H.264（MPEG-4 AVC）コーデック｜組み込みソリューション特集

H.264（AVC）コーデック

映像コーデック（ビデオコーデック）には、MPEG規格(MPEG4やH.264/AVC、H.265/ HEVC)・JPEG200・AV1などがあります。ここでは、その中でもH.264（AVC）を使用したコーデック技術についてご紹介します。

コーデック(Codec)とは、直訳すると圧縮（符号化）/伸長（復号化）を意味します。実際には符号化するエンコード(Encode)と復号化するデコード(Decode)、双方向に変換できるトランスコーダ(Transcoder)があります。またその機能をそれぞれエンコーダ(Encoder)とデコーダ(Decoder)と言います。映像コーデック以外にも、音声コーデックと画像コーデックもあります。

ビデオコーデック技術は、ネットワーク／ストレージへの転送負荷を抑えるため、ビデオデータを符号化する（エンコード）処理を施し、受け取った側でそれを復号化する（デコード）技術です。重要視されるのは、復元の際、いかにオリジナルの映像画質を劣化させずに再現できるかどうかです。4K/8Kレベルの解像度の動画ともなると、コーデックが処理する情報量も非常に大きくなってきます。遠隔カメラなどからネットワーク経由で転送するアプリケーションの場合、重要なのはエンコードとデコードの処理で遅延を発生させず、リアルタイムで映像データを転送できることです。また、高いインタラクティブ性が必要となるアプリケーションほど、低遅延（１フレーム以内）のビデオコーデック処理が求められます。現在、AI技術を使った物体検知や物体認識にはこのリアルタイム性は必須の条件になっています。

FPGA上に実装された4K解像度対応のH.264コーデックは、FPGAの特長を活かして並列でコーデック処理を実施することで、超低遅延（１／４フレーム程度）の実現、高圧縮/高品質映像、低電力そして小フットプリント（少ないコードサイズ）を可能にしています。

H.264 4K対応エンコーダIP及びデコーダIPの基本スペック一覧

4K 評価キット

4K解像度まで実現できるコーデックIPが実装されたモジュール、メモリ、I/Oなどを搭載し、開発をすること無く4Kエンコード/デコードを確認することができます。このエンコーダ（Encoder）/デコーダ（Decoder）技術は、FPGA上のIPコアであるためアップデートが可能であり、且つお客様の要望によるカスタマイズや最新のMPEG規格(H.264/AVCからH.265/HEVC)へ移行も可能です。

動画コーデックは、現在MPEG規格とAV1(AOMedia Video1)の二極化になっていますが、MPEG規格はAV1と比べて、超低遅延を実現できるコーデック規格です。

VoIP-4K

本ボードは、Video over IP向けに開発したキャリアボードを4K解像度対応コーデックボードとして製品化された小型のボードソリューションです。モジュールの変更による2K解像度への対応も可能です。

VoIP-４Kボード

利用実績

4K映像超低遅延によるインタラクティブ性の実現

Video over IPは、放送機器で利用されるSDIビデオ信号をIPに変換することで、イーサネットや無線を用いて伝送するための規格です。SOC社ではVideo over IP向けのキャリアボードとして米国や欧州、イスラエルの防衛機器開発メーカーにOEM提供した事例があります。今回、このキャリアボードを『VoIP-4K』製品として、販売を開始しました。VoIP-4Kは、多くのお客様が調査・研究で容易に活用していだけるように筐体を付けた形での提供を行っており、すでに数十ユニットもの販売・導入実績があります。またHDMIを利用したVoIP-2Kという製品としても提供できます。

本ボードは以下の利用方法が可能です。業務用4Kカメラで撮影した映像を送信機となるVoIP-4K（エンコーダIP搭載）に入力し、4Kエンコードします。エンコードされたストリーミングデータを、インターネット経由で受信機器となるVoIP-4K（デコーダIP搭載）で4Kデコードして、4KTVに出力します。

また、送信機側(エンコーダ搭載)では、USBシリアル経由でエンコードの各種パラメータ（転送レート、フレームレート、GOP変更）をリアルタイムでおこなうことが可能です。

このエンコードとデコード、UDP転送の処理速度は、以下の図のように17ms以下の低遅延を実現しています。そして、上記で紹介した利用方法の場合、4Kカメラと4Kモニタ出力の時間を加えても、70msec以下の低遅延を実証しています。