코덱

코덱(Codec)은 음성 또는 영상의 신호를 디지털신호로 변환하는 코더(corder)와 그 반대로 아날로그신호로 변환하는 디코더(decorder)의 기능을 함께 갖춘 기술이다.

개요

코덱은 컴퓨터상에서 각종 문서나 오디오, 비디오를 압축하거나 해제하는 규약이다. 어떠한 데이터 스트림(stream)이나 신호(Signal)에 대해, 인코딩(encoding)이나 디코딩(decoding), 혹은 둘 다를 할 수 있는 하드웨어(hardware)나 소프트웨어(software)를 말한다. 또한, 알고리즘(algorithm)을 가리키는 용어로도 쓰이고, 전기 통신 분야의 용어로는 디지털 회신, 곧 송수신 장치를 뜻한다. 일반적으로 코덱이라고 하면 영상, 음향 등 미디어 정보를 압축하는 기술을 가리키며, 코덱에는 데이터 압축 기능을 사용하여 자료를 압축하거나 압축을 푸는 소프트웨어나, 소리, 동영상 등의 자료를 다른 형식으로 변환하는 장치 및 소프트웨어가 포함된다.

역사

코덱의 역사는 20세기 중반 펄스 부호 변조(Pulse-code modulation, PCM)를 이용해 아날로그 신호를 디지털 형태로 암호화하는 장치였으며, 이후 압신기(compander) 기능을 포함하여 디지털 신호 형식 간 변환 소프트웨어에도 적용되었다. 코덱은 동영상의 그림과 소리를 숫자로 변형시켜서 파일로 저장한 다음, 동영상을 재생할 때 숫자로 변형했던 것을 다시 그림과 소리로 바꿔 주는 역할로, 코덱이 없다면 영상이나 음악을 컴퓨터가 재생할 수 없다.

특징

코덱의 특징은 아날로그 데이터를 전송하기 위하여 디지털 신호로 변환시키고, 다시 디지털 신호를 아날로그로 복귀시키는 장비이다. 코덱의 기술로는 펄스 부호 변조와 델타 변조(delta modulation, DM)가 있다. 코덱은 동영상처럼 용량이 큰 파일을 작게 묶어주고 이를 다시 본래대로 재생할 수 있게 해준다. 파일을 작게 해주는 것을 인코딩, 본래대로 재생하는 것을 디코딩이라고 한다.

압축 품질

압축 품질은 두 가지로, 손실 코덱과 무손실 코덱으로 나눌 수 있다. 손실 코덱은 사람이 잘 느끼지 못하는 부분을 먼저 손실 시켜 압축률을 크게 올리는 기술이다. 영상이나 음향과 같은 정보는 시공간적 연관성에 의하여 지각되기 때문에, 개별 데이터에 대하여 오차가 있더라도 문제가 없는 경우가 많다. 따라서, 대부분의 유명한 비디오, 오디오 코덱들이 손실 코덱을 사용하는데, 사용되는 코덱과 설정에 따라 압축되지 않은 원음과 실제로 차이를 느끼기가 쉽지 않다. 비손실 코덱은 디지털 데이터가 다른 코덱 등을 거치지 않고 저장되고 변환되는 경우로, 압축된 데이터가 원본 스트림에 존재하는 모든 정보를 보유하고 있는 기술이다. 영상 편집처럼 빠른 처리가 필요하거나 편집 도중 화질 열화를 막기 위해 쓰이며, 무손실 압축 포맷(Lossless compression) ZIP 파일 형식 등을 비롯한 데이터 압축 기술에 사용된다.

종류

무수한 종류의 코덱이 있으며, 대부분의 코덱 형식의 파일은 단일 코덱으로만 만들어지는 것이 아니라 여러 종류의 코덱을 종합하여 만들어지고 있다. 각 코덱은 표준화가 이루어지지 않아서 압축 방법이나 화질, 압축률 등이 서로 다르고 호환성이 없기 때문에 필요한 코덱을 개별적으로 설치하여야 한다. 이러한 번거로움을 피하고자 여러 종류의 코덱을 한꺼번에 설치해주는 것을 통합코덱이라 한다.

오디오 코덱

오디오 코덱(audio codec)은 오디오의 디지털 데이터 스트림을 부호화하거나 복호화하는 컴퓨터 프로그램이나 장치이다.

오디오 코덱

손실 압축
	일반	MP1, MP2, MP3, mp3PRO, AAC, Musepack, WMA, Vorbis, Opus, USAC
	음성 특화	AMR-NB, AMR-WB, AMR-WB+, WMA Voice, Speex, Opus, EVS, Codec 2
	다중채널 특화	AC-3, SDDS, DTS, AC-4
	블루투스	SBC, aptX, AAC, LDAC, Samsung Scalable Codec, LC3
무손실 압축		FLAC, ALAC, APE, TAK, WMA Lossless, TTA, Wavpack
무손실 무압축		PCM(WAV, AIFF)

가장 잘 알려진 MP3를 비롯하여 AC3, 고급 오디오 부호화(Advanced Audio Coding, AAC), 오그(Ogg), FLAC(Free Lossless Audio Codec) 등이 있다. 압축 소프트웨어로는 알집(ALZip), 반디집(Bandizip), FilZip, 세븐집(7-Zip), WinRAR, 윈집(WinZip) 등이 있다.

• MP3 : MP3는 오디오 압축 포맷으로, 오디오는 각기 다른 비트레이트(bitrate)로 압축된다. 데이터의 크기가 커지면 음질은 좋아지지만, 데이터의 크기가 작아지면 음질은 떨어진다.
• AC3 : AC3는 5.1 채널에 기반해 2채널의 MP3보다 훨씬 좋은 음질을 자랑한다. 따라서, 음악용보다는 영화의 사운드 트랙용으로 많이 사용되며 DVD 등 디지털 매체의 표준 오디오 포맷이다.
• AAC : AAC는 디지털 오디오에서 쓰이는 표준적인 손실 데이터 압축 방식이다. 기존 MP3의 문제를 대부분 개선했으며 비트레이트에서도 음역 보존율이 아주 높고, 낮은 비트레이트에서 음이 뭉개지는 현상을 개선했다.
• OGG : 오그는 특허권으로 보호되지 않는 오픈 표준 파일 형식이다. 멀티미디어 비트스트림(Bitstream)을 효율적으로 전송하고 처리할 수 있게 하기 위해 개발되었고, 서로 다른 오픈 소스 코덱으로 저장된 정보를 담을 수 있다.
• FLAC : FLAC는 오디오 데이터 압축을 위한 파일 형식이다. 무손실 압축 포맷으로, 오디오 스트림에 손실이 발생하지 않는다. 휴대용 음악 기기나 MP3 플레이어, 고급 오디오 시스템에서의 FLAC 지원은 아직은 미미하나, 점차 증가하고는 있다.

비디오 코덱

비디오 코덱(video codec)은 디지털 영상의 압축 및 압축 해제하는 기능의 장치 및 소프트웨어이다.

비디오 코덱

코덱
	MPEG /H.26x	MPEG-1, MPEG-2 Part 2(H.262), MPEG-4 Part.2(DivX, Xvid), H.261, H.263, H.264, H.265, H.266
	기타	WMV, Theora, VP8, VP9, AV1, Apple ProRes, Bink, GoPro CineForm, Motion JPEG
컨테이너 (확장자)		FLAC, ALAC, APE, TAK, WMA Lossless, TTA, Wavpack

가장 많이 사용되는 MPEG(Moving Picture Experts Group)을 비롯하여 고급 시스템 포맷(Advanced Systems Format, ASF), H.264, AV1(AOMedia Video 1) 등이 있다.

• MPEG : MPEG은 가장 유명한 비디오 코덱이다. 코덱이나 파일 확장자를 의미하기도 하고 넓은 의미로는 표준 규격 자체를 포괄하는 단어로 쓰인다. MPEG 종류는 다양하며, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7, MPEG-21가 있다.
• ASF : ASF는 ㈜마이크로소프트(Microsoft Corporation)가 만든 영상과 소리를 담는 포맷으로 MPEG-4 기술을 사용하고 있다. 주로 인터넷에서 스트리밍 방송용으로 많이 쓰이며 인터넷이 연결되어 있지 않은 로컬 컴퓨터에서도 재생할 수 있다. 특히 1개의 파일에 다중 비트레이트의 영상, 소리, 메타데이터(metadata), 정지 화면, 자막 등의 다양한 정보를 넣을 수 있다는 장점이 있다.
• H.264 : H.264는 매우 높은 데이터 압축률을 가지는 디지털 비디오 코덱 표준이다. HD 방송 콘텐츠를 인코딩하는 데 많이 사용되고 있다.
• AV1 : AV1은 차세대 오픈소스 코덱이다. 인코딩 속도가 매우 느린 편이고, 아직 지원하지 않는 곳이 많은 단점이 있다.

활용

코덱을 활용한 사례들이 존재한다. ㈜현대자동차그룹(Hyundai Motor Group)은 2008년부터 자동차 분야에 블루투스(Bluetooth) 기술을 적용하기 시작했고, 2020년부터는 스마트폰 두 대를 동시에 연결할 수 있는 블루투스 멀티커넥션 기술까지 상용화되어 블루투스 활용성과 운전자의 사용 편의성을 극대화했다. 블루투스 기술은 근거리 무선 기술로, 블루투스로 음원을 재생하면 코덱을 통해 음원 압축, 인코딩 작업을 한 후, 전송하여 압축 해제, 디코딩 작업의 프로세스(process)를 거쳐 음원이 재생되게 된다. 자동차 분야에 적용된 블루투스 스트리밍(streaming) 기술은 차량에서 음악을 즐기는 가장 손쉽고 편리한 방법이다. 스마트폰 안의 음악을 선으로 연결하지 않고도 차량 내 스피커를 통해 손쉽게 들을 수 있게 되었다. 차량 내 블루투스에 사용되는 대표적인 오디오 음원 압축 코덱은 SBC(Sub-Band Coding)와 고급 오디오 부호화이고, 서로 연결된 스마트폰과 인포테인먼트(Infotainment) 시스템이 모두 동일한 코덱을 지원해야만 해당 코덱으로 음원을 재생할 수 있다. SBC 코덱은 가장 보편적으로 블루투스 뮤직 스트리밍에서 쓰이는 오디오 코덱으로, 알고리즘이 단순해 전력 소모가 적고 라이선스 비용이 들지 않아 모든 사운드 시스템에서 지원하는 높은 범용성을 자랑한다. 음원 압축 방식은 MP3와 비슷하게 오디오 신호를 주파수 대역별로 나눠서 코딩 하는데, 압축 효율이 낮아 음원 손실이 발생해 결과적으로 음질에 안 좋은 영향을 미치게 된다. 반면 고급 오디오 부호화는 MP3를 대체하는 대표적인 고음질 압축 코덱으로, 주파수의 모든 대역에 걸쳐 압축률이 높고 원음 손실이 적어 음질이 우수하다. 실제 비교 측정 결과에서도 두 코덱 간의 명확한 음질 차이를 확인할 수 있고, 더욱이 고음과 저음은 차량 내에서 체감 음질에 큰 영향을 주기 때문에 음악을 들을 때 그 차이가 더욱 현격하다. 따라서, 현대자동차그룹의 최신 인포테인먼트 시스템인 고급형 6세대, 고급형 5세대, 표준형 5세대 내비게이션에서 고음질 고급 오디오 부호화 코덱으로 우선 재생되도록 설정되어 있다. 현대자동차그룹은 운전자의 사용 편의성을 높이기 위해서도 노력을 기울이고 있으며, 차량 내 어디에서 들어도 전 대역에 걸쳐 균형 잡힌, 원음에 가까운 자연스러운 사운드를 구현하는 것을 목표로 개발하고 있다. 음성 및 화상 통화를 통해 온라인으로 다른 사람과 연결할 때도 코덱이 활용된다. 구글(Google)은 2021년 4월 6일 오픈소스 블로그를 통해 기계학습을 사용해 고품질 음성 통화를 생성하는 새로운 오디오 코덱 라이라(Lyra)를 보편적으로 사용할 수 있도록 오픈 소스 베타 버전을 공개하였다. 라이라 코덱은 40ms 단위로 음성의 고유 특징을 추출하여 압축해서 전송하면 수신 측에서 생성 모델을 이용하여 고품질의 오디오를 재생하게 된다. 복잡도가 낮은 반복 생성 모델을 사용하여, 클라우드 서버는 물론 스마트폰에서도 실시간 사용이 가능하다.

참고자료

• 〈코덱〉, 《네이버 지식백과》
• 〈코덱〉, 《위키백과》
• 〈코덱〉, 《위키피디아》
• 비비, 〈● 코덱이란 무엇인가?〉, 《네이버 블로그》, 2017-08-07
• 〈코덱〉, 《나무위키》
• Bradbury, 〈비디오 코덱(Video Codec) 종류〉, 《티스토리》, 2020-11-02
• HMG 저널, 〈생생한 블루투스 뮤직 스트리밍 음질의 비밀〉, 《네이버 포스트》, 2020-04-13
• kipoworld2, 〈인공지능 고음질 음성 코덱 구글 라이라(LYRA)〉, 《네이버 블로그》, 2021-05-25

같이 보기

• 코더
• 디코더

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