ビデオ圧縮方式について。Motion JPEGなど４つの方式をご紹介

ビデオ圧縮方式について

標準的なビデオ圧縮方式には、Motion JPEG、MPEG-4、H.264、H.265の4つの方式があります。
より圧縮効率の高い方式を選択することで、画質を維持したままストレージ容量を減らすことが可能となります。
圧縮効率は以下の順で高くなります。

Motion JPEG　＜　MPEG-4　＜　H.264 ＜ H.265

Motion JPEG、モーションジェイペグ（M-JPEG、エムジェイペグ）

Motion JPEGは、JPEG画像をパラパラマンガのように次々と表示して動画とする方式です。（図1）
Motion JPEGの利点は、JPEG圧縮以外の圧縮がなく、画質が劣化しないという点です。
反対に欠点は、完全な画像の連続であるため、ビデオ圧縮技術を利用してデータを圧縮できないことです。その結果、MPEG-4やH.264と比較して、同じ画質の画像を生成するのにMotion JPEGの方が、ビットレートが高くなります。

図1．Motion JPEGの送信画像データ

Motion JPEGのフォーマットでは、上記のシーケンスに含まれる3つの画像を符号化して個々の独立した画像（Iフレーム）として送信します。

MPEG-4（エムペグフォー）

ビデオ監視アプリケーションにおけるMPEG-4とは、一般的にMPEG-4 Part 2、またはMPEG-4 Visualのことを指します。フレーム間符号化という方法を使用しビデオデータの量を減らします。この方法では、基準となる画像（Iフレーム）を符号化し、それ以降の画像（Pフレーム）は、Iフレームと比較して変化している部分のみを伝送します。（図2）

H.264（エイチドットニーロクヨン）

H.264は、MPEG-4 Part 10 AVC（Advanced Video Coding）とも呼ばれる最新のMPEG規格です。MPEG-4と同様にフレーム間符号化を使用します。H.264は画質を損なうことなく動画のデータサイズを削減でき、Motion JPEGと比較して80%以上、MPEG-4と比較して50%以上削減することができます。H.264を使用すると、ビデオデータが使用する帯域幅や保存用のストレージ容量を大幅に抑えることが出来ます。

図2．MPEG-4、H.264の送信画像データ

基準となる画像（Iフレーム）を送信し、それ以降の画像（Pフレーム）は、最初の画像と比較して変化している部分（この例では「人」）のみ送信されます。Iフレームが送信される間隔はカメラ毎に異なり、また、設定により変更可能です。

H.265（エイチドットニーロクゴ）

H.265は、HEVC（High Efficiency Video Coding）と呼ばれていて、「H.265/HEVC」とよばれることが多いです。H.265は圧縮技術の適正化が進められており、H.264と比べて約2倍の圧縮能力を備えています。
つまり、「H.265」は「H.264」の半分のファイルサイズ・ビットレートで同等の画質を実現できます。
この為、携帯端末向けの動画フォーマットに利用が開始され始めています。

また、H.264に比べて4Kから4倍の8K（UHD 8192×4320）までの解像度に対応できるようになり、フレームレートも、60fpsから300fpsまでサポート可能になりました。この理由は、前述したように圧縮率の適正化にあります。

H.264では、画面全体を細かくブロック化し変化した部分のみを送ります。つまり、大きく変化したブロックも比較的変化の少ないブロックも、同じ細かいブロックで送ることになります。
H.265では、細かいブロックとして固定しないで、大きく変化したブロックは細かく、比較的変化の少ないブロックは大きいブロックとすることで、圧縮率の適正化を行い全体の情報量を削減することを可能としました。（図3）

図3．H.265の送信画像データ

 
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