圧縮比について

質問

デジタルビデオには、４２２や４１１等の圧縮比がありますが、よくわかりません。どのような規格なのか分かる方宜しく御願いします。
又、４２２はこの規格のFORMAT、４１１はこのFORMATという具体的な、規格も教えて頂けたらなぁとおもいます。

回答No.1

yoisho · ベストアンサー

はじめに、4:2:2 とか 4:1:1 というのは圧縮方式ではなくて、映像信号のデジタルサンプリング方式のことです。

さて、ヒト（をはじめとする哺乳類）の網膜には、色を感じる細胞より明るさを感じる細胞の方がはるかに多く存在し（元来夜行性であったことによると言われています。）、色よりも輝度に対してより敏感です。
そのため、ビデオ信号はアナログの時代から、限られた信号情報の中でヒトにとってより効率的に高画質な映像を保存するために、（ＹＵＶコンポーネントと呼ばれる方式では）輝度信号と色差信号に分離して、輝度信号により多くの周波数帯を割り当てて情報量を多く記録していました。

カラー映像情報を保存する際にシンプルなのは、コンピュータでおなじみのＲＧＢ方式で、単位画素の映像情報を光の三原色であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分離して処理する方法です。
これに対してＹＵＶ方式では、画素あたりの情報をＹ（輝度）、Ｕ（青と輝度の色差：Cb）、Ｖ（赤と輝度の色差：Cr）に分けて処理を行います。

前置きが長くなりましたが、現在のデジタルビデオにおいても効率的な映像情報保存の考え方は同じで、4:2:2 とか 4:1:1 といった数字は、このＹＵＶの情報量の割合を表したものです。

一般にデジタルＲＧＢ方式では、単位画素（ピクセル）あたり、ＲＧＢ各信号に対して８bit（256階調）のデータ量（計24bit）でサンプリングします。

一方でＹＵＶ方式のデジタルビデオですが、（4:4:4フォーマットでは同様にＹＵＶそれぞれに８bit（計24bit）を割り当てますが、）4:2:2ではＹ（輝度）には８bit割り当てますが、ＵおよびＶ（色差）は横方向に２ピクセルごとで平均化して８bit（輝度とあわせて計16bit）、4:1:1では横方向に４ピクセルごとで平均化して８bit（輝度とあわせて計12bit）割り当てています。

つまり、4:2:2 や 4:1:1 では、輝度に対して色情報を間引くことで、4:4:4 に比べヒトの目にはほとんど同じレベルの画質で、映像情報をより少ないデータ量で記録しているわけです。（ですから、実用上問題の無いレベルですが、厳密には色の境界が多少あいまいになっています。）

なお、4:2:0というのは、4:2:2でサンプリングした後、さらに色差情報のみ縦方向に２ピクセルを平均化（つまり、4:1:1が横４ピクセルなのに対して4:2:0は縦横２ピクセルの計４ピクセルを平均化していることになります。）する方式（4:1:1と同様に計12bit）です。

（実際には ８bit でも各情報は 256階調フルには使っていないようですが、この辺の詳しいところはスミマセンがよくわかりません。）

ということで、具体的な実際に用いられているフォーマットですが、
民生用ＤＶフォーマットは、4:1:1のフレーム内圧縮（１／５）、
SONY から発売されている MicroMVビデオカメラのフォーマットは、4:2:0の MPEG2フレーム間圧縮圧縮、
以下はちょっと自信なしですが、多分ということで、
ビデオＣＤでおなじみの MPEG1は、4:2:0のフレーム間圧縮
ＤＶＤは、4:2:0の MPEG2フレーム間圧縮圧縮です。

プロ用の各デジタルビデオフォーマットについては、以下のＵＲＬを参考にしてください。
http://www.maxell.co.jp/products/industrial/metal_tech/format.html

最後に圧縮方式についても少し、

ビデオ信号の圧縮方式は、大別するとフレーム内圧縮とフレーム間圧縮があります。
日本やアメリカで一般に使われているＮＴＳＣと呼ばれるビデオ信号は、１秒間におよそ３０フレームの画像が記録されています。（ちなみに、ヨーロッパなどで用いられているＰＡＬ方式では、２５フレーム）

で、近接するフレーム同士はわずか３０分の１の間隔の映像ですから、（場面が変わる場合でなければ）ほとんど同じ映像です。
そこで、映像信号を近接する画面同士の差分として取ってやれば、かなり少ない情報量で画質の劣化を最小限にして記録することができます。
この圧縮方法が、ＤＶＤやビデオＣＤでおなじみのＭＰＥＧなどで用いられている、フレーム間圧縮です。

ただし、この方法では（圧縮効率は良いのですが、）撮った映像を後で編集する場合には多少問題があります。
この方式では、各フレーム毎の情報を記録しているわけではないので、デジタルで編集する際に各編集カットの場面では差分情報を展開してフレーム毎の情報を取り出す必要があり、（非可逆圧縮ですので）画質の低下が生じます。

そこで、フレーム間での圧縮は行わず、各フレームについて圧縮する方式（デジカメなどで用いられるＪＰＥＧ画像が、１秒間に３０コマ記録されていると考えてください。）がＤＶなどのビデオカメラ等では用いられており、これがフレーム内圧縮と呼ばれるものです。
実際には、民生用ＤＶでは１／５圧縮、プロ用のデジタルβＣＡＭでは１／２、Ｄ１（やＤ５）では非圧縮方式が使われています。

余談ですが、パソコンでＤＶ編集する際には、ＤＶカメラのＹＵＶ4:1:1信号がパソコンの編集ソフトで通常使われるＲＧＢ信号に非可逆変換されるため、この際に画質の劣化が生じます。
汎用IEEE1394ボードより、カノープスなどから出ている専用ボードの方が画質が良いと言われているのは、この変換（ＣＯＤＥＣと言います。）ソフト（ハードウェアで変換するものもありますが、）の差によります。

お礼

いや～めちゃくちゃよく分かりました。本当にありがとうございました。これでＤＶやＤＶカムがクロマキーなどの合成系が弱いのが分かりました。
また　なにか分からないことがありましたら宜しく御願いします。