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世代損失とは、データの後続のコピーまたはトランスコード間での品質損失です。コピー時に表現の品質が低下し、コピーのコピーを作成するとさらに品質が低下するものはすべて、世代損失の一種と見なすことができます。アーティファクトの導入により、各世代を通じてデータのエントロピーが実際に増加する可能性があるため、ファイル サイズの増加は世代損失の一般的な結果です。
アナログ世代の損失
アナログシステム (デジタル録音を使用するが、アナログ接続でコピーを作成するシステムを含む)では、生成損失は主に、ケーブル、アンプ、ミキサー、録音機器、およびソースと宛先の間のその他のものにおけるノイズと帯域幅の問題が原因です。分配アンプの調整が不十分であったり、インピーダンスが一致していないと、これらの問題がさらに悪化する可能性があります。アナログとデジタル間の変換を繰り返すと、損失が発生することもあります。
世代損失は、複雑なアナログ オーディオおよびビデオ編集において重要な考慮事項でした。これらの編集では、中間ミックスを作成してからテープに「バウンスダウン」することで、多層編集が行われることがよくありました。世代損失と、その結果生じるノイズや周波数応答の低下を最小限に抑えるには、慎重な計画が必要でした。
必要な世代数を最小限に抑える方法の 1 つは、多数のチャンネルを一度にミックスできるオーディオ ミキシング スイートまたはビデオ編集スイートを使用することです。極端な場合、たとえば 48 トラックのレコーディング スタジオでは、複雑なミックスダウン全体を 1 世代で実行できますが、これは資金が豊富なプロジェクト以外では法外なコストがかかります。
ドルビーAなどのプロフェッショナル向けアナログノイズ低減システムの導入により、可聴域で発生するノイズの損失は減少したが、最終的にはデジタルシステムによって置き換えられ、ノイズの損失は大幅に減少した。[1]
ATISによれば、「デジタル記録と再生は本質的に世代損失のない方法で実行できるため、世代損失はアナログ記録に限定されます。」[1]
デジタル世代の損失
デジタル技術を正しく使用すれば、世代損失をなくすことができます。これは、録音または作成から、インターネット ストリーミングまたは光ディスクで配信するための最終的な非可逆エンコードまで、可逆圧縮コーデックまたは非圧縮データのみを使用することを意味します。機器が正常に動作していれば、デジタル ファイルをコピーすると正確なコピーが作成され、コピーによる世代損失がなくなりますが、非可逆圧縮コーデックを使用してデジタル ファイルを再エンコードすると、世代損失が発生する可能性があります。デジタル技術のこの特性により、無許可コピーのリスクに対する認識が高まっています。デジタル技術が普及する前は、たとえばレコード レーベルは、音楽トラックの無許可コピーがオリジナルほど優れていることは決してないと確信できました。
非可逆ビデオまたはオーディオ圧縮コーデックを使用した場合でも、エンコードまたは再エンコードのたびにソース素材にアーティファクトが導入されるため、世代損失が発生する可能性があります。Apple ProRes、Advanced Video Coding、mp3などの非可逆圧縮コーデックは、ファイルサイズを大幅に削減できるだけでなく、視聴目的では非圧縮または可逆圧縮されたオリジナルと区別がつかないため、非常に広く使用されています。 世代損失を回避する唯一の方法は、非圧縮または可逆圧縮ファイルを使用することです。ただし、実行時の1秒あたりフラッシュメモリまたはハードドライブで大量のストレージスペースが必要になるため、ストレージの観点からは高価になる可能性があります。 非圧縮ビデオには高いデータレートが必要です。たとえば、60フレーム/秒の1080pビデオには、約370メガバイト/秒が必要です。[2]非可逆コーデックでは、Blu-rayやインターネット経由のストリーミングビデオが実現可能です。どちらも、許容できるフレームレートと解像度で非圧縮または可逆圧縮ビデオに必要なデータ量を配信できないためです。画像も、ビデオやオーディオと同様に世代損失の影響を受ける可能性があります。
通常、元のファイルではなく非可逆圧縮ファイルを処理すると、圧縮されていない元のファイルから同じ出力を生成する場合よりも品質の低下が大きくなります。たとえば、Web ページ用の低解像度のデジタル画像は、既に圧縮された高品質のJPEGファイルから生成するよりも、圧縮されていないRAW 画像から生成した方が品質が向上します。
デジタルシステムで世代損失を引き起こす技術
デジタル システムでは、他の利点のために使用される非可逆圧縮コーデックやアルゴリズムなどのいくつかの技術によって世代損失が発生する可能性があるため、注意して使用する必要があります。ただし、デジタル ファイルのコピー自体では世代損失は発生しません。つまり、完全なコピーチャネルが使用されている限り、コピーされたファイルは元のファイルと同一です。
一部のデジタル変換は可逆的ですが、一部は不可逆です。ロスレス圧縮は定義上、完全に可逆的ですが、非可逆圧縮では復元できないデータが一部破棄されます。同様に、多くのDSPプロセスは可逆的ではありません。
したがって、非可逆圧縮コーデックを使用する場合、生成損失を回避するには、オーディオまたはビデオ信号チェーンを最初から最後まで慎重に計画し、複数の変換を最小限に抑えるように再配置することが重要です。デジタル技術には生成損失を完全に排除する可能性があるにもかかわらず、ソース、宛先、および中間のピクセル数とサンプリング レートを任意に選択すると、デジタル信号が著しく劣化することがあります。
同様に、非可逆圧縮を使用する場合は、ファイルに関連するワークフローの最後に、必要な変更がすべて行われた後に 1 回だけ実行するのが理想的です。
トランスコーディング
非可逆形式間の変換（同じ形式へのデコードと再エンコード、異なる形式間の変換、または同じ形式の 異なるビットレートやパラメータ間の変換）では、生成損失が発生します。
非可逆圧縮と解凍を繰り返し適用すると、特に使用されるパラメータが世代間で一貫していない場合、世代損失が発生する可能性があります。理想的には、アルゴリズムはべき等（つまり、信号をデコードしてから同一設定で再エンコードした場合、損失が発生せず、スケーラブル（つまり、低品質設定で再エンコードした場合、結果は元の信号からエンコードされた場合と同じになる））である必要があります。スケーラブルなビデオ コーディングを参照してください。より一般的には、特定のエンコードの異なるパラメータ間でのトランスコーディングにより、理想的には最大の共通品質が得られます。たとえば、赤 4 ビットと緑 8 ビットの画像から、赤 8 ビットと緑 4 ビットの画像に変換すると、理想的には、それ以上の劣化なしに、単純に赤の色深度 4 ビットと緑の色深度 4 ビットの画像が生成されます。
一部の非可逆圧縮アルゴリズムは、この点では他のアルゴリズムよりもはるかに劣っており、べき等性もスケーラビリティもなく、パラメータが変更されるとさらに劣化を引き起こします。
たとえば、JPEGでは、品質設定を変更すると異なる量子化定数が使用され、追加の損失が発生します。さらに、 JPEG は 16×16 ブロック (またはクロマ サブサンプリングに応じて 16×8 または 8×8) に分割されるため、8×8 境界に収まらないクロッピングはエンコード ブロックをシフトし、大幅な劣化を引き起こします。回転時にも同様の問題が発生します。これは、クロッピングにjpegtranまたは同様のツールを使用することで回避できます。ビデオ キーフレームが世代間で整列していない 場合も、同様の劣化が発生します。
編集
イメージスケーリングなどのデジタルリサンプリングやその他のDSP技術も、基礎となるストレージがロスレスであっても、使用するたびにアーティファクトが発生したり、信号対雑音比(S/N 比) が低下したりする可能性があります。
再サンプリングによりエイリアシングが発生し、低周波成分がぼやけて高周波ノイズが追加され、ジャギーが発生します。一方、有限精度に収まるように計算を丸めると量子化が導入され、バンディングが発生します。ディザリングで修正すると、代わりにノイズになります。どちらの場合も、信号の S/N 比を低下させるだけで、アーティファクトが発生する可能性があります。編集中に高精度 (特に浮動小数点数) を使用すると、量子化を減らすことができ、最後に固定精度に戻すだけです。
多くの場合、特定の実装は理論上の理想に達しません。
例
コピーを何度も繰り返すと、画像の歪みや劣化が生じます。[3]コンテンツを繰り返しダウンロードし、 InstagramやYouTubeなどのプラットフォームに再投稿/再アップロードすると、顕著な品質低下が生じる可能性があります。[4] [5] [6]同様の影響がVHSテープのコピーでも報告されています。[7]これは、両方のサービスが、アップロードされるデータがサービスですでにホストされているデータの複製であっても、アップロードされるすべてのデータに非可逆コーデックを使用するためです。一方、VHSはアナログメディアであり、干渉によるノイズなどの影響が録画にはるかに顕著な影響を及ぼす可能性があります。
参照
注記
- ^ ab 「generation loss」。ATIS Telecom Glossary。Alliance for Telecommunications Industry Solutions。2016年9月28日。2017年1月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年9月28日閲覧。
- ^ 「H.264 は魔法: 注目すべきテクノロジーの技術的ウォークスルー」2016 年 11 月 2 日。
- ^ 「世代損失」 Webopedia 2007年3月. 2016年9月28日閲覧。
- ^ シンプソン、アイザック（2013年12月4日）。「YouTube動画を1,000回コピーするのは地獄への降下だ」。デイリードット。 2016年9月28日閲覧– YouTube経由。
- ^ Zhang, Michael (2015年2月11日). 「写真をInstagramに90回再投稿すると何が起こるかを示す実験」. Petapixel . 2016年9月28日閲覧。
- ^ Zhang, Michael (2010年6月4日). 「私はYouTubeスタイルで部屋に座っている」. Petapixel . 2016年9月28日閲覧。
- ^ 「VHS世代ロス（50fps）」YouTube 2016年12月4日2024年9月11日閲覧。
外部リンク
- Sneyers, Jon (2016 年 4 月 10 日)。「高品質設定での世代損失」(ビデオ)。2021 年 12 月 13 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年9 月 29 日にYouTube から取得。