ビデオコーデック徹底解説 — 技術、比較、実務的選び方と将来展望

2025年12月12日 最終更新日時 : 2025年12月12日 エバープレイ編集部

ビデオコーデックとは何か

ビデオコーデックは、動画のデジタルデータを効率よく符号化（エンコード）・復号（デコード）するためのアルゴリズムおよび実装を指します。コーデック自体は圧縮アルゴリズムであり、コンテナ（例：MP4、MKV、WebM）とは別物です。コーデックの目的は、限られた帯域幅やストレージで視覚的に許容される品質を保ちながらデータ量を削減することです。

歴史的背景と主要な世代

ビデオ圧縮の歴史はMPEGおよびITUの標準化活動とともに進みます。代表的な世代は以下の通りです：

  • MPEG-1 / MPEG-2：初期のデジタルビデオと放送／DVD用。
  • H.264 / AVC（2003年）：高い圧縮効率と広い普及でストリーミングとBlu-rayの事実上の標準に。
  • HEVC / H.265（2013年頃）：H.264よりさらに効率的だが、特許ライセンスが複雑。
  • VP8 / VP9（Google）：Web向けオープン実装、VP9はYouTubeで広く利用。
  • AV1（AOMedia）：ロイヤリティフリーを目指した次世代コーデックで高効率。
  • VVC / H.266（2020年代）：HEVCをさらに上回る効率を目指す次世代標準。

基本的な圧縮技術

多くの現代コーデックは共通の手法を組み合わせています：

  • 空間・時間的冗長性の削減：フレーム内予測（Intra）やフレーム間予測（Inter）により重複情報を排除。
  • 変換（Transform）：画素差分を周波数領域に変換（DCTや整数DCT等）してエネルギーを集中。
  • 量子化（Quantization）：重要度の低い周波数成分を粗く表現してデータを削減。品質とビットレートの主なトレードオフ点。
  • エントロピー符号化：残差やシンタックスを圧縮（例：CABAC、CAVLC、アリスティック符号化やANS等）。

重要なコーデックの比較

以下は実務でよく比較されるコーデックの要点です：

  • H.264（AVC）：広い互換性、ハードウェアサポート多数、エンコード速度と品質のバランスが良い。ソフトウェアではx264が代表的。
  • HEVC（H.265）：H.264比で同等品質なら約30〜50%のビットレート削減が期待されるが、特許プールとライセンス費用がネック。
  • VP9：AV1登場までのWeb向け高効率コーデック。オープンでYouTubeなどで普及。
  • AV1：AVC/HEVCより高効率を目指しAOMediaで推進。ロイヤリティを低減する設計だが、エンコード計算量が高く、専用ハードやSVT-AV1等の高速化実装が重要。
  • VVC（H.266）：AVC比でさらに高効率を実現するが、実用化はHEVCよりも遅れており、ライセンスと実装成熟度が課題。
  • プロフェッショナル向け（ProRes、DNxHD/HR等）：編集向けに低遅延で高品質、圧縮率は控えめ。ポストプロダクションで多用。

エンコーダのパラメータと実務的な設定

実務ではビットレート管理やプリセット、プロファイルの選択が重要です。主な概念は：

  • CBR（固定ビットレート）とVBR（可変ビットレート）：ライブ配信では遅延と帯域確保のためCBRが好まれる。オンデマンド配信ではVBRで効率化。
  • クオリティ制御（CRF、CQ）：x264/x265で使われるCRFは主観的品質を保ちながらビットレートを自動調整するモード。
  • プリセット：エンコード速度と品質のトレードオフ。例えば"veryfast"〜"veryslow"により品質が向上するが時間がかかる。
  • 二重パスエンコーディング：ファイル配信などで2パスにより映像の複雑さに応じてビット配分を最適化。

ハードウェアアクセラレーションとリアルタイム処理

リアルタイム用途ではソフトウェアエンコーダだけでは不十分な場合が多く、GPUや専用回路（ASIC）を用いたハードウェアエンコードが用いられます。代表的な実装はNVIDIAのNVENC、IntelのQuickSync、AMDのVCNなどです。ハードウェアは高速度・低消費電力だが、品質や機能（細かなプリセットや最先端の符号化手法）でソフトウェアに劣る場合があります。

画質評価指標：客観評価と主観評価

客観指標としてはPSNR、SSIM、MS-SSIM、近年はVMAF（Netflixが開発した機械学習ベースの指標）がよく使われます。VMAFは主観的評価との相関が高いため、実務の品質評価で標準化されつつあります。ただし視聴条件やコンテンツ特性によって指標の評価は変わるため、必ず主観評価（視聴テスト）と併用することが推奨されます。

コンテナとストリーミング、配信方式

コーデックはコンテナに入れて配信されます。MP4（ISO BMFF）は広汎な互換性を持ち、WebMは主にVP系／AV1で使われます。ストリーミングではHLSやDASHによるABR（アダプティブビットレート）配信が主流で、複数のビットレート・解像度のセグメントを用意してネットワークに応じて切り替えます。低遅延を求める場面ではLow-Latency HLSやLow-Latency DASH、WebRTC（リアルタイム通信）といった技術が重要です。

特許・ライセンス問題

コーデック選定ではパフォーマンスだけでなくライセンスと特許リスクも考慮する必要があります。HEVCやVVCは複数の特許プールが存在し、実装・配信規模に応じたロイヤリティが発生する場合があります。一方でAV1はロイヤリティフリーを目指していますが、実用上のライセンス問題が完全に解消されたわけではなく、導入前に法務的確認が必要です。

利用シナリオ別の選び方

  • ストリーミング（大規模配信）: 互換性重視ならH.264、効率重視ではAV1やHEVCを検討。ブラウザ対応とハードウェアサポートを確認。
  • リアルタイム会議: 低遅延・低計算負荷が重要。VP8/VP9やH.264、WebRTC対応コーデックを中心に選定。
  • 配信・放送: 放送規格やクライアントの対応状況に従う（例：HEVC採用局も存在）。
  • 編集・マスター保存: ProResやDNxHRのような編集向けコーデックを使用し、最終配信用にトランスコード。

今後のトレンド

AIと機械学習を使った圧縮手法（ニューラルコーデック）が注目されています。これらは従来のブロックベース手法とは異なるアプローチで、視覚的に重要な部分を学習的に優先して圧縮します。また、エンコーダの最適化やハードウェアの高度化により、AV1やVVCといった高効率コーデックの実用化が進みます。さらに、視聴体験を最適化するためにVMAFのような主観評価に近い指標を用いた最適化が普及しています。

まとめ

ビデオコーデックは圧縮アルゴリズム、実装、ハードウェア、ライセンス、運用要件を総合的に考慮して選ぶ必要があります。H.264は互換性の高さで依然強力な選択肢ですが、効率を追求するならAV1やHEVC/VVCも検討に値します。エンコード設定や評価指標、配信インフラとの整合性を確認し、目的（低遅延、編集耐性、配信コスト等）に応じた最適解を選んでください。

参考文献

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IT
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