動画コーデック (Video Codec)

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ビデオコーデックは、ある電子回路やソフトウェア 圧縮や解凍デジタルビデオを 。 これは、圧縮フォーマットまたはその逆に生(非圧縮)デジタルビデオを変換します。 ビデオ圧縮の文脈では、「コーデック」は、「エンコーダ」と「デコーダ」のみ、通常、 エンコーダと呼ばれる圧縮-aデバイス、およびデコーダのみで解凍1の連結です。

圧縮されたデータのフォーマットは、通常、規格に準拠したビデオ圧縮規格 。 圧縮は、典型的には、 非可逆圧縮された映像は、元の映像に存在するいくつかの情報が欠けていることを意味し、。 この結果は、正確に元の映像を再構成するための情報が不足しているため、解凍された映像は、元の、非圧縮ビデオよりも低い品質を有することです。

そこの間の複雑な関係であるビデオ画質 、(によって決定ビデオ表すために使用されるデータの量のビットレートのデータ損失及びエラー、編集、 ランダムアクセスの容易さ)、符号化および復号化アルゴリズムの複雑性、感度、およびエンドツーエンド遅延(レイテンシ)。

【歴史】 

歴史的に、ビデオは、上のアナログ信号として記憶された磁気テープ 。 頃コンパクトディスクがアナログオーディオ用のデジタル形式の代替品として市場に参入し、それはまた、デジタル形式でビデオを保存し、伝えるために実現可能となりました。 なぜなら記憶生ビデオを記録し、伝えるために必要な帯域幅を大量に、この方法は、生のビデオを表すのに使用されるデータの量を減少させるために必要でした。 それ以来、 エンジニアや数学者は、デジタルビデオデータを圧縮することを含む、この目標を達成するためのソリューションの数を開発してきました。

【アプリケーション】

ビデオコーデックがで使用されているDVDおよびビデオCDプレーヤ及びレコーダ、ビデオ放送システム、パーソナルコンピュータ、および他の種々の用途。 特に、それらが広く、高データボリュームと非圧縮ビデオの帯域幅で実現可能ではないかもしれない映像を記録または送信用途で使用されています。 例えば、それらは、で使用されている手術室で、手術を記録するために、 IPベースのセキュリティシステム、など遠隔操作車両でのROVとのUAV 。

【ビデオコーデックの設計】

ビデオコーデックは、デジタル形式で設定された基本的にアナログデータを表現しようとしています。 なぜなら表すアナログビデオ信号の設計のルマ別々に色情報を、コーデック設計の画像圧縮において一般的な最初のステップは、代表して画像を保存するのYCbCr色空間。 変換YCbCrのは、 2つの利点を提供します:まず、それは色信号の非相関を提供することにより、圧縮率が向上します。 第二に、分離輝度から、知覚的にはるかに重要である信号を、 クロマ少ない知覚的に重要であり、より効率的なデータ圧縮を達成するために、低解像度で表すことができる信号。 Cbの:Crの次のようにYこれらの異なるチャネルに格納された情報の比率を表すことが一般的です。 詳細については、次の資料を参照してください: クロマサブサンプリングを 。
異なるコーデックは、異なる使用クロマサブサンプリング 、その圧縮のニーズに適切な比率を。 2:WebとDVD用のビデオ圧縮方式は、4の利用する0カラーサンプリングパターン、及びDVの標準は、4使用:1:1サンプリング比。 1:1(珍しい)、4:2:2と4:4:4比で、はるかに高いビットレートを機能するように及び図3にポストプロダクション操作サンプルの色情報をより多くの量を記録するように設計された専門のビデオコーデック。 これらのコーデックの例としては、 パナソニックのDVCPRO50およびDVCPROHDコーデック(4:2:2)、その後、ソニーのHDCAM-SR(4:4:4)またはパナソニックのHDD5(4:2:2)。 アップルののProRes 2:2色空間4内のHQ 422コーデックもサンプル。 4で複数のコーデックサンプル:4:4のパターンも同様に存在するが、あまり一般的であり、およびポストプロダクションハウスで内部的に使用される傾向があります。 また、ビデオコーデックは、同様にRGB空間で動作することができることは注目に値します。 アンダーサンプリングすることができるので、単に青チャネルを行うにはあまり知覚的動機があるので、これらのコーデックは、異なる比率で、赤、緑、および青のチャネルをサンプリングしていない傾向があります。
空間的および時間的なある量のダウンサンプリングは 、基本的な符号化処理前の生データレートを低減するために使用されてもよいです。 変換最も人気のあるような8×8である離散コサイン変換 (DCT)。 使用作るコーデックウェーブレットは 、特にを扱う伴うカメラのワークフローで、市場に参入している変換RAWモーションシーケンスの書式イメージ。 変換の出力は、最初に量子化し、 エントロピー符号化は、量子化された値に適用されます。 DCTが使用されている場合、係数は、一般的に使用してスキャンされ、ジグザグスキャン順を、典型的にはエントロピー符号化は、単一のシンボルに次の非ゼロ量子化係数の値が連続したゼロ値量子化された係数の数を組み合わせました、また、残りの量子化係数値の全てがゼロに等しいときを示すの特別な方法を有します。 エントロピー符号化方法は、典型的には、使用する可変長符号化テーブル 。 いくつかのエンコーダは遅いが、潜在的により良い品質の圧縮を実行する(例えば、2パス) nパスエンコードと呼ばれる複数のステップのプロセスでビデオを圧縮することができます。
復号化プロセスは、可能な限り、符号化処理の各段階の反転を行うから成ります。 正確に反転することができない1段階は、 量子化ステージ。 そこに、反転のベストエフォート近似が行われます。 量子化は、本質的に非可逆過程であるが、プロセスのこの部分は、多くの場合、「逆量子化」または「逆量子化」と呼ばれています。
このプロセスは、一連のように、ビデオ画像を表すことを含むマクロブロック 。 ビデオコーデック設計のこの重要なファセットの詳細については、 Bフレームを 。
ビデオコーデックの設計は、通常、標準化や、最終的に標準化された、すなわち、正確に公表された文書で指定となっています。 しかし、唯一の復号化プロセスは、相互運用性を可能にするために標準化される必要があります。 符号化プロセスは、典型的には、標準では全く指定、および実装は、しかし、彼らは限りビデオが指定した方法で復号することができるよう、必要な彼らのエンコーダを設計することは自由であるされていません。 この理由から、同じビデオコーデック規格を使用する異なるエンコーダの結果をデコードして生成されたビデオの品質は別のエンコーダの実装から劇的に変化することができます。

【一般的に使用されるビデオコーデック】

ビデオ圧縮形式の様々なPC上及び家電機器内に実装することができます。 複数のコーデックが互換性の理由のための単一の支配的なビデオ圧縮形式を選択する必要がなくなり、同じ製品で利用できるようにすることが可能です。
公的文書化や標準化のほとんどのビデオでの映像圧縮フォーマットが異なる人々によって作られた複数のエンコーダを使用して作成することができます。 多くのビデオコーデックは、それらへの互換性が高まり、共通の、標準的なビデオ圧縮形式を使用します。 それらはすべて使用しているため、例えば、ビデオは、このようにFFmpeg MPEG-4やDivXのProコーデックなどの他の標準的なMPEG-4パート2コーデックを使用して、(再生)などXvidのよう2コーデックがデコードすることができる標準的なMPEG-4パートで作成します同じビデオフォーマット。
いくつかの広く使用されているソフトウェアコーデックは、彼らが実装しているビデオ圧縮フォーマットでグループ化され、以下に記載されています。

【H.265 / MPEG-H HEVCコーデック】 

  • x265:265ビデオ規格のGPLライセンスの実装。 x265は唯一のエンコーダです。

【H.264 / MPEG-4 AVCコーデック】 

  • x264:264ビデオ規格のGPLライセンスの実装。 x264のが唯一のエンコーダです。
  • ネロデジタル:によって開発された商業用MPEG-4 ASPとAVCコーデックNero AG社 。
  • QuickTime264によって解放H.264の実装アップル。
  • DivX Proコーデック:264デコーダとエンコーダは、バージョン7で追加されました。

【H.263 / MPEG-4パート2のコーデック】

  • DivX Proコーデック: 独自製のMPEG-4 ASPコーデックはDivX、の
  • Xvid: フリー / オープンソースの MPEG-4 ASPの実装は、もともとOpenDivXプロジェクトに基づきます。
  • FFmpegMPEG-4オープンソースに含まlibavcodecのような多くのオープンソースのビデオプレーヤー、フレームワーク、編集者およびエンコーディングツールでデコードやエンコードのためにデフォルトで使用されるコーデックライブラリ、 MPlayerに 、 VLC 、 ffdshowのかのGStreamer 。 Xvidのか、のDivX Proコーデックのような他の標準のMPEG-4コーデックに対応しています。
  • 3ivx:3ivx技術によって作成、商業のMPEG-4コーデック。

【H.262 / MPEG-2コーデック 】

  • x262:262ビデオ規格のGPLライセンスの実装。 x262は唯一のエンコーダです。

【マイクロソフトのコーデック】 

  • WMVWindows Mediaビデオ):WMV 7、WMV 8、およびWMV WMVの最新世代によって標準化された9を含む独自のビデオコーデック設計のMicrosoftの家族SMPTEとしてVC-1規格。
  • MS MPEG-4V3独自のではなく、MPEG-4 、Microsoftによって作成された準拠のビデオコーデック。 Windows Mediaツールの一部 Aは、マイクロソフト社のMPEG-4V3コーデックのバージョンをハッキングとしてリリースとして知られるようになったDivX 😉

【グーグル(On2の)コーデック】

  • VP6、 VP6-E  VP6-S  VP7 、 VP8 、 VP9 :によって開発された独自の高精細映像圧縮フォーマットやコーデックOn2のようには、Adobe Flash Player 8以上は、Adobe Flash Liteでは、JavaのFXや他のモバイルなどのプラットフォームで使用される技術とデスクトップビデオ・プラットフォーム。 720と1080までの解像度をサポートします。 VP9は2160pまでの解像度をサポートしています。 VP8とVP9は下の利用されてきた新BSDライセンス libvpx VP8 / VP9コーデックSDKとして利用可能なソースコードでGoogleによる。
  • libtheoraリファレンス実装のTheoraのが開発した映像圧縮フォーマットorg財団はOn2 Technologies社に基づいて、 VP3のコーデック、およびVP3の系統で後継者としてのOn2によって洗礼。 Theoraのはと競合を対象としてMPEG-4ビデオと同様の低ビットレートの映像圧縮方式。

【ロスレスコーデック】

【他のコーデック】

  • アップルのProRes:アップル社が開発した非可逆映像圧縮フォーマットです
  • シュレーディンガーディラック研究:の実装ディラック BBCでBBCの研究によって開発された圧縮フォーマット。 ディラックは、までのWebビデオからビデオ圧縮を提供し、超HD以降。
  • DNxHDのコーデック:Avidのテクノロジーが開発した非可逆高精細ビデオ制作コーデック。 これは、VC-3の実装です。
  • ソレンソン3:一般にAppleので使用されているビデオ圧縮形式とコーデックのQuickTimeで多くの機能を共有し、 264 。 ウェブ上で発見多くの映画の予告編は、この圧縮形式を使用します。
  • ソレンソン・スパーク:その中で使用するためのMacromediaにライセンス供与されたコーデックおよび圧縮形式のFlash動画のFlash Player 6で始まるが、それは不完全な実装として考えられている263の標準。
  • RealVideo:によって開発さRealNetworks社 。 数年前に人気のある圧縮形式とコーデック技術は、今やさまざまな理由で重要でフェージング要出典 ]
  • Cinepak:Apple社のQuickTimeで使用される非常に初期のコーデック。
  • Indeo、古いビデオ圧縮フォーマットとコーデックは当初によって開発されたインテル 。

上記コーデックのすべては、それらの性質及び欠点を有します。 比較は頻繁に公開されています。 圧縮パワー、スピード、および忠実度(を含む間のトレードオフは、 アーティファクト )は、通常、技術的なメリットの中で最も重要な人物であると考えられます。

【コーデックパック】

オンラインビデオ素材は、さまざまなコーデックで符号化され、これはコーデックパックの利用可能性につながっている-などのPC用ソフトウェアパッケージとして入手可能なインストーラと組み合わせて一般的に使用されるコーデックの組み立て済みセットK-Liteとコーデックパック 。