HEVC(High Efficiency Video Coding)とは？意味をわかりやすく簡単に解説

text: XEXEQ編集部

HEVC(High Efficiency Video Coding)とは
HEVCの圧縮技術とその特徴
HEVCのイントラ予測とその効果
HEVCのインター予測とその利点
HEVCのエントロピー符号化の役割
HEVCの適用分野と活用事例
HEVCの放送分野での活用
HEVCのストリーミングサービスでの利用
HEVCの録画機器での採用状況
HEVCの今後の展望と課題
HEVCの後継規格VVC(H.266)の登場
HEVCのロイヤリティ問題とAV1との競合
HEVCのさらなる高解像度への対応
参考サイト

HEVC(High Efficiency Video Coding)とは

HEVCはHigh Efficiency Video Codingの略称で、動画圧縮の国際規格の一つです。H.265とも呼ばれ、従来の規格であるAVCと比較して、同等の画質を維持しながら、約2倍の圧縮効率を実現しています。

HEVCは4K・8Kなどの高解像度動画の圧縮に適しており、限られた帯域幅でより高画質な動画配信を可能にします。また、HEVCは様々なアプリケーションで使用されており、放送、ストリーミング、カメラ録画など、幅広い分野で活用されています。

HEVCの圧縮技術はイントラ予測、インター予測、エントロピー符号化などの要素から成り立っています。これらの技術を組み合わせることで、効率的なデータ圧縮を実現しています。

HEVCはAVC同様にブロックベースの圧縮方式を採用していますが、より柔軟なブロックサイズや、高度な予測技術を用いることで、圧縮効率を大幅に向上させています。また、並列処理にも対応しており、エンコード・デコードの高速化が可能です。

HEVCは2013年に標準化が完了し、現在では多くのデバイスやサービスでサポートされています。今後も、高解像度動画の普及に伴い、HEVCの重要性はさらに高まっていくと予想されます。

HEVCの圧縮技術とその特徴

HEVCの圧縮技術に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

HEVCのイントラ予測とその効果
HEVCのインター予測とその利点
HEVCのエントロピー符号化の役割

HEVCのイントラ予測とその効果

HEVCのイントラ予測は同一フレーム内の隣接ブロックの画素値を用いて、現在のブロックの画素値を予測する技術です。HEVCではAVCと比較して、より多様な予測モードが導入されており、最大で35種類のモードから最適なものを選択できます。

イントラ予測の効果は空間的な冗長性を削減することにあります。隣接ブロックとの相関性を利用して、現在のブロックの画素値を効率的に予測することで、予測誤差を小さくし、圧縮効率を向上させることができます。

また、HEVCのイントラ予測では方向性の強い画像に対して、より精度の高い予測が可能となっています。これにより、エッジ部分などの細部の表現力が向上し、高画質な圧縮を実現しています。

HEVCのインター予測とその利点

HEVCのインター予測は異なるフレーム間の類似性を利用して、現在のブロックの画素値を予測する技術です。HEVCではAVCと比較して、より柔軟なブロック分割と、高度な動き補償技術が導入されています。

インター予測の利点は時間的な冗長性を削減できることです。動きベクトルを用いて、過去や未来のフレームから類似したブロックを検索し、現在のブロックの画素値を予測することで、フレーム間の差分情報を効率的に符号化できます。

HEVCのインター予測では最大で64x64画素までのブロックサイズに対応しており、大きな構造を持つ物体の動きを的確に捉えることができます。また、サブピクセル精度の動き補償により、より正確な予測が可能となっています。

HEVCのエントロピー符号化の役割

HEVCのエントロピー符号化は予測誤差やモード情報などのデータを、可逆圧縮によってビットストリームに変換する役割を担っています。HEVCではCABACと呼ばれる算術符号化方式が採用されており、高い圧縮効率を実現しています。

エントロピー符号化の役割はデータの統計的な性質を利用して、冗長性を最小限に抑えることです。頻繁に出現するシンボルには短いビット列を、まれに出現するシンボルには長いビット列を割り当てることで、データ量を削減します。

HEVCのCABACではコンテキストモデルを用いた適応的な確率推定により、シンボルの出現頻度に応じた最適な符号化が行われます。これにより、予測誤差やモード情報などのデータを、より少ないビット数で表現することが可能となっています。

HEVCの適用分野と活用事例

HEVCの適用分野と活用事例に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

HEVCの放送分野での活用
HEVCのストリーミングサービスでの利用
HEVCの録画機器での採用状況

HEVCの放送分野での活用

HEVCは4K・8K放送の実現に欠かせない圧縮技術として、放送分野で広く活用されています。限られた帯域幅の中で、高解像度の映像を効率的に伝送するために、HEVCの高い圧縮性能が役立っています。

日本では2018年12月から4K・8K衛星放送が開始され、HEVCが採用されました。また、欧米やアジアの多くの国々でも、地上波や衛星放送にHEVCが導入されており、高画質な放送サービスの提供に貢献しています。

HEVCの活用により、放送事業者は帯域幅を効率的に使用しながら、視聴者に高品質な映像体験を提供することが可能となります。今後、8K放送の普及に伴い、HEVCの重要性はさらに高まっていくと予想されます。

HEVCのストリーミングサービスでの利用

HEVCはNetflix、Amazon Prime Video、YouTube、Huluなどの大手ストリーミングサービスで広く利用されています。これらのサービスでは4Kコンテンツの配信にHEVCが活用されており、高画質な映像を低ビットレートで提供することが可能となっています。

ストリーミングサービスにおいてはユーザーのネットワーク環境や端末の性能に応じて、適切なビットレートの映像を配信する必要があります。HEVCの高い圧縮効率により、より柔軟なビットレート制御が可能となり、安定した視聴体験を提供できます。

また、HEVCの採用により、ストリーミングサービスの運営コストを抑えることができます。同等の画質を維持しながら、データ量を削減できるため、CDNやストレージのコストを最適化することが可能となります。

HEVCの録画機器での採用状況

HEVCはビデオカメラやレコーダーなどの録画機器にも採用されています。4K対応のカメラやレコーダーの多くが、HEVCによる録画機能を備えており、高解像度の映像を効率的に保存することができます。

HEVCを用いることで、録画時のファイルサイズを抑えながら、高画質な映像を長時間記録することが可能となります。これにより、限られたストレージ容量を有効活用し、より多くのコンテンツを保存できるようになります。

また、HEVCの採用により、録画機器のバッテリー寿命の延長にもつながります。圧縮効率の向上によって、エンコードに必要な処理量が減少するため、消費電力を抑えることができます。

HEVCの今後の展望と課題

HEVCの今後の展望と課題に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

HEVCの後継規格VVC(H.266)の登場
HEVCのロイヤリティ問題とAV1との競合
HEVCのさらなる高解像度への対応

HEVCの後継規格VVC(H.266)の登場

HEVCの後継規格として、VVC(Versatile Video Coding、H.266)の標準化が進められています。VVCはHEVCと比較して、さらに高い圧縮効率を目指しており、同等の画質を維持しながら、約50％のビットレート削減が可能とされています。

VVCでは機械学習を活用した新しい予測技術や、より柔軟なブロック分割構造など、様々な技術的改良が導入される予定です。これにより、8Kを超える高解像度の映像圧縮にも対応できるようになると期待されています。

VVCの標準化は2020年7月に完了しました。今後、VVCの実装が進み、次世代の動画圧縮技術として広く普及していくことが予想されます。ただし、VVCのロイヤリティ問題や、ハードウェア対応の課題などにも注目が集まっています。

HEVCのロイヤリティ問題とAV1との競合

HEVCの普及における課題の一つに、ロイヤリティ問題があります。HEVCの特許は複数の企業が保有しており、ライセンス料の支払いが必要となります。このため、HEVCの導入コストが高くなる傾向にあり、特に、オンラインビデオ配信事業者などにとって、大きな負担となっています。

こうした状況を背景に、ロイヤリティフリーの動画圧縮規格であるAV1が注目を集めています。AV1はGoogle、Netflix、Amazonなどの大手IT企業が中心となって開発された規格で、HEVCと同等以上の圧縮性能を持ちながら、無償で利用できるのが特徴です。

今後、HEVCとAV1の競合が激しくなることが予想されます。ロイヤリティの問題が解決されない限り、AV1がHEVCのシェアを奪う可能性もあります。ただし、AV1の普及にも、ハードウェア対応や互換性の課題などがあり、両規格の動向が注目されています。

HEVCのさらなる高解像度への対応

HEVCは4K・8K解像度の映像圧縮に適した規格ですが、今後のさらなる高解像度への対応が期待されています。ディスプレイ技術の進歩により、16Kや32Kといった超高解像度の映像が実現可能となりつつあり、これらの圧縮にはHEVCの拡張が必要となります。

HEVCの拡張規格として、SHVC(Scalable HEVC)やMHEVC(Multiview HEVC)などが開発されています。SHVCは解像度や品質のスケーラビリティを実現し、様々な端末や環境に適応した映像配信を可能にします。また、MHEVCは複数の視点から撮影された映像の圧縮に特化した規格です。

これらのHEVC拡張規格により、高解像度映像の圧縮がより効率的に行えるようになると期待されています。ただし、拡張規格の普及にはエコシステムの構築や互換性の確保など、様々な課題があります。今後のHEVCの発展において、これらの課題への取り組みが重要となるでしょう。