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ISO 14496-10 (ビデオ) - Advanced Video Coding (AVC)

1. ISO 14496-10 (ビデオ) - Advanced Video Coding (AVC)
   1. 概 要
   2. AVC/H.264 プロファイル
   3. 符 号化ツール
      1. CAVLC/CABAC:
      2. ループ/デブロックフィルタ
      3. 可変ブロックサイズ/可変マクロブロックパーティション
      4. 複数参照フレーム
      5. 適応重み補間予測
      6. レート歪み最適化（RDO）
   4. AVC/H.264 とその他のポピュラーなビデオ符号化フォーマットの比較
   5. 入 手可能な AVC/H.264 コデック
      1. エンコーダ
      2. デコーダ（比較）
   6. Sample content
   7. AVC/H.264 の問題点
      1. 相 互運用性の問題
      2. 速 度の問題
   8. ハー ドウェアにおけるMPEG-4 AVC/H.264 - HD-DVD/Blu-ray
   9. そ の他の情報

概 要

　MPEG-4規格はAVC/H.264で最新で、技術的にも素晴らしく、state-of-the-artのビデオ符号化フォーマットです。
　AVC/H.264 ビデオ符号化規格は2003年に二つの団体で策定されました。ISOのMPEGとITUのVCEG です。ITUは国連の下部組織で、H.263フォー マット(主にビデオ会議のソフトに使われてい ます)を策定した機関です。
　AVC/H.264 規格そのものの開発はJVTが 開発にあたりました。これにはMPEG とVCEGの専門家が参加しています。
　MPEGサイドから見ればこの規格は MPEG-4 Part 10 (ISO 14496-10)、ITU サイドから見ればH.264 (ITU の文書番号)。 AVC(Advanced Video Coding)という "正式な" タイトルはMPEG側がAACと 並べた時のバランスを考えてつけたものです。

AVC/H.264 プロファイル

　AVC/H.264規格は４種類のプロファイルを定義しています。Baseline、Main、 Extendedお よびHigh Profile。この下にさらにレベル（＊参考）による分類があります。

• Baseline Profile ：I/P-Framesを使っても良い。サポートするのはプログレッシブとCAVLCのみ。
• Extended Profile ：I/P/B/SP/SI-Framesを使っても良い。サポートするのはプログレッシブとCAVLCのみ。
• Main Profile ：I/P/B-Framesを使っても良い。サポートするのはプログレッシブとインターレースド。CAVLCかCABACが使える。
• High Profile (別名 FRExt) ：Main Profileに加えて、8x8イントラ予測、カスタム量子化マトリクス、ロスレスビデオ符号化、yuv formatの拡張 (4:4:4など)

　DVD バックアップには、High Profileを次項の符号化ツール（＊ 要素技術＊）と一緒に使うのが一番向いているようです。
　MPEG-4 ASP （＊試訳）の符号化ツールも読んで下さい。GMC以外はAVCでも使えます。

符 号化ツール

CAVLC/CABAC:

　AVC/H.264では、ビットストリームの記述方式（マクロブロック・タイプ、モーションベクトル+参照インデックス、、、）に、 MPEG-4 ASPより先進的なエントロピー符号化ツールを使います。二種類のエントロピー符号化が 定義されています。

• CAVLC（Context-Adaptive Variable Length Coding、コンテクスト適応型可変長符号化方式）
• CABAC （Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding 、コンテクスト適応型２値算術符号化方式）

　CABACは、AVC/H.264デフォル トのCAVLC （別名UVLC）よりも強力な圧縮方式で、ビットレートを約10〜15%節約できると言われています（特に高ビットレート時）。CABACもCAVLCも ロスレスで画質低下が一切ありません。し かしエンコードとデコード速度は低下します。

ループ/デブロックフィルタ

　Loop/Deblocking Filter:（他に、インライン フィルタ、インラインデブロック、などとも）

　プレフィルタ（例えばavisynthが行う エンコード前のフィルタリング）や、ポストプロセス/フィルタ （デコーダが最終出力前に行うもの）に対して、ループフィルタはエンコード工程の中で、各フレー ムがエンコードされた後にかけるものです。
　厳密にはエンコードの 後、但し、後続フレームの為の参照フレームとして使われる前 の時点です。これは特に低ビットレート時のブロックノイズ減少に効果があります。しかし、エンコードとデコードは遅くなります。

可変ブロッ クサイズ/可変マクロブロックパーティション

　Variable Block Sizes/Macroblock Partitions:

　MPEG-4 ASPでは、イ ンター4V、またはインター4MVを使うと、16x16〜8x8ピクセルの間でブロックサイズを変える事ができました。
　AVC/H.264 では、モーションサーチの精度を決めるマクロブロックの大きさを、4x4ピクセルまで下げる事を提案していま す。これは、8x4のように段階的に下げて行く事もできます。ブロックサイズは映像内容に応じて可変です。
　各マクロブロックにどの 程度のブロックサイズを与えれば最も効果的か、その判断 が賢いものが良いエンコーダと呼ばれるでしょ う。

複数参照フ レーム

　Multiple Reference Frames:

　MPEG-4 ASPでは、参照フレームにできるのは直前のフレームのみでした。
　AVC/H.264のインター・モーション・サーチでは、複数の 候補から参照フレームを選べるようになりました。
　つまり、ビデオコデックはASPのようにシンプルに直前フレームを参照するか、そ れとももっと前のフレームを参照するか自分で 決められると言う事です。 例えば、Pフレームは直前のIフレームよりももっと前のフレームを参照できます。
　このため、新しいタイプのIフレームが必要になり ました。IDRフレームです。これはIフ レームの一種ですが、後続のフレームに自分よりも前を参照する事を禁止します。複数参照フレームを使うとエンコード、デコード速度は低下し、カットも IDR フレーム単位でしかできなくなります。

適 応重み補間予測

　Weighted Prediction:

　Weigthed Predictionを使うと参照フレームに「重要性」を付ける事が出来ます。例えば、直前の映像を（ブライトネス方向に） スケーリングできます。
　 これは特にフェードのある場面、後続の映像が直前の映像によく似ている場合に効果的で す。
　明転で明るさが増す場合は除きます。また、フェードを使った場面転 換のような、クロスフェードには効果がありません。 

レー ト歪み最適化（RDO）

　Rate Distortion Optimisation (RDO):

　RDO を使うと、エンコーダは2種類の選択肢があるような場合に、それがいかなる局面であれ、最も効率の良い符号化方式を選べるようになり ます（例えば インター符号化とイントラ符号化のどちらを選ぶか、モーションサーチ方式の選択、などなど）。
　RDO はAVC/H.264 仕様書の定義にありません。しかし、この新しいアプローチを最初に導入したのはH.264レファレンスソフトウェア(JM)です。他のコデックもRDOを 組み込む事が出来ます。例えば、既にRDOを装備しているXviDのVHQモードのように。

AVC/H.264 とその他のポピュラーなビデオ符号化フォーマットの比較

入 手可能な AVC/H.264 コデック

　現 在入手可能なAVC/H.264の実装は以下の通りです。
　x264、Nero、Apple、Sorenson、Elecard、Moonlight、VSS、mpegable、Envivio、Hdot264 (binary)、DSPR、JM (レファレンスソフト) (binary)、ffmpeg、Philips、FastVDO、Skal、Sony、その他いろいろ。

エ ンコーダ

x264:
NeroDigital AVC:
Sorenson:
Apple:
JM:
Hdot264:
VSS:
Elecard:

公開を停止したもの：

デコーダ（比較）

• ffmpeg： オープンソース（LGPL） ffdshow（VFWやDirectShowデコーダ）、mplayer、VideoLANが 使う。
• サ ポートする機能：Bフレーム、B参照、 CABAC、Loop、Weighted Prediction、High Profile（8x8 dct、8x8イントラ予測、ロスレス
• CoreAVC：
• Apple： QuickTime７内蔵のAVCデコー ダ。.mp4/.movを再生。極めて遅い。
• サ ポートする機能：B-フレーム（１枚のみ）、 CABAC、Loop。
• サポートしない機能：mixed references（複合参照）、 複数Bフレーム、イン ターレース。
• ※手許では素のままでも複数B入りのx264+aac.mp4を再生できた。た だし、b_pyramidやHigh profile非対応なので意味は無い。
• NeroDigital AVC： DierctShowデコーダおよび.mp4パーサ。Recode2に内蔵。
• サ ポートする機能：Main および High Profile
• VSS：VFW デコーダ（5日限定）とDShow Decoder（30日限定）のプレビュー版。
• サ ポートする機能： .avi（fourccはVSSH と H264 ）、CABAC、ループフィルタ、B-Frame。
• Elecard：Elecard's MPEG Player と MainConcept's v2 encoderに内蔵。
• Envivio： EnvivioTVに含まれるAVC DirectShowデコーダ。商品。バ−ジョン2.0以降、.mp4コンテナ中のAVCを扱える（最新versionは2-1- 181）
• Philips： DirectShow AVCデコーダ。フリー。AVC Alliance playerに同梱（raw AVC しか扱えない）。
• FastVDO：High Profile DirectShowデコーダ。時間制限あり（1ファイルにつき５分）。
• 公開を停止したもの：（＊略＊）

Sample content

AVC/H.264 の問題点

相 互運用性の問題

現 時点では、多くの実行環境が異なるコンテナをサポートし ています。

.mp4

MPEG-4 規格 (ISO 14496-15) で定義されたAVCのコンテナ。

現時点でサポートしているのは Apple、Nero、Sorenson、Envivio、Elecard/Moonlight、x264。

.mpg PS/TS

MPEG-2 規格 (ISO 13818-1, AMD3) で定義されたAVCのコンテナ。

現時点でサポートしているのは Mainconcept と Elecard/Moonlight。

 .avi

AVC -in-AVIは誰も規格化していないため、既に相 互運用性の問題がおきています。AVIとVFWの制限（＊試訳＊）、例えば Bフレームや 自由なフレーム符号化順番の扱いなどは、これら二つのフォーマットに対するハッキングを不可欠なものにしており、その結果、AVCの要素技術を全て実装す るのは困難です。これは再生品質悪 化の可能性があり、少なくとも開発の速度を鈍らせ、相互運用性の問題と競争力低 下の原因となっています。

現在AVI は VSS、x264 (mencoder と vfw) でサポートされています（＊x264 の公式なvfwサポートは06/10/05のrev581で停止＊）。

 .264/.h264

コ ンテナに入っていないraw bitstream。JM、x264cli、mencoder、mainconceptなどが出力する。

※.264、.h264はQuickTime7では開け ない。視聴は MPlayer（要fps指定）、MPlayerOSXなどでできる。mp4boxで.mp4コンテナに入れる事ができる。

速 度の問題

　現 在の実装の中には非常に低速なものがあります。
　現在、x264とNeroDigitalの AVCエンコーダは良い速度と画質を実現しているように見えますが、AVCが非常に先進的なビデオ符号化形式である事に変わりはなく、古いCPUでの エンコード・デコードは非常に時間のかかるものになるでしょう。

ハー ドウェアにおけるMPEG-4 AVC/H.264 - HD-DVD/Blu-ray

　DVD フォーラムとBlu-rayディスクアソシエーションが現在一般的なDVD フォーマットの後継を目指して活動しています。これはいわゆる High Definition コンテンツ （現行DVDより大きな映像サイズ）と呼ばれる物で、名称をHD-DVD と BD-ROMと言います。
　HD-DVDでは、 MPEG-4 AVC/H.264は対応必須のビデオコデックです（こ こに書かれている通り）。
　Blu-rayも、MPEG-4 AVC/H.264をビデオコデックに含めました（こ こ（pdf直リン）にあるように）。
　以上の事から、AVC/H.264 は、現在DVDの中で使われているMPEG-2 のように、広くサポートされる次世代ビデオフォーマットになるものと思われます。

そ の他の情報

MPEG-4 AVC/H.264に関するその他の情報。

• フォー マット概要 ：http://www.vcodex.com/h264.html
• サ マリー： http://www.moonlight.co.il/tech_h264.php 、 http://www.dspr.com/www/technology/technology.htm
• 入 手可能な実装のリスト：http://radio.irt.de/docs/codecs.html
• AVC 認証試験の結果：http://www.chiariglione.org/mpeg/working_documents/mpeg-04/avc/avc_vt.zip
• AVC/H.264 仕様書： http://www.dspr.com/www/technology/JVT-G050.pdf  (Draft from the 7-14 March 2003)
• Blu -rayの技術情報： http://www.blu-raydisc.com/Section-13628/Index.html

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弱者と強者の間にあっては、自由は抑圧の源であり、それを解放するものが法である（ジャン・ジャック・ルソー）
私が自分が何も知ってはいない事を知っている（ソクラテス）
最終更新日：07/01/27, bond

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