動画圧縮 - 素早く簡単に

2018年11月22日 03:40 Nils Fingerによる 

intoPIXはウェブ上で動画圧縮に関する最もよくある質問に専門家が回答しています。


なぜ動画圧縮が必要なのか?

なぜなら、動画はとんでもない量のデータを生成するからです。例として、300~400枚の休日の写真を携帯電話で撮影すると、「ストレージがほぼ一杯になりました」というメッセージが表示されます。さて、静止画は通常、JPEGで10:1に圧縮された”不可逆”圧縮なものです。圧縮されていない場合、30~40枚の画像しか撮れません。映画館の映画は、多くの場合、毎秒24または48フレームで撮影されます。圧縮なしでは、スマホのストレージを埋め尽くしたものとして 1秒以内でRAWデータと同じ量を生成します。次に、それが完全な映画のためにどのくらい量があるかを想像してみてください。計算を節約のために、一般的に言われている平均的な90分の超大作は、RAWビデオデータを1TBまで作成します。そして、誰もが実際に自分のソファに倒れる2日前にNetflixのストリーミングを開始したいとは思っていないので、ビデオ圧縮が必要になります。

動画圧縮はどこで使われているのか?

前述のデータ量の問題から、圧縮は基本的にビデオの管理、送信、保存が必要な場所ではどこでも使用されています。

ビデオが圧縮されているかどうかは、しばしばエンドユーザーには見えないので、どこに圧縮が使用されているかと、なぜそこに特別に使用されているかのリストがここにあります。 

デジタルシネマ

最高の品質、より大きな解像度、より高いフレームレート、より高いダイナミックレンジ(HDR)を提供し、フィルムスタジオが映画館に送るハードドライブの量を減らします。

先進運転支援システム

消費電力を抑えながら安全性が高く、車内と外界との接続性に優れた自律走行車を構築する。

放送

コストのかかるインフラの改修をせずに、HDから4K、さらには8Kビデオにアップグレードし、世界中のすべてのデバイス(テレビからタブレット、携帯電話まで)にビデオを配信します。


プロのAV機器

オフィスビル、講義室、礼拝堂、スマートホーム、交通機関の端末などで、ケーブルへの投資を最小限に抑え(例:Cat6ではなくCat5)、ケーブルに必要なスペースを減らす(例:複数ではなく1GBのイーサネットを1本にする)。


VR・AR用具

最も反応性の高い動画圧縮を使用したプライベートWi-Fiや5G技術を利用したワイヤレス体験をユーザーに提供すること。


衛星画像

高解像度の画像(16K×16Kピクセルなど)を合理的な時間で地球の隅々まで撮影して送信すること。


民生用電子機器

デバイス内で送信、管理、保存される電子信号の量を減らし、メモリ、インターフェース、サイズ、消費電力を削減すること。

    

他にもたくさんのアプリがあります! 


動画圧縮の仕組みは?

簡単に言うと、動画データを画素情報の大きなストリームから、より効率的なビットストリームに変換したいということです。


ほとんどのアルゴリズムでは、主に3つのステップを使用しています。

1.

情報の相関関係

画像の画素を再編成して、エントロピー符号化の効率化を容易にしたり、データを並べ替えたり、データを分類したり、...そのもっともポピュラーなメカニズムとしては、”離散コサイン変換”(DCT)や”離散ウェーブレット変換”(DWT)などです。

2.

エントロピー符号化

冗長な情報をビットにコード化して小さくします。簡単に言うと、トマトの画像があるとしましょう。ここでは、アルゴリズムは最も短いコードを非常に頻繁に現れる赤に割り当てますが、あまり頻繁に現れない色にははるかに長いコードが割り当てられます。これにより、最終的なコードを全体で最小化することができます。

3.

レート制御

ここでは最終的にロッシー圧縮とロスレス圧縮を区別します。目標とする圧縮率や目標とするビットレートに応じて、最適な結果を得るために最も関連性の高いデータのみを保持します。


正しいビデオコーデックを選択するには?

それぞれ違う目的をまかなう多くのコーデックが存在するので、最も重要なことは、まず自分のニーズと解決したい課題を見極めることです。良いコーデを見つけるのは簡単です。  


JPEG, MPEG2, MPEG4, JPEG 2000, JPEG 2000 ULL, HEVC, TICO, VP9, AV1, JPEG-XS, TICO-RAW, FlinQなど。  


...しかし、困難なタスクは、あなたの要件に合ったコーデックを見つけることです。いずれにしても、あなたのオプションを評価するために、intoPIXのような圧縮の専門家に連絡することが常に最善です。

製品に動画圧縮をどのように実装していますか?

既にボードに組み込まれているCOTSコーデックを入手することもできますし、ソリューションをカスタマイズしてからプラットフォームを選択することもできます:FPGA上で実行することもできますし、ASICに組み込むこともできますし、GPUやCPUでのソフトウェアベースで使用することもできます。

動画圧縮をいつも使わないのはなぜ?

実際、圧縮は思ったよりも頻繁に使われています。 

これは、特にエンドユーザー向けのアプリケーションの場合に顕著です。しかし、プロ用機器の多くは、品質の損失と遅延の恐れから、いまだに非圧縮ビデオに依存しています - 今日の超低遅延、ロスレス品質のビデオコーデックの利用可能性を考えると、これは不当です。しかし、最終的には、HDR、4K、および8Kビデオの危機に瀕して、昔から非圧縮ビデオだけを扱っていた放送局でさえ、今では、TICOやTICO-XSのような軽量圧縮技術を採用し始めています。ラインベースの遅延とロスレス品質のおかげで、非圧縮と同じように動作しますが、必要な帯域幅は(最低でも)6分の1の帯域幅しかありません。


まだ圧縮されていないビデオを使用していますか?圧縮がどのようにしてビデオ伝送を簡素化し、大幅なコスト削減につながるかについては、当社までお問い合わせください。

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