Vorbis

3. 특징

Vorbis는 변형 이산 코사인 변환(MDCT)을 기반으로 하는 순방향 적응형 모놀리식 변환 코덱이다.^[41] 시간 도메인의 사운드 데이터를 주파수 도메인으로 변환하기 위해 MDCT를 사용하며, 결과적인 주파수 도메인 데이터는 노이즈 플로어와 잔여 성분으로 나뉘어 양자화되고 코드북 기반 벡터 양자화 알고리즘을 사용하여 엔트로피 코딩된다. 압축 해제 알고리즘은 이러한 단계를 반대로 수행한다. 노이즈 플로어 방식은 비트 전송률이 오디오를 인지 가능한 손실 없이 인코딩하기에 너무 낮을 때 Vorbis에 특징적인 아날로그 노이즈와 같은 오류 모드를 제공한다. 낮은 비트 전송률에서 압축 아티팩트의 소리는 넓은 공간에서의 잔향과 유사하다.

Vorbis는 주로 Ogg 컨테이너 포맷에 저장되어 Ogg Vorbis라고 불리며, 단순히 Ogg라고 할 때는 FLAC을 저장한 Ogg FLAC, Speex를 저장한 Ogg Speex, 동영상 코덱의 Theora를 저장한 Ogg Theora 등이 있다. Ogg용으로 개발된 코덱이므로, 처음에는 Ogg에만 저장할 수 있었지만, 후에 Matroska가 대응했다. 2010년에는 구글이 개발하고 있는 오픈 컨테이너 포맷 WebM의 음성 코덱으로 채용되었다.

확장자는 .ogg, 드물게 .oga가 사용된다. .ogg는 과거의 Ogg 공통 확장자였지만, 현재는 공식적으로 .ogx로 변경되었으며, .ogg는 호환성을 위해 Ogg Vorbis용 확장자로 남겨졌다. .oga는, 음성 코덱만을 저장한 Ogg 공통 확장자이다.

Xiph.org에 의해 규격화되어 있으며, Ogg 컨테이너 포맷은 RFC에서 정식으로 문서화되어 있다.

Vorbis의 구체적인 특징은 다음과 같다.

3. 1. 장점

• VBR과 ABR을 지원한다.^[96]
• 오픈 소스이므로 별도의 사용료가 없다.^[96]
• 확장성이 높다. Vorbis는 모든 비트레이트를 자유롭게 지정할 수 있고 기존 코덱(MP3)의 한계를 넘을 수 있도록 설계되었다. Vorbis는 같은 비트레이트의 MP3보다 음질이 좋고, AAC와는 음질이 비슷하거나 그 이상의 음질을 보장한다. 단, CBR의 경우 MP3보다 안 좋은 결과를 내놓기도 한다.^[96]
• 압축률 지정은 일반적으로 퀄리티 레벨(Q값)로 불리는 수치로 지정하며, 범위는 -1에서 10까지 있다. 44.1 kHz 스테레오(2채널) 소스의 경우, 표준 퀄리티 레벨은 Q3(112 kbps)이다. 최고 퀄리티 레벨은 Q10(500 kbps), 최저 퀄리티 레벨은 Q-1(48 kbps)이다. aoTuV 인코더에서는 최저 퀄리티 레벨인 Q-1보다 낮은 Q-2를 지정할 수 있어 32 kbps로 인코딩할 수 있다.^[96]
• 이전에는 인코더 속도가 느리다는 지적이 있었지만, Blacksword에 의한 Ogg Vorbis 고속화 프로젝트에 의해 크게 개선되었다. 음질은 확장성의 높이를 살려 겹겹이 튜닝을 한 aoTuV가 긴 세월에 걸쳐 높은 평가를 받고 있어 공식판의 최신 버전에 aoTuV 튜닝 기술이 들어갔다.^[96]
• Vorbis는 프로그램에서 샘플 단위로 위치를 지정해 정확하게 디코드할 수 있고, 별도의 소스 사용 금액이 없어서, PC 게임 등에서 많이 사용하고 있다.^[96]
• Vorbis는 모든 비트 전송률 영역에서 기존 코덱(MP3)을 뛰어넘도록 설계되었다. 현재 구현에서는, 동일한 비트 전송률의 MP3보다 음질이 좋고, LC-AAC와 동등하거나 그 이상으로 평가받는다. HE-AAC나 HE+PS-AAC가 강점을 보이는 32-48 kbps 주변의 낮은 비트 전송률 영역에서는, 특허를 사용할 수 없기에 고역 유사 보완 기술(Spectral Band Replication)이나 스테레오 유사 보완 기술(Parametric Stereo)의 구현이 불가능한 Vorbis는, 선전하고 있지만 불리하다고 여겨진다.^[96] 표준 비트 전송률은 112 kbps이며, 이때의 음질은, 많은 사람들이 CD 또는 압축 전의 음원과 거의 구별하지 못한다고 한다.^[96]
• 2005년 7월 비교 (AAC vs MP3 vs Vorbis vs WMA) 80 kbps 비교 결과, Vorbis aoTuV beta 4가 클래식 및 다양한 음악에서 가장 좋은 인코더라는 결과가 나왔다. 또한 128 kbps의 LAME ABR MP3와 동일한 품질이라는 결과가 나왔다.^[82]
• 2005년 8월 비교 (AAC vs MP3 vs Vorbis vs WMA) 96 kbps 비교 결과, 클래식 음악에서 Vorbis aoTuV beta 4와 AAC가 나란히 가장 좋은 인코더라는 결과가 나왔다. 또한 aoTuV beta 4는 팝 음악에서 128 kbps의 LAME보다 좋은 결과를 보였다.^[83]
• 2011년 4월 Hydrogenaudio에서 Vorbis vs HE-AAC vs Opus의 64 kbps 비교 결과, Vorbis는 로우 앵커의 LC-AAC와 Nero HE-AAC의 중간 정도의 결과가 나왔으며, Vorbis와 같은 개발사인 Xiph.org의 Opus가 최상이라는 결과가 나왔다.^[85]

3. 2. 단점

• VBR이 기본이므로 AVI 등 VBR 음성 코덱을 지원하지 않는 곳에 사용하면 문제가 생길 수 있다. Ogg 컨테이너나 Matroska 컨테이너 등을 사용해야 한다.^[97]
• 인코더 시간이 MP3보다 더 오래 걸리는 경향이 있다.
• * Ogg Vorbis 고속화 프로젝트로 인코더 시간을 줄일 수 있다.^[97]
• * 하지만, 현행 레퍼런스 인코더에서는 ABR 인코딩(비트레이트 지정 인코딩) 시에는, 퀄리티 지정 인코딩의 2배 이상의 시간이 걸린다.
• * 최근 하드웨어의 발달로, 예전에 비해 인코딩 속도는 문제가 되지 않게 되었다.
• 재생할 수 있는 플레이어가 적다.
• * Vorbis를 지원하는 휴대용 플레이어는 iriver나 Cowon 등 한국 제조사의 제품이 대부분이며, MP3나 WMA, AAC에 크게 미치지 못한다.
• * 안드로이드 OS는 Vorbis 디코더를 내장하고 있으며^[81], 안드로이드 단말기의 급속한 확대로 재생 환경 보급은 개선되고 있다. iOS는 Ogg Vorbis를 지원하지 않으므로, 지원하는 소프트웨어를 설치해야 한다.
• 사용자가 인코딩 환경을 자발적으로 구축해야 한다.
• * MP3는 매우 많이 보급되어 있고, WMA는 Windows OS가 인코더를 내장하는 Windows Media Player를 번들로 제공한다. AAC는 Mac OS X가 인코더를 내장하는 iTunes를 번들로 제공한다.
• * Ogg Vorbis는 사용자가 자발적으로 인코더를 인터넷에서 찾아 설치해야 하므로, 인코딩 환경과 재생 환경이 갖춰져 있다고 말하기 어렵다.
• MP3에 비해 디코더 메모리가 많이 필요하다. 현대의 개인용 컴퓨터에서는 문제가 되지 않지만, 휴대 매체에서는 전지를 빨리 소비하는 단점이 있다.
• MP3와 달리 앨범아트 기능을 지원하지 않는다.
• 무손실을 지원하지 않는다.
• Vorbis는 특허 무효를 주장하지만, 이른바 서브마린 특허나 휴면 특허의 종류가 나타날 가능성을 완전히 부정할 수는 없다. 하지만, 공개된 지 10년 이상이 지났지만, 현재까지 특허 문제가 현저하게 나타난 적은 없다.

3. 3. 메타데이터 (Vorbis Comment)

4. 종류

Vorbis에는 여러 종류가 있지만, 대표적으로 공식 버전과 aoTuV 버전이 있다.

Xiph.Org 재단에서 개발하고 관리하는 공식 버전은 BSD 라이선스와 GNU 라이선스를 따른다. 2007년 6월 22일에 1.2.0 버전이 출시되었다.^[1]

aoTuV는 공식 버전을 개선한 것으로, 더 나은 음질을 제공한다. 공식 버전이 업데이트될 때 함께 업데이트되는 경향이 있다. 2009년 3월 3일에 베타 5.7 버전이 나왔다. aoTuV는 낮은 비트 전송률로 인코딩할 수 있는 주목할 만한 포크이다.^[48] aoTuV의 변경 사항은 공식 버전에 주기적으로 통합될 예정이었으나, libvorbis 1.1에서 한 번만 이루어졌다.^[49] 이는 크리스 몽고메리가 많은 시간을 할애하기 어려웠기 때문이다.^[50]

4. 1. 공식 버전

4. 2. aoTuV

5. 기술적 세부 사항

Vorbis I는 변형 이산 코사인 변환(MDCT)을 기반으로 하는 순방향 적응형 모놀리식 변환 코덱이다.^[41] Vorbis는 시간 도메인의 사운드 데이터를 주파수 도메인으로 변환하기 위해 MDCT를 사용한다. 결과적인 주파수 도메인 데이터는 노이즈 플로어와 잔여 성분으로 나뉘며, 이후 양자화되고 코드북 기반 벡터 양자화 알고리즘을 사용하여 엔트로피 코딩된다. 압축 해제 알고리즘은 이러한 단계를 반대로 수행한다. 노이즈 플로어 방식은 비트 전송률이 오디오를 인지 가능한 손실 없이 인코딩하기에 너무 낮을 때 Vorbis에 특징적인 아날로그 노이즈와 같은 오류 모드를 제공한다. 낮은 비트 전송률에서 압축 아티팩트의 소리는 넓은 공간에서의 잔향과 유사하다.

Vorbis의 일반적인 기술적 특징은 다음과 같다.

• 알고리즘: 수정 이산 코사인 변환(MDCT)
• 샘플링 주파수: 8kHz - 192kHz (일반적인 속도)
• 채널 수: 1채널(모노), 2채널(스테레오), 4채널, 5.1채널, 6.1채널 (최대 255채널)
• 비트 전송률: 평균 32kbps(aoTuV Q-2 모드), 평균 45kbps(Q-1) ~ 평균 500kbps(Q10) (44.1kHz 스테레오 소스 시)
• 채널 커플링: 스테레오 모드 시에만 대응 (그 이상의 모드에 대응하는 인코더가 현재 없음)
• 비트 전송률 제한: 인코더에 의존
• MIME 타입: application/ogg, application/x-ogg, application/x-vorbis
• 스트리밍: 대응 (플레이어 측의 대응이 필요)
• 체크섬: 대응 (기본적으로 유효)
• 복사 방지: 미대응
• 태그 정보: Vorbis Comment (UTF-8) (일반적인 ID3 태그에는 미대응)
• 컨테이너 대응: Matroska, MOV, MP4, Ogg, OGM (AVI, WAV는 호환성에 문제 있음)
• 갭리스 디코딩: 대응 (플레이어 측의 대응이 필요)
• 갭리스 재생: 대응 (플레이어 측의 대응이 필요)

Vorbis는 VBR, ABR, CBR 지원 (CBR은 MP3와 같은 프레임 단위 방식 아님)하며, 오픈 소스이고, 특허 무상이며, 확장성이 높고, MP3 등보다 음질이 좋다고 여겨진다. 또한, 갭리스 디코딩을 기본적으로 지원한다.

다음은 Vorbis 음질에 대한 여러가지 비교 결과이다.

• 2005년 7월 비교 - AAC vs MP3 vs Vorbis vs WMA의 80kbps 비교: Vorbis aoTuV beta 4가 클래식 및 다양한 음악에서 가장 좋은 인코더라는 결과가 나왔다. 또한 128kbps의 LAME ABR MP3와 동일한 품질이라는 결과가 나왔다.^[82]
• 2005년 8월 비교 - AAC vs MP3 vs Vorbis vs WMA의 96kbps 비교: 클래식 음악에서 Vorbis aoTuV beta 4와 AAC가 나란히 가장 좋은 인코더라는 결과가 나왔다. 또한 aoTuV beta 4는 팝 음악에서 128kbps의 LAME보다 좋은 결과를 보였다.^[83]
• 2005년 8월 비교 - 오디오파일에 의한 MPC vs Vorbis vs MP3 vs AAC의 180kbps 비교: 리스닝 테스트에서 클래식 음악에서 Vorbis aoTuV beta 4가 MPC와 나란히 가장 좋은 인코더라는 결과가 나왔다. LAME가 그 다음으로 2위를 차지했다.^[84]
• 2011년 4월 비교 - Hydrogenaudio에 의한 Vorbis vs HE-AAC vs Opus의 64kbps 비교: Vorbis는 로우 앵커의 LC-AAC와 Nero HE-AAC의 중간 정도의 결과가 나왔으며, Vorbis와 같은 개발사인 Xiph.org의 Opus가 최상이라는 결과가 나왔다.^[85]

6. 지원

Vorbis는 기술적으로 MP3보다 우수하지만, MP3의 높은 인지도 때문에 경쟁에 직면해 있다.^[26] 대규모 조직의 재정적 지원 부족으로 널리 보급되지는 않았지만, Audacity와 같은 프로그램에서 다른 형식으로 변환이 가능하며,^[27] 게임에서의 지원도 점차 개선되고 있다.^[28]

자유 소프트웨어 지지자들은 Vorbis의 높은 음질과 특허 문제 없는 자유성을 높이 평가한다.^[29]

• '''소프트웨어''': 윈도우 미디어 플레이어는 DirectShow 필터를 통해, VLC 미디어 플레이어, MPlayer, Winamp, foobar2000 등은 기본적으로 Vorbis를 지원한다.^[62] 리눅스 플랫폼에서는 XMMS, xine, Amarok 등이 지원한다.
• '''웹 브라우저''': HTML 5에서 권장하는 형식으로, 모질라 파이어폭스 3.5 이후 버전,^[66][67] 구글 크롬 (3.0.182.2 버전부터),^[68] 오페라 10.5 브라우저^[72][73] 등에서 기본적으로 지원한다.
• '''운영체제''': 윈도우 10^[74], 안드로이드^[55][56] 등에서 지원한다.

Vorbis는 다음과 같은 제약 사항 및 한계점을 가지고 있다.

• MP3나 AAC에 비해 지원하는 플레이어가 적다.
• 사용자가 인코딩 환경을 직접 구축해야 한다.
• 디코딩 시 MP3보다 많은 메모리를 소모하여 휴대용 기기에서 배터리 소모량이 많을 수 있다.
• 서브마린 특허나 휴면 특허의 종류가 나타날 가능성을 완전히 부정할 수는 없다. 하지만, 공개된 지 10년 이상이 지났지만, 현재까지 특허 문제가 현저하게 나타난 적은 없다.

6. 1. 하드웨어

고정 소수점 연산을 사용하는 Vorbis 디코더인 '''트레머'''는 2002년에 공개되었으며, 제한된 기능을 가진 휴대용 플레이어에 적합하다.^[54]

Xiph.Org Foundation 위키에는 휴대용 기기, PDA, 마이크로칩 등 Vorbis를 지원하는 하드웨어 목록이 최신 정보로 게시되어 있다.^[61]

6. 2. 소프트웨어

• Vorbis는 가변 비트레이트가 기본이기 때문에, AVI 등 VBR 음성 코덱을 상정하지 않은 컨테이너에서 사용하면 소리가 어긋나는 등의 문제가 발생할 수 있으며, Ogg 컨테이너나 Matroska 컨테이너 등을 사용할 필요가 있다.
• Vorbis는 MP3보다 복잡한 처리를 해야 하기 때문에, 공식 인코더의 속도는 비교적 느린 경향이 있다.
• * Ogg Vorbis 고속화 프로젝트의 라이브러리를 사용하면, 환경에 따라 공식보다 2~3배, 또는 그 이상 빨라진다^[80]。
• * 하지만, 현행 레퍼런스 인코더에서는 ABR 인코딩(비트레이트 지정 인코딩) 시에는, 퀄리티 지정 인코딩의 2배 이상의 시간이 걸린다. 이는, 현행 ABR 인코딩의 구현에 기인한다.
• * 최근 하드웨어의 발달로, 예전에 비해 인코딩 속도는 문제가 되지 않게 되었다.
• 지원 플레이어가 적다.
• * Vorbis를 지원하는 휴대용 플레이어는 iriver나 Cowon 등 한국 제조사의 제품이 대부분이며, 전체 점유율로 보면 수가 적어, 그 점에서는 MP3나, 대기업의 지원이 있는 Windows Media Audio, AAC에 크게 미치지 못한다. 하지만, Rockbox를 지원하는 휴대용 플레이어에 도입하면, Vorbis를 재생하는 것이 가능하다.
• * 안드로이드 OS는 Vorbis 디코더를 내장하고 있으며^[81], 그 단말기의 급속한 확대에 의해 재생 환경의 보급이라는 면은 개선되고 있다. 한편, iOS는 Ogg Vorbis를 지원하지 않으므로, 지원하는 소프트웨어를 설치할 필요가 있다.
• 사용자가 자발적으로 인코딩 환경을 구축할 필요가 있다.
• * Ogg Vorbis의 경우, 사용자가 자발적으로 인코더를 인터넷에서 찾아서 컴퓨터에 설치할 필요가 있다.
• 디코딩은 MP3에 비해 많은 메모리를 필요로 한다. 이 점은 현재의 PC에서는 전혀 문제가 되지 않지만, 휴대용 플레이어에서는 배터리를 많이 소비하는 원인이 된다고 한다.
• Vorbis는 특허 무효를 주장하고 있지만, 현존하는 특허를 모두 조사하는 것은 사실상 불가능하므로, 이른바 서브마린 특허나 휴면 특허의 종류가 나타날 가능성을 완전히 부정할 수는 없다. 하지만, 공개된 지 10년 이상이 지났지만, 현재까지 특허 문제가 현저하게 나타난 적은 없다.
• Audacity
• Songbird
• Winamp
• Zoom Player
• Foobar2000
• jetAudiojetAudio^영어
• Media Player Classic
• MediaFrame^[86]
• MPlayer
• Spotify
• VLC 미디어 플레이어
• XBMC
• Kaffeine
• xine
• QuickTime, iTunes - QuickTime 컴포넌트^[87] 추가로 재생 가능
• Windows 미디어 플레이어 - DirectShow 필터 (ffdshow, 공식 배포 필터^[88] 등 추가로 재생 가능

7. 라이선스

Xiph.Org 재단에서 개발하고 관리하고 있으며 BSD 라이선스와 GNU 라이선스를 따른다. Vorbis의 명세는 퍼블릭 도메인에 속한다.^[51] 라이브러리는 수정된 3-조항 BSD 라이선스 하에, 도구는 GNU 일반 공중 사용 허가서 하에 배포된다. 라이브러리는 원래 GNU 약소 일반 공중 사용 허가서 하에 배포되었지만, 이후 리처드 스톨만의 지지 하에 BSD 라이선스가 선택되었다.^[52]

Xiph.Org 재단은 Vorbis가 독점 소프트웨어 형식에서 제기되는 라이선스 또는 소프트웨어 특허 문제로부터 완전히 자유롭다고 명시한다. Xiph.Org 재단은 자사의 주장을 뒷받침하는 특허 조사를 실시했다고 밝혔지만, 외부 관계자들은 Vorbis가 특허 기술에서 자유롭다는 것에 의문을 제기했다.^[53]

Vorbis는 삼성, 샌디스크, 리오, 뉴로스 테크놀로지, 코원, 아이리버와 같은 여러 대형 디지털 오디오 플레이어 제조업체에서 지원한다. 널리 사용되는 MP3 등의 형식은 특허의 제한을 받기 때문에, 그러한 대체로서 누구나 자유롭게 사용할 수 있는 압축 음성 형식을 제공하는 것을 목표로 만들어졌다. 사양은 퍼블릭 도메인, 핵심적인 인코딩·디코딩의 레퍼런스 코드는 수정된 BSD 라이선스, 프론트 엔드 도구류는 GPL로 제공된다. 또한, 특허 사용료도 불필요하다.

Vorbis는 주로 Ogg 컨테이너 포맷에 저장되어 Ogg Vorbis라고 불린다.

8. 명칭

"Vorbis"라는 이름은 테리 프래쳇의 소설 《작은 신들》에 등장하는 인물 엑스퀴지터 보르비스(Exquisitor Vorbis)의 이름을 따서 지어졌다.^[95] Ogg 형식은 컴퓨터 게임 《네트렉》의 전문 용어인 "ogging"에서 유래되었다.

확장자는 .ogg, 드물게 .oga가 사용된다. .ogg는 과거의 Ogg 공통 확장자였지만, 현재는 공식적으로 .ogx로 변경되었으며, .ogg는 호환성을 위해 Ogg Vorbis용 확장자로 남겨졌다. .oga는 음성 코덱만을 저장한 Ogg 공통 확장자이다.

참조

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_[3] 웹사이트 PlayOgg! - FSF - Free Software Foundation http://www.fsf.org/c[...] 2013-10-01
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_[5] 웹사이트 Sample Xiph.Org Variant of the BSD License http://www.xiph.org/[...] Xiph.Org Foundation 2009-08-29
_[6] 웹사이트 libVorbis 1.3.4 released http://www.xiph.org/[...] 2014-02-09
_[7] 웹사이트 MIME Types and File Extensions http://wiki.xiph.org[...] 2007-10-13
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_[19] 웹사이트 OGG Vorbis 1.0 officially released http://www.afterdawn[...] AfterDawn 2009-06-04
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_[21] 메일링 리스트 Vorbis 1.0 released http://lists.xiph.or[...] 2009-06-04
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