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https://youtu.be/VYKNqexkmkA

 

LUFS와 함께 방송표준 등에서 제한으로 두는 True Peak 알고리즘에 대해서 알아봅니다

위 영상은 이전에 Ozone 리미터의 True Peak 옵션의 필요성을 다룬 영상이고

이번 글에서는 True Peak 측정 과정(4x 오버샘플링)위주로 적습니다

 

True Peak을 측정하는 알고리즘은 ITU-R BS.1770에서 다루고 있습니다 (Annex 2)

 

true_peak_block_diagram.jpg

- True Peak Block Diagram [ITU-R BS.1770-4] -

 

위 그림에서의 True Peak 측정 알고리즘은

  • 12.04dB 감쇠와 증폭으로 계산할 데이터 여유 확보 (12.04dB 차이 = 2bit를 옮기는 Shift연산)
  • 4배(4x) 오버샘플링 후, Anti-Aliasing 제거용 필터
  • 절대값(Absolute)처리와 dB변환으로 Peak 측정

의 과정을 거치며, 간단히 요약하면 4x 오버샘플링을 한 Peak 미터입니다

 

 

1. True Peak의 필요성 : 디지털 Sample Peak로는 놓치는 것이 있다

 

peak_timing.jpg

- 비슷한 파형에서 타이밍이 다른 예, 붉은색(위 파형의 Sample Peak), 녹색(아래 파형의 Sample Peak) -

 

오디오 신호를 디지털에서는 일정한 주기(샘플링 레이트)의 값의 연속으로 표현합니다

하나하나가 샘플값이고, Peak 레벨미터 등의 Peak는 0에서 가장 먼 샘플 값입니다

 

문제는 샘플타이밍이 연속된 파형에서 항상 가장 높은 지점인 것은 아니라는 것입니다

 

만약 0dBFS Peak를 넘지 않는 음원이라도

아날로그 프로세싱, 손실 인코딩, 샘플레이트 변환 등으로 피크 값이 바뀌어 0dBFS를 초과하여 클리핑 현상이 발생할 가능성이 있습니다

(샘플링레이트 48kHz에서 3dB 정도의 차이를 본적도 있습니다)

 

 

2. 절충안은 4x 오버샘플링 : -0dBTP 제한이 아닌 이유

 

true_peak.jpg

- 4x 오버샘플링의 예 - 

 

해결방법은 더 촘촘하게 높은 샘플링 레이트로 보간하여 측정/제한을 두는 것입니다

 

이미 글의 서두에서 말씀드렸듯이 True Peak는 4x 오버샘플링으로 측정하고, (44.1kHz/48kHz라면 176.4kHz/192kHz)

이렇게 레벨 디텍팅을 해서 제한하는 것이 리미터의 True Peak 옵션입니다

 

true_peak_under_read.jpg

- 오버샘플링 비율별 최대 오차 가능성[ITU-R BS.1770-4] -

 

보다 높은 샘플링 레이트로 측정하더라도 그 사이를 측정하지 못해 발생하는 오차는 있기 마련인데
192kHz(4x 오버샘플링)에서는 최악의 경우, 최대 0.7dB미만의 오차가 있습니다

 

만약 768kHz(16x 오버샘플링= 0.05dB 미만)처럼 더 높게 오버샘플링 한다면 오차는 줄어들지만

실시간 리미터 프로세싱 과정에서는 같은 시간 내의 처리량, 소모하는 자원을 많아집니다

 

ITU-R BS.1770-4에서는 48kHz기준 4x 오버샘플링, 96kHz에서는 두배(192kHz) 정도면 충분하다고 하고 있고
방송 표준 등에서 -0dBTP로 제한을 두는 것이 아니라 -1dBTP 또는 -2dBTP정도의 제한을 두는 것은

이런 오차와 손실 인코딩의 가능성을 고려한 것이라고 볼 수 있습니다

 

 

마치며..

이렇게 측정된 True Peak는 dBTP단위를 사용하고 (dBFS와 구분됨)

True Peak(dBTP)와 라우드니스(integrated, LUFS)의 차이를 PLR(Peak to Loudness raito)라고 부릅니다

 

만약 -1dBTP로 제한을 두고 PLR은 23dB이라면

최대 True Peak가 -1dBTP를 넘지 않는 것이고, 라우드니스(integrated)가 -24LUFS인 것입니다

 

 

라우드니스 워의 관점에서는 클리핑 현상이 발생할 수 있더라도 0dBFS이내의 Sample Peak로

0dBTP보다 높은 파형으로 보간되고 라우드니스 레벨이 조금이라도 더 높도록 역이용할 수도 있겠으나,

 

표준/권장사항들의 True Peak 기준 제한 배경은

다양한 작업/청취 환경에서 최대한 클리핑 현상을 피하고 본래 음원을 왜곡하지 않는 것에 있습니다

 

마지막으로.. 실제 8x/16x 오버샘플링으로 작동하는 리미터/측정도구도 있고,

오버샘플링 알고리즘에 따라 다른 결과를 얻을 가능성이 있습니다

 

 

참고자료 

 

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