MPEG-4 파트 3
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1. 개요
MPEG-4 파트 3은 MPEG-4 표준의 오디오 부호화 기술 규격으로, 다양한 오디오 형식의 효율적인 처리를 위해 개발되었다. 1999년에 처음 발표되어 지속적인 기술 개발을 통해 현재 제5판까지 발표되었으며, AAC, BSAC, TwinVQ, HE-AAC 등 다양한 오디오 부호화 기술과 오디오 객체 유형, 오디오 프로파일을 정의한다. 또한, 오류 내성 기능과 데이터 전송을 위한 다양한 형식도 제공하며, 삼성종합기술원의 BSAC 기술이 표준화에 기여하고, 한국 지상파 DMB 오디오 표준으로 사용되고 있다.
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MPEG-4 파트 3 | |
---|---|
'MPEG-4 오디오' | |
종류 | 오디오 코덱 |
개발자 | 국제 표준화 기구 (ISO) 국제 전기 표준 회의 (IEC) |
파일 확장자 | .mp4, .m4a |
MIME 형식 | audio/mp4 audio/aac audio/x-m4a audio/MP4A-LATM |
기술 정보 | |
코딩 유형 | 객체 기반 코딩 파형 코딩 파라메트릭 코딩 |
샘플링 속도 | 8 kHz ~ 96 kHz |
비트 전송률 | 6 kbps ~ 320 kbps |
주요 프로파일 | AAC LC AAC Main AAC SSR AAC LTP CELP HVXC TwinVQ |
파생 기술 | AAC HE-AAC HE-AAC v2 AAC-LD AAC-ELD MPEG-4 ALS MPEG-4 SLS |
2. 역사
ISO/IEC의 MPEG에 의한 오디오 부호화 표준 제정 작업은 1988년부터 시작되었다.[57] 비디오 CD 등의 미디어를 대상으로 하는 MPEG-1, 방송·통신·영화 등에서의 고음질 오디오를 대상으로 하는 MPEG-2 오디오 등이 규격화되었다.
MPEG-4는 원래 모바일 기기용 초저비트레이트 부호화 규격으로 1993년 여름에 제정 작업이 시작되었다.[58] 이후 대상 범위가 확대되어, 다양한 애플리케이션에 대응 가능한 일반적인 부호화 표준이 되었다.
1999년, MPEG-4 오디오 버전 1이 발표되었고(ISO/IEC 14496-3:1999)[2], 2000년에는 MPEG-4 오디오 버전 2가 발표되었다(ISO/IEC 14496-3:1999/Amd 1:2000).[13] 버전 2는 버전 1의 개정판이었다.[7][8] 이후 지속적인 기술 개발 및 표준 개정을 통해 현재(2019년) 제5판(ISO/IEC 14496-3:2019)까지 발표되었다.[17]
MPEG-4 오디오는 이전 규격인 MPEG-1, MPEG-2 오디오와 비교하여 다음과 같은 특징을 갖는다.[55]
3. 특징
이전 규격은 부호화 방식만을 정의했지만, MPEG-4에서는 파일 형식 및 여러 데이터의 다중화 형식을 정의하고 있다.
또한, 모바일 기기 등을 위해, 초저비트레이트 부호화 (2 kbps~의 음성 부호화, 4 kbps~의 음악 부호화) 및 오류 내성 기능이 지원된다. 텍스트 기반 정보로부터 음성 및 음악을 합성하는 합성음 기능을 사용하면 더 낮은 비트레이트를 실현할 수 있다.
더욱이, 요구되는 QoS에 따라 여러 비트레이트로 데이터를 가져올 수 있는 확장성 기능이 있다.
다른 요소 기술은 오디오 객체로 결합하여 사용할 수 있으며, 다양한 애플리케이션의 요구에 응할 수 있는 유연성을 갖는다.
4. 구성 요소 (Subparts)
MPEG-4 오디오는 다양한 기능을 제공하기 위해 여러 하위 파트(Subpart)로 구성되어 있다. 각 하위 파트에서는 특정 도구에 대한 사양이 정의되어 있다.[16][55]
MPEG-4 파트 3은 다음과 같이 구성된다.
- 하위 파트 1: 메인 (오디오 객체 유형 목록, 프로필, 레벨, ISO/IEC 14496-1 인터페이스, MPEG-4 오디오 전송 스트림 등)
- 하위 파트 2: 음성 코딩 – HVXC (하모닉 벡터 여기 코딩)
- 하위 파트 3: 음성 코딩 – CELP (코드 여기 선형 예측)
- 하위 파트 4: 일반 오디오 코딩 (GA) (시간/주파수 코딩) – AAC, TwinVQ, BSAC
- 하위 파트 5: 구조화 오디오 (SA)
- 하위 파트 6: 텍스트 음성 변환 인터페이스 (TTSI)
- 하위 파트 7: 파라메트릭 오디오 코딩 – HILN (하모닉 및 개별 라인 및 노이즈)
- 하위 파트 8: 고품질 오디오를 위한 파라메트릭 코딩 기술 설명 (SSC, 파라메트릭 스테레오)
- 하위 파트 9: MPEG-4 내 MPEG-1/MPEG-2 오디오
- 하위 파트 10: 오버샘플링된 오디오의 무손실 코딩 기술 설명 (MPEG-4 DST – 직접 스트림 전송)
- 하위 파트 11: 오디오 무손실 코딩 (ALS)
- 하위 파트 12: 확장 가능한 무손실 코딩 (SLS)
5. 오디오 부호화 기술
MPEG-4 오디오는 음성, 음악 등 다양한 소리를 처리하기 위해 여러 가지 부호화 기술을 사용한다. 크게 인간의 음성만을 다루는 음성 부호화 도구, 일반적인 오디오 신호의 비가역 압축을 수행하는 오디오 부호화 도구, 무손실 압축을 수행하는 무손실 오디오 부호화 도구, 그리고 재생 측에서 음악 합성을 수행하는 합성 도구 등으로 나눌 수 있다.[55]
음성 부호화 도구에는 자연 음성 부호화 도구 (MPEG-4 HVXC, MPEG-4 CELP)와 음성 합성 인터페이스 (MPEG-4 Hybrid/Multi-Level Scalable TTS Interface)가 있다. 오디오 부호화 도구에는 범용 오디오 부호화 도구 (MPEG-4 AAC, TwinVQ, MPEG-4 low delay, MPEG-4 BSAC, MPEG-4 SBR)와 파라메트릭 오디오 부호화 도구 (MPEG-4 HILN, MPEG-4 SSC)가 있다.
MPEG-4 BSAC(Bit Sliced Arithmetic Coding)은 삼성종합기술원(SAIT)에서 제안한 기술로, 128kbps에서 AAC와 비슷한 음질을 제공한다. 스테레오 기준으로 2kbps 단위로 비트율을 조절할 수 있어 통신 환경에 따라 유연하게 사용할 수 있다는 장점이 있다. 현재 한국 지상파DMB 오디오 표준으로 사용되고 있다.[69]
MPEG에서는 현재 BSAC과 SBR (Spectral Band Replication) 기술을 합치는 작업을 진행하고 있다.
5. 1. AAC (Advanced Audio Coding)
MPEG-4 AAC(AAC)는 MPEG-2 AAC (ISO/IEC 13818-7)를 기반으로 확장된 오디오 부호화 방식이다. 음악과 같은 오디오 신호를 효율적으로 부호화하며, 모노, 스테레오, 멀티 채널 신호를 처리할 수 있다. 6 kbps 이상의 비트 전송률로 부호화하며, 채널당 64 kbps 이상에서는 유럽 방송 연합(EBU)이 정의하는 엄격한 조건에서 시험했을 때 "(원음과) 구별할 수 없는 음질"의 기준을 충족한다.[69]MPEG-4 AAC는 MPEG-2 AAC에서 표준화된 AAC Main, AAC LC, AAC SSR 외에 다양한 기능을 확장했다. 저 비트 전송률 부호화를 위한 TwinVQ, 실시간 통신 등에 적합하게 부호화 지연을 줄인 AAC LD (Low Delay), 비트 스트림을 계층화하여 비트 전송률 확장성을 제공하는 BSAC, 고역 성분을 파라미터화하여 정보 압축을 수행하는 SBR (Spectral Band Replication) 도구 등이 있다.
AAC의 기본 방식은 다음과 같으며, MPEG-2 AAC 프로파일을 기반으로 한다.
- AAC Main: 고음질 AAC 방식이다. AAC LC의 기능을 포함하며, AAC LC보다 연산량이 많다.
- AAC LC (Low Complexity): AAC Main에서 후방 예측 (backward prediction) 기능을 제외한 방식이다. 동일 비트 전송률에서 음질은 AAC Main보다 떨어지지만 연산량이 적고 전송 오류에 강하다.
- AAC SSR (Scalable Sample Rate): 주파수 대역의 확장성을 위해 4 대역의 대역 분할 필터를 사용하여 대역별로 부호화하는 방식이다. 동일한 비트 스트림에서 대역이 다른 복호 결과를 얻을 수 있으며, 용도에 따라 연산량을 조절할 수 있다.
AAC는 입력 신호를 MDCT를 사용해 주파수 영역 계수로 변환하고 장기 예측 등의 처리를 수행한다. 이후 청각 심리학적 특성을 고려하여 대역별로 정규화와 양자화를 거친 후 허프만 부호로 부호화한다. 복호는 이와 반대되는 조작을 수행한다.
MPEG-4 오디오에서는 양자화와 부호화 방식으로 TwinVQ나 BSAC (Bit-Sliced Arithmetic Coding)를 사용하는 방식도 선택 가능하다. 또한 고역 성분이나 스테레오 신호를 소수의 파라미터로 부호화하여 정보 압축을 크게 향상시키는 HE-AAC 프로파일도 있다.
AAC LD (Low Delay)는 부호화 지연을 억제한 방식으로, 통신 등 실시간 부호화 및 복호화가 필요한 경우에 사용된다. 알고리즘으로 결정되는 부호화 지연은 샘플링 주파수 48kHz에서 20ms 이하이다.[69] AAC에서 부호화 단위인 프레임 길이를 짧게 하는 등의 변경을 통해 압축률을 낮추고 부호화 지연을 줄인다.
5. 2. BSAC (Bit-Sliced Arithmetic Coding)
삼성종합기술원(SAIT)에서 제안하여 표준화된 MPEG-4 오디오 부호화 기술로, 128kbps에서 AAC와 유사한 음질을 제공하는 것으로 알려져 있다. 스테레오 기준으로 2kbps의 비트율 단위로 확장성(scalability)을 제공하기 때문에 통신 채널 환경에 따라 비트율(bit-rate)을 가변적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 현재 한국 지상파DMB 오디오 표준으로 사용되고 있고, 그 외에 오디오 표준으로 AAC 또는 HE-AAC, HE-AAC+ 등의 AAC 기반의 코덱이 주를 이루고 있다.[69]BSAC는 AAC에 대한 대체적인 무손실 코딩을 사용하며, 나머지 프로세싱은 AAC와 동일하다. 이러한 확장성 지원을 통해 64kbit/s에서 거의 투명한 음질을 제공하며, 낮은 비트 전송률에서도 점진적 성능 저하를 보인다. BSAC 코딩은 40kbit/s에서 64kbit/s 범위에서 가장 잘 수행되지만, 16kbit/s에서 64kbit/s 범위에서도 작동한다. AAC-BSAC 코덱은 디지털 멀티미디어 방송(DMB) 애플리케이션에 사용된다.[72]
BSAC는 비트 스트림을 계층화하여 비트 전송률 확장성을 가지게 하는 기술로, AAC의 허프만 부호화 대신 사용된다. 채널당 1kbps의 미세한 단계의 비트 전송률 확장성을 얻을 수 있다.
BSAC에서는 AAC와 동일한 방법으로 구한 양자화 후의 주파수 영역의 계수 묶음을 상위 비트부터 순서대로 계층적으로 묶어 각 계층의 비트 플레인마다 엔트로피 부호화를 수행한다. 엔트로피 부호화 방식에는 산술 부호화(Arithmetic Code)를 사용한다. 계층이 증가함에 따라 하위 비트 정보가 추가되어 데이터 손실이 줄어들고, 보다 고품질의 복호 결과를 얻을 수 있다.
비트 전송률을 네트워크 상황 등의 환경에 따라 세밀한 단위로 동적으로 변경할 수 있으므로, 실시간 QoS 제어 등을 실현할 수 있다.
5. 3. TwinVQ (Transform-domain Weighted Interleave Vector Quantization)
TwinVQ (트윈브이큐, Transform-domain Weighted Interleave Vector Quantization, 변환 영역 가중 인터리브 벡터 양자화)는 벡터 양자화의 일종으로, MPEG-4에서는 범용 오디오 부호화의 양자화 및 부호화 방식으로 사용된다.[70][71] 부호 길이가 고정되어 통신 오류에 비교적 강하며, 압축률을 상황에 따라 변경할 수 있고, AAC가 약한 낮은 비트 전송률(6 kbps~)에서 음질이 비교적 우수하다.5. 4. HE-AAC (High-Efficiency AAC)
고효율 고급 오디오 코딩(HE-AAC)은 AAC LC를 기반으로 스펙트럼 대역 복제(SBR)와 파라메트릭 스테레오(PS) 기술을 결합하여 낮은 비트 전송률에서 압축 효율을 높인 오디오 코딩 방식이다.[69]AAC LC에 SBR 도구를 결합한 프로파일을 HE-AAC(High-Efficiency Advanced Audio Coding), 여기에 PS 도구를 더한 것을 HE-AAC v2라고 한다.[73] HE-AAC는 aacPlus, AAC+ 등으로, HE-AAC v2는 aacPlus v2, eAAC+ 등의 상표명으로 불리기도 한다.
SBR은 입력 신호의 저역 및 고역 성분 간 상관 관계를 이용하여, 고역 성분을 복원하기 위한 소량의 제어 정보만으로 스펙트럼을 파라미터화한다. 복호 시에는 저역 성분 정보로부터 고역 성분을 예측 복원하여 압축 효율을 높인다.
PS는 스테레오 신호에 대해 SBR과 유사한 방식으로 작동한다. 좌우 채널 간 상관 관계를 이용하여, 양쪽 채널을 합한 모노럴 신호와 스테레오 공간 정보를 나타내는 사이드 정보로 나누어 부호화한다. 복호 시에는 모노럴 신호와 사이드 정보로부터 양 채널 신호를 복원한다. 사이드 정보는 고음질에서도 9 kbps 정도면 충분하므로,[74] 좌우 채널을 직접 부호화하는 것보다 압축 효율이 높다.
SBR과 PS 두 방식 모두 원래 신호를 물리적으로 완벽하게 복원하는 것은 아니지만, 음향 심리학적으로 자연스러운 복원을 가능하게 하여 정보 압축률을 크게 높일 수 있다. 또한, HE-AAC를 지원하지 않는 코덱에서도 AAC LC로 부호화된 코어 부분은 디코딩할 수 있다.
유럽 방송 연합의 MUSHRA 시험 결과, HE-AAC로 부호화된 48 kbps 스테레오 신호는 80점으로 평가되어, 같은 비트 전송률의 AAC나 mp3PRO보다 높은 음질을 보였다.[73]
MPEG(Moving Picture Experts Group)의 HE-AAC 및 HE-AAC v2 비교 시험에서는, 24 kbps의 HE-AAC v2가 같은 비트 전송률의 HE-AAC보다 훨씬 우수하며, 32 kbps의 HE-AAC와 동등하거나 더 높은 평가를 받았다.[73]
6. 오디오 객체 유형 (Audio Object Types)
MPEG-4 오디오는 다양한 오디오 형식을 일관된 방식으로 처리하기 위해 각 형식에 고유한 오디오 객체 유형을 할당한다.[18][19] 객체 유형은 서로 다른 코딩 방법을 구별하는 데 사용되며, 특정 객체를 디코딩하는 데 필요한 MPEG-4 도구 하위 집합을 결정한다.[19]
객체 유형 ID | 오디오 객체 유형 | 최초 공개일 | 설명 |
---|---|---|---|
1 | AAC Main | 1999 | AAC LC 포함 |
2 | AAC LC (Low Complexity, 낮은 복잡도) | 1999 | "AAC 프로필"에서 사용. MPEG-2 파트 7 Low Complexity 프로필(LC)과 PNS(MPEG-4 파트 3, 하위 파트 4에 정의됨)를 결합.[4][22] |
3 | AAC SSR (Scalable Sample Rate, 확장 가능한 샘플 속도) | 1999 | MPEG-2 파트 7 Scalable Sampling Rate 프로필(SSR)과 PNS(MPEG-4 파트 3, 하위 파트 4에 정의됨)를 결합.[4][22] |
4 | AAC LTP (장기 예측) | 1999 | AAC LC 포함 |
5 | SBR (스펙트럼 대역 복제) | 2003[23] | "High Efficiency AAC 프로필"(HE-AAC v1)에서 AAC LC와 함께 사용 |
6 | AAC Scalable | 1999 | |
7 | TwinVQ | 1999 | 매우 낮은 비트 전송률의 오디오 코딩 |
8 | CELP (코드 여기 선형 예측) | 1999 | 음성 코딩 |
9 | HVXC (Harmonic Vector eXcitation Coding, 하모닉 벡터 여기 코딩) | 1999 | 음성 코딩 |
10 | (예약됨) | ||
11 | (예약됨) | ||
12 | TTSI (텍스트 음성 변환 인터페이스) | 1999 | |
13 | Main synthesis | 1999 | 웨이브 테이블 샘플 기반 합성[24] 및 Algorithmic Synthesis 및 오디오 효과 포함 |
14 | 웨이브 테이블 샘플 기반 합성 | 1999 | SoundFont 및 DownLoadable Sounds를 기반,[24] General MIDI 포함 |
15 | General MIDI | 1999 | |
16 | Algorithmic Synthesis 및 오디오 효과 | 1999 | |
17 | ER AAC LC | 2000 | 오류 복원 |
18 | (예약됨) | ||
19 | ER AAC LTP | 2000 | 오류 복원 |
20 | ER AAC Scalable | 2000 | 오류 복원 |
21 | ER TwinVQ | 2000 | 오류 복원 |
22 | ER BSAC (Bit-Sliced Arithmetic Coding) | 2000 | "Fine Granule Audio" 또는 세밀한 입자 확장성 도구. AAC 코딩 도구와 함께 사용되며 MPEG-4 버전 1 GA 코더의 무손실 코딩 및 비트스트림 형식을 대체. 오류 복원 |
23 | ER AAC LD (Low Delay, 낮은 지연) | 2000 | 오류 복원, "Low Delay 프로필"에서 CELP, ER CELP, HVXC, ER HVXC 및 TTSI와 함께 사용됨(일반적으로 실시간 대화 애플리케이션에 사용됨) |
24 | ER CELP | 2000 | 오류 복원 |
25 | ER HVXC | 2000 | 오류 복원 |
26 | ER HILN (Harmonic and Individual Lines plus Noise, 하모닉 및 개별 라인 플러스 노이즈) | 2000 | 오류 복원 |
27 | ER Parametric | 2000 | 오류 복원 |
28 | SSC (SinuSoidal Coding) | 2004[25][26] | |
29 | PS (파라메트릭 스테레오) | 2004[27], 2006[28][29] | "HE-AAC v2 프로필"에서 AAC LC 및 SBR과 함께 사용. PS 코딩 도구는 2004년에 정의되었고 객체 유형은 2006년에 정의. |
30 | MPEG Surround | 2007[30] | MPEG Spatial Audio Coding(SAC)라고도 하며, 공간 오디오 코딩의 한 유형.[31][32] (MPEG Surround는 2007년에 ISO/IEC 23003-1에도 정의.[33]) |
31 | (예약됨) | ||
32 | MPEG-1/2 Layer-1 | 2005[34] | |
33 | MPEG-1/2 Layer-2 | 2005[34] | |
34 | MPEG-1/2 Layer-3 | 2005[34] | "MP3onMP4"라고도 함 |
35 | DST (직접 스트림 전송) | 2005[35] | 슈퍼 오디오 CD에 사용되는 무손실 오디오 코딩 |
36 | ALS (오디오 무손실 코딩) | 2006[29] | 무손실 오디오 코딩 |
37 | SLS (확장 가능한 무손실 코딩) | 2006[36] | 무손실 레이어와 손실 일반 오디오 코어/레이어(예: AAC)가 있는 2계층 오디오 코딩 |
38 | SLS non-core | 2006 | 손실 일반 오디오 코어/레이어(예: AAC)가 없는 무손실 오디오 코딩 |
39 | ER AAC ELD (Enhanced Low Delay, 향상된 낮은 지연) | 2008[37] | 오류 복원 |
40 | SMR (Symbolic Music Representation) Simple | 2008 | 참고: 기호 음악 표현은 MPEG-4 파트 23 표준(ISO/IEC 14496-23:2008)임.[38][39] |
41 | SMR Main | 2008 | MPEG-4 파트 23 표준(ISO/IEC 14496-23:2008)임.[38][39] |
42 | USAC (통합 음성 및 오디오 코딩) | 2012 | 통합 음성 및 오디오 코딩은 MPEG-D 파트 3(ISO/IEC 23003-3:2012)에 정의.[40] |
43 | SAOC (Spatial Audio Object Coding, 공간 오디오 객체 코딩) | 2010[41][42] | 참고: 공간 오디오 객체 코딩은 MPEG-D 파트 2 표준(ISO/IEC 23003-2:2010)임.[43] |
44 | LD MPEG Surround | 2010[44] | 이 객체 유형은 MPEG-4 오디오 프레임워크에서 Low Delay MPEG Surround 코딩 부가 정보(MPEG-D 파트 2 – ISO/IEC 23003-2[43]에 정의됨)를 전달. |
45 | SAOC-DE | 2013 | Spatial Audio Object Coding Dialogue Enhancement (공간 오디오 객체 코딩 대화 향상) |
46 | Audio Sync | 2015 | 오디오 동기화 도구는 여러 장치에서 여러 콘텐츠를 동기화하는 기능을 제공. |
7. 오디오 프로파일 (Audio Profiles)
MPEG-4 오디오 표준은 다양한 응용 분야에 맞춰 여러 오디오 프로파일을 정의한다. 각 프로파일은 특정 오디오 객체 유형의 조합을 포함하며, 시스템 요구 사항에 따라 선택적으로 사용된다. 각 프로파일은 프로파일에 포함된 도구의 일부 매개변수(예: 샘플링 속도, 디코딩 가능한 오디오 채널 수)를 제한하는 여러 레벨을 가질 수 있다.
오디오 프로파일 | 오디오 객체 유형 | 최초 공개 출시일 |
---|---|---|
AAC 프로파일 | AAC LC | 2003 |
고효율 AAC 프로파일 | AAC LC, SBR | 2003 |
HE-AAC v2 프로파일 | AAC LC, SBR, PS | 2006 |
메인 오디오 프로파일 | AAC Main, AAC LC, AAC SSR, AAC LTP, AAC Scalable, TwinVQ, CELP, HVXC, TTSI, 메인 합성 | 1999 |
확장 가능 오디오 프로파일 | AAC LC, AAC LTP, AAC Scalable, TwinVQ, CELP, HVXC, TTSI | 1999 |
음성 오디오 프로파일 | CELP, HVXC, TTSI | 1999 |
합성 오디오 프로파일 | TTSI, 메인 합성 | 1999 |
고품질 오디오 프로파일 | AAC LC, AAC LTP, AAC Scalable, CELP, ER AAC LC, ER AAC LTP, ER AAC Scalable, ER CELP | 2000 |
저지연 오디오 프로파일 | CELP, HVXC, TTSI, ER AAC LD, ER CELP, ER HVXC | 2000 |
자연 오디오 프로파일 | AAC Main, AAC LC, AAC SSR, AAC LTP, AAC Scalable, TwinVQ, CELP, HVXC, TTSI, ER AAC LC, ER AAC LTP, ER AAC Scalable, ER TwinVQ, ER BSAC, ER AAC LD, ER CELP, ER HVXC, ER HILN, ER Parametric | 2000 |
모바일 오디오 인터넷워킹 프로파일 | ER AAC LC, ER AAC Scalable, ER TwinVQ, ER BSAC, ER AAC LD | 2000 |
HD-AAC 프로파일 | AAC LC, SLS[45] | 2009[46] |
ALS 단순 프로파일 | ALS | 2010[42][47] |
MPEG-4 오디오는 넓은 범위를 다루기 위해 많은 도구를 사용할 수 있고, 부호화 시 선택 가능한 파라미터의 범위도 넓다. 특정 시스템에서 모든 기능을 포함하는 것은 비용 등의 문제로 현실적이지 않기 때문에, MPEG-4 오디오는 표준적인 조합을 '오디오 프로파일'로 제공한다.
MPEG-4 오디오는 여러 도구를 사용한 부호화 데이터를 "오디오 객체"로 조합할 수 있다.[81] 최종 사운드 트랙은 이러한 오디오 객체들을 믹싱하여 하나로 합쳐진다. 오디오 객체 조합은 MPEG-4 BIFS (Binary Format for Scenes)의 서브셋인 *AudioBIFS* 프레임워크를 사용한다.
컴포지션 도구를 사용하면, 믹싱 제어 및 서로 다른 샘플링 주파수 조정을 할 수 있다. 또한 신호 처리 루틴 다운로드를 통해 자체 디지털 필터로 처리하거나, 잔향 효과 등의 다양한 이펙트를 추가할 수 있다.[81]
예를 들어, 고음질 배경 음악과 내레이션을 조합할 때, MPEG-2 이전 방식에서는 하나의 오디오 신호를 AAC 등을 사용하여 높은 비트 전송률(bps/channel 이상)로 부호화해야 했다. 그러나 MPEG-4에서는 오디오 합성 도구와 음성 부호화 도구(MPEG-4 CELP)를 사용하여, 배경 음악을 bps, 내레이션을 bps 정도로 부호화하고 컴포지션 도구로 조합할 수 있다.[81]
또한, 음성에만 잔향 효과를 추가하거나, 사용자가 배경 음악만 제거하는 등, 하나의 트랙으로 합쳐진 경우에는 구현하기 어려운 조작을 쉽게 할 수 있다.
8. 저장 및 전송 형식
MPEG-4는 부호화 및 복호화 방법뿐만 아니라, 부호화된 여러 데이터 스트림을 결합하여 하나의 기본 스트림으로 만드는 방법과 저장 방식을 정의한다.[55]
MPEG-4 오디오의 멀티플렉스, 저장 및 전송 형식은 다음과 같다.[16]
MPEG-4가 대상으로 하는 응용 프로그램의 범위는 넓고 요구 사항도 다양하기 때문에, 기본 스트림을 전송하는 방법은 정의하지 않는다. 대신 전송 계층과의 인터페이스는 DMIF(Delivery Multimedia Interface Format)로 ISO/IEC 14496-6에서 표준화되어 있다.[54] 객체 기반 부호화가 필요 없는 MPEG-4 오디오 응용 프로그램을 위해, 오버헤드가 적은 LATM과 이를 전송에 사용하는 LOAS가 정의되어 있다.
전송 계층 사양의 예로는, IETF가 정의한 (RTP Payload Format for MPEG-4 Audio/Visual Streams), (RTP Payload Format for Transport of MPEG-4 Elementary Streams), (The Codecs Parameter for "Bucket" Media Types), (MIME Type Registration for MPEG-4) 등이 있다.
9. 오류 내성 기능
MPEG-4는 모바일 기기 등 데이터 전송 중 오류가 발생하기 쉬운 환경에서의 이용을 상정했기 때문에 오류 보호(Error Protection)를 위한 툴 등이 준비되어 있다.[82]
오류 보호 툴에서는 UEP(Unequal Error Protection, 불균일 오류 보호)라는 방법을 사용하는데, 그 내용은 다음과 같다.
번호 | 내용 |
---|---|
1 | 부호화 결과 프레임을 여러 서브 프레임으로 분할한다. |
2 | 서브 프레임을 오류에 대한 영향의 취약성에 따라 클래스 구분한다. |
3 | 클래스에 적합한 오류 정정 부호(FEC)나 CRC를 서브 프레임마다 부가한다. |
오버헤드를 줄이기 위해 여러 프레임의 같은 클래스는 하나로 통합된다. 또한 최종 프레임은 버스트 오류에 의한 영향을 줄이기 위해 비트 재정렬(인터리브)이 수행된 후 전송된다.
이 외에도 부호화 방식별 오류 내성 툴 등이 존재한다. 예를 들어, AAC용으로 다음과 같은 툴이 정의되어 있다.[83]
- Virtual CodeBooks tool(VCB11) - 코드북을 통해 MDCT 계수의 오류를 검출.
- Reversible Variable Length Coding tool(RVLC, 리버서블 가변 길이 부호) - 역방향으로도 복호가 가능한 가변 길이 부호. 허프만 부호 대신 사용.
- Huffman codeword reordering(HCR) - 허프만 부호화 결과의 재정렬을 통해 우선순위가 높은 계수를 고정 위치에 배치.
AAC에서 MDCT 계수의 부호화에 사용되는 허프만 부호는 출현 확률이 큰 값에 짧은 부호를 할당한다. 이 때문에 효율적인 정보 압축을 수행할 수 있지만, 부호 길이가 일정하지 않아 어느 곳에서 오류가 발생하면 그 이후의 모든 부호가 올바르게 복호화되지 않는 문제가 있다.
리버서블 가변 길이 부호는 전후 어느 방향에서든 복호할 수 있기 때문에 프레임의 선두뿐만 아니라 마지막에서부터 복호를 수행할 수 있으며, 오류의 영향 범위를 줄일 수 있다. 허프만 부호화 결과의 재정렬(HCR)도 고정 위치에 배치된 우선순위가 높은 계수는 올바르게 복호할 수 있으며, 그 외의 계수도 특정 알고리즘에 의해 오류 전파의 영향이 적어지도록 배치되므로 가변 길이 부호에 의한 오류 전파의 영향을 줄일 수 있다.
10. 한국과의 관계
삼성종합기술원(SAIT)이 제안한 BSAC (Bit-sliced Arithmetic coding) 기술은 MPEG-4 오디오 표준화에 기여했다.[1] BSAC은 128kbps에서 AAC와 비슷한 음질을 제공하며, 통신 환경에 따라 비트율을 조절할 수 있는 장점이 있다.[1]
BSAC은 한국 지상파DMB 오디오 표준으로 채택되어 사용되고 있다.[1]
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