MPEG 오디오 그룹에서는 오디오 부호화 기술의 국제 표준으로 MPEG-1 오디오, MPEG-2 오디오 BC, MPEG-2 AAC의 규격 제정을 완료하였고, 현재 MPEG-4 오디오 및 MPEG-7 오디오의 국제 표준을 제정하고 있다. 본 논문에서는 이들 표준에 대한 요구 기능 및 기술 특징을 분석하고, 각각의 표준에 대한 응용분야와 향후의 계획에 대하여 기술한다.
본 논문에서 제시하는 시스템은 MPEG-4로 부호화된 비디오/오디오에 대해서 MPEG-4 파일 포맷에 맞는 MPEG-4 파일 생성 포맷터이다. 본 논문에서 설계하고 구현된 파일 포맷터는 전처리 부분, 부호화기 파일 포맷터로 구성된 저작도구의 모듈로서 존재한다. 따라서 본 논문에서는 저작도구에서 사용될 MPEG-4 파일 포맷터의 구조 및 기능에 대해서 선명하고, 포맷터의 세부 설계 사항을 기술한다. 본 논문에서 MPEG-4 파일 포맷터의 기능은 비디오/오디오 인코더로부터 출력되는 비디오/오디오 데이터를 MPEG-4 파일 포맷의 형식에 맞는 MPEG-4 파일을 생성하는 것이다. 생성된 파일은 비디오/오디오 각각에 대한 정보와 생성된 비디오/오디오를 처리할 디코더에 대한 정보를 제공한다. 표준 상의 MPEG-4 시스템에서의 동기화 정보를 파일 포맷상의 비디오/오디오 데이터에 제공하여 , 스트리밍 서비스을 제공하는 서버쪽에서의 동기화 과정과 먹싱을 배제할 수 있게 한다. 비디오/오디오 인코더로부터 생성되는 다양만 종류의 비디오/오디오 데이터를 효율적으로 포맷팅하여 다양한 범위의 응용에서 사용될 수 있게 하며, 차기에 계위화 부호화를 효율적으로 적용시키기 위해 파일 포맷팅을 수행하게 된다.
ISO/MPEG 오디오 그룹은 2채널 스테레오 오디오에 대한 압축 부호화 알고리즘을 ISO/MPEG-1 오디오 표준으로 정하고, 국제 표준 (ISO 11172-3)으로 제정하였다. ISO/MPEG-1 오디오의 주요 목적중 하나는 한정된 용량의 저장매체나 제한된 전송채널의 조건하에서 고품질의 오디오를 저장하거나 전송할 수 있는 저비트율의 오디오 압축 부호화 알고리즘의 표준을 개발하는 것이다. 이를 위해 ISO/MPEG 오디오에서는 심리음향 특성을 모델링한 지각 부호화 방식을 사용하여 원신호와 재생신호 사이에 정보의 객관 측정량의 차이는 있으나 주관 측정량의 차이가 없도록 한다. 이 글에서는 ISO/MPEG-1 오디오 부호화의 계층 I과 계층 II를 중심으로 하여 표준의 개요, 청각 특성을 이용한 심리 음향 모델, 부호화 알고리즘, 데이타 구조, 그리고 응용분야 등에 대해 기술하였다.
멀티미디어 데이터의 효과적인 네트워크 전송에 대한 연구와 투자가 계속적으로 증가하고 있다. 본 논문에서는 실시간 전송 프로토콜인 RTP(Real-time Transfer Protocol)를 기반으로 MPEG 오디오 데이터를 실시간 전송하기 위한 PAD(Packet Assembler/Disassembler) 모듈을 설계, 구현하였다. RTP 기반 MPEG 오디오의 PAD 구현 방법은 MPEG 오디오의 계층에 관계없이 전송하는 방법과 MPEG Layer-3에 특화된 방법 등의 두 가지 방법이 있으며, 본 논문에서는 범용성을 중시하여 전자의 방식을 채택, 구현하였다. 구현한 PAD 모듈은 MPEG-1 및 MPEG-2 오디오 포맷을 지원한다.
멀티미디어에서 비디오의 품질이 향상되고, 디지털 텔레비젼 (ADTV)이나 고선명 텔레비젼(HDTV) 등의 개발에 의해 화면 크기가 증가하면서 이에 어울리는 실감있는 오디오의 전송 및 재생이 요구된다. 따라서 멀티채널 오디오의 도입과 더불어 효율적이고, 경제적인 방법으로 낮은 비트율로 고품질의 멀티채널 오디오를 제공하기 위한 부호화 기술이 필요하게 된다. 최근에 인간의 청각 특성을 고려한 심리음향 모델을 이용한 멀티채널 오디오의 압축 부호화 기술이 MPEG-2 오디오의 국제 표준으로 제정되었다. MPEG-2 오디오 표준은 MPEG-1 오디오 표준을 기초로 하여 현장감을 필요로 하는 오디오를 위해 기본 스테레오 채널외에 중앙채널, 서라운드 채널, 그리고 저주파 효과채널을 부가한 방식으로 다채널, 음성다중 등의 부가서비스를 제공하기에 적합하다. 본고에서는 MPEG-2 오디오 표준의 계층 II를 중심으로 한 표준의 특징, 알고리즘, 데이터 구조, 그리고 응용분야 등에 대해 기술한다.
MPEG-4 컨텐츠는 비디오, 오디오 파일을 비롯하여 다양한 타입의 미디어로 구성되는 복합 멀티미디어 데이터이다. 본 논문에서는 MPEG-4 컨텐츠 생산을 위해서 저작 환경을 제공하고 이를 MPEG-4 파일로 생성하는 MPEG-4 컨텐츠 저작 도구를 제안한다. 특히 제안하는 MPEG-4 저작 도구는 AVI 형태의 동영상 자료를 입력 받아, MPEG-4 오디오, 비디오 데이터로 변환하고 이를 MPEG-4 장면 저작에 이용할 수 있다. MPEG-4 컨텐츠는 MPEG-4 파일로 구성되며, 장면 구성이 배제된 오디오, 비디오로만 구성된 MPEG-4 파일과 전체 미디어 데이터가 하나의 장면으로 생성된 MPEG-4 파일이 될 수 있다.
ISO/MPEG 에서는 스테레오 신호만을 부호화할 수 있는 MPEG-1 오디오 부호화 방법을 5.1 채널의 다채널 신호로 확장한 MPEG-2 오디오 방법을 제안하였다. 압축해야 될 신호가 증가하면서 MPEG에서는 채널 내의 부호화 방법으로는 MPEG-1에서 제안된 방법을 사용하고, 부가적으로 채널 간의 부호화 방법을 이용하여 MPEG-1과 호환이 가능하도록 하는 부호화 방법을 다방면에 걸쳐서 연구하여 표준화 작업을 진행하고 있다. 본 논문에서는 MPEG 오디오 부호화 방법을 두가지 측면에서 효율적으로 향상시키는 방법을 제안하고자 한다. 첫 번째는 MPEG에서 제안한 오디오 부호화 알고리듬을 개선하여 음질과 비트율에 있어 향상시키는 것으로 각 서브밴드의 비트 할당 방법과 시간 영역에서의 마스킹 효과 등을 사용한 심리음향 모델 등의 개선 방법이 제안되었다. 두 번째 방법은 부호화기의 계산량을 감소시키는 방법으로 심리음향 모델이나 비트 할당시의 계산과정에 있어 반복적인 과정은 시간 여역에서의 중복성을 이용하여 계산량에 대한 향상을 얻을 수 있었다.
최근의 오디오 기술은 사용자 중심으로 변화하고 있으며, 사용자의 환경과 의도에 따라 능동적으로 서비스가 이루어지는 대화형 오디오 서비스 시대로 변화하고 있다. 이에 맞추어 시장에서는 고품질 오디오 서비스를 위한 무손실 오디오 기술을 탑재한 멀티미디어 기기와 사용자가 선택적으로 악기를 조절할 수 있는 객체 오디오 음원 서비스가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 사용자가 컨트롤 할 수 있는 실감 객체 오디오 파일 포맷을 설계하고 실감 정보를 낮은 복잡도에서 저장 매체와 전송 매체에 적용 가능한 오디오 장면 묘사 방법을 제안한다. 설계된 실감 객체 오디오 파일 포맷은 MPEG-4 파일 포맷을 기반으로 설계되었다. MPEG-4 파일 포맷은 MPEG-4에 속하는 고성능 오디오 코덱을 오디오 코덱 객체 번호를 통해서 쉽게 적용가능하다. 또한 오디오 객체 개수의 변화에 따라 파일 포맷의 트랙을 변화 시켜 사용하면 되므로 객체 오디오를 포함하기에 적절하다. 본 연구에서 개발된 파일 포맷은 실감 객체오디오 생성시 MPEG-4 오디오 코덱으로 압축된 객체 오디오, 실감 객체 오디오를 위한 오디오 장면 묘사 데이터를 독립적인 트랙으로 포함하고 있다. 포함된 오디오 장면 묘사 기법은 저장 매체를 위해 전체 오디오 장면에 적용되는 오디오 묘사 기법과 각각의 오디오 객체에 적용되는 오디오 묘사 기법을 노드 구조로 설계 하였으며, 전송 매체를 위해서 기본적인 객체 오디오 동작을 하기위한 필수 정보와 오디오 세부장면 묘사를 위한 정보로 분할하여 설계하였다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 실감 객체 오디오 시뮬레이터를 개발하였다. 개발된 시뮬레이터는 객체 음원과 오디오 장면 묘사 정보를 부호화하여 MPEG-4 파일 포맷에 저장하며, 생성된 실감 객체 오디오 파일은 재생 모듈에서 오디오 객체에 입력 받은 사용자 정보와 오디오 장면 묘사 정보가 적용되어 사용자에게 몰입감이 높은 실감 오디오 서비스를 제공한다.
본 논문에서는 최근 MPEG에서 표준화가 진행되고 있는 오디오 객체 부호화 기술 SAOC (Spatial Audio Object Coding)을 소개한다. SAOC는 이전에 MPEG에서 표준화된 PS (Parametric Stereo), MPEG Surround와 같은 파라메트릭 부호화 기술의 연장선 상에서 특히 오디오 객체 신호를 몇 개의 파라미터를 이용해 부호화함으로써, 사용자에게 음향 장면 구성의 자유도를 제공할 수 있는 객체 기반 서비스에 적합한 기술이다.
기존의 수동적인 음악 서비스에서 벗어나 사용자가 음악 콘텐츠 제작에 직접 참여하고자 하는 욕구가 증가함에 따라 객체기반 오디오 서비스를 위한 기술로써 멀티 오디오 트랙과 관련 부가 정보들을 포맷화 하기 위한 객체기반 오디오 파일 포맷기술이 표준화 되고 있다. 본 논문에서는 MPEG에서 표준화 중인 객체기반 오디오 응용파일 포맷인 MPEG-A Interactive Music Application Format (IM AF)의 표준화 진행 현황을 소개하고 그 기술을 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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