動画圧縮のしくみ

VLD 逆量子化 IDCT 動き補償

 JPEGに似ている
› (注)かなり簡略しています

 フレーム間で差分を取る
› 時間的に順方向だけでなく逆方向、両方向もあ
る。天野さんの資料参照
 フレーム間で動きを検出する
› 動きベクトルの検索精度(範囲、正確性)が画質に
影響を与える
 フレーム間で発生符号量を制御する
› ビットレート制御(CBR/VBR)

動き予測 DCT 量子化 VLC

動き補償 IDCT 逆量子化

 ちょっと複雑
› これでもかなり簡略化してあります
 画質へのインパクトがある部分だけ後述



352 156 -55 42 7 -5 0 0 35 15 -5 40 0 0 0 0

134 -75 39 -10 4 -1 -3 0 13 -7 3 -1 0 0 0 0

80 -31 11 4 2 0 0 0 8 -3 1 0 0 0 0 0

28 15 -2 1 2 1 0 0 2 1 0 0 0 0 0 0

17 2 -1 1 -1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3 1 -1 0 0 0 0 0 10で除算 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3,087 Bytes 166,063 Bytes

圧縮率が高い＝量子化がんばりすぎ
ちなみにBitmap(24bit)だと 298,116 Bytes

 フレーム内符号量割り当て
› 注視部分に多くのデータ量を割り当てる
 画面中央部
 ゆっくり移動する物体
 フレーム間符号量割り当て
› ピクチャタイプごとに割り当てるデータ量を調
整する
 キーフレームは多め
› VBRは調整の幅が広い
 瞬間的なら多めに割り当てることが可能

 MPEG2 4Mbps CBR
 MPEG2 2Mbps CBR
 MPEG2 2Mbps VBR
 MPEG4AVC 2Mbps VBR

2MbpsCBR 2MbpsVBR

4MbpsCBR

今のVBR動画は「2パス」で作成しています
2パスって？
1パス目で仮符号化処理を行う
› 画面内の発生符号量分布
› シーンごとの発生符号量分布
2パス目で実際の符号化処理を行う
› 1パス目で得られた分布に基づき符号量制御

 MPEG2より高画質な理由は、
› 可変ブロックサイズ
 誤差の少ない動き予測が可能
› 周波数変換部が整数演算
 Enc/Dec間で誤差がなくなる
› 参照フレームの選択
 予測誤差の少ないフレームが選択できる
› 1/4画素予測
› イントラ予測
 キーフレームもフレーム内予測を行い発生符号量削減
› 算術符号化
 ハフマン符号化より演算量が多いが符号化効率が良い
› デブロッキングフィルタ
 ブロックの境界を平滑化しノイズを抑制する

 同じ圧縮方式ならビットレートで画質が決まる
› MPEG2 2Mbps CBR < MPEG2 4Mbps CBR
 符号量の割り当てを最適化することで画質が向
上する
› MPEG2 2Mbps CBR < MPEG2 2Mbps VBR
 MPEG4AVCはBlu-rayが枯れる頃まで戦えそう
› MPEG2 4Mbps CBR ≒ MPEG4AVC 2Mbps VBR
 つまり

MPEG2 2Mbps CBR MPEG2 2Mbps VBR

MPEG4AVC 2Mbps VBR MPEG2 4Mbps CBR

bitrate

MPEG2

MPEG4

H.261 MPEG1

H.263

1990 1992 1994 1996 1999

 H.261
› ISDN用TV電話向け
› メインターゲットはQCIF(176ｘ144）、64kbps
 H.263
› H.261より符号化効率を向上させた
 半画素予測、PBフレーム、三次元VLC等
 H.263 Ver.2
› H.263の拡張規格

 MPEG(Moving Picture Experts Group)1
› 蓄積媒体に記録する用途向け
› メインターゲットはSIF(352ｘ240）、1.5Mbps
› H.261より符号化効率、ランダムアクセス性の向上
 Bピクチャ、GOP構造、半画素予測等
 MPEG2
› インターレス画像を効率的に符号化する
 フィールド構造、フィールド予測
› プロファイルとレベルによる複数のサブセットあり
 MP@ML(DVD:720x480)
 MP@HL(BS Digital:1920x1080)

 MPEG4
› 超低ビットレートからスタジオレベルまでをカバー
› H.263のベースライン規格を包含する
› プロファイルとレベルによる複数のサブセットあり
› H.263を基に符号化効率、エラー耐性を向上
 オブジェクト符号化、R-VLC等

シーケンス層 GOP GOP GOP GOP GOP

GOP層 I P B B P B B

スライス層

Y Y Cr Cb
マクロブロック層
Y Y

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