オープンの事例

AVoIP 用の独自のソリューションは避けたほうがよいでしょうか?

Pro AV 業界で知られていることが 1 つあるとすれば、それは信号管理製品に独自のシステムを採用し続けていることと、それに依存していることです。 関連業界 (通信、放送、映画、ストリーミング、デジタル イメージング) が世界規模の業界グループと協力して、オーディオとビデオのインターフェイスと圧縮の標準を開発、テスト、採用していることを考えてみましょう。 その一方で、私たちは多くの場合、競合する独自のシステムのグループから単に「勝者」を選び、強力なマーケティングとセールストークに基づいて選択を行い、それらを使い続けることがよくあります。

過去 20 年間に提供されたすべての HDMI ベースのスイッチャーとエクステンダーを思い出してください。それらのほとんどは非常にうまく機能しましたが、主要な製品がそのようになったのは、単にメーカーが早い段階で競合他社を上回る販売を行うのに十分な規模であり、最終的には鉄のグリップを確立したからです。新人を追い出した。

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現在、ビデオ信号の IT/IP ベースのスイッチングと配信への移行でも、同様のことが起こっています。 AV 業界以外では、ビデオの圧縮に使用されるコーデックは、ユーザー グループから発展し、広範なテストと改善が行われ、最終的には標準化されたオープンソース形式に基づいています。 最もよく知られている例は、Moving Picture Experts Group (MPEG、1988 年設立) と Joint Photographic Experts Group (JPEG、1992 年設立) によって開発されたものです。

専門家も消費者も、これらのコーデックを定期的に利用します。 ブロードキャスト、ケーブル、ストリーミング ビデオはすべて MPEG コーデック (MPEG-2、MPEG-4 H.264、HEVC H.265) を採用していますが、写真家 (およびスマートフォン) は JPEG のバリエーションに依存しています。 デジタル シネマも JPEG ベースのコーデックである JPEG2000 を使用します。

これらのオープンソース コーデックを標準化する利点は明らかです。世界中の誰でも、準拠したテレビ、コンピュータ、タブレット、電話、その他のビューアを使用して、無線または有線接続を介して MPEG ビデオ ストリームや JPEG 圧縮された写真を視聴できます。

MPEG 由来のコーデックは通常、圧縮率が高く、それに応じて遅延も長くなります。 これらは何よりも効率を重視して設計されており、ビット レートとファイル サイズを最小限に抑えます。 そのため、リアルタイムの信号配信や再生には適していません。

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一方、JPEG 由来のコーデックは遅延が非常に低く、圧縮率も大幅に低くなりますが、結果として得られるビデオ ストリームのデータ レートは高く、ファイル サイズは大きくなります。 論理的に、HDMI ベースの信号管理システムを同等の AV-over-IP に置き換えて、低遅延の高品質ビデオを配信したい場合は、JPEG ベースのコーデック、または軽い圧縮を使用する同様の独自のシステムが最適です。唯一の方法。 しかし、どれが最良の選択でしょうか?

ビデオ信号を圧縮するにはさまざまな方法があります。 JPEG コーデックは、ビデオの一連の静止フレームに軽い圧縮を実行することでこれを実現し、その後標準のフレーム レートで再生します。 （子供の頃に作ったフリップ映画を思い出してください。）

世界中の誰でも、準拠したテレビ、コンピュータ、タブレット、電話、その他のビューアを使用して、無線または有線接続を介して MPEG ビデオ ストリームや JPEG 圧縮された写真を視聴できます。

MPEG 圧縮では、「コピー アンド リピート」方式を使用してフレーム間の冗長な画像情報を最小限に抑え、空間的および時間的変化 (したがってすべての遅延) を予測するために前方および後方を参照するフレームと組み合わせますが、JPEG 圧縮とは異なり、フレーム補間は使用しません。そしてまったくの予測。 ビデオの各 JPEG フレーム内のすべての輝度と色の情報は完全であり、前後のビデオ フレームから独立して保持できます。

ディスプレイ ストリーム圧縮 (DSC) は、もともと 2014 年にディスプレイ信号用に開発されたもう 1 つの軽量圧縮方式で、同様の方法で機能し、古い HDMI バージョン 2.0 を使用して現在 AV 信号管理用に販売されている独自のビデオ コーデックの基礎となっています。 DSC コーデックと JPEG コーデックの違いは、DSC が 2:1 圧縮に制限されていることです。これは、10 Gbps ネットワーク スイッチを介して 8 ビット RGB カラーの Ultra HD (4K) ビデオ信号をプッシュするのに十分な圧縮です。

DSC は過去に 3:1 圧縮で実証されてきましたが、JPEG XS (ISO/IEC 21122) として知られる JPEG のバージョンは、はるかに高い圧縮率を達成し、信号劣化が最小限に抑えられることが判明しました。 JPEG XS は、MPEG コーデックよりも圧縮率が低く、他の JPEG 派生コーデックよりも圧縮率が高いため、「メザニン レベル」コーデックと呼ばれることもあります。

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2018 NAB Show で、日本の放送ネットワーク NHK は、10 Gbps ネットワーク スイッチを通過する、4:2:2 10 ビット カラー、6:1 圧縮の 8K ビデオ (7680x4320 ピクセル) をデモンストレーションしました。 (計算に興味がある人のために説明すると、非圧縮のデータ レートは 47.7 Gbps で、結果として得られる圧縮信号は 8 Gbps 未満でした)。

そしてNHKはデモで不正行為をしなかった。 水球の試合のビデオを使用し、圧縮信号を 70 インチ 8K 液晶テレビに表示しました。 ビデオ圧縮に精通している人なら誰でも知っているように、水の動きや飛び散りをアーティファクトを発生させずに圧縮するのは非常に困難です。 しかし、デコードされた信号にエイリアシングやその他のアーティファクトの痕跡を確認することは困難でした。

コーデックとしての JPEG XS は 10 年以上前から存在しています。 ある Pro AV ブランドは、フル HD 信号を圧縮し、1 Gbps ネットワーク スイッチを通過させるためにこれを使用しました。 また、長い間、JPEG ベースの圧縮システムの一般通念は 4:1 圧縮を超えないということでしたが、JPEG XS はそれよりもはるかに重い負担を軽減し、低遅延を維持しながら許容できる結果で 10:1 まで圧縮しました。

JPEG XS は、さまざまなアプリケーションと簡単に統合できます。 JPEG XS Web サイトより: 「JPEG XS は、プロフェッショナル ビデオ リンク (3G/6G/12G-SDI)、IP トランスポート (SMPTE 2022-5/6 および SMPTE 2110)、リアルタイム ビデオ ストレージ、メモリ バッファー、オムニ指向性ビデオ キャプチャ システム、仮想現実または拡張現実用のヘッドマウント ディスプレイ、画像センサー圧縮などです。」

JPEG XS は厳密にはビデオ コーデックですが、1,536 バイトを超える「ジャンボ」イーサネット フレームを通過させるように設定されたスイッチを介して、適切なヘッダーを備えた標準 IP ネットワーク上で容易に伝送されます。 (MPEG ビデオは標準のイーサネット フレームで送信できます。) また、JPEG XS は、業界標準のオーディオ コーデックや制御信号パケット、さらに補助データ (キャプション、評価、さらには補助言語) と一緒に簡単に移動できます。 これも JPEG XS Web サイトから: 「その設計は、FPGA、ASIC、CPU、GPU などのさまざまなプラットフォームでの効率的な実装を可能にする、さまざまな程度の並列処理を提供します。」

近年、NAB、ISE、InfoComm、IBC などの大規模な業界見本市に参加したことがある方なら、放送、映画、プロ AV、さらには家庭用電化製品の間の境界線があいまいになっていることに確実に気づいているでしょう。 これらすべての業界セグメントが AV-over-IP ネットワークに移行すると、差異が残っているとしても、本質的にはなくなります。

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現在、プロ用ビデオ カメラ (HDMI) には、テレビやコンピュータ モニター (こちらも HDMI) と同じビデオ インターフェイスが、シリアル データ インターフェイス (3G および 12G-SDI) とともに搭載されています。 HDMI ポートを内蔵した 10 Gb ネットワーク スイッチが利用可能になり、境界線はさらに曖昧になります。

ここで重要なのは、MPEG および JPEG コーデックは継続的に改良されているということです。 H.264 が H.265 に置き換えられつつあるのと同様に、次世代の高効率コーデック (Versatile Video Codec または VVC) は効率が 50% 向上していると主張しています。これは、4K または 8K ビデオをストリーミングする場合に便利です。

これは JPEG ベースのコーデックにも当てはまります。JPEG XS は 16:1 という高い圧縮率でのテストに成功しており、今後も改善されることは間違いありません。 何よりも、IT ネットワークを介したあらゆる視聴プラットフォームでソフトウェア エンコードとデコードを使用して、ベースバンドまたはディスプレイなど、あらゆるビデオ ソースで動作します。

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