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Re: MPEG2に関する理論と実践

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#1175   2002/08/27(火) 13:35   投稿者: たかつ   参照記事: 1173

> そりゃ罠にかけられたら、皮肉の一つも言いたくなります。

私は罠にかけた覚えも誘導した覚えもありません。

#1160 で、KAMATYさんが
「ビットレート落としてビデオCD画質での長時間ディスクをとか作れないんですかね？」
と書かれたので、私は #1165に、
・画質を落として、その分収録時間を延ばす、という選択肢はある。
・私の主観では、D-VHS LS3 レベル(4.7Mbps)は十分綺麗である。
ということを書きました。これは特にYoshikiさんに向けたものでもなんでもありません。

#1166 については、そもそも私にはYoshikiさんの書き込みの意図がわかりませんでした。
今にして思えば、
> 実は、元々の書き込みの本当の主旨は、安易に圧縮率を上げることを決定し、
> そのレートまで決められてしまうことを防ぐことだったんです。
ということだったんでしょけど、それは私には読みとれませんでした。

それはともかく、私はYoshikiさんの書かれている結論については否定する気は毛頭なく、
ただ理論屋の立場として、Yoshikiさんの「AだからBである」という主張に対し、
「実経験としてBであるのならそれは否定しないが、その理由としてAだからというのは違う」
と言いたかっただけです。それが #1167。

「解像度が違うからビデオCDレベルには圧縮できない」
　　　　→「解像度は問題ではない」

「アニメはMPEG2について実写より圧縮しにくい」
　　　→「アニメは実写に比べ、DCTについては不利だが、
　　　　　動き予測しやすいというメリットもある」

「フレームレートが少なくてもノイズが乗っていればあまり意味がない」
　　　→「ノイズが乗っている分不利になるのは確かだが、それでも、
　　　　　動き予測の上では、フレームレートが低ければ圧縮しやすくなるものである」

ということで、
　　「DVDでビデオCDレベルの圧縮が実用になる」
　　「アニメは実写より圧縮しやすい」
　　「ノイズに関係なく、フレームレートが低いことは有利」
などと主張をするつもりはありませんでした。
そう読みとれなかったとしたら、私の文書力不足です。申し訳ありません。



> 専用のVideo CD Playerは、再生時に色々と補完しているらしく、
> パソコンでの再生なんかと比べると、とても奇麗です。

すみません、Video CD Player がそういう事をやっているとは知りませんでした。
そうなると、低解像度の方は、眠いがノイズが少ない(人間の目には画質が良く見える)
映像になりそうですね。



> 前者は起伏の激しいぎざぎざ（細かいぎざぎざがある上に、全体的に起伏もある。）
> になるのに対し、後者はほとんどぎざぎざの無い平坦な形(全体的な起伏も無い。）
> になります。

> これを見て、私は勝手に、前者は差分圧縮が効いていて、
> 後者はこれがうまくいってないのであろうと
> 思い込んでいました。

これはその通りです。ただし、その理由として、

> そしておそらくはNTSC信号は色がいーかげんな上にノイズも乗っているし、
> 同じ画像だと認識出来る部分がほとんど無いのではないかと予測していたのですが。

「同じ画像だと認識できる部分がほとんど無い」のは間違いです。
「同じ画像だと認識した部分と比べた上でもその違いが大きい」ということです。

簡単にMPEG2の圧縮の流れを説明しておくと、

・動き予測
　　　いわゆる差分圧縮です。詳しい説明をしだすとキリが無いので省きますが、
　　　MPEGの動き予測では、画像を16x16のブロックに分解し、各ブロックについて、
　　　比較元の画像の中から、似た部分を探し出します。
　　　そして、各ブロックについて、その似た部分との差を計算して
　　　それを次のDCT処理に回します。

・DCT
　　　JPEGやDVと同じ圧縮方式です。
　　　MPEG1やMPEG2では、動き予測の結果の差分に対しDCT圧縮をかけます。
　　　MPEGにおける圧縮率(データレート)は、この段階でどれだけ情報を捨てるか、
　　　によって決まります。

という流れになっています。

フレームレートが低くてノイズ0の場合(まったく同じ画像同士の比較)の動き予測では、
この段階でデータは完全に0になります。そうなると、DCTのステップではどうやっても
指定したデータレート分のデータは作り出せれません。
結果として、動き予測を行っていない部分にはデータがあるが、
動き予測を行った部分はデータが無い、という起伏の激しいぎざぎざになります。

ノイズが乗っている場合、この段階でデータはノイズ成分だけになるはずです。
そして、指定したデータレートを満たす分だけの情報を持たせて、ノイズをDCT圧縮します。
つまり、フレームレートが低い場合は、同じ絵同士の動き予測では、ノイズを無駄に圧縮してる、ってことです。

パラメータとして指定するのが「データレート」でなく「画質」であっても同じことで、
「画質」=「再現性の高さ」ですから、ノイズを再現するために、無駄にデータレートを使うことになります。

じゃあ、「フレームレートが低ければ、動き予測が有利」ってのはどういうことかというと、
「その分、データレートの割に画質が良くなっている」
「その分、データレートを低くしても、画質が悪くならない」
ということです。



> TMPGEncは、設定によって動き予測をちゃんとやるはずなんですが（物凄い時間がかかります。）、
> それほど時間をかけていない（だから、多分ちゃんとやっていない）
> QucikTimeと比べても、あまり効果的に見えないんですよね

これは、それだけ QuickTime の動き予測が優れているということでしょう。前にも書きましたが
動き予測は非常に計算が重いので、出来るだけ少ない計算量で、
そこそこ良い結果を出す動き予測アルゴリズムの研究がいろいろなされています。

私が現役だった7年前の時点でも、「1/100の計算時間で、予測誤差は3%増程度」なんてアルゴリズムが既にありました。
(こう書くと、それで十分実用的だと思ってしまうのですが、それは数字のマジックで、
予測誤差の増加は画面上にまんべんなく現れるのではなく、
ごく一部に派手に破綻した部分が出た上で、全体の平均をとると3%という話です。
それだけ、改良の余地がある、ってことで)

このページのURLは http://doga.jp/tkbbs/tkbbs.cgi?bbs=doga&number=1175 です

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