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動画や音声データの質を調整するフレームレート・サンプリングレート・ビットレート

動画をエンコードして書き出す時にはいろんな設定を行いますが、その中でも動画のクオリティを決める重要な単位がいくつかあります。今回はその中の「フレームレート」「サンプリングレート」「ビットレート」についてまとめてみました。   言葉も似ていて難しそうですし、いまいち違いもはっきりと説明できなかったので勉強も兼ねてこの機会に理解しておこうと思います。   これらの単位は、動画や音声データに扱われる単位で、値が高いと品質も良くなりますが、データサイズやエンコードにかかる時間も長くなります。あらかじめ理解しておくことで、最適なレベルで動画や音声データを扱えるようになるので、是非とも覚えておきたいですね。  
音声データの滑らかさを測る「サンプリングレート」
まずはじめは音声データに使われる「サンプリングレート」です。別名サンプリング周波数とも呼ばれます。詳しく言うと音声データで1秒間に行われる標本化(サンプリング)される回数を計測したものになります。   この音声データのサンプリングですが、なぜ行われるのかというとアナログ信号からデジタル音声データに変換する時など、音を記録して再現するために必要な作業で、この作業から音声情報を音声として出力できるようになります。   この時にそれぞれ音の周波数に応じてサンプリングされることになるのですが、音声の周波数の中で細かく分けられた部分を取得して音声データへと変換されるようになります。この細かく分けられた数がそのままサンプリングの回数となりサンプリングレートの単位として表されます。   したがって、サンプリングレートが高いとそれだけ滑らかでリアルに近い音質となるわけです。一般的な数値としては44100Hz(44.1kHz)となり、単位はHzで表されます。CDなどもこの数値のサンプリングレートが採用されています。  
動画データの滑らかさを測る「フレームレート」
次に動画データに用いられる「フレームレート」です。これは動画データが1秒間に何枚のフレーム(画面)が書き換えられているかを示します。つまり動画は複数の静止画像から構成されているパラパラ漫画のようなものであると言えます。   動画編集なども経過時間単位ではなく、フレームレート単位で編集されることも多いです。このフレームレートは数値が大きければ滑らかな動きやアニメーションとなります。逆に数値が小さければ、コマ送りやタイムラプスのような動画となります。一般的には1秒間に30フレーム(正確には29.97)が多く、30fpsと表記されます。単位はfpsが採用されます。   メディアによっては50fpsや60fpsなど高画質の動画データもありますが、フレームレートが大きくなれば、その分データ容量に影響しますので注意が必要です。  
動画・音声データを構成する情報量を示す「ビットレート」
最後はデータの情報量である「ビットレート」で、1秒間に転送される情報量(ビット数)になります。このビットレートは音声データ、動画データの両方で扱われ、音声では「音声ビットレート」、動画では「映像ビットレート」と言った単位で示されたりもします。   音声でも動画でもデジタルデータは0と1で表現される2進数のビットと呼ばれる単位で扱われます。ここで「ビット深度」と呼ばれる、サンプリングされた単位時間当たりに入れる情報量がポイントとなります。ビット深度は、8bit・16bit・24bit…と大きくなるにつれて情報量も増えていきます。   ビットレートが大きくなると、音声の場合には高音域から低音域まで音色が豊かになります。動画の場合は画質や色合いが良くなります。ただし、ビットレートが上がるに合わせてデータサイズも比例して大きくなります。単位にはbpsが用いられます。   音声ビットレートは、サンプリングレートにビット深度を掛け合わせたものになります。そして映像ビットレートは、1フレームの解像度にビット深度をかけて、そこからフレームレートを掛けたものになります。音声ビットレートと、映像ビットレートを足したものが動画自体のビットレートになります。   これらをまとめると以下のような関係になります。    
サンプリングレート(Hz) 音声データで扱う単位で、1秒間あたりのサンプリング回数を示す。大きくなれば音が滑らかになる、一般的には44100Hzが多い。
フレームレート(fps) 映像データで扱う単位で、1秒間に書き換わる画面数を示す。大きくなれば動きやアニメーションが滑らかになる、一般的には30fpsが多い。
ビットレート(bps) 音声データと映像データの両方で扱う単位で、転送される情報量を示す。大きくなれば、音声の場合は音域が広がり音色豊かになる。映像の場合は色合いが増し鮮明に表示される
  いずれも値が大きくなればそれに比例してデータ自体のサイズも大きくなり、エンコードにかかる時間も増えます。  
ウェブ媒体で扱う時は適切な数値になるように
サンプリングレート、フレームレート、ビットレートは上がるほど高品質になりますが、その分データサイズも増えていきます。ですのでクオリティにこだわりすぎることで読み込み時間がかかったりと、逆にユーザービリティを損ねてしまうことにもつながります。   値を上げたところで、体感的に違いがわかるかといえばそうでないケースもあるので、これらの関係を理解して、クオリティを保ちつつデータサイズを極力小さくすることが大切です。サンプリングレートとフレームレートは媒体によって規格が設けられているので、基本的にはビットレートで調整するのがいいのではないでしょうか。   クリエイティブな制作作業でも、このような知識があるか無いかで仕事自体の質が決まってくるかと思いますので、知っておくだけでメリットがありますね。   (参考にさせて頂いたサイト) サンプリングレート・ビット深度・ビットレートの意味と関係性
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