멀티미디어 자료 압축

1. 멀티미디어 자료 압축 소리 압축 - MP3 압축

2. 목차 • MP3란? • MPEG Audio Layer란? • MP3 압축을 하는 이유 • MP3 압축 원리 • MP3 압축 방법 • MP3의 활용 분야 • MP3사용의 문제점 • 맺음말

3. 1.MP3란? MP3는 소리 파일 형식(format)의 한 종류이며, 오디오 압축 기술의 하나로서‘MPEG Audio Layer 3’의 줄인 말이에요. MP3파일은 여러분의 컴퓨터에서도 쉽게 찾을 수 있어요. 여러분의 윈도우 탐색기를 열고 여러분이 노래들을 저장해 놓은 곳을 가보세요. 왼쪽 그림과 같이 MP3라고 표시되어 있는 소리 파일을 쉽게 찾을 수 있을 겁니다. 그런면, MP3가 의미하는 ‘MPEG Audio Layer 3’는 무엇일까요?

4. 2.MPEG Audio Layer란? • MPEG(Motion Pictures Expert Group) -MPEG는 동영상과 관련된 표준규격 즉, 규칙을 협의하는 국제 협회의 이름이에요. 또한 MPEG에서 만든 동영상 표준 규격도 MPEG라고 한답니다. • MPEG라는 협회에서 처음 만든 규격인 MPEG1에서 오디오 압축 기술만 분리한 것을 MPEG Audio Layer라고 해요. • 오디오 압축 기술만 분리한 MPEG Audio Layer는 압축을 어느 정도(심하게 또는 약하게)로 할지를 결정하는 압축율과 데이터 구조에 따라 3종류의 Layer로 나뉘는데 이중에서 Layer 3가 바로 우리가 말하는 MP3가 되는 거랍니다.

5. 앞에서 설명한 동영상 표준 규격(MPEG)에서 MP3는 그림으로 보면 다음과 같습니다. MP3

6. 3. MP3 압축이 필요한 이유 맞아요. MP3라는 오디오 파일이 등장하기 전에는 여러분은 아래 그림과 같이 테이프나 CD(씨디)를 가지고 노래를 들었어요. • 그러면 이러한 MP3 오디오 파일이 생겨난 까닭은 무엇일까요? 생각해 볼까요? • 여러분은 MP3라는 오디오 파일이 등장하기 전에 좋아하는 노래를 어떻게 들었죠?

7. 3. MP3 압축이 필요한 이유 • 테이프나 씨디를 듣기 위해서는 카세트 플레이어나 씨디 플레이어를 이용했었는데요. 이러한 플레이어들을 이용해서 노래를 들을 때 무엇이 불편했을까요? • 이러한 문제점들을 해결한 것이 바로 MP3 오디오 파일이랍니다. MP3 오디오 파일은 씨디에 담아 있는 동일한 오디오 파일과 비교시, 용량이 작아요. 따라서 자신이 원하는 곡을 씨디보다 많이 MP3 플레이어에 담을 수 있고, MP3플레이어는 카세트 혹은 씨디 플레이어보다 부피가 크지 않아 휴대가 용이해졌어요. 그래요. 다음과 같은 점이 불편했어요. 1. 휴대가 불편하다. 2. 많은 곡을 한 번에 들을 수 없다.

8. 3. MP3 압축이 필요한 이유 • 이렇게 하여 MP3 오디오 파일은 씨디와 카세트를 대체하는 오디오 파일로 등장하였는데요. • 씨디에 담아 있는 오디오 파일을 MP3 오디오 파일로 만들었을 때, 용량이 작아지는 이유는 무엇일까요? • 그것은 MP3오디오 파일은 MP3라는 압축 방식을 쓰고 있는데 그 압축을 이용하면 동일한 씨디 속 오디오 파일이라도 많은 양이 압축이 되기 때문이에요. • 그러면 MP3압축은 어떻게 일어나길래 용량이 줄어드는지 그 방법을 알아볼까요?

9. 4. MP3 압축원리 • MP3 압축은 2가지 이론을 바탕으로 한다. • 지각부호화(Perceptual Coding)과 청각 심리학(Psychoacoustic)이다. 1. 지각 부호화 - 사람은 외부의 어떤 소리를 들으면 그 소리를 있는 그대로 뇌로 전달하지 않는다. - 소리 신호를 뇌까지 전달하는 과정은 특정한 처리과정이 존재한다. - 귀를 통해 소리가 들어오면 그 소리는 우리가 느끼는 정도(감도)가 낮은 자잘한 정보들은 생략되어 뇌까지 전달된다. - 사람은 귀를 통해 들은 소리를 자신들이 들은 중요한 정보만을 추려서 종합하여 뇌까지 전달하여 그 소리를 인지하게 된다.

10. 4. MP3 압축 원리 2. 청각 심리학(Psychoacoustic) - 최소 가청 한계: 고요할 때 청각이 감지할 수 있는 최소 레벨(dB) - 주파수의 음에 있어서 최소 가청 한계보다 낮은 음은 들을 수 없다. - 개인차는 있지만 2KHz~5KHz에서 가장 민감하게 반응 - 마스킹 효과(Masking Effect) ; 특정 음을 감지하는 능력은 같이 들리는 다른 음에 따라 크게 변한다. ; 예)조용할 때는 흐르는 물소리를 들을 수 있지만 폭풍이 칠 때는 들을 수 없다.

11. 5. MP3의 압축방법 따라서 MP3 압축은 다음의 원리를 바탕으로 압축한다. • 첫째, 인간의 가청영역은 제한됨. 원본음악에서 우리가 들을 수 없는 주파수의 데이터는 지워버린다. 박쥐의 초음파소리 같은 것들은 우리가 들을 수 없기 때문에 원본에 있다면 삭제해도 무방하다. • 둘째, 주파수적 효과. 인간의 귀는 모든 음역에 대해 똑같은 예민함을 갖고 듣는 것이 아니다. 이것은 대포소리와 피아노 소리가 동시에 울리면 사람은 피아노 소리를 들을 수가 없는 것으로 설명할 수 있다. 따라서 이럴 경우, 피아노 소리를 삭제해도 사람들은 소리의 변화를 알지 못 하므로 삭제한다.(마스킹 효과) • 셋째, 시간 전 효과. 사람의 귀는 큰 소리 뒤에 바로 딸려오는 작은 소리는 큰 소리의 잔상에 묻혀서 듣지 못한다. 대포소리가 난후 몇 초 동안은 사람은 다른 소리를 들을 수가 없다. 따라서 대포 소리가 난 후 몇 초 동안 소리가 나는 부분을 제거해도 사람들은 소리가 없어졌다는 것을 알지 못한다.

12. 5. MP3의 압축방법 MP3의 경우, 인간의 뇌 속에서 일어나는 이와 같은 소리 정보처리 과정 이용하여 압축한다. 1)음성신호를 주파수에 따라 16개, 혹은 32개 대역으로 쪼갠다. 2)그런 다음, 앞서의 인간 귀의 특성을 감안했을 때, 어떤 소리들이 사람이 들어도 자각하지 않을 것인지를 컴퓨터를 통해 예측한다. (앞의 3가지 원리 참고.) 3)분석 후, 여기에 해당하는 부분을 지운다. 또한, 음성은 항상 있는 게 아니라 음악파일 중에는 소리가 없는 구간 등이 있는데 이러한 부분도 중복부분 축약 (음성이 없는 구간은 0이 길게 이어지는 구간으로 표시된다)으로 압축한다.

13. 5.MP3 압축 방법 • 우리가 일상생활에서 듣는 소리 그래프(왼쪽)를 MP3로 압축하면 오른쪽 그림과 같이 소리가 나타난다. 원래의 소리 그래프를 일정한 간격으로 나눈다. MP3 압축원리에 의해 우리가 자각하지 못하는 소리는 삭제! 잘라진 구간내의 소리 값에 대한 평균값만 남기고 전부 밀어버린다. ; 아날로그 소리는 곡선 그래프 ; 디지털소리 그래프는 계단형 주파수에 따라 16개 혹은 32개로 쪼갠다.

14. 참고) CBR VS. VBR • MP3 압축에는 여러 방식이 있는데 비트레이트(압축시, 1초동안 보내는 정보의 량)를 어떤 방식으로 하여 압축하는지에 따라서 CBR과 VBR방식으로 나눌 수 있다. • CBR : 고정 비트레이트 방식.처음부터 끝까지 고정된 압축률을 사용해서 압축을 한다. 쉽게 말해, 소리 파일을 MP3로 압축시, 압축율을 일정하게 정해놓고 압축을 실시 하는 방법이다. • VBR : 가변 비트레이트 방식.노래 중간중간에 음의 높낮이 등 음의 종류에 따라 수시로 압축률을 변화시켜 압축하는 방식이다. 고정 압축률을 쓰면 노래에서 압축이 더 가능 한데도 압축을 하지 않는 반면, 어떤 부분에선 오히려 압축을 하지 말아야 하는데 압축률이 고정되어 있어서 압축하여 음을 삭제하는 경우가 생기게 된다. 따라서 VBR은 CBR로 압축할 때 보다, 음의 손실을 최대한 줄이며 원음과 비슷하게 들을 수 있도록 압축을 한다.

15. 참고) MP3 압축률에 따른 음질의 차이 • MP3 압축 방식에는 압축을 어느 정도로 하느냐에 따라 음의 선명도가 달라진다. • 위의 표를 보면 압축을 적게 할 수록 음질이 좋고 압축 이전의 파일과 차이가 크지 않음을 알 수 있다. • 이 외에도 위의 표를 보면 음질은 비트율(압축시, 1초에 얼마 만큼의 정보를 흘러보낼 것인가)과 주파수(샘플레이트;아날로그 음성을 디지털로 변환시 1초동안 얼마만큼 음을 측정하여 디지털로 전달할 것인가)와도 관계가 있음을 알 수 있다.

16. 6. MP3의 활용 분야 • 통신 네트워크 분야 - 디지털오디오방송에서데이터의크기를줄일수있어적은데이터량으로도방송에충분한음질을제공한다. 예) 1992년 프랑스 알베르빌 동계올림픽 기간동안 독일의 모든 사설방송국에서 경기장과 중앙방송국사이의 방송내용을 MP3파일로 만들어서 활용 • 멀티미디어 응용 프로그램 - 소리파일의 용량이 적어서 게임의사운드트랙이나애니메이션소프트웨어,HTML 문서 등에서 유용하게 사용할 수 있다.

17. 6. MP3의 활용 분야 • ISDN을 이용한 음악 방송 - MP3를사용하면낮은비용으로ISDN을이용해CD 수준의음악을감상할수있어전문적인오디오를요구하는방송국이나사운드스튜디오에서전화선을이용하여음악을전달할수있다. 예) 92년 독일의 FFN라디오방송국은 전용선을 ISDN으로 바꾸고 방송에 MP3 노래 파일을 활용함으로써 연간 30만달러의 비용 절감

18. 6. MP3의 활용 분야 • MP3 Play Program

19. 6. MP3의 활용 분야 • 휴대용 Player

20. 7. MP3사용의 문제점 • MP3의 저작권 침해 문제 - MP3의 대부분이 음악 파일 - 음악은 저작물로서 저작권법상의 보호를 받는다. - 저작자의 허락 없이 방송 또는 복제할 경우에는 민,형사상의 제재를 받을 수 있다. - 다만 개인적인 목적, 다시 말해서 자기 자신이나 가족간에 비영리적인 목적의 복제는 면책

21. 8. 저작권 문제 해결 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 방법을 사용하고 있다. 1. 리핑 제한 음악 씨디 CCCD(Copy Control CD)음악 씨디라고 한다. 컴퓨터의 CD-R에서 재생을 어렵게 한 씨디다. CD-R이나 인터넷을 이용한 해적판 CD제작에 대항하기 위해서 음반업계가 부분적으로 도입하기 시작한 기법의 CD이다. 복사방지CD는 2001년 초 미국에서 일반 CD에 복사방지 기능을 혼합시키는 형태로 처음 발매되었다. 처음에는 그 CD가 복사방지CD라는 표시를 하지 않았는데, 이 때문에 구매자로부터 재생이 되지 않는다는 항의가 쇄도해서 상품을 회수해야 했던 경우도 있었다. 그래서 현재는 복사방지CD에는 복사가 되지 않는다는 것을 어떤 방법으로든 명시하고 있다. CCCD 명시 기호

22. 2.유료 MP3 다운 사이트 불법으로 저작권을 침해하여 MP3음악 파일을 다운 받는 것을 막기위해 MP3 음악 파일을 정당하게 돈을 주고 살 수 있도록 유료 다운로드 사이트가 등장했다. 아래는 대표적인 유료 MP3다운로드 사이트들이다.

23. 보충자료 • 이 슬라이드를 보고도 MP3가 무엇이고, MP3 압축 기술의 방법이 이해가 가지 않으면 다음의 사이트를 참고하세요. http://pspgate.gamehankook.com/zboard/zboard.php?id=tip&no=47 http://blog.naver.com/bzmania2/10002082382

24. 심화자료 • 슬라이드의 내용을 통해 MP3가 무엇이고, MP3압축에 대해서 설명할 수 있다면 다음의 사이트들을 참고로 MP3에 관한 지식을 넓혀 보세요. http://blog.naver.com/82tac/31166074 http://blog.empas.com/jjong97/8891941 http://dharana.egloos.com/1133431/ • 다음에 관해서도 생각해 보세요. - MP3 압축 방식 외에 디지털 오디오 파일을 압축하는 방식에는 무엇이 있을까요? (참고) http://blog.naver.com/vwxyz111/10000175031