Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   10 ,  No.   1 ,  A pr il   201 8 , p p.  146 ~ 153   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 0.i 1. pp 146 - 1 53          146       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Perform ance E valuati on  o f Mu ltichannel  Audi o   Comp r essi on        Te ddy   Sur ya  Gun awan 1 ,  Mi ra  K art iw i 2   1   Depa rtment of  El e ct ri ca l   and   C om pute r  Engi n e eri ng,   Kulliyy a h  of  Engi n ee rin g ,   I ndia   2   Depa rtment of  Inform at ion  S y s t ems ,   Kulliyy ah   of  ICT   Inte rna ti ona l  Isl a m ic   Univer sit y   Malay s ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Ja n   21 , 2 01 8   Re vised  Ma r   18 , 2 01 8   Accepte d  Ma r   29 , 201 8       In  re c ent   y e ars,   m ult ic hann el   au dio  s y st ems   are   widely   used  in  m oder n  sound   devi c es  as  it   can  provide   m ore   re al isti c  and  e ngagi ng  expe r ience   to  the  li stener.  Thi s  pa per   foc uses  on  the   per form anc e  eva lu at ion  of  thr ee   loss y ,   i.e .   AA C,   Ogg  Vor bis,  and  Opus ,   a nd  three  lossle ss   compress ion,   i. e .   FLAC,   True Audio,   and  W avPac k,   for  m ult ic h annel  audio  signal s,  in cl ud ing  stereo ,   5. 1  and  7 . 1  channel s.  Expe rime nts  were   conducte d  on  the   sam e   three  aud io   fil es  but  with  diffe re n t  cha nn el  conf igura t ions.   The   per form anc e  of   ea c h   enc oder   was  ev a lua t ed  base d   on  i ts  enc od ing  t ime  (a ver age d   over   100  ti m es) ,   dat a  re du ct ion ,   and  audi o  qual ity .   Us ual l y ,   the re   is  al wa y s   a  tra de - off   bet wee n  th e  thr ee   m et ric s .   To  sim pli f y   the   ev al ua ti on,   a  n ew  int egr a te d   per form anc e  m e tri c  was  propos e d  that  combine s  al l  th e  three  p erf orm anc e   m et ric s.  Us ing  the   new  m ea sure,   FLAC  was  fo und  to  be  the   best  lossless   compress ion,   wh il e   Ogg  Vorbis  a nd  Opus   were   fo und  to  b e  the  be st  for  los s y   compress ion  depe nds  on  the   cha n nel   conf iguratio n.   Thi s  r esult   co uld  be  use d   in  de te rm ini ng   t he  prope r   aud io form at   for  m ulti cha nne l audi o  s ystems .   Ke yw or d s :   M ulti channel  A udio   L os sle ss  C om pr essio n   L os sy  C om pr ession   E nc od i ng  T im e   C om pr ession  R at io   PEAQ   Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Ted dy S ur ya   G un a wa n ,    Dep a rtm ent o f El ect rical  an d  Com pu te r  E ng i neer i ng, Kulli yy ah  of E nginee rin g ,   In te r natio nal Is lam ic  U niv er sit y M al ay sia ,   Jal an Go m bak ,  5310 0 Ku al a  Lum pu r, (+ 603)  6196  4521 .   Em a il :  tsgu na wan@ii um .ed u.m y, tsguna wa n@gm ai l.co m       1.   INTROD U CTION   In   rece nt  ye ars ,  m ulti chan nel  aud i o  syst e m s  are  widely   us e d  in  m od er n  sound  de vices.  U su al ly ,  two  dig it s  separa te d  by  a  deci m a l  po int,  e. g.   2.1,  4.1 ,  5.1,  6. 1,   7.1 ,  are  us e d  to  cl assify   t he  var i ous  kinds  of   sp ea ker   set - up  [1 ] ,   [ 2] .  T his  nu m ber   re pres ents  the  num ber   of  au dio   tra cks  use d.  S ome   aud i o  syst em s  on ly   hav e   a  sin gle  channel  or  tw o  cha nnel s  ( ste r eoph on ic   sou nd   or  2.0   c hann el   sound ).   The   first  di git  sho ws  t he  nu m ber   of  pri m ary  chan nels ,   i.e.  sat el li te  un it s,  each  of   w hich  are  repr oduce d  on   a  sin gle  sp ea ker   whic h  has   the  capa bili ty   t o  ha ndle   range   of   f re qu e ncy  betwee n  10 0Hz  to  22   kHz.  On   t he  oth e r  ha nd,  the  sec on d  di git   (d eci m al   dig it )  rep re sents  the   pr ese nce  of  L FE  (L ow   F re quency  E ff ect )  t hat  is  rep r oduc ed  on  a  sub woof e r.   More ov e r,   s urrou nd   syst em   descr i bes  a  typ e  of   a ud i o  outp ut  in  wh ic h  the  so und  a ppears  to  s urround  the   li ste ner   by  360  de gr ees ,  in   w hich  it   giv e s   im pr ession  t hat  sound  a re  c om ing   f ro m   al l  po s sible  direct ion s .  I t   has bee n used t o pro vid e a  m or e reali sti c an d eng a ging e xper ie nce  [ 3] .   Ther e   are  t wo   kinds  of   a udio  com pr essi on  al gorithm   tho se  are  los sy  and   l os sle ss.   L os sy  au di o  com pr essio n  is  known  by  the ir  well - desi gn e d  syst e m   to  sh rin ks   file   siz es.  Adva nced   A ud i o  Co ding  ( AA C ) ,   MPEG - 1  Lay e r  III  (MP 3),  D olb y  AC - 3,  O pu s ,  O G G  V orbis  [ 4]   and   Wi ndows  Me dia  Audio  L os sy  ( WM A   lossy)  are  the   exam ples  of   popula r  lossy  aud i o  co ding  syst e m   [5] .  AA C  can  be  c onside red   as  th e  m os t   influ e ntial   m ulti chan nel  a ud i o  co ding  al gori thm   [6] .  This  i s  du e  to  it s  abi li ty   to  su pport   aud i o  cha nnel s  up   t o  48   cha nnel s  a nd  co ntribute   l os sle ss  a ud i o  f or   5.1  c ha nn el s  at   sam pling   rates  32 0  kbit s /s.  Me an wh il e,   AC3   pro vid es  hi gh  aud i o  qual it y  a t  38 4k bit/ s  [7] .   Me anwhil e,  the  m os t  well - known  co dec  in  l os sle ss  al gorit hm   are  Fr ee  L os sle ss  Audio  C od ec  (F L AC),   A pp l e  Loss le ss  Audio  Co dec  (ALAC) ,  W a vP a ck  ( WAV ),   M PEG - 4  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Perf orma nce E valu ation of  M ulti chann el  Audio  C ompre ssion ( Teddy  Sury a Gun awan)   147   Audio  lossless   [ 8] ,  Tr ue  A udio  (T TA )  [9] ,  and  IE EE  1857. 2  [10] .  L os sl ess  com pr essi on  al go rithm s  do   not   hav e  an y l os s i nfor m at ion   a nd provide  an exa ct  r eplic a  of th e original si gn al .   Althou gh   m any  research   has  been   c onduct ed  on  lossless  and   los sy  aud io  com pr essio n,   but  no t  m any  researc hes  ha ve   been   f oc us e d  on  the  pe rfo rm ance  evaluati on   on  m ulti c hannel  au dio   c od i ng.  The refo re,  the   ob j ect ive  of   th is  pap e r  is  to  inv e sti gate  the  perform ance  of   va rio us   au dio  com pr ession  a lgorit hm s  to  e nc od e   m ul ti chan nel  a ud i o  in  te rm s  of   enc od i ng   ti m e,  data  savi ng,  and   qual it y.  Furtherm or e,  a  ne w  integ rated  m et ric   was pr opose d t o  inte gr at e all  t hr ee  m et ri cs.       2.   MU LT I CHA NN EL   A UD I O CON FIG U RA TI ON   The  detai ls  of  m ul ti chan nel  a ud i o  s pea ker  c onfig ur at io n  ha s  bee n  presen te d  in   [ 11 ] .   F r om   analo g  aud i o,   sam pling   a nd  qua ntiza ti on   a re  c ondu ct ed  to   re pr ese nt  the   sou nd  wav e   int o  dig i ta l  representat i on.  A  ste reo   si gn al   c an  be   co ns ide r ed  as  tw o  in de pende nt  cha nn el s  of   a udio  in f or m at ion ,  i.e.  l eft  an d  ri gh t  c ha nn el s .  Stereo phonic   aud i o  pro vid es   the  im pr essio n  of  s ound  lo c al iz at ion .  Un l ike  m on o  an d  ste re o  a ud i o,   m ul ti - channel  a ud i o  form at   design a te s  in  m or e  th an  tw o  c hanne ls.  This  ty pe  of  au dio  f or m at  aim s  to  ad vance  the   abili ty   of   so und  local iz at io n.   As  a n  exa m ple,  a   5. 1  m ul ti chan nel  louds pea ker s  a rr a ng em ent  ha s  been  il lus trat ed  in  F ig ure   1(a).  T he   le ft  and   rig ht  channels  place d  at   ±30˚   li ke  i n  ste re o  au dio .   Me anwhil e,  th e  rear  rig ht  and   le ft  channel  locat e d  at   ±110˚.  U su al ly ,  they   are  us ed  f or  ext end e d  s ound  so urce  local iz at ion s   interp retat ion.  Fo r  ce nter  c ha nn el ,  0˚   c omm o nly  fo r  pla yi ng   agai n  voi ce  con te nts  in   m ov in g  au di o.   T he  decim al   dig it   (. 1)  c hannel  refe r  to   sub woo fe r  c hannel  wh ic h  al s o  r eco gniz e  as  L FE  c ha nn el .   T his  c ha nn el   is   for  play ing   ba ck  the   lo w  f re qu e ncy  c on te nt s.  By   ad ding  m or e  su r rou nd  louds peaker  t o  the   tw o   sta ndar d  channels L S a nd RS,  it  w il l cr eat e large r  li ste ning z on e . T hi s setu p had bee n widely  used  in  ci nem a  [12] .             Figure  1. 5.1  a nd 7.1 M ulti ch ann el   Sp ea ke rs  Setu p       Mult ic hannel  aud i o  7.1  is  a  fu rt her   en ha nce m ent  to  5. 1  au dio   cha nnel s.  Ther e  a re  oth e r  two  side - su r rou nd  s peaker  in   the   sp e ak er  c onfig ur at io n.   Ma ny  of  ap plica ti on   us e d  7.1  a ud i o  i n  order  to  great er  i m pact   of   s urr ound  sound.  T he  lo ud sp ea ker s  a rr a ngem ent  is  almo st  sim il ar  to  5.1  m ulti chan nel  au dio .  Howev e r,  there  are  an ot he r  two  s peak e r   le ft  and   rig ht  rear  w hich  a bout  ±13 5˚ to  s urr ound  sound.  Fi g ure   1(b )  sho w s  the  set up   c onfig ur at ion   of  m ultich an nel  7.1  a ud i o,   wh il e  T able  1  s hows   the  sta ndar d  channel  la yo uts  f or  m ul ti chan nel  a ud i o.   Be yo nd  7.1  m ulti chan ne l  aud io ,  10.2   channel  s urrou nd   sou nd   has  been   de velo pe d.   It  is  the  ad va nced  ver si on  of  5.1   te chnolo gy,  but  10. 2  c ould   pro du ce   twic e  as  go od  as  5.1.  In  this  c ha nn el   config ur at io n.  14   c hannels  ar e  us ed  to  in cl udin g  five  fron t   sp eake rs,   five   su r rou nd   c ha nn el s ,  two  L F E  and  two heig hts,  p l us  t he  a dd it io n of a sec ond su b - woo fer  [ 12 ] .       Table  1.   Stan da rd Cha nn el   L ay ou ts   Ch an n el Na m e   Deco m p o sitio n   Mon o   FC   Stereo   FL  +  FR   2 .1   FL  +  FR +  LFE   5 .1   FL  +  FR +  FC +  L FE  + B L  +  BR   7 .1   FL  +  FR +  FC +  L FE  + B L  +  BR +  S L  + SR   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   10 , N o.   1 ,  A pr il   2018   :   146   –   153   148   FL = Fr on t  Lef t, FR =  Fron t  Ri gh t,  FC = F r on t C e nter, LF E = L ow F requ ency   BL = B ack  Lef t, BR  = Back   Ri gh t,  SL =  Side Le ft, S R  =  Side Rig ht       3.   MU LT I CHA NN EL   A UD I O COM PRES SION AL GO RITH MS   In  this  pa per,   three   los sy  a nd  th ree  l os sl ess  a ud i o  c om pr ession  al gorithm s  will   be  e valuate d,   includi ng   Advan ce d  A udio   Cod in g  ( AAC ),   O gg   Vor bis,  O pus,  F LAC,  Tr ue Audio,   a nd   Wa vP ac k,   resp ect ively .  No te   that,  the  sel e ct ed  cod e r s  are  capab le   t o  ha nd le   m ultich an nel  com pressi on   for  ste r eo,   5.1 ,   and 7.1  ch a nne ls.     3.1.   Advance d  Audi o Codi ng ( A AC)   AA C  le ads  M P3   as  there  is  a  new   non - bac kw a r d  com patib le   aud i o  co de r  introd uced   in   [1 ] ,   [ 6] .  It  beco m es   popul ar d ue   to   ap plica ti on   i n  Appl e  iTu nes.  A AC   operates   MDC T  tra ns f or m   only   in  it s  m ai n  cod i ng  loop  an d  transi ent  detect ion   f un ct io n  to  dete ct   a  lon g  wind ow   of   20 48   points  or   a  serial   set   of   ei gh t  25 6  point   windows  is  rea dy  for  the  MD CT  transfo rm .  Th us ,  this  giv e   high  fr e quen c y  reso luti on  of   23Hz  an d  2.7 m s   fo r   a  sig nal  sam pl ed  at   48  kHz.   A  gain  c ontr ol  proce dure  is   inco r porated  i n  the  S SR  pr of i le   of  A AC.  A  Pseud o  Qu a drat ur e   Mi rr or  Fil te r  (PQMF)  filt er  ba nk  is  use d  t o  s plit   the  sig nal  into   f our  su bba nds  wi th   sam e   band width.  T he   or i gin al   si gnal   sam pling   rates  re du ce d   t o  quarter s  by  disc ard i ng   one  or  m or e  su bba nd s .  A AC   util iz es  the  te m po ral - noise - s harpin g  te ch ni qu e  t o  e xp el   t he  pre - ech o  e f fect  cause d  by  transie nts.  Ba sed  on  su bject ive  ev al uations,  A AC  pro vid e s  great   aud i o for  5  c ha nn el   ba ndwidt h  at   bit rate  of  320kbps.     3.2.   Ogg  Vo r bis   Ogg  Vor bis  is a  fu ll  o pe n  s ource,  non - pro pri et ary,  patent  a nd  roya lt y  fr ee   com pr essio n  a ud i o  f orm at .   It  is  based   on  ve ct or   qu a ntiza ti on   a nd   tr ans form ation   with  overla pp i ng   windows,  i .e .  m od ifie d  disc rete  cosi ne   trans form   (MDCT).   Each  wi ndows  can  hav e   2048   or  512  s a m ples.  The  shorter  on e  is  use d  only   to  enco de  a   transient  sig nal s.  Af te r  tra nsf or m at ion   to  fr e qu e ncy  dom ain ,  the  sig nal  is  analy zed  by  psy cho ac ousti c  m od e l   and ina ud i ble  par t  of the  sp ec trum  is rem ov ed.   The n  t he  fl oor  v ect or  is  g e ner at e d  f or eac h of t he  c ha nn e ls.     3.3.   Opus   Si m il ar  with  Ogg  Vor bis,  Opus  is  a  f ull  op e n  s ource ,   non - pro pri et ary,  pate nt  an d  ro ya lt y  fr ee   com pr essio n  a ud i o  f or m at .  It  is  sta nd a rd iz e d  by  the   I nter ne t  Eng i neer i ng  Task  F orce  ( I ETF)  as  R FC  6716  in   Septem ber   20 12.  It  is  desi gned  for  a  wi de   range  of  a ppli cat ion s  a nd  scal es  from   l ow   bitrat e  na r rowban d   sp eec h  at   6  kb it /s  to  ver y  high  qual it y  ste reo   m us ic   at   51 0  kb it /s.  Alm os t  si m il ar  with  oth er  a ud i o  co de r,   it   us es  li nea r  pre dicti on  an d  M DCT.  The   O pu s  f or m at   has  th ree  diff e re nt  m od e s,  i nclu ding  s peec h,   hybr id,  a nd  const raine d  en erg y  la pper  t ra ns f or m   (CELT ).   T he  ba sic   spe ech  m od e  is  usi ng   S IL K  al gorithm   dev el op ed  by   Sk ype  m ai nly  for  sp eec h  sig nal,  w hile  CELT  was  us e d  m ai nly  fo r  general  aud i o  signa ls.  The  hybri d  m od e  us es  SI L K for t he  s peec h  a nd  us es CE LT  for t he  f reque ncy r ang e  abo ve 8000 Hz .     3.4.   Free L os sle ss   Au di o Codi ng (FL AC)   Fr ee  L os sle ss   aud i o  c od i ng  ( FLA C)   is  on  of  the   m os t  popula r  l os sle ss  c odec  du e   it s  fast est   dec od i ng  aud i o.   FL AC  use s  a  li near   pr e dicti on   (L P)   operati on  w her e   fu tu re  values  of   the  di gital   si gn al   are  est im a te d  as  a  li near   f un ct i on   of   previ ou s   sam ples.  The  FLA C  e ncod er  first  div ide  the  input  au di o  sig nal  into  f ram es.  The n,   it   will   cond uct  an  inter channel  dec orr el at ion .  T he  pr edict or   is  util ized   to  fi nd   a n  optim u m   coef fi ci ents  to pre dict t he  s ign al . L ast ly , th e  pr e dictor  c oe ff ic ie nts a nd i ts resid ue were  p asse d  t o  e ntr op y c odin g.     3.5.   Tr ueAu di o (T TA)   Tru e A ud i o  is  a  fr ee,  op e n  s ource ,  an d  real  tim e  lossl ess  aud i o  com pr ess or   f or  m ulti ch ann el   8,   16,   and  24  bits  au di o  data,  with  t he   abili ty   of   pas swor d  ba sed   da ta   protect ion.  It  was  desi gn e d  to  ha ve  r easo nab le   com pr essio n  le vels  wh il e  m ain ta inin g  high  op e rati on  sp ee ds .  T he  com pressi on   rati o  can  achieve  as  m uc h  as   30%  of   ori gin a l fil e size , whil e it  h as  real t im e encodin g  al gorithm .     3.6.   WavP ack (W v)   WavPack   is  a no t her   fr e e  an d  op e n  s ource   lossless  a ud i o  c om pr ession  al gorithm .  In  the  de fa ult   lossless  m od e,   W a vP ac k  act s   just  li ke  a  Wi nZip   c om pr ess or   f or   a udio  file   w it h  c om pr ession  rati o  be tween   30% to  70%  de pends o n  the  a ud i o  s ource.  T he hybri d  m ode p r ovides  a rel at ively  s m al l, h igh   qual it y l os sy fil e  that  can  be  use d  al l  by  it sel f,   an d  a  co rr ect ion   file   that  pr ov i des  f ull  los sle ss  resto rati on.  WavPack  e m plo ys   well   k no wn   al gorithm s,  su ch   as  li near   pre dicti on   with  le ast - m ean - sq ua red   (LMS)  a dap ta ti on,  Eli a s  an d  Go l om b  cod e s  for  e ntr op y c odin g.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Perf orma nce E valu ation of  M ulti chann el  Audio  C ompre ssion ( Teddy  Sury a Gun awan)   149   4.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   This  sect ion   will   discuss   the  au dio   data base  prepa rati on,  ex per im ental   set up ,  i m ple m entat ion ,  perform ance m et rics, as  well   as p e rfor m ance ev al uati on.     4.1.   Experim en ta l  Setu p , I m plem ent at i on   and A udio  Data ba se   A  hi gh   pe rform ance  syst e m   was  use d  for  proces sin g,   i.e.  a  m ulti cor e  syst e m   with  In te l  Core  i7  67 00   K  4.00  G Hz  ( 4  c or es   wit h  8  threa ds),  32  GByt es   RAM,   256  GByt es  S SD   a nd  2  TBy te s  hard   dis k,   i ns ta ll ed  with  W in dows   10   operati ng  syst e m   and   M at la b  2017b  w it h  Sign al   Pro cessi ng   T oo l box.  To  m ini m i ze  the  eff ect   of  oth er   app li cat ions  to  the  sim ulati on ,  W i ndows  10  was  boote d  in  Safe  M ode,  i n  w hich  Ma tl a b  was   run ning  with  no  j ava   virtu al   m achine,  i.e .  Ma tl ab  – nojv m .  Si m il ar  to  [ 11 ] ,   the  la te st  FFm peg   ve rsion  3.4.1   was  us e d  for  t he  im ple m enta ti on   of  th ree  lo ssy  an d  th ree  l os sle ss  a udio  c od e rs.  Ma tl ab  syst e m   cal l  dos()  wa s   us e d  to  call  FFm peg  ex ecuta bl e.   The  au dio   data base  was  ext ra ct ed  from   A m br a  E xp e rience   Albu m   (2 008)   wh ic h  ha s  DT S  5. 1  (44.1   kH z ,  16  bits)  a nd   FLA C  7.1  ( 48   kHz,  16  bits)  f or m at .  The  ste reo   sig nals  wer e   dow nm ix ed  f ro m   the  5.1  au di o  so urce.   O ut  of   10  trac ks ,  we  rand om l y  sel e ct ed  three   trac ks   f or  ou r  ex pe rim ents  as  sh own  in   Ta ble  2.   No t e   that, the  7.1  cha nn el s  h as  b i gger  f il e size   due to its  higher  s a m pling   fr e que ncy an d  ei gh t  c hannels i n  total .       Table  2.   A ud i o Data ba se fo r M ulti channel  Audio   Au d io   Tr ack   Leng th   File Size  ( in   MBy t es)   2   5 .1   7 .1   Au d io 1   0 1  A m b ra  –   Ho n o u r  an d  Glory   2   m in u tes an d  22  seco n d s   2 3 .8   7 1 .5   868   Au d io 2   0 3  A m b ra  –   P ris m   o f  L iv e   3   m in u tes an d  28  seco n d s   35   105   152   Au d io 3   06  Faszin atio n  Natur  –   Sev en  Seaso n s   3   m in u tes an d  3 seco n d s   3 0 .8   9 2 .5   134       4.2.   Perfo r ma nce  Measures   To  evalu at e  the  per f or m ance   of   au dio   co de rs,   enc odin g  ti m e  and   per ce nt age  data  redu ct ion   wer e  m easur ed   f or  e ach  c oder   an d  each  a udio   file .  F or  e ncodin g  tim e  (     )  acc ur ac y,  the  Ma tl ab   pro gr am   will   lo op  100  ti m es  (         )  a nd  the  a ve rag e   value   is  ta ke n  as  s how n  in   Eq.  ( 1).  T he  pe rcen ta ge  data  re du ct io n  is   m easur ed  as s how n  i n  E q. ( 2).                               (1)                                                          (2)     wh e re               is t he o rigin al   file  size i n byt es an d               is t he  e nc od e d f il e size  in  byte s.   Fo r  l os sle ss  a udio  c om pr essio n,   s uch   as  FL AC,  Tr ue Audi o,   a nd   Wa vP ac k,   the re  is  no  loss  in  a ud i o  qu al it y.  But  for  lossy  c om pr e ssion,  s uch  as  AA C,   O gg  Vorb is,   an d  O pu s ,  the re  will   be  loss  in   au dio  qual it y   wh ic h  can  be  m easur ed  s ubje ct ively   us ing   li ste nin g  te st  or  obj ect ively   usi ng   PE A Q  [ 13] .  PEAQ  ha s   been   sta nd a rd iz e d  a s  IT U - R   BS. 1387 - 1  ha s  tw o  m ai n  par ts ,  whic h  is  t he  ps yc ho ac ousti c  m od el   a nd  the   co gn it iv e   m od el .  Up  unt il   now,   PE AQ  is  only   able  to   m easur e  the  obj ect iv e  diff e r ence  gr a de  ( O DG)  for  up  to   ste reo   sign al s.  I n  [14] ,  the  authors  pro po se d  the  e xtensi on   of   PE AQ   f or  m ult ich an nel  au dio .  Howe ver,  it   has  no t   been  ad opte d  a s  ne w  sta nd a r d  ye t  un ti l  no w.  The   O DG  sc ore  ca n  ra nge  from   0  to  - 4,  in  wh ic h  0  r ep res ents  a   sign al   with  im per ce ptible  dis tortio n  an d  - 4  r epr ese nts  a  sig nal  with  ve ry  annoyi ng  disto rtion .  F urt her m or e,  in   this  pa per   t he  adv a nce d  ver si on   of  PE AQ  wh ic h  ha s  tw o  per i ph e ral  ear   m od el s  an d  filt er  bank  base d  ear   m od el s  was  us ed  due  to  it s  ac cur acy .  N ote  that,  the  curre nt  PEA Q  li m it ati on,  the  PEAQ   m easur em ent  will   be   cond ucted o nly o n  ste re o si gn al s and  denote d  as       as shown  in E q.   (3).                         (3)     wh e re is      is t he  PEAQ  f un ct io n,       is t he  origin al   W A V fil e, a nd        is t he  e ncoded - the n - dec oded   WAV  file .     4.3.   Ti me an d  Fre quenc y  S pectr um of  Mul tich an nel  Audi o S igna l   Figure  2  s how s  the  exam ple  of   ti m e   do m ain   an d  f reque nc y  sp ect ru m   of   7.1  au dio   sig na l  (A udio 1).   Fr om   this  fig ure,  it   can  be  s een  that  inte rc hannel  decorre la ti on   co uld   be   cond ucted  be tween  le ft  a nd  ri gh t   channel  ( fro nt,   back,  an d  si de ),   i.e.  m id  an d  side  si gn al s ,   wh il e  f ront  c enter  a nd   LFE   cou l d  be   enc od e d  separ at el y as  pract ic ed by m a ny m ulti chan ne l aud i o  c oders .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   10 , N o.   1 ,  A pr il   2018   :   146   –   153   150     (a)   Fro nt Lef t c hannel     (b)  F ront Ri ght  ch a nn el     (c)   Fro nt Cente r  c hannel     (d)  L ow F requ ency cha nnel     (e)  Bac k  Le ft c hannel     (f) Back  Ri ght  channel     (g)  Si de  Le ft c hannel     (h)  Si de  Ri ght  channel     Figure  2. Sam ple o f  tim e d oma in and  fr e que ncy s pectru m  of  7.1 a ud i o  sig nal   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Perf orma nce E valu ation of  M ulti chann el  Audio  C ompre ssion ( Teddy  Sury a Gun awan)   151   4.4.   Experim en ts on  L os s y and  Lossless  Com pression   Table  3  an d  4  sh ows  the  da ta   red uctio n  ( %)  an d  ave rage  encodin g  ti m e  (seco nds)  for  lossy  a nd   lossless  com pressi on   of   ste re o,   5.1,  an d  7.1   aud i o  sig nals  us in g  A AC,  O gg,  O pus,  FL AC,  Tr ue Audi o,   a nd   WavPack . A cr os s v ari ou s   cha nn el   c onfig urat ion ,   the  a ver a ge   da ta   re duct io n  f or  lossy  c om pr ession  is 9 1.20%,   92.31% ,  an d  92. 86%  for  A A C,  Ogg  V orbis ,  and   Opus .  O pu s  has  the  hi gh e st  com pr ession  c om par ed   to  the  oth e r  al gorith m s.   Me anw hil e,  the  aver a ge   data  red uctio n  for  lossless   com pr ession  is  51 . 63%,  47 .23%,  48.93%  f or   F LAC,  Tr ue Audio,   a nd   WavPack,  re sp ect i vely .  It  has  be en  fou nd   that  FLA C  has  the   hig hes t   com pr essio n  c om par ed  t o  the  o the r  al gorith m s.   Fr om   Table  3  and   Ta ble  4,   a cro ss  var i ou s  channel  co nf i gurati ons,  the  a ver a ge  enc oding   ti m e   fo r   lossy  com pr es sion   is   8.1 9  s econds ,  5.69   seco nd s ,  a nd  9.46  sec onds   for  AA C,   O gg  Vorb is ,  a nd  O pus ,   resp ect ively .  Me anwhil e,  th e  aver a ge  e ncodin g  tim e  fo r  l os sle ss  c om pr ession  is  1.89   s econds ,  2.1 6  s econds ,   and  2 . 11  sec onds   f or  FL AC,  Tru e A ud i o,   a nd W a vP ac k,  r e sp ect ively .  F or  lossy  com p res sion  o f  ste reo   s ign al s,   ano t her  p e rform ance  co uld  be  m easur ed  w hi ch  is  the q ua li ty ,  i.e.  PE AQ  O D G .  Ba se d  on  Ta ble  5,  O gg   Vor bis   has  t he hig hest quali ty  w it h big  m arg in c om par ed  to A AC a nd Op us .       Table  3.   Data  Re du ct io n (%)   for Vari ou s  E nc od e rs   Enco d er   Ch an n el   Au d io 1   Au d io 2   Au d io 3   Av erage   AAC   2   9 0 .57   9 0 .53   9 0 .8   9 0 .63   5 .1   9 0 .6   9 0 .6   9 0 .72   9 0 .64   7 .1   9 2 .29   9 2 .3   9 2 .41   9 2 .33   Og g  Vorb is   2   9 2 .28   9 2 .38   9 2 .75   9 2 .47   5 .1   9 2 .9   9 3 .23   9 4 .19   9 3 .44   7 .1   9 0 .78   9 0 .98   9 1 .33   9 1 .03   Op u s   2   9 2 .48   9 2 .8   9 3 .12   9 2 .80   5 .1   9 2 .51   9 3 .01   9 2 .37   9 2 .63   71   9 2 .8   9 3 .32   9 3 .36   9 3 .16   FLAC   2   4 9 .19   4 7 .69   6 0 .58   5 2 .49   5 .1   5 1 .29   5 2 .65   5 8 .49   5 4 .14   7 .1   4 6 .2   4 7 .28   5 1 .34   4 8 .27   Tr u eAu d io   2   5 0 .17   4 8 .44   6 1 .11   5 3 .24   5 .1   4 1 .93   4 3 .41   5 2 .58   4 5 .97   7 .1   3 9 .01   4 0 .58   4 7 .87   4 2 .49   W av Pack   2   4 6 .36   4 4 .81   5 6 .77   4 9 .31   5 .1   4 8 .74   5 0 .82   5 6 .15   5 1 .90   7 .1   4 3 .44   4 5 .18   4 8 .11   4 5 .58       Table  4.  E nc od ing   Tim e (s econ ds)  for Vari ous E nc od e rs   Enco d ers   Ch an n el   Au d io 1   Au d io 2   Au d io 3   Av erage   AAC   2   2 .9   4 .39   4 .39   3 .42   5 .1   8 .94   1 2 .62   1 2 .62   9 .82   7 .1   9 .91   1 4 .14   1 4 .14   1 1 .32   Og g  Vorb is   2   1 .88   2 .64   2 .64   2 .29   5 .1   5 .33   7 .56   7 .56   6 .39   7 .1   6 .81   9 .85   9 .85   8 .40   Op u s   2   1 .29   1 .88   1 .88   1 .76   5 .1   3 .52   5 .05   5 .05   4 .68   71   4 .21   6 .29   6 .29   2 1 .95   FLAC   2   0 .36   0 .48   0 .48   0 .83   5 .1   0 .75   1 .11   1 .11   2 .02   7 .1   1 .11   1 .55   1 .55   2 .83   Tr u eAu d io   2   0 .42   0 .57   0 .57   0 .89   5 .1   1 .11   1 .55   1 .55   2 .33   7 .1   1 .55   2 .21   2 .21   3 .27   W av Pack   2   0 .4   0 .54   0 .54   0 .87   5 .1   0 .99   1 .44   1 .44   2 .24   7 .1   1 .55   2 .11   2 .11   3 .22       Table  5.   O bj ec ti ve  Q ualit y for Vario us Enc oders  on St ere o Si gn al s   Enco d er   Ob jectiv e Dif f erence Gr ad e ( O DG)   Au d io 1   Au d io 2   Au d io 3   Av erage   AAC   - 3 .38   - 3 .49   - 3 .38   - 3 .42   Og g  Vorb is   - 0 .66   - 0 .76   - 0 .63   - 0 .68   Op u s   - 3 .58   - 3 .58   - 3 .56   - 3 .57       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   10 , N o.   1 ,  A pr il   2018   :   146   –   153   152   4.5.   New In teg r ate d Perf orm an c e Me tric   Ba sed  on  pr e vi ou s   discuss i on,   it   is  rat her  dif ficult   to   eval ua te   the  perform ance  of  eac h  e ncode r  as   it   needs  to   eval ua te   at   le ast   two  m e tric s  at   the sam e  t i m e,  i.e.  encodin g  ti m e  and  data savi ng,  a nd q ualit y  as  well   in  the  c ase  of  lossy  com pr es sion  f or  ste re o  sig nals.  It  is  well   know n  th at   there  al ways  will   be   a  tra de - off   betwee n  enc oding   tim e  (co m plexity )  an d  da ta   saving.  Th e  integrated  m easur em ent  m e tric   sh ould  be  ta king   care all  of m easur em ent m et ri cs.  We  propose d  the  foll owin g ne w  inte gr at e d per form ance   m et ric:                                                         (4)     wh e re        is  the  encodin g  ti m e  ( in  seco nds) ,        is  the  data  re du ct ion   or  sa ving   (in  %) ,  an d      is  the  qual it y  (ODG  val ue)  wh ic h  is  only   app li cable   f or  lossy  c om pr ession  (a nd  up  to  s te reo   si gn al s   at   the  m o m ent),   and      is  a  m easur em ent  co ns ta nt  (i n  seco nds) .  Th e  integrate d  m et ric  was  de riv ed  f ro m   the  fol lowing  reas on s.  The  perform ance  of  an  a udio  e n c od e r  is  pr opor t ion al   to  th e  da ta   reducti on,      ,  and   i nv e rsely   pro portion al   t o        and   O DG         . For t he  lossless c om pr ession,  t he      will  b e d e pe nds  on ly  on        and      , and      cou l d  be  set to a   ver y  sm al l  num ber   (r e pr ese nt ing   a n  e xact  r eplic a  an d  no  l os s  i n  in form ation).   F or  our  i m ple m entat ion ,  le t  us  set           for  both  l os sle ss  a nd  los sy  com pr essio n,   a nd              for  los sle ss  com pr ess ion   (to  re pr ese nt  hi gh  qu al it y).   Fr om   Table  6,  now  we   can   e valuate  t he  perform ance  of  ea ch  e nc od e r  i n  on e   perform ance  m eas ur e,     ,  pe r  c ha nn el   co nf i gurati on .  T he  best  pe rfor m ance  bet ween  cha nnel   an d  betwee n  lossless  a nd  lossy   com pr essio n  wer e   hi gh li ght ed  i n  bo l d.   A m on g  the   loss y  enc od e rs  for   ste re o  sig nals ,  O gg  V orbis  has  t he   highest  pe rfo r m ance.  H owe ver,  O pus  has   the  hi ghest   pe rfor m ance  f or  5.1   an d  7.1   cha nn el .   Am ong  t he   lossless  com pressi on,  FLA C  has  the  highes t  per f or m ance  for  al l  chan nel   con fi gurati on.   In   co nclusi on,  our   integrate d  m easur e ,    ,  is   a ble  to  ca pture  t he  perform ance  of  eac h  enc oder   in   te rm s  of  e ncodin g  tim e,  d at a  savin g, an d q ua li ty .       Table  6.   Per for m ance Ev al uation o f Vario us  Enc od e rs usin g I ntegr at e d  Me tric       Enco d er   Files   Ch an n el   2   5 .1   7 .1   AAC   Au d io 1   9 .2   1 0 .1   9 .3   Au d io 2   5 .9   7 .2   6 .5   Au d io 3   6 .1   7 .2   6 .5     Averag e   7 .1   8 .2   7 .5   Og g  Vorb is   Au d io 1   7 4 .4   1 7 .4   1 3 .3   Au d io 2   4 6 .0   1 2 .3   9 .2   Au d io 3   5 5 .8   1 2 .5   9 .3     Averag e   5 8 .7   1 4 .1   1 0 .6   Op u s   Au d io 1   2 0 .0   2 6 .3   2 2 .0   Au d io 2   1 3 .8   1 8 .4   1 4 .8   Au d io 3   1 3 .9   1 8 .3   1 4 .8     Averag e   1 5 .9   2 1 .0   1 7 .2   FLAC   Au d io 1   1 3 6 6 .4   6 8 3 .9   4 1 6 .2   Au d io 2   9 9 3 .5   4 7 4 .3   3 0 5 .0   Au d io 3   1 2 6 2 .1   5 2 6 .9   3 3 1 .2     Averag e   1 2 0 7 .3   5 6 1 .7   3 5 0 .8   Tr u eAu d io   Au d io 1   1 1 9 4 .5   3 7 7 .7   2 5 1 .7   Au d io 2   8 4 9 .8   2 8 0 .1   1 8 3 .6   Au d io 3   1 0 7 2 .1   3 3 9 .2   2 1 6 .6     Averag e   1 0 3 8 .8   3 3 2 .3   2 1 7 .3   W av Pack   Au d io 1   1 1 5 9 .0   4 9 2 .3   2 8 0 .3   Au d io 2   8 2 9 .8   3 5 2 .9   2 1 4 .1   Au d io 3   1 0 5 1 .3   3 8 9 .9   2 2 8 .0     Averag e   1 0 1 3 .4   4 1 1 .7   2 4 0 .8       5.   CONCL US I O NS   A ND FUT UR E  WO RKS   This  pa pe r  has   pr ese nted  t he  perform ance  evaluati on  of  th ree  lossy  an d  t hr ee  l os sle ss  c om pr essio n  for  m ult ic hann el   aud io  sig nal s,  inclu ding  ste reo,  5.1  an d  7. 1  cha nn el s .  Th e  six  aud i o  co m pr ession  al go rithm ,   i.e.  A AC,  O gg  V orbis,  O pu s ,   FLA C ,  T ru e A ud i o,   a nd  WavPack,   ha ve  bee n  c onfirm ed  to   be  a ble  to   pe r form   com pr essio n  up  to   7.1   cha nn el .  Ex per im ents  we re  c onduct ed  on  the  s am e   three   au dio  file s  but  wit h  di f fer e nt  channel  c onfi gurati ons.  T he   perf or m anc e  of  each  enc od e r  was  e valuated  base d  on  it s  enc odin g  ti m e   (av e rag e d  ove r  10 0  ti m es),   data  sa ving,   an d  a ud i o  qual it y.  Further m or e,  we  pro po s ed  one  i ntegr at e d  perform ance  m easur e       to   e ase  the   e valua ti on .   Using   th e  new  m easure ,  F LAC   was   fou nd  to   be   th e  bes t  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Perf orma nce E valu ation of  M ulti chann el  Audio  C ompre ssion ( Teddy  Sury a Gun awan)   153   lossless  c om pr ession,  wh il e  Ogg  V orbis  a nd  Opus  we re  f ound  to   be   the   best  for  l os sy  com pr essio n.   Fu rt he r   researc h  ca n  be   cond ucted  i nc lud in g  the  use   of   dif fer e nt  aud i o  data base ,  pa ram et ers  op tim iz at ion   for   each   encode r,  a nd th e u se  of  diff e re nt audio  cod e rs .       ACKN OWLE DGE MENT   The  aut hors  w ou l d  li ke  to  express  their  grat it ud e  to  the  Ma la ysi an  Min ist ry  of   High er  Ed ucati on   (MO HE),  w hich  has  pro vid e d  f unding  f or   the  researc h  th rou gh   the  F un dam ental   Re se arch   Gr a nt  Sc hem e,  FRGS 15 - 194 - 0435.       REFERE NCE S   [1]   M.  Bosi   and  R.   E.   Goldber g ,   “ Introduc ti on  to  d igi tal  audi o  coding  and  standa rd s, ”   Springer  Sci enc e  &  Business  Media ,   vol .   721 ,   2012.   [2]   F.  Rum se y ,   “ Spati al a ud io, ”   CRC   Press ,   2012.   [3]   F.  Schuh,   et  al . ,  “ Eff ic i ent  m ult ic h annel  aud io   tra nsform   coding   with  low   de lay   and  c om pl e xity , ”   in   Audi o   Engi ne ering  Soc ie t y  Conv ent ion ,   pp.   141 ,   2016 .   [4]   J.  Moffitt,  “ Ogg  Vorbis — open,   f re e audi o — se t your media free, ”   Linux  journal ,   v ol.   2001 ,   pp .   9 ,   2 001.   [5]   W .   Jac kson,  “ Audio  Con ce p ts,   Te rm inol og y ,   an d  Codec s, ”   in  A ndroid  Apps   for  Abs olut e  Begi nn ers:  Springer,   pp .   651 - 663 ,  2014 .   [6]   M .   Bosi,  et  al. ,  “ ISO /IE C  MP E G - 2  adva nc ed  a udio  cod ing, ”   Jo urnal  of  the   Aud io  eng ine ering   society ,   vol .   45 ,   p p .   789 - 814,   1997 .   [7]   R.   Henne qu in,   e t  al. ,  “ Codec  in depe nden t  loss y   audi o  compre ss ion  detec ti on, ”   i n  Ac ousti cs,   Sp e ec h  and  S ignal  Proce ss ing  ( ICASSP ) ,   2017  IE E E  Int ernati onal   Confe renc e  on ,   pp.   726 - 730 ,   20 17.   [8]   T.   Liebc hen ,   et   al. ,  “ The   MP EG - 4  Audio  Lossless  Coding  ( ALS )  standa rd - techn olog y   and  app l icati ons, ”   in  Proc.  119th  A ES  Conv ,   20 05 .   [9]   A.  Djuric,  “ T TA  Lossless a udio   c odec - Tr u e audi o   compress or  al g orit hm s, ”   2010 .   [10]   T.   S.   Gunawan,  et   al . ,  “ Inve stigation  of  Lossless Audio  Com pre ssi on  using I E EE   1857. 2  A dvance d  Audio  Coding , ”   Indone sian J our nal  of   Elec tric al   Engi ne ering  and   Computer  Sc ie n c e ,   vol .   6 ,   2017 .   [11]   T .   S.  Gunawan,   et   al. ,  “ Inve stigation  of  Vari ous  Algorit hm s  on  Multi cha nn el   A udio  Com pre ss ion, ”   in  Proc .   of  the  4th  IEE E  Int ernati onal  Confe ren ce   on  Smar t  Instrum ent ati on,   Me asur eme nt  and  Appl ic at ions  ( ICS IMA ) ,   Putraja y a ,   pp.   1 - 5 ,   2017 .   [12]   T.   Holm an ,   “ Surround sound:  up   and  running , ”   C RC Pre ss ,   2014.   [13]   T.   S.  Gunawan,   “ Audio  compres sion  and  spee ch  enha nc ement  using  te m pora l  m asking  m odel s, ”   T hesis,   Univer sit y  of  New South  W al es,   S y dn e y ,   Au stral i a, 2007.   [14]   J.  Li ebetra u ,   et   a l. ,  “ Standa rd ization  of  PEAQ - M C:  Ext ension  of  ITU - R  BS .   1387 - 1  to  m ult ic hann el   audi o , ”   in  A E S   40th  Int .   Con f, S pati al Audi o:   Se nse  the Sound  o f   Space ,   Tok y o,   Japa n,   2010.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.