動画の基礎知識

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Avidmux 動画の基礎知識

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パソコンの性能が飛躍的に向上し、ミドルレンジのパソコンでも動画の編集作業が行えるようになったとは言え、動画編集は画像編集よりも更にマシンスペックが顕著に作業へ反映されるので、可能な限りハイスペックなマシンの使用を推奨。


square コーデックとファイル形式

混同しやすいのがコーデックとファイル形式。混同していてもある程度は辻褄が合うので余計にややこしいが、動画を扱う上で 先ず知っておくべき事項。

コーデック

コーデックは圧縮・復元プログラムの総称で、ファイルの形式を左右するプログラム。

Windows標準搭載のメディアプレーヤーで動画再生時に「コーデックがインストールされていないので再生できません。」という内容のメッセージが出る 場合があるが、この現象はメディアプレーヤーが対象の動画を復元するコーデックを持っていない時に発生する。

コーデックは国際規格に準じたものから独自仕様のものまで様々な種類があり、それぞれに特色がある。
動画で使用される代表的なビデオコーデックはMPEG-1、MPEG-2、MPEG-4/AVC(H.264)、DivX、WMVなどで、動画の高画質化 とともに主流のコーデックも変わっている。

ビデオの3倍モードと同等の画質と言われるMPEG-1は、画質を犠牲にしてファイルサイズを抑えたもので、以前は最も汎用性のある形式だった。
次に登場したMPEG-2はDVD Videoで使用されているコーデックで、基本はMPEG-1と変わらないが画質が向上しており、地デジで使用されているのもMPEG2になる。

現在主流となっているコーデックはMPEG4 AVC(H.264)で、MPEG4、AVC、H.264など呼び方は異なるが全て同じもの。
高画質で圧縮率も高く、低ビットレートから高ビットレートまで対応しており、Blu-Rayや最新のデジタルビデオカメラなどで採用されている一方、地デジのワンセグ放送でも採用されており、MPEG2の2〜3倍の圧縮率があり、画質は2倍向上しているらしい。

DivXはDivX社が開発したMPEG-4をベースにしたコーデックで、高画質・高圧縮率を実現している。

WMVはマイクロソフト社の高画質・高圧縮率の独自コーデックで、Windows環境ではポピュラーな動画形式。

可逆圧縮と非可逆圧縮

コーデックによるデータの圧縮には2通りあり、1つは圧縮したデータをオリジナルと全く同じ状態に復元する可逆圧縮。もう1つは圧縮したデータをオリジナル通りに復元できない非可逆圧縮。

前述のMPEG2やMPEG4、WMVなどは全て非可逆圧縮で、画質に及ぼす影響が少ないデータを削ぎ落してデータを圧縮する。圧縮率を高めれば削ぎ落とされるデータ量が増加するため、ファイルサイズは小さくなるものの画質が劣化することになる。
500MBのオリジナルデータをMPEG2にエンコード(圧縮)した場合、ファイルサイズが200MBのものと100MBのものでは、当然ながら 200MBの方が理論的に画質は向上する。また、AVC/H.264でエンコードしたファイルサイズ100MBのものと200MBのMPEG2ファイルで比較すると、AVC/H.264の画質は同等か同等以上になる。

オ リジナルデータを完全に復元する可逆圧縮にはHuffyuvというコーデックがあり、無圧縮データよりもファイルサイズは小さくなるものの、非可逆圧縮と 比較するとファイルサイズは無圧縮に近い。オリジナルデータを損ねないという点では非常に優れているが、ファイルサイズの大きさと汎用性の面では非可逆圧 縮コーデックに及ばない。

ファイル形式

動画ファイルは基本的に動画と音声から構成されており、これらのファイルを一つの容器(コンテナ)に入れたものが、コンテナフォーマットと呼ばれるファイル形式になる。
代表的なフォーマットがAVI(Audio visual Interlace)で、拡張子は「.avi」。他にもオープンフォーマットのMKV(Matroska Video)、MAC環境で多く見られるMOVなどがある。

同じマグカップでも中身がコーヒーやオレンジジュースに変わるのと同様、同じAVIファイルでも中に入っている動画のコーデックは様々で、MPEG1やMPEG2、MPEG4、WMVなどは全てAVIに格納できる。
見た目はAVIで同じでも、再生できるファイルとできないファイルがあるのは使用されているコーデックが異なるためで、AVIファイルに格納されているコーデックにプレーヤーが対応していないのが原因。
また、ファイル形式はコンテナフォーマットだけではなく、MPEG1・MPEG2は「.mpg」「.mpeg」、WMVなら「.wmv」など各コーデックを使用したファイルは独自の拡張子も持っている。

余談だが特殊な拡張子を持っている動画ファイルが再生できない場合、動画のコーデックを調べて拡張子を変更すると再生できる場合がある。
一例としてDVD-Videoフォーマットの中に入っている「.VOB」という拡張子のファイルは、ウインドウズメディアプレーヤーで再生できないが、拡 張子を「.mpg」に変更することで再生可能になる。ただし「.avi」に変更すると開くことはできるが再生はできない。

エンコード

エンコードとは単純に「変換」のこと。
MPEG2のファイルをMPEG1にしたり、WMVのファイルをMPEG2にしたりと、コーデックやファイル形式の変換処理をエンコードといい、エンコードを行うハードウェアやソフトウェアをエンコーダーという。

多くの動画編集ソフトはコーデックやファイル形式を変換しなくても、編集後したファイルを書き出す際にエンコードを行うため、MPEG2やMPEG4など非可逆圧縮のコーデックを使用したオリジナルデータを編集すると、多少なりとも確実に画質は劣化する。

エンコーダーフリーソフト
XMedia Recode

Freemake Video Converter

オーサリング

DVD-Rのブランクメディアに動画ファイルをコピーしてもDVDプレーヤーでは再生できない。
動画ファイルをDVDプレーヤーで再生するためには、再生する動画を使用してDVD-Videoという1つのコンテンツに仕上げる必要があり、この作業をオーサリングという。
当然ながらオーサリング作業にはエンコードも含まれ、HD画質で撮影したビデオでもDVDにすると720 x 480 のSD画質になってしまう。

DVDにデジタルハイヴィジョンを保存できるAVCRECは、DVD-Video形式とは全く異 なる仕様のため、通常のDVDオーサリングソフトでは対応できない

DVDオーサリングフリーソフト
DVD Styler


square 解像度

プリンタの仕様表にある解像度は「5760 x 1440 dpi」、液晶モニタの仕様表には「1920 x 1080」。同じ解像度という言葉を使用してるが、その意味しているところは同じようで同じではない。

解 像度とは「画素の密度」を表しており、大きさを表すものではない。100個の点を10cmの間に並べると点の間隔は1mmになり、500個の点を並べると 0.2mmになる。どちらが精細かといえば500個の点を並べたほうが精細な描写が可能になる。また、500個の点を1mm間隔で並べると50cmの大き さになる。双方とも1mm間隔で並べた場合、密度は同じなので画質も同等になる。

画質の解像度

画質の解像度とはドット(点)が1インチ(25.4mm)にいくつ並んでいるか(いくつのドットに分割されているか)を基本としたdpi(ドット・パー・インチ)という単位を使用する。
パソコンで取り扱う画像データは96dpiのものが多いが、家庭用インクジェットプリンタは1440dpiとケタ違いの解像度を持っている。
画像データの1ドットは色の階調を持っているため1画素=1ドットで表現できるのに対し、印刷物のドットは1色しかないので1画素を複数のドットで表現す る必要がある。一般的には画像データの3倍程度の解像度になるようなので、1440dpiは画像データにすると480dpi程度になる。

最近はやたらと画素数を上げたデジカメが出回っているが、A4用紙に印刷する場合400万画素もあれば十分な画質が得られるわけで、それ以上の画像をデータを用意しても上記のようにプリンターが対応しきれない。

画面解像度

モニタの解像度はドットではなくピクセルを使用し、画質の解像度と同様にピクセルが1インチにいくつ並んでいるか(画素密度)を基本としたppi(ピクセル・パー・インチ)という単位になる。

画素数が1280x1024でモニタのサイズが17インチの場合、画素密度は96ppi。同じ画素数でモニタが19インチになると画素密度は86ppiになり、この場合は17インチのモニタの方が精細度が高くなる。
また、1920x1080のフルHDでモニタサイズが 24インチだと92ppi。同じくフルHDサイズの大型液晶テレビ55型の場合は40ppi。
高画質を謳う大型液晶テレビの画像密度は低くなるが、55型の推奨視聴距離は2.0mなので視聴の際には問題がない。ちなみに4Kテレビといわれる3840x2160で84型の次世代テレビは52ppi。推奨視聴距離は1.6mになっている。

画像の拡大

下の左図は200x150ピクセルの画像で、それを400x300ピクセルに拡大して200x150の範囲で切り取ったものが右図。
見ての通り左図の方が高画質だが、どちらも解像度は72dpi。つまり拡大前も拡大後も1インチに72個の点が並んでいるのでドットの密度は同じ。
元画像の大きさを2倍にすると普通ならドット密度が下がるが、プログラムは指定されたdpiを保持するために足りない情報を元画像から算出して補完するので、拡大率が上がるほど画質に締まりがなくなり、ボケたようになる。

DVDtoMovie22  DVDtoMovie23

アップスケーリング

前述のように画像を拡大する際には不足している情報を補完する処理が行われ、この拡大処理をアップスケーリングという。
テレビがHD画質になりアップスケーリングの重要性が一挙に高まった。
パソコンでDVDを再生してフルスクリーン表示にした場合と同じで、DVDはSD画質のためHDのテレビで普通に再生すると画質の粗さが目立ってしまう。 ただ、未だに市場はDVDのシェアが高く、HD画質のBlu-rayは普及しきれていない。
当然、購入したテレビで再生されるのは地デジ放送とDVDの可能性が高く、「地デジはきれいに映るのにDVDを再生するときれいに映らない」という現象が 起こる。当たり前のことなのだが、「きれいに映らない」=「ダメなテレビ」というレッテルが貼られるのは目に見えているため、テレビの製造メーカーは単に 拡大処理をするアップコンバーターに、独自の技術を施してよりHD画質に近い画質にするアップスケーリングを行なっている。

DVDで映画などを観る機会が多く、画質にこだわるのであれば、テレビを購入する際にはDVDを再生して見え方を比較するのがベスト。


square ビットレートとフレームレート

動画を扱うと必ず出てくるのが、ビットレートとフレームレート。
いずれもファイルサイズと画質に直接影響を及ぼす部分なので知っていると重宝する。

ビットレート

ビットレートは1秒間に送受信するデータ量を表しており、 単位は「bps」または「kbps」。
単純にビットレートが高ければ1秒間に多くの情報を送ることができ、その結果として描写の精細さが向上して高画質になる。
ただし、ビットレートの値が高くなれば、比例してファイルサイズも大きくなる。

画質・音質とファイルサイズは比例するため、それらを踏まえてビットレートは決定すべきだが、 実際には可変ビットレートや2Pass可変ビットレートを使用するため、ファイルサイズの予測は難しくなる。

  • 固定ビットレート(CBR)
文 字通りビットレートが固定されてしまうため、転送データが少ないときは無駄が発生し、データが多いときは不足する可能性がある。不足が発生すれば画質 が落ちるため、固定ビットレートを使用する場合は高めの設定にした方が無難だが、無駄にファイルサイズが大きくなってしまう。
  • 可変ビットレート(VBR)
転送する情報量に合わせてビットレートが変化する ために無駄がない。最小ビットレートと最大ビットレートを指定して、その範囲内で可変させるものもあり、固定ビットレートと比較すると同じファイルサ イズであれば可変ビットレートは品質が向上する。
  • 複数パス可変ビットレート
2pass可変ビットレートの場合、初めにデータを読み込んで解析(1pass)し、それ に応じてビットレートを可変させる(2pass)方式。可変ビットレートよりも効率的で、品質の向上と圧縮率の向上を期待できるが、工程が増える分だけ時間がかかる。

DVD-Video形式での最高画質は9800kbps(9.8Mbps)で、このビットレートでは片面一層のDVD(4.7GB)に1時間程度の 動画しか保存できない。一般的には4000kbpsがDVDの標準的な画質だったが、テレビのHD化に伴い映画などのDVDは片面二層を使用してビット レートを上げて画質を向上させている。

DVDはSD画質(標準画質)の最高ビットレートは9.8Mbps。ハイビジョンを謳う地デジの最高ビットレートは15Mbps。フルHDのBlu-rayは54Mbps。
数値だけ見るとDVDとBlu-rayには雲泥の差がある。無論、DVDと地デジでもその差は歴然。このSD画質とHD画質の差を埋める技術が前述のアップスケーリングになる。

フレームレート

フレームレートは1秒間に表示させるフ レームの数を表し、単位は「fps」。
動画はパラパラ漫画と同じで、一枚一枚の絵が連続して映し出されており、その一枚の絵に相当するのがフレームになる。

テレビやDVDなどは29.97fpsで、1秒間に約30枚の絵が表示されており、地デジのワンセグで15fps、デジタルハイビジョン(地デジ)は60fps。
フレームレートは数値が高いほどなめらかな動きを実現するが、当然、数値が上がるとファイルサイズも大きくなる。

動画編集ソフトの多くはビットレートとフレームレートの両方を設定でき、プリセットで用意されている設定はVBRでビットレートを調整するものが多いが、中にはFreenake Video Converterのように可変フレームレート(VFR)を使用するものもある。
VFRでファイルサイズ圧縮すると、動画全体の動きが悪くなるため、編集後に動画の滑らかさが欠けているようであれば、フレームレートをオリジナルデータと同じ数値にすることで解消する可能性がある。
ただし、オリジナルデータよりフレームレートを上げても無駄にファイルサイズが膨らむだけで、オリジナルよりも動きが滑らかになることはない。




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