MPEGの魔法

著者: ゆずねり
イラスト: 参号
デザイン: しらうた
発売日: 2025年11月15日
判型: A5
ページ数: 72ページ

基本情報

フルHD映像を非圧縮で保存すると、1秒間で約190MB、1時間では約680GBものデータ量になります。

ところが現代では、スマートフォンからSNSへの動画アップロードは数秒で完了し、Netflixでの映画ストリーミングは途切れることなく再生され、ビデオ会議で世界中の人々と顔を合わせて会話できます。この当たり前の光景の裏には、映像データを劇的に小さくする「魔法」のような技術「MPEG」があります。

1980年代後半、約650MBのCDに映画を収録するという夢物語から始まったMPEGの圧縮技術の仕組みと、誕生から現代までの物語をたどります。

第1章映像圧縮の歴史
- 映画のはじまり
  - 35mmフィルムと映写機の誕生
  - サイレント映画からトーキー映画へ
  - 白黒映画からカラー映画へ
  - ワイドスクリーンの登場
  - サラウンド音響の発展
- テレビのはじまり
  - 世界のアナログ放送規格
  - ビデオ録画技術の誕生
  - 家庭用ビデオ規格戦争
- MPEGのはじまり
  - テレビ会議から始まった映像圧縮
  - CD規格がもたらしたMPEGの誕生
  - MPEG-1の登場
  - MP3が開いた音楽配信
- デジタル放送と高画質メディア
  - MPEG-2の登場
  - DVDの登場
  - デジタル放送への移行
  - HDTVの普及
- インターネット映像時代の幕開け
  - Flash VideoとWeb映像配信
  - MPEG-4の登場
  - H.264/AVCの登場
  - 次世代光ディスクの規格競争
  - コーデック戦争の終焉
- 4K時代と次世代コーデック
  - H.265/HEVCの登場と特許問題
  - オープンコーデックの台頭
- 映像技術の進化と継承
第2章映像と音声のデジタル表現
- 映像を構成する三つの次元
  - 空間次元
  - 時間次元
- アナログ信号の仕組み
  - 走査線
  - インターレース方式
  - プログレッシブ方式
- デジタル信号の仕組み
  - 標本化
  - 量子化
- データ量とビットレート
  - 非圧縮映像のビットレート
  - 非圧縮音声のビットレート
  - ビットレート制御
第3章映像圧縮の原理
- 映像が持つ冗長性
  - 空間的冗長性
  - 時間的冗長性
  - 統計的冗長性
- 空間的冗長性の削減方針
- 色空間の変換
- クロマサブサンプリング
- 離散コサイン変換
- 量子化
  - 量子化テーブル
  - 空間的マスキング効果
- ランレングス符号化
- 可変長符号化
- 時間的冗長性の削減方針
- フレーム間予測技術
  - Iフレーム
  - Pフレーム
  - Bフレーム
  - GOP
- 動き補償
  - エンコーダー側の例
  - デコーダー側の例
  - マクロブロック
  - 動きベクトルの算出
  - 残差の計算と符号化
- コンテナとコーデック
  - コンテナフォーマット
  - コーデック
  - コンテナとコーデックの関係
第4章 MPEG-1
- 開発の背景
- MPEG-1 Part 1（Systems）
  - Program Stream
  - タイムスタンプによる同期
- MPEG-1 Part 2（Video）
  - 解像度とフレームレート
  - マクロブロックとブロック構造
  - 動き補償の仕様
- MPEG-1 Part 3（Audio）
  - Layer I
  - Layer II
  - Layer III
- MPEG-1の限界
  - 解像度の制約
  - インターレース映像の非対応
  - ビットレート制御の制約
- MPEG-1の功績
第5章 MPEG-2
- 開発の背景
- MPEG-2 Part 1（Systems）
- MPEG-2 Part 2（Video）
  - インターレース映像対応
  - フレームDCTとフィールドDCT
  - 動き補償の拡張
  - デュアルプライム予測
  - 量子化マトリクスと適応量子化
  - プロファイルとレベル
- MPEG-2 Part 3（Audio）
- MPEG-2 Part 7（Advanced Audio Coding）
- 幻のMPEG-3
- MPEG-2の限界
  - イントラ符号化の制約
  - 動き補償精度の制約
  - エントロピー符号化の制約
  - HD解像度での効率低下
  - インターネット配信への制約
- MPEG-2の功績
第6章 MPEG-4
- 開発の背景
- MPEG-4 Part 2（Visual）
  - 動き補償の高度化
  - Global Motion Compensation
  - 符号化ツールの改良
  - MPEG-4 Visualの実装例
  - 技術的成果と課題
- MPEG-4 Part 3（Audio）
- MPEG-4 Part 14（MP4 file format）
- MPEG-4 Part 10（Advanced Video Coding）
  - 予測技術の高度化
  - デブロッキングフィルター
  - CABAC/CAVLCエントロピー符号化
  - プロファイルとレベル
- H.264/AVCの限界
  - 並列処理の制約
  - マクロブロックサイズの制約
  - エントロピー符号化の制約
- MPEG-4の功績
第7章次世代映像圧縮技術
- 4K時代の標準コーデックH.265/HEVC
  - H.265/HEVCの技術的革新
  - H.265/HEVCの課題
- ロイヤリティフリーに挑戦するAV1
  - AV1の技術的革新
  - AV1の課題
- 究極の圧縮効率を追求するH.266/VVC
  - H.266/VVCの技術的革新
  - H.266/VVCの課題
- 映像圧縮技術の未来

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