MP3 음악 파일이란 (1)

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

◆ MP3의 정의 MP3란 확장자로서 'MPEG Audio Layer-3'의 줄임말이다. MPEG는 `Motion Pictures Expert Group` 동영상, 멀티미디어 전문가 그룹으로 이 분야에 관한 전문가들이 ISO(국제 표준화 기구)와 IEC (국제 전기 표준회의)와 같은 국제 표준 기구의 산하에 모여 제정한 규격으로 비디오와 오디오 신호를 압축해 전송하고 이를 다시 복원하는 것과 같은 기술적 기준을 제정하였다. MPEG의 처음 만든 규격은 MPEG-1이고, 이는 비디오 CD를 제작할 때 사용하는 기술이다. MP3는 MPEG-1의 규격 중 오디오 압축 부분을 의미한다. MPEG-1과 함께 현재 사용되는 건 MPEG-2인데 최근 기술적으로 우수한 디지털 오디오로 관심을 받고 있는 AAC(Advanced Audio Coding or MP4)는 MPEG-2에서 파생되었고, MPEG-4(최신의 화상 통신용 동영상 압축 표준)에 관한 규격이 재정 중에 있다. MP3를 'MPEG Audio Layer-3 라고 하는데 `Layer-3 이라는 건 Layer-1, Layer-2 다음에 Layer-3으로 version up 이 된 것이다. Layer-3는 가장 뛰어난 압축률을 갖기 때문에 MP3로 명명하고, 가장 많이 쓰이고 있다. 형식 압축률 CD-DA 1 Layer 1 1/4 Layer 2 1/4 - 1/6 Layer 3 1/10 - 1/12 ◆ MP3 가 그럼 어떻게 태어났는가? MP3는 오디오 신호를 효과적으로 사용하기 위하여 고안된 압축 방식을 지칭하는 말이다. 동영상 및 음향의 디지털 데이터가 증가하면서 데이터 크기의 폭증이라는 어려운 문제점이 나타나기 시작했는데, CD 한 장을 그대로 디지털로 저장하기 위해서는 650M byte라는 상당히 많은 저장 용량이 필요하다. 개발자들은 이런 문제점들을 해결하기 위해서 데이터를 압축하여 저장하는 방법을 사용할 수 밖에 없다는 것을 알았지만, 압축을 하게 되면 화질이나 음질에 큰 손실을 가져오기 때문에 이를 최소화하기 위한 연구들이 활발하게 진행되었다. 이런 연구를 뒷받침하기 위해서 세계적으로 압축 코딩의 표준이 마련되었는데 그것이 바로 MPEG(Moving Pictures Experts Group) 이다. 비디오 CD의 동영상 포맷이 MPEG-1 규격으로 제작되어 있고, DVD 역시 보다 진보된 MPEG-2 방식의 압축 기술을 사용하고 있다. MPEG은 이렇게 세계적인 영상 매체들의 표준을 이루는 중요한 규격으로 위성방송, 케이블방송 등을 위한 새로운 규격을 계속해서 만들고 있다. MPEG 규격 중에서도 오디오 데이터를 위한 규격들이 있는데 그 중 하나가 Audio Layer-3이라는 규격이다. 이 압축 방식을 사용하면 CD급의 음질을 유지하면서 데이터의 크기를 10분의 1 이상으로 축소할 수 있다. 그러나 이런 MP3 파일을 제작하거나 감상하기 위해서는 특수하게 제작된 인코더/디코더가 필요하다. 오디오 데이터를 압축하기 위한 표준은 아직 완벽하게 제정된 상태가 아니다. DVD에서는 AC-3라는 입체음 방식이 채용되었으며, 가정용 오디오 에는 MD(Mini Disk) 방식이 일본을 중심으로 상당히 강세를 나타내고 있으며, 인터넷 쪽에서는 RA(Real Audio) 포맷이 보급되어 있는 실정이어서 PC에 어떤 방식이 표준으로 채택될 지는 더 두고 봐야 알 수 있을 것이다. MD 레코더는 비교적 압축률이 낮으며 MPEG Layer-1의 수준이라고 할 수 있다. ◆ MP3를 이해해 보자 MP3를 이해하려면 먼저 디지털 오디오에 대한 기본적인 사항을 알아야 한다. MP3 역시 디지털 오디오의 한 포맷에 해당하기 때문이다. 우리가 가장 많이 접할 수 있는 디지털 오디오로는 오디오 CD(Compact Disk)와 PC의 윈도우 시스템에서 사용하고 있는 Wave라는 파일 포맷이 있다. 즉, `디지털 오디오`는 자연상의 아날로그 방식의 사운드를 디지털 방식으로 변환하여 저장하는 방식이다. `0`과 `1`의 디지털 데이터로 변환하게 되면 음질이 손상되지 않고 저장하는 것이 가능하고 또한 PC에서 마음대로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 소리를 마치 텍스트 파일처럼 저장하고 필요할 때 마음대로 편집하고 재생할 수 있는 이 디지털 사운드의 기술은 대중음악가들에게도 자신의 창의력을 구체화할 수 있는 중요한 도구로 활용되고 있다. 물론 디지털 사운드를 감상하려면 인간이 청취할 수 있는 아날로그 사운드로 변환하는 작업을 다시 수행하여야 한다. ※ DA(Digital to Analog) 컨버팅과 AD(Analog to Digital) 컨버팅 - AD 컨버팅 : 아날로그 원음을 디지털로 변환하는 과정 - DA 컨버팅 : 디지털로 저장된 데이터를 아날로그로 변환하여 감상할 수 있도록 하는 과정 디지털 사운드에는 `16bit의 44.1KHz`와 같이 표현하는 변환 방식이라는 것이 있다. 이 형식은 아날로그 사운드를 디지털로 변환할 때 얼마나 세밀한 요소로 분해하여 저장했는지를 나타내는 것이다. 8bit는 2의 8승인 256개로, 16bit는 2의 16승인 65,356개로 분해하여 데이터를 저장했다 것이다. 분해하는 과정을 1초에 몇 번 반복했느냐는 의미로 KHz라는 단위를 사용한다. 44.1KHz라는 의미는 1초에 44,100번 분해 작업을 수행했다 것이다. 분해도를 더욱 높이고 초당 분해 작업을 더 많이 할수록 원음에 가까운 사운드를 디지털로 저장할 수 있다. 분해도를 높이면 엄청난 데이터의 크기 때문에 실용성이 떨어지므로, `인간의 귀로 원음과의 차이를 느낄 수 없다는 16bit에 44.1KHz 형식의 포맷을 사용`한다. 1분당 약 10M byte의 대용량을 차지하기 때문에 통신을 이용해서 전송하기가 힘들다. 그래서 MP3 방식의 압축을 이용하여 CD급의 음질을 유지하면서 1분당 1M byte로 압축하는 방법을 사용한 것이 주목받게 되었다. ※ 참 고 사 항 아날로그를 디지털로 만드는 과정(PCM이라 부름)을 보면 표본화>양자화>부호화로 나타낼 수가 있는데 1.소리신호가 들어오면 Low-Pass 필터(Anti-Aliasing Filter)를 거쳐 고주파수의 성분이 제거 2.샘플을 취하고 일정시간동안 그 샘플을 보관 3.A/D Converter에서 위에서의 샘플을 디지털로 변환 - 44.1Khz로 해주는 이유 인간이 들을 수 있는 주파수 대역은 대략 20~20Khz인데 샘플링을 해서 신호를 복원하기 위해서는 최대 주파수의 2배로 샘플링을 하면 40Khz 가 되고 여기에 Aliasing 을 방지하기 위해 약간 높게 샘플링을 하기 때문이다. - 16비트란 ? 양자화시(각 샘플을 숫자로 표현되는 양으로 바꾸는 것)한 개의 샘플을 몇 개의 단계로 나눌 것인가를 결정하는 것을 말한다. 16비트는 2의 16승이므로 65,536개의 단계로 나누는 것이다. - 모노일 경우 1초당 비트수는 44,100 x 16 이므로 705,600비트가 된다. - 스테레오일 경우 1초당 비트수는 44,100 x 16 x 2 이므로 1,411,200bit가 된다. CD가 오디오 신호를 74분 정도 기록할 수 있으므로 1,411,200bit x 74 x 60 = 6,265.728MBit 가 된다. 위의 1,411,200bit가 MP3에서는 128Kbps로 1/11 로 줄어들며 음질의 차이는 별로 없게 된다.