樂談-008 MP3와 MP4

▶ MP3

MP3란 "Moving Picture Experts Group Layer-3"의 약자이다. "Moving Picture Experts Group"은 국제적인 전문가 모임으로 MPEG으로 통하는 이 그룹의 하는 일은 주로 동영상 압축, 해제 방식을 연구 및 제정하는 일을 하고 있는데 MPEG이 처음 만든 규격은 MPEG-1로, 이는 비디오CD에 사용되는 기술이다.

 

MP3는 결국 MPEG-1의 오디오 압축 기술에서 파생되는데, 시기적으로는 1988년으로 거슬러 올라가, 필립스, CCETT, IRT 등의 업체가 공동 개발한 MPEG-1 기술에서 세 가지 오디오 압축 기술 중 하나로, MPEG-1에는 오디오 압축을 위한 기술로 레이어(Layer)-1, 레이어-2, 레이어-3의 세 가지가 있고 모두 압축된 데이터로 보면 레이어-3으로 갈수록 점점 압축률이 우수하다. 그 중 레이어-3가 바로 MP3인 것이다.

다시 말해서 MP3이라고 부르는 것은 데이터 파일의 확장자가 MP3이기 때문이고 각 레이어의 차이는 압축률과 데이터의 구조가 조금씩 다르며 레이어 별로 압축 기법 역시 다르지만 대체로 청각심리 모델을 이용하여 압축을 한다. 그러니까 MPEG 연구소에서 만든 표준 압축방식 중 오디오와 관련된 압축방식이 바로 MP3이며 ‘MP3는 매우 우수한 압축률을 자랑하는 Layer-3라는 지각감지 코딩기술을 적용하고 있다’라는 말이 된다.

Layer-3에 지각감지 코딩기술을 접목한 MP3는 인간의 귀로 들을 수 없는 부분과 듣지 않아도 되는 부분, 그리고 청각심리 음성학에서 내놓은 모델로 아주 강한소리 다음에 이어지는 낮은 소리를 느끼지 못하는 인간의 청각과 가청주파수영역 중(20Hz~20KHz) 실제로 전문가가 아니면 알 수 없는 특정영역, 특정악기 또는 효과음 등을 제거하기 때문에 MP3의 용량이 현저하게 줄여지는 Audio전용 압축파일이 되는 것이다.

청각 심리모델이란 인간의 귀로 들을 수 없거나 듣지 않아도 되는 부분을 디지털화하지 않는 방법으로 데이터를 줄이는 것이다. 예를 들어 아날로그의 음악을 디지털화하는(이를 양자화라고 한다) 과정에서 인간이 듣는 가청주파수범위 밖의 소리나 특정 악기 소리 뒤에 붙어 전문가가 아니면 듣기 어려운 여운 등을 빼버리는 것이다.

이를 통해 CD 데이터의 11배 정도 압축이 가능하여 수십 MB 용량의 음악 데이터를 3~4MB로 줄일 수 있고 74분 CD 한 장에는 한 가수의 노래만 15곡정도 들어가지만, 이를 MP3 파일로 만들면 11명의 가수 분량의 CD가 한 장으로 압축된다는 엄청난 압축률을 가지게 된다.

이러한 MP3의 압축률 덕분으로 인터넷 온라인과 오프라인에서 각종 오디오 데이터가 쉽게 등록되거나 다운로드할 수 있으며 재생플레이어의 소프트웨어의 발전과 메모리의 용량의 급속한 확장으로 CD 음질에 육박하는 고음질의 음악을 즐길 수 있게 되고, 또 보편화 되어 디지털 오디오의 표준으로 자리 잡게 되었다. 압축률 및 음질이 더 좋은 MP4도 있으나 (복제 장치의 영향으로) 호환성에 문제가 있다. 다음은 디지털 오디오의 표준의 발달과정 요약이다.

▷ 1988년: 필립스. CCETT, IRT 등이 압축기술 MPEG-1공동개발

▷ 1995년: MPEG-1 규격의 오디오 압축기술인 MP2가 개량되어 MP3로 파생, 음성압축 기술 Layer-3 가 별도로 독립

▷ 1998년: 세계최초 국내 새한정보시스템에서 MP3휴대형 Player개발,

▷ 1999년: 압축율이 더 높은 MP4 (MPEG-2 AAC) 등장, MP3와 호환이 안 된다.

 

MP3의 장점과 단점

MP3의 장점은 고음질과 저용량 그리고 높은 압축률로 같은 CD에 더 많은 곡을 수용할 수 있다는 데에 있다. MP3로 압축된 음악의 용량은 기존방식에 비해 10분의1에서 12분의1로 현저하게 줄여주면서도 음질은 CD수준을 유지하며 CD에 일반 음악 15곡 정도를 수록하였을 때 MP3 형태로는 무려 150여곡을 담을 수 있게 되는데, 고음질, 저용량의 장점은 음악시장보다는 온라인상에서 더욱 두각을 나타내며 사용자 입장에서도 필요한 음악만을 재정리 할 수 있는 등 다양한 모습으로의 편리성을 내포하게 된다.

그러나 음반제작사의 입장에서 보면 단점도 있다. 아무리 복제와 복제를 거듭해도 음질의 열화(손실)가 없기에 음반 판매량이 현저히 줄어들게 된다. 불법복제를 차단할 수 있는 암호체제나 필터링을 도입하는 등 사용자와 제작권자와의 마찰소지로 불협화음이 계속 불거져 나오고 있는 실정이며 점차로 음악의 제작 환경도 앨범단위에서 「디지털 싱글」의 개념으로 바뀌어가는 추세이다. 이 점은 오히려 제작비의 절감 측면과 앨범에 끼워 넣기식 제작 관행에서 각 곡마다에 정성을 더욱 들이게 되는 이점이 있기도 하다.

 

 

▶ MP4

MP4는 MP3 보다도 기술적으로 더욱 우수한 디지털 오디오라는 것 외에 동영상까지도 지원하지만 MP3와 성격이 비슷하면서도 그 뿌리는 다르다. 또 국내에서는 H.264(디지털 비디오 코덱 압축 표준)기반으로 인코딩되어 휴대폰에서 재생 가능하도록 제작한 파일을 MP4라고 부르기도 하며, 일부 업체에 의해 MP3(Audio)+Video = MP4 (PMP)라는 식의 개념으로 광고를 하고 있다. 또한 중국에서 제조된 iPod 형태의 music/video/photo 플레이어 MP4 player라 불리는 등 복수의 개념들을 가지고 있다.

MP4의 공식 명칭은 MPEG-2 AAC(Advanced Audio Coding)로 MPEG-2 NBC(Non Backwards Compatibility)라고도 부르며, MP3와는 다른 파일처럼 오해할 수 있어 국내의 통신업체에서 인터넷 서비스를 시작하면서 붙인 이름이다. 공식 이름은 아니지만 친근감 있고 MP3의 상위 버전처럼 느껴진다. 이것은 MP3처럼 압축된 오디오 데이터이지만 탄생 배경은 틀리다. 이름에서 알 수 있듯이 MPEG-1이 아닌 MPEG-2에서 파생되었다. DVD에서 사용되는 MPEG-2는 MPEG-1에 비해 4배의 화질과 다중언어 지원 등으로 성능이 우수하다. AT&T나 톰슨, Fraunhofer 등의 업체가 공동으로 만든 이 규격은 MP3에 비해 음질이 우수하고 압축률이 높은데 이유는 다음과 같다.

MP3의 데이터 구조가 고정적인 반면 AAC의 데이터는 유동적이다. 자세히 설명하면 MP3은 곡 전체의 정보를 담는 헤더 뒤에 데이터가 프레임이라는 단위로 저장된다. 이 프레임의 크기는 고정되어 있어 압축률이 높은 부분에서도 쓸모없는 용량을 차지한다. 이에 반해 AAC의 프레임은 가변 구조로 압축률에 따라 크기가 변하므로 전체 파일의 용량이 훨씬 줄어든다. 실제로 MP3 파일과 비교하면 최대 30%까지 용량을 줄일 수 있다.

MPEG-2 AAC의 두 번째 장점은 음질에 있다. MP3에 비해 AAC는 TNS와 프레딕션(prediction)이라는 두 가지 기법을 통해 음질을 향상시킨다. TNS(Temporal Noise Shaping)는 양자화 보정기술로 아날로그의 연속적인 음악 데이터를 0과 1의 디지털 데이터로 만들 때 생기는 오차를 지능적으로 줄여 잡음을 감소시키고 원음에 가깝게 만든다. 프레딕션이란 TNS로 보정된 수치를 기억하는 것으로 앞에서 보정된 정보를 기억하여 다음에 같은 데이터가 나타날 때 기억된 데이터를 사용한다. 만일 양자화 단계에서 같은 음의 보정치가 다르면 다른 소리로 들리게 되므로 이를 같게 만드는 기술이다. 이처럼 MPEG-2 AAC는 압축률과 음질 면에서 MP3과 비교된다.

하지만 MP4는 아직도 발전단계이기 때문에 해결해야할 문제도 적지 않다. 가장 대표적인 것이 호환성이다. MP3가 저작권 문제를 해결하지 않고 대중화되어 각 나라에서는 골머리를 앓고 있고 이를 보완하기 위해 MP4는 처음부터 저작권 복제 방지 시스템을 강화했다.사용자마다 인증된 키를 주고 곡을 다운로드할 때 키에 맞는 암호를 걸어 배포한다. 즉 인증된 소프트웨어에서는 음악 파일을 재생할 수 있지만, 인증 받지 못한 플레이어에서는 잡음만 들리는 식이다. 인증키는 한번 설치하면 없어지므로 한 사용자에게만 유효하다. 이와 유사한 방법으로 업체들은 복제 방지에 신경을 쓰고 있지만 그들 간의 호환성이 결여되어 파일에 맞는 플레이어에서만 음악을 들을 수 있다. 예를 들어 A2b 서비스를 통해 다운로드 받은 MP4 파일은 m4you 서비스용 플레이어에서는 들을 수 없다. 이처럼 데이터간의 호환성이 없어 사용자는 그에 맞는 플레이어를 모두 설치해야 하는 불편함이 있다.

또 한 가지는 인코딩 시간이다.

원음을 MPEG-2 AAC 포맷으로 만드는 인코딩 시간이 MP3에 비해 최대 10배 이상 느리다. 물론 인코딩 소프트웨어의 성능 향상으로 이 문제는 차츰 개선되겠지만 인코딩 시간이 느려 데이터를 만드는데 많은 시간이 소요된다는 것도 단점도 있다.