フルHD映像を非圧縮で保存すると、1秒間で約190MB、1時間では約680GBものデータ量になります。

ところが現代では、スマートフォンからSNSへの動画アップロードは数秒で完了し、Netflixでの映画ストリーミングは途切れることなく再生され、ビデオ会議で世界中の人々と顔を合わせて会話できます。
この当たり前の光景の裏には、映像データを劇的に小さくする「魔法」のような技術「MPEG」があります。

1980年代後半、約650MBのCDに映画を収録するという夢物語から始まったMPEGの圧縮技術の仕組みと、誕生から現代までの物語をたどります。

第1章　映像圧縮の歴史

• 映画のはじまり
  　- 35mmフィルムと映写機の誕生
  　- サイレント映画からトーキー映画へ
  　- 白黒映画からカラー映画へ
  　- ワイドスクリーンの登場
  　- サラウンド音響の発展
• テレビのはじまり
  　- 世界のアナログ放送規格
  　- ビデオ録画技術の誕生
  　- 家庭用ビデオ規格戦争
• MPEGのはじまり
  　- テレビ会議から始まった映像圧縮
  　- CD規格がもたらしたMPEGの誕生
  　- MPEG-1の登場
  　- MP3が開いた音楽配信
• デジタル放送と高画質メディア
  　- MPEG-2の登場
  　- DVDの登場
  　- デジタル放送への移行
  　- HDTVの普及
• インターネット映像時代の幕開け
  　- Flash VideoとWeb映像配信
  　- MPEG-4の登場
  　- H.264/AVCの登場
  　- 次世代光ディスクの規格競争
  　- コーデック戦争の終焉
• 4K時代と次世代コーデック
  　- H.265/HEVCの登場と特許問題
  　- オープンコーデックの台頭
• 映像技術の進化と継承

第2章　映像と音声のデジタル表現

• 映像を構成する三つの次元
  　- 空間次元
  　- 時間次元
• アナログ信号の仕組み
  　- 走査線
  　- インターレース方式
  　- プログレッシブ方式
• デジタル信号の仕組み
  　- 標本化
  　- 量子化
• データ量とビットレート
  　- 非圧縮映像のビットレート
  　- 非圧縮音声のビットレート
  　- ビットレート制御

第3章　映像圧縮の原理

• 映像が持つ冗長性
  　- 空間的冗長性
  　- 時間的冗長性
  　- 統計的冗長性
• 空間的冗長性の削減方針
• 色空間の変換
• クロマサブサンプリング
• 離散コサイン変換
• 量子化
  　- 量子化テーブル
  　- 空間的マスキング効果
• ランレングス符号化
• 可変長符号化
• 時間的冗長性の削減方針
• フレーム間予測技術
  　- Iフレーム
  　- Pフレーム
  　- Bフレーム
  　- GOP
• 動き補償
  　- エンコーダー側の例
  　- デコーダー側の例
  　- マクロブロック
  　- 動きベクトルの算出
  　- 残差の計算と符号化
• コンテナとコーデック
  　- コンテナフォーマット
  　- コーデック
  　- コンテナとコーデックの関係

第4章　MPEG-1

• 開発の背景
• MPEG-1 Part 1（Systems）
  　- Program Stream
  　- タイムスタンプによる同期
• MPEG-1 Part 2（Video）
  　- 解像度とフレームレート
  　- マクロブロックとブロック構造
  　- 動き補償の仕様
• MPEG-1 Part 3（Audio）
  　- Layer I
  　- Layer II
  　- Layer III
• MPEG-1の限界
  　- 解像度の制約
  　- インターレース映像の非対応
  　- ビットレート制御の制約
• MPEG-1の功績

第5章　MPEG-2

• 開発の背景
• MPEG-2 Part 1（Systems）
• MPEG-2 Part 2（Video）
  　- インターレース映像対応
  　- フレームDCTとフィールドDCT
  　- 動き補償の拡張
  　- デュアルプライム予測
  　- 量子化マトリクスと適応量子化
  　- プロファイルとレベル
• MPEG-2 Part 3（Audio）
• MPEG-2 Part 7（Advanced Audio Coding）
• 幻のMPEG-3
• MPEG-2の限界
  　- イントラ符号化の制約
  　- 動き補償精度の制約
  　- エントロピー符号化の制約
  　- HD解像度での効率低下
  　- インターネット配信への制約
• MPEG-2の功績

第6章　MPEG-4

• 開発の背景
• MPEG-4 Part 2（Visual）
  　- 動き補償の高度化
  　- Global Motion Compensation
  　- 符号化ツールの改良
  　- MPEG-4 Visualの実装例
  　- 技術的成果と課題
• MPEG-4 Part 3（Audio）
• MPEG-4 Part 14（MP4 file format）
• MPEG-4 Part 10（Advanced Video Coding）
  　- 予測技術の高度化
  　- デブロッキングフィルター
  　- CABAC/CAVLCエントロピー符号化
  　- プロファイルとレベル
• H.264/AVCの限界
  　- 並列処理の制約
  　- マクロブロックサイズの制約
  　- エントロピー符号化の制約
• MPEG-4の功績

第7章　次世代映像圧縮技術

• 4K時代の標準コーデックH.265/HEVC
  　- H.265/HEVCの技術的革新
  　- H.265/HEVCの課題
• ロイヤリティフリーに挑戦するAV1
  　- AV1の技術的革新
  　- AV1の課題
• 究極の圧縮効率を追求するH.266/VVC
  　- H.266/VVCの技術的革新
  　- H.266/VVCの課題
• 映像圧縮技術の未来