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動画フォーマットについて

動画フォーマットについて

映像圧縮

コンピュータ上で扱われる映像データは、少しずつ内容の異なる静止画を連続して表示することで動く絵として表現されます。
通常、動画データは毎秒数十コマ程度の静止画を表示します。たとえば、1枚あたり300KBの容量がある静止画を1秒間に30コマ表示する動画データだと、毎秒9MBほどの容量になり、1時間で32GBもの容量になってしまいます。内蔵メモリに64GBの容量があるビデオカメラでも2時間しか録画できないことになります。

そのため、実際の映像データは映像圧縮技術を用いることで容量を減らすようになっています。
たとえば、動画を構成するすべての画像を静止画として記録するのではなく、間引いて記録し、間の部分は変化のあった部分の差分だけを記録すれば容量を大きく節約できます。さらに、間引いた部分は前後の画像から動きを予測して仮の画像を作ったうえで、実際の画像との差を取るという技術(フレーム間予測)を用いることでさらに容量を節約できます。

フレーム間予測

こういった圧縮技術のおかげで、ハイビジョンの地上デジタル放送の録画の場合、1秒あたり2MB程度、1時間で7.5GB程度のデータ量に抑えられています。Netflixなどのネット配信ではさらに高度な圧縮技術を用いることで、ハイビジョンの4倍の情報量を持つ4K映像も、ハイビジョンの地デジと同程度のデータ量にまで圧縮しています。
このように映像データを圧縮する仕組みや圧縮・再生するソフトウェアのことを「ビデオコーデック(Video Codec)」と呼びます。ビデオコーデックには様々な種類があり、それぞれ違った特徴を持ちます。

ファイルコンテナ

動画ファイルには、映像データだけではなく、音声データも必要となります。そのため、動画ファイルのファイルフォーマットは、複数の要素で構成されていて、全体をコンテナフォーマットと呼ばれています。

貨物列車やコンテナ船に搭載される”コンテナ”と同じで、いろんなものを入れるための箱のようなものです。コンテナの中に映像データと音声データが納められて、一つの動画データとなります。

コンテナフォーマット

コンテナフォーマットにはいくつかの種類がありますが、中に入る映像データや音声データも様々な種類のコーデックで作成されたものが存在するため、ビデオコーデック・オーディオコーデック・コンテナの組み合わせは無数に存在します。

そのため、コンテナフォーマットに対応しているソフトウェアでも、中のビデオコーデックに対応していない場合、音声は再生されるのに映像が出ないということも起こりえます。

音声は再生されるのに映像が出ない

また、コンテナフォーマットには映像や音声以外の情報が格納できるようになっており、字幕などのテキスト情報、メニュー画面用の画像、撮影時刻、撮影した場所のGPS位置情報なども格納できます。

コーデック・ビデオコンテナの種類

MPEG-1(エムペグ ワン)

1993年に作られた動画規格で、1990年代のインターネット動画で使用されていました。日本ではあまり普及していませんがビデオCDでも使用されています。古い規格なので現在ではあまりMPEG-1を使用することはありません。
写真ファイルで使われているJPEGと似た名前ですが、両方とも規格を作った団体名の略称が名称の由来となっています。JPEGを作った団体の名称が「Joint Photographic Experts Group」で、MPEGは「Moving Picture Experts Group」が作りました。
MPEGは、動画データ全体の規格なので、映像だけではなく音声の部分の規格も決められています。MPEG1のオーディオコーデックの一つに「MPEG1 Audio Layer-3」があります。一般的にMP3(エムピースリー)と呼ばれていて、現在でも音楽圧縮フォーマットとして広く使用されています。

MPEG-2(エムペグ ツー)

MPEG-2(エムペグ ツー)

1995年に作られたMPEG-1の後継規格で、DVDビデオや地上デジタル放送などで使用されています。
MPEG-2そのものはビデオコンテナの名称で、映像部分(MPEG-2ビデオ)に関しては「H.262」という別の名称も持っています。
MPEG-1よりも圧縮効率が良く、同じ容量であればMPEG-2のほうが高画質となります。
規格上は、MPEG-2動画ファイルの中にMPEG-1ビデオを格納することも可能ですが、あまりそのような使用例はありません。

MPEG-4(エムペグフォー)

MPEG-2のあとにMPEG-3の規格が作られていましたが、MPEG-2に吸収されたため、欠番となり、3を飛ばしてMPEG-4が作られました。
MPEG-4はビデオコンテナとして、高画質の放送から、低速な携帯回線向けの配信動画まで、幅広く使用されています。格納可能なビデオコーデック、オーディオコーデックが多く、同じMP4ファイルでも、映像部分がMPEG-1だったりH.265だったりする可能性があります。そのため、再生環境によっては対応したコーデックが導入されておらず、動画がうまく再生できないことがあります。
また、MPEG-4の派生フォーマットとして、携帯電話向けの「3GPP」や「3GPP2」もあります。

H.264/MPEG-4 AVC(エムペグフォーエーブイシー)

H.264/MPEG-4 AVC(エムペグフォーエーブイシー)

MPEG-4の中の映像コーデック部分の一つが「MPEG-4 Part 10 Advanced Video Coding(MPEG-4 AVC)」です。別の団体が同じ規格を共同で策定してH.264と名称を付けたため、両方の規格名を併記して「H.264/MPEG-4 AVC」と呼ばれることが多いようです。MPEG-2ビデオ(H.263)の2倍の圧縮効率があり、Blu-rayビデオやネット配信動画などで採用されています。
H.264/MPEG-4 AVCを採用した動画フォーマットで代表的なのが「Advanced Video Coding High Definition (AVCHD)」です。Blu-rayビデオを応用した規格で、多くのハイビジョンビデオカメラがAVCHD形式で録画しています。

H.265

H.265

H.265は比較的新しい規格で、2013年に制定されています。MPEG-2ビデオ(H.263)と比較して4倍、H.264/MPEG-4 AVCの2倍の圧縮効率を誇ります。ネット配信からUltra HD Blu-rayまで幅広く採用されていて、次世代の4K/8Kスーパーハイビジョン放送でも採用される予定です。
Appleが強く普及を勧めていて、iPhone7以降でiOS11以上を使用した場合、カメラで動作を撮影するとH.265で圧縮されます。

Motion JPEG(モーションジェイペグ)

1990年代から使用されていた古いビデオコーデックで、フレーム間の圧縮を一切行わず、JPEGファイルをフレーム数の数だけ集めただけのシンプルな構造になっています。
そのため、ハードウェアの負荷は低いものの、圧縮効率が非常に悪く、ファイルサイズは大きくなります。現在ではあまり使用されていません。

QuickTime(クイックタイム)

QuickTime(クイックタイム)

AppleがMac用に作成したコンテナフォーマットで、映像や音声だけではなく、テキストや静止画など、様々な情報を記録することができます。
汎用性に富んでいることから、MPEG-4の規格を作る際に、QuickTimeのコンテナ部分を参考に策定されました。QuickTime6からは逆にMPEG-4の規格を取り入れているので、MPEG-4とは兄弟のような関係です。

Audio Video Interleave(オーディオビデオインターリーブ)

Audio Video Interleave(オーディオビデオインターリーブ)

古くから使われているWindowsの標準の動画コンテナフォーマットで、AVIファイルとも呼ばれます。MP4コンテナ同様、様々なコーデックの映像を格納可能です。
コンテナ自体はWindowsが標準で対応しているにもかかわらず、多様なコーデックを格納可能なことから、再生環境によってはコーデックが対応せず、映像が流れないトラブルが発生やすいフォーマットです。

Windows Media Video(ウィンドウズメディアビデオ)

Windows Media Video(ウィンドウズメディアビデオ)

マイクロソフト独自のコンテナフォーマットおよびビデオコーデックで、もともとはMicrosoft MPEG-4という名称で、その時点では規格の策定中だったMPEG-4の暫定規格をベースとしています。略称はWMVです。
Windowsメディアプレイヤーのバージョン番号に合わせるため、最初のバージョンがWMV7となっていて、その後、WMV8、WMV9が作られました。WMV9コーデックはマイクロソフト以外も使用できるように規格を公表し、VC-1に名称が改められました。VC-1は、HD DVDや、一部のBlu-rayディスクで採用されたものの、HD DVD自体が市場から撤退し、Blu-rayではH.264/MPEG-4 AVCが使用されるケースがほとんどで、現在ではVC-1を見かけることはあまりありません。
コンテナとしてのWMVは、著作権保護機能を持っているため、有料動画配信などで活用されています。

WebM(ウェブエム)

WebM(ウェブエム)

WebMは、Googleが開発しているインターネット用の動画コンテナフォーマットで、多くのブラウザが再生をサポートしています。
ビデオコーデックとしては同じくGoogleが開発しているVP8やVP9が使用されています。VP9はH.265と同等の性能があるとされており、YouTubeでの動画配信にも使われています。

動画データの復旧

このように動画データは、多様なファイルコンテナとコーデックで構成されており、無数の形式が存在します。ビデオカメラで撮影した動画も、カメラのメーカーやモデルによって少しずつデータの構成が異なります。

誤削除や、障害の発生したSDカードやビデオカメラなどからのデータ復旧を行う場合、その動画の特性に合わせた復元作業を行う必要があります。
データレスキューセンターでは、過去にも多数の動画データの復旧のご依頼をいただいております。特殊な形式の動画ファイルについても技術の蓄積があり、データの復旧に成功しています。動画のデータ復旧でお困りの場合はお気軽にお問い合わせください。

●ビデオカメラのデータ復旧事例
https://www.rescue-center.jp/case/video_camera.html

●SDカード/microSDカードの復元事例
https://www.rescue-center.jp/case/mc.html

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