トップページ Macで始めるDTV MacでTV録画 掲示板&ML 情報ひろば MacDTV.Search
MacDTV.com
スペーサーMacで始めるDTVへ矢印入門編トップへ初級トップへ基本編トップへ中級編トップへQuick Startトップへ sitemap
   
枠 枠 枠

トップページ > Macで始めるDTV >入門編(DTV はじめの一歩) ■初級編(iMovieを中心に)基本編(Final Cut Expressを中心に)中級編(Final Cut Studioを中心に)■ クイック スタート■ >

枠 枠 枠
枠 枠 枠

1998.01.01初稿

2009.10.25改訂

枠 枠 枠
   
枠 枠 枠

ビデオの圧縮

この項では、ビデオ圧縮について解説します。ビデオ圧縮は、DTVならではの考え方であり、圧縮を理解することがひとつの大きなポイントですので、じっくり説明して参ります。

ビデオ圧縮の必要性

前項[ ■ ]では、TVの表示は、1秒間に30枚の速度で「紙芝居」をめくってゆくやりかたであることを説明しました。また、たとえば、HDビデオの場合、1枚の紙=フレームは、1920×1080ピクセルで構成されていることも説明しました。

さて、1920×1080の静止画の容量は、いくらでしょう。各ピクセルごとに、3色, 各256階調(8 bit)で色表現するとして、1フレーム当たり 6.2MBです。

デジカメ画像ファイルと比較しても、たいしたことないじゃない、と思われるかもしれません。でも、これが1秒に30フレーム必要だとすると、1秒で187MB、1分で11.2GB(DVD 3枚弱)、1時間で672GB(ちょっとしたHDD 1台分)になってしまいます。これは、ほんとうに大変なデータ量です。

我々が、DTVを楽しむときに、HDDがすぐに埋まってしまって大変だ!!、なんてレベルではなく、TV局やビデオスタジオで扱う尺(作品の長さ)を考えてみればわかります。あるいは、デジタル放送では、187MB/s=1.5Gbpsの帯域が必要になってしまい、有線のGigabit Etherでも足りません。あるいは、HDビデオの映画作品を販売するときには、1.5TBのHDDに収録しなくてはならなくなります。

B/s : Byte per second。1秒当たりのバイト数。HDDやディスクメディアの転送速度で、こういう表記がなされます。

bps : bit per second。1秒当たりのビット数。主に、通信分野で使われる単位です。

1バイト=8ビットなので、1 B/s= 8bpsで換算されます。

そんなことを考えると、何らかの方法で「データ量を減らしてやる」必要があります。この処理が「圧縮」です。

Codec

たとえば、おなじみのDVD-Video、容量4.7GB(1層式の場合)に、2時間近くのSDビデオを収録しています。2時間のSDビデオは、圧縮なしだと7.5GBになりますが、これを1枚のDVDメディアに納めるために、MPEG2という方式で「圧縮」されて収録されています。そして、DVDプレーヤ上で、圧縮されたビデオは、MPEG方式で「伸張」されて元のビデオに復元され、TVに表示されます。

デジタル放送も同様です。放送波のデータ帯域(転送データ量)を削減するために、TV局からはMPEG2圧縮されたデータが送信されます。それを、家庭で受信されたのちに伸張されHDTVでの表示がなされるのです。

これらの例で登場したMPEG2のように、「圧縮」・「伸張」を行う仕組み(圧縮伸張アルゴリズム)のことを、Codec(コーデック)といいます。Compression・Decompression(圧縮・伸長)の略です。

これらはビデオ(動画)だけに当てはまるのではありません。デジカメの静止画でも、JPEGファイルだとファイル容量が少なくてすみますよね。これは、JPEGという仕組みで「圧縮」しているからです。

Codecの例

iMovieでDTVする際に、お世話になるCodecを思いつくまま。

ビデオカメラ

AVCHDビデオカメラ

AVCHDビデオカメラで撮影されたビデオは、MPEG-4 AVC/H.264というCodecで圧縮されています。フレームサイズは、HD 1920×1080、HD 1440×1080のほか、SDビデオサイズも可能です。

HDVカメラ

HDVカメラで撮影されたビデオは、MPEG-2というCodecで圧縮されてテープ上に記録されます。フレームサイズは、HD 1440×1080のみです。

DVカメラ

DVカメラで撮影されたビデオは、DVというCodecで圧縮されてテープ上に記録されます。フレームサイズは、720×480です。

SD MPEGビデオカメラ

SDビデオカメラの中で、DVテープ以外に収録するもの、たとえば、HDDに収録したり8cm DVDに収録するビデオカメラでは、ビデオはMPEG2というCodecで圧縮されてテープ上に記録されます。フレームサイズは、720×480です。

iMovieでの編集時のCodec

iMovieでは、

HDビデオは、AVCHDビデオカメラのビデオであろうとHDVカメラであろうと、iMovieへの取り込みの際に、すべてApple Intermediate Codecに変換されます。iMovieでの編集時もApple Intermediate Codecが使われます。

SDビデオは、DVカメラであろうとSD MPEGビデオカメラであろうと、iMovieへの取り込みの際に、すべてDV Codecに変換されます。iMovieでの編集時もDVが使われます。

iMovieで編集した作品を、各種用途向けに書き出す際のCodec

DVD-Video

iMovieからiDVDに持ち込んで、DVD-Videoを作成する場合。DVD-Videoは、SDビデオを収録するための規格ですが、このビデオデータは、MPEG2で圧縮されています。ここのMPEG圧縮処理は、iDVDによってなされます。

Blu-ray Disc Video

iMovieで編集が完了したHDビデオ作品を、Toast, Encore CS, Final Cut Pro 7に持ち込めば、Blu-ray Disc Video(BD-Video)を作成できます。BD-Videoは、主にHDビデオを収録するための規格*) ですが、このビデオデータは、MPEG2かMPEG-4 AVC/H.264のどちらかで圧縮されます。

*) BD-Videoは、主にHDビデオを収録するための規格ですが、SDビデオも収録することもできます。DVD-Video並の画質だと、1枚に十時間以上のSDビデオが収録できます。

圧縮の功罪

圧縮の「功」、すなわちメリットは、いうまでもなく、データ量を削減できることです。転送レートを下げることができますし、ファイル容量も小さくできます。

一方、圧縮には「功」だけではなく「罪」、つまりデメリットもあります。

ひとつは、画質劣化を伴うこと。もうひとつは、圧縮・伸張のためにMac(やPC)に高性能を要求することです。

圧縮に伴う画質劣化

一度圧縮してそれを伸張して表示した画質と、圧縮前のオリジナルの画質を比較すると、たいていのCodecでは、程度の差はあれ画質は劣化します*)。画質劣化を伴う圧縮を「不可逆圧縮」といいますが、コンシューマ用途で用いられるCodecはすべて不可逆圧縮を行います。

*) たいていのCodecでは、...画質は劣化します。

圧縮すると、必ず画質劣化を招くわけではありません。画質劣化がゼロのCodecもあります。これらは、可逆圧縮やロスレス圧縮といいます。ロスレス圧縮での圧縮率は、せいぜい2倍(オリジナルの半分の容量)がいいところ。ですので、使用されるのはハイエンドビデオ編集のときだけです。ハイエンドDTVでは、圧縮自体を行わないSD非圧縮編集も行われています。

ビデオカメラやデジタル放送などコンシューマ用途では、2倍の圧縮程度では全く足りませんので、ロスレス圧縮は使われません。

同じCodecを使用するとき、圧縮率を高くすれば、当然ファイル容量は少なくなりますが、一方で、画質が悪くなります。圧縮率と画質は、トレードオフ(反比例)の関係にあるのです。

高性能なCodecほど、高性能なMacが必要

また、より高性能な別のCodecで圧縮するとき、たとえば、MPEGとMPEG-4 AVC/H.264とを比べたとき、MPEG-4 AVC/H.264の方が高性能なので、同じ圧縮率であれば、MPEGよりもMPEG-4 AVC/H.264の時の方が高画質です。また、同等画質を狙うならば、MPEG-4 AVC/H.264がmPEG-2よりも圧縮率を稼ぐ(=できあがったファイル容量を小さくする)ことができます。
こんな高性能な MPEG-4 AVC/H.264ですが、一方で、圧縮・伸張するためには、高性能なMac(やPC)が必要です。たとえば、MPEG-4 AVC/H.264を使用しているAVCHDビデオカメラから取り込むには、Power PC Macでは非対応で、Intel Macが必要な理由もここにあります。

編集の際に、Codecに関して注意すべき点

...といった見出しの記事を用意したのですが...。

実のところ、iMovieやFinal Cut Expressで編集する限りでは、SDビデオはDV Codecで、HDビデオApple Intermediate Codecで、と決まっていて、設定を変更しようがないので、編集時Codecに関して、編集時に気をつける点自体がありません。というか、これらソフトの位置づけが「Codecになんか気配りしなくても大丈夫ですよ」という設計思想なので、詳細設定がないのも当然といえば当然ではあります。

Final Cut Proの場合は、ワークフロー全体を考慮して、自分に最適なCodecを利用するのがキモだったりするのですが...。

ご参考)圧縮で画質劣化するというけれど

圧縮には「功」も「罪」もあり、最大の「罪」は画質が劣化することなのですが、さて、その劣化の程度は、「実用上」問題になるのでしょうか。

「画質劣化が(少しでも)あるからダメ」という論調を見かけます。でも、本当にダメなのか、つまり、「劣化の程度が「実用上」問題になる、だからダメなのか」、ここをよく考えたいものです。

こういった論調は、DTVの黎明期からありました。「DTVでは、圧縮するという。圧縮すると画質が劣化する。だから、DTVはダメ(使えない)」という論調は、それこそアナログビデオのプロからも聞こえてきていたのです。でも、ちょっと短絡的すぎるなあ,to

。「このDTVシステムで圧縮して作ったビデオは、私の用途では実用上使えない。画質が足りないとか、処理時間が長すぎるとか、コスト的にあわないとか。だからこのシステムは私の用途ではダメ」という論調だったら、ごもっともだったのですが。

私としては、まあ、確かに、iMovieでもFinal Cut Expressでも、もちろんFinal Cut Proであっても、圧縮すれば画質は劣化しているのだろう、だけど、容認できる程度だ、と考えています。あるいは、圧縮率も高く、高画質で、しかもMacの性能がさほどなくてもいい、なんて無い物ねだりしても、無いものはないのですから。iMovieで、HDビデオを編集できるなんて、それもこんなに手軽に編集できるなんて、それだけですばらしいことだと思うのです。

 

高性能なCodecほど、高性能なMacが必要

また、より高性能な別のCodecで圧縮するとき、たとえば、MPEGとMPEG-4 AVC/H.264とを比べたとき、MPEG-4 AVC/H.264の方が高性能なので、同じ圧縮率であれば、MPEGよりもMPEG-4 AVC/H.264の時の方が高画質です。また、同等画質を狙うならば、MPEG-4 AVC/H.264がmPEG-2よりも圧縮率を稼ぐ(=できあがったファイル容量を小さくする)ことができます。
こんな高性能な MPEG-4 AVC/H.264ですが、一方で、圧縮・伸張するためには、高性能なMac(やPC)が必要です。たとえば、MPEG-4 AVC/H.264を使用しているAVCHDビデオカメラから取り込むには、Power PC Macでは非対応で、Intel Macが必要な理由もここにあります。

 

伸張には、リアルタイムで伸張できるだけの能力が必要。つまり、1秒のシーンを再生するのに、伸張するのに2秒かかっていたら、お話になりませんよね。

圧縮には、伸張よりも、さらに処理能力が必要です。たとえば、iMovieやFinal Cut Expressでの取り込みの際、HDVの場合、実時間で(1秒分のシーンは、1秒かけて)FireWire経由で流れてきます。このあと、MPEG2で圧縮された状態のHDVデータをApple Intermediate Codecで変換(TransCoding)する訳ですが、変換能力が低いと、実時間では追いつかなくなることがあります。たとえば、これは、PowerBook G4上のFinal Cut ExpressでHDV取り込みをした例ですが、PowerBook G4の能力は、MPEG2→Apple Intermediate Codecへの変換を実時間処理するには足りないことがわかります。

HDVfce

 

 

なぜ、iMovieやFinal Cut Expressでは、ビデオカメラのオリジナルデータのまま、つまり、 MPEG-4 AVC/H.264 Codecで圧縮されたAVCHDや、MPEG2圧縮されたHDVのまま、編集工程で使用しないのでしょうか。この理由も、やはり、 MPEG-4 AVC/H.264 CodecやMPEGで圧縮されたデータだと、編集中の快適さが失われるからです。たとえば、ちょっとしたエフェクトをかけたりしただけで、MPEG-4 AVC/H.264 CodecやMPEGでレンダリング(再圧縮)します。また、ちょっと変えたらまたレンダリング。その際に、処理の思いMPEG-4 AVC/H.264 CodecやMPEGを使っていたら、そのたびに処理時間が必要になってしまって、編集になりません。

なので、いったん、処理の軽いApple Intermediate Codecで変換してしまって、そのあとは、編集時もApple Intermediate Codecでレンダリングする...。こうすれば、編集時の快適さが確保されます。


こうして、速度・容量の面から、なんらかの「圧縮」処理で、データ量を減らしてやらなければならないことは、お判り頂けたかと思います。
さて、DTVでの「圧縮」には大きく分けて、可逆圧縮と非可逆圧縮があります。
可逆圧縮
可逆圧縮とは、文字通り「圧縮されたムービーを伸張したときのビデオ画像は、圧縮前のオリジナルの画像と全く同一であること」。
ビデオデータも、要は、ほかのファイルと同様に、0と1のデジタル信号が並んだものです。
例えば、0101010101とか011011011011等なんらかの規則性をもった文字列を他の記号に置き換える(前者は0110に、後者は0011に、とか)、といったルールを決めておけば、データ量は削減できます(この例ではデータ量は1/3に)。
こういった処理ならば、逆の計算をすれば、元のデータを復元できます(この点から"可逆"と呼ばれます)。
StuffItやZipといったファイル圧縮ソフトでは、こういった仕組み(可逆圧縮)を利用しているのはいうまでもありませんが、DTVでの圧縮においても可逆圧縮は存在しており、圧縮されたムービーを伸張したときのビデオ画像は、圧縮前のオリジナルの画像と全く同一、画質のロスがない、という点からロスレス(Lossless)圧縮と呼ばれています。標準的なビデオ画像の場合、ロスレス圧縮だけで約1/2に圧縮可能です。
不可逆圧縮
ところで、Macで圧縮というと、StuffItとか、Zipなどの圧縮ソフト(いわゆるアーカイバソフト )を思い浮かべるかも知れません。
「アーカイバでの圧縮」と「DTVでの圧縮」とを比べてみると、

 

   アーカイバソフト DTVでの圧縮
圧縮の可逆性 可逆であることが必須 不可逆圧縮であっても許される(ことが多い)
処理スピード 処理スピード自体は
(あまり)問われない
リアルタイムの圧縮処理が要求される(場合が多い)

 

 

まさか、アーカイバで、圧縮前のファイルと圧縮後ファイルとで中身が違ってたりしたら、許されませんよねえ。例えば、6文字おきに伏せ字に変わっていたり、1(イチ)とl(エル)が似ているからと言って入れ違ってたりしたら...(笑)。
ところが、DTVでは、非可逆圧縮はよく使用されます。DVもそうですし、MPEGもそう。MacやPCの世界は、可逆圧縮の方がまれです。
DTVにおいて、非可逆圧縮が許されるのは、圧縮したムービーを伸張したときのビデオ画像がオリジナルデータと(コンピュータでいうところの厳密に)一致してなければならないわけではないからです。つまり、人間の目で見たとき、圧縮前後で違いがわからなければ、まあ許容しましょう、ということですね。たとえば、デジカメ静止画のJPEG圧縮された画像を見ても、許容されていますよね。

これらはビデオ(動画)だけに当てはまるのではありません。デジカメの静止画でも、JPEGファイルだとファイル容量が少なくてすみますよね。これは、JPEGという仕組みで「圧縮」しているからです。

空間圧縮と時間圧縮
圧縮の方法には、QuickTimeがサポートしているものだけでも、20種類以上ありますが、この仕組みをもとに分類すると、空間圧縮と時間圧縮の2種類に分類可能です。

映像データは、非常に冗長性が高いです。というのは、フレーム内、フレーム間を考えてみると、
フレーム内では、あるピクセルを考えると、その近傍のピクセルの情報から近似が可能である
フレーム間では、その前後のフレームから、予測可能である
という特徴があるからです。

例えば「青空を飛ぶ飛行機」というビデオ画像を考えましょう。
青空部分をとってみると、フレーム上のあるひとつのピクセルは、その近傍のピクセルから近似が可能です。青空ですから、微妙にグラデーションがかかっているでしょうが、グラデーションは連続していますので、そのピクセルの近くのピクセルの情報から予測可能ですね。こちらが、空間型圧縮、フレーム内圧縮ともいいます。
一方、図柄としては、バックの青空部分は前後のフレームで一緒、飛行機が動いている部分だけがフレーム間で違っています。つまり、青空部分は、その前後のフレームから予測できます。こちらが、時間型圧縮、フレーム相関圧縮とも呼ばれます。
デジカメ静止画は1フレームしか持たないビデオ、ととらえることができますが、この場合、空間型圧縮(フレーム内圧縮)を行うしか手がないですね。でも、ビデオの場合、空間型圧縮(フレーム内圧縮)の加えて、フレーム間の相関を使用して、一気にデータ量を削減できる時間型圧縮を行うこともできます。
両者の特徴をまとめてみます。

 

  空間圧縮 時間圧縮
圧縮の仕組み 個々のフレーム内だけで、圧縮処理を完結させる キーフレームとの
差分により圧縮する
圧縮効率 時間型圧縮に劣る 高い
(その割に高画質を確保)
処理速度 比較的早い
リアルタイム圧縮にむいている
遅い
そのため、PostCompress
処理
とならざるをえない
編集の自由度 編集向き 自由度は低い
代表的な
Codec
・Motion-JPEG
・DV codec 
・CinePak
・MPEG
両者とも空間圧縮も併用してます。
Read more... 空間圧縮 空間圧縮 時間圧縮 時間圧縮

 

 

両者の特徴を考えると、
 ・編集段階は、空間型圧縮(M-JPEGが一般的)で行い、
 ・最終作品(完パケ)作成段階で時間型圧縮でおこなう
というやり方が、もっともむいています。

ああああああ

あああああ

ああああああああ

枠 枠 枠
枠 枠 枠
枠

入門編

枠
枠

この記事です。

枠
枠

初級編

枠
枠

記事はまだありません。

枠
枠

基本編

枠
枠

記事はまだありません。

枠
枠

中級編

枠
枠

記事はまだありません。

枠
枠 枠 枠
枠 枠 枠

前の記事

前の記事

この記事

次の記事

次の記事

[入門編]新規プロジェクトを開く

[入門編]シーンを見つける

[入門編]必要部分だけに切り抜く


関連記事

[ 入門編 ](DTV はじめの一歩)

[ 初級編 ](iMovieを中心に)

[ 基本編 ](Final Cut Expressを中心に)

[ 中級編 ](Final Cut Proを中心に)

[ クイック スタート編 ]


[入門編]■[ 初級編 ]■[ 基本編 ]■[ 中級編 ]■[ クイック スタート編 ]■の目次

枠 枠 枠

現在地

トップページ > Macで始めるDTV >入門編(DTV はじめの一歩) ■初級編(iMovieを中心に)基本編(Final Cut Expressを中心に)中級編(Final Cut Proを中心に) クイック スタート■ >

この記事のタイトル

[入門編]■[ 初級編 ]■[ 基本編 ]■[ 中級編 ]■[ クイック スタート編 ]■ AVCHDのFront Page

この記事のURL

http://www.macdtv.com/GuideToDTV/AVCHD.html

更新履歴

1998.01.01 初稿を公開しました。 当サイト開設時点から存在していた記事です。

2002.07.10 初代 Macで始めるDTVを公開し、改訂版を公開しました。

2005.10.24 大幅改訂し、[ビデオの基礎知識]編として公開しました。

2009.10.25 Macで始めるDTVのリニューアルに伴い、全面改訂を行いました。

枠 枠 枠
8577330