다.

OM 디지털 솔루션즈(구・올림푸스 영상 사업부)에서 발매된 휴대형 리니어 PCM 레코더 「'''OLYMPUS LS-P4'''」 및 「'''[https://jp.omsystem.com/product/audio/lsp5/index.html OM SYSTEM LS-P5]'''」는 일련의 리니어 PCM 레코더로서는 유수의 '''FLAC을 이용한 자기 녹음·재생을 지원'''하고 있다.

6. FLAC 프로젝트 구성 요소

• 스트림 포맷
• 스트림을 위한 단순한 컨테이너 포맷. 단순히 FLAC이라고 불린다. (혹은 Native FLAC이라고 불린다.)
• libFLAC: 인코더와 디코더를 위한 레퍼런스 라이브러리. 메타데이터 인터페이스 포함.
• libFLAC++: libFLAC의 "객체 지향" 래퍼(wrapper).
• flac: libFLAC에 대한 명령행 래퍼(wrapper). FLAC 스트림을 디코드할 수 있다.
• metaflac: 명령행 메타데이터 편집기. .flac 파일을 편집하고 리플레이 게인을 적용할 수 있다.
• 여러 음악 재생기에 대한 입력 플러그인 (AIMP, 윈앰프, XMMS, foobar2000, musikCube 등)
• Xiph.org에 편입된 후, Ogg 콘테이너 포맷 (스트리밍에 알맞음, Ogg FLAC이라고도 불림).^[41]

7. 보존 및 아카이브 활용

FLAC 형식은 표준화 과정에서 보존 및 아카이브라는 특정 사용 사례를 염두에 두고 진행되었다.^[26] 미국 국립 문서 기록 관리청(National Archives and Records Administration)은 디지털 오디오에 FLAC을 선호되는 형식으로 지정했다.^[27]

FLAC는 무손실 방식이므로 CD 및 기타 미디어 소유자가 오디오 컬렉션을 보존하려는 경우 보관 형식으로 적합하다. 원본 미디어가 손실, 손상 또는 마모된 경우 오디오 트랙의 FLAC 복사본을 통해 언제든지 원본 데이터의 정확한 복제본을 복구할 수 있다.

FLAC는 다음과 같은 이유로 널리 사용되는 오픈 포맷 가역 압축 오디오 포맷이며, 상용으로 채택되는 사례가 늘고 있다.

• 필라델피아 오케스트라는 자체 연주 음원을 온라인 스토어에서 판매하고 있으며, FLAC 파일도 구매가 가능하다.
• 메탈리카는 자체 라이브 연주 음원을 온라인 스토어에서 판매하며, FLAC 파일 구매가 가능하다.
• 나인 인치 네일스의 앨범은 FLAC 형식으로도 이용 가능하다.
• 비틀즈의 2009년 리마스터 CD 발매 당시, USB 메모리 버전에 FLAC 형식의 24bit 고음질 버전이 수록되었다.

8. FLAC Uncompressed

일부 변환 소프트웨어에는 무압축 형식으로 변환 가능한 FLAC Uncompressed라는 옵션이 제공된다.^[29] 가역 압축 형식의 FLAC과 구별하기 위해 무압축 형식의 FLAC을 FLAC Uncompressed라고 한다. 변환에는 dBpowerAmp, Xrecode II, Xrecode 3 등의 변환 소프트웨어가 필요하다.

참조

_[1] 웹사이트 FLAC – format https://xiph.org/fla[...] Xiph.Org Foundation 2013-04-04
_[2] 웹사이트 PlayOgg! http://www.fsf.org/c[...] 2010-03-17
_[3] 웹사이트 Looking at Flac Compression Ratios https://hbfs.wordpre[...] Steven Pigeon 2018-05-10
_[4] 웹사이트 Features https://xiph.org/fla[...] Xiph.Org Foundation 2023-11-23
_[5] 웹사이트 FLAC Joins Xiph.org https://www.xiph.org[...] 2009-08-31
_[6] 웹사이트 FLAC Joins Xiph! http://xiph.org/ogg/[...] 2009-08-31
_[7] 웹사이트 FLAC – changelog https://xiph.org/fla[...] 2013-10-15
_[8] IETF Free Lossless Audio Codec 2023-05-14
_[9] 웹사이트 About the FLAC Format https://xiph.org/fla[...] 2022-02-13
_[10] 웹사이트 stream_decoder.c https://gitlab.xiph.[...] 2022-02-19
_[11] 문서 libFLAC/stream_decoder.c
_[12] 웹사이트 lpc.c https://gitlab.xiph.[...] 2022-02-19
_[13] 문서 libFLAC/lpc.c
_[14] 웹사이트 FLAC Format Specification https://xiph.org/fla[...] 2022-02-19
_[15] 웹사이트 CUETools FLAC encoders comparison http://www.cuetools.[...] 2013-05-27
_[16] 웹사이트 Encoding Settings http://wiki.jriver.c[...] 2013-05-27
_[17] 웹사이트 Lossless Codec Comparison http://synthetic-sou[...] 2016-11-26
_[18] 웹사이트 FAQ https://xiph.org/fla[...] 2014-09-23
_[19] 웹사이트 Links https://xiph.org/fla[...] 2009-03-24
_[20] 웹사이트 Audio snobs rejoice: Windows 10 will have system-wide FLAC support http://www.pcworld.c[...] 2015-07-10
_[21] 웹사이트 Android Supported Media Formats https://developer.an[...] 2024-09-27
_[22] 웹사이트 iOS 11 brings lossless FLAC audio playback to iPhone and iPad http://www.idownload[...] 2017-06-09
_[23] 웹사이트 MIME Types and File Extensions - XiphWiki https://wiki.xiph.or[...]
_[24] 웹사이트 FLAC vs Ogg FLAC https://hydrogenaud.[...]
_[25] 웹사이트 The Android Platform Doesn't Fully Support OGG Container Formats (OGA) [36906426] - Visible to Public - Issue Tracker https://issuetracker[...]
_[26] 웹사이트 Codec Encoding for LossLess Archiving and Realtime transmission https://datatracker.[...]
_[27] 웹사이트 Appendix A: Tables of File Formats {{pipe}} National Archives https://www.archives[...]
_[28] 웹사이트 FLAC - format https://xiph.org/fla[...] 2014-11-29
_[29] 문서 FLAC - format https://xiph.org/fla[...]
_[30] 문서 Free Lossless Audio Codec - Hydrogenaudio Knowledgebase
_[31] 문서 FAQ
_[32] 뉴스 オンキヨー株式会社：高品質音楽配信サービス「e-onkyo music」がDRMフリーコンテンツの配信を開始 国内初!24bit/192kHzの楽曲データも品揃え! http://www.jp.onkyo.[...] オンキヨー 2013-05-29
_[33] 뉴스 ソニー、「Android」搭載「Walkman F800」シリーズを発表 https://japan.cnet.c[...] CNET Japan 2012-08-27
_[34] 뉴스 Windows Media Player でサポートされているファイルの種類 https://support.micr[...] 2022-02-20
_[35] 뉴스 「mora ～WALKMAN®公式ミュージックストア～」「ハイレゾ音源」のダウンロードサービスを10月17日より開始 http://labelgate.com[...] レーベルゲート 2013-12-17
_[36] 문서 Registration being sought as audio/flac
_[37] 웹인용 FLAC - comparison http://flac.sourcefo[...] 2008-01-27
_[38] 웹사이트 FLAC 웹사이트 http://flac.sourcefo[...]
_[39] 뉴스 Apple reportedly adds support for FLAC lossless audio in iOS 11 https://www.theverge[...] 2017-11-30
_[40] 웹인용 2003년 1월 29일: FLAC Joins Xiph.Org http://xiph.org/pres[...] 2008-02-09
_[41] 웹사이트 FLAC Website http://flac.sourcefo[...]
_[42] 웹인용 Lossless comparison - Hydrogenaudio Knowledgebase http://wiki.hydrogen[...] 2008-01-27
_[43] 웹인용 FLAC - faq http://flac.sourcefo[...] 2008-01-27
_[44] 웹사이트 http://www.cacaotool[...]
_[45] 웹사이트 Flake http://flake-enc.sou[...]
_[46] 웹인용 Supported Digital Music Formats & Tagging Requirements http://www.escient.c[...] Escient 2008-01-27
_[47] 웹인용 Olive http://www.olive.us/[...] 2008-02-10
_[48] 웹인용 Data Compression and Reduction Options for 7-Series Recorders http://www.sounddevi[...] 2008-01-27
_[49] 웹인용 DENON UK http://www.denon.co.[...] 2008-01-27
_[50] 웹인용 T+A E-Series Music-Player http://www.taelektro[...] 2008-01-27