モーションJPEG

Motion JPEG ( M-JPEGまたはMJPEG ) は、デジタル ビデオシーケンスの各ビデオ フレームまたはインターレースフィールドがJPEG画像として個別に圧縮されるビデオ圧縮形式です。

Motion JPEG はもともとマルチメディア PC アプリケーション用に開発されたものですが、幅広いクライアント サポートを受けています。ほとんどの主要な Web ブラウザーとプレーヤーはネイティブ サポートを提供しており、その他のブラウザーとプレーヤーではプラグインが利用可能です。M-JPEG 標準を使用するソフトウェアとデバイスには、メディア プレーヤー、ゲーム コンソール、デジタル カメラ、IP カメラ、Web カメラ、ストリーミング サーバー、ビデオ カメラ、非線形ビデオ エディターなどがあります。^{[引用が必要]}

Motion JPEG はもともとマルチメディア PC アプリケーション用に開発されました。^{[引用が必要]}

MJPEG の初期の実装は、一般的にハードウェアで実装されていました。C -Cube は初期の提唱者であり、CL550 JPEG コーデックはいくつかのハードウェア実装で使用されていました。NeXTのNeXTdimension はオンボードの CL550 を搭載して MJPEG を実装すると発表されました^[1]。しかし、これは後に棚上げされ、出荷された最終製品には含まれていませんでした。^[2]

Appleは1990年代半ばにQuickTime PlayerでMJPEGのソフトウェア実装を提供した。 ^[3]

M-JPEG は、フレーム内のみの圧縮方式です (より計算集約的な技術であるフレーム間予測と比較)。MPEG1、MPEG2、H.264 / MPEG - 4 AVCなどの最新のフレーム間ビデオ フォーマットは、実世界の圧縮率 1:50 以上を実現しますが、M-JPEG にはフレーム間予測がないため、圧縮出力の空間アーティファクトに対する許容度に応じて、効率は 1:20 以下に制限されます。フレームは互いに独立して圧縮されるため、M-JPEG ではハードウェア デバイスの処理要件とメモリ要件が低くなります。

純粋なイントラフレーム圧縮方式である M-JPEG の画質は、各ビデオ フレームの静的 (空間的) 複雑度に直接左右されます。大きく滑らかな遷移や単調な表面を持つフレームは圧縮率が高く、目に見える圧縮アーティファクトがほとんどなく、元の詳細が保持される可能性が高くなります。複雑なテクスチャ、細い曲線や線 (新聞の文字など) を示すフレームは、リンギング、にじみ、マクロブロッキングなどの離散コサイン変換(DCT) アーティファクトが発生しやすくなります。M-JPEG で圧縮されたビデオは、動きの複雑度、つまり時間経過による変化にも影響を受けません。インターフレーム ビデオ形式のテストでよく使用される 2 つの極端な例である、非常にランダムな動き (大きな滝の水面の乱れなど) によって妨げられることも、動きがないことで助長されることもありません (三脚で撮影した静的な風景など)。

QuickTime形式の場合、Apple は MJPEG-A と MJPEG-B の 2 種類のコーディングを定義しています。MJPEG-B では有効な JPEG 交換ファイルが保持されなくなったため、ヘッダーを少し変更しないとフレームを JPEG ファイルに取り込むことはできません。

JPEG は、より新しい形式 ( JPEG 2000やH.264/MPEG-4 AVCなど) と比較すると、同等の品質を実現するために多くのビットを使用するため非効率的です。1990 年代初頭にオリジナルの JPEG 標準が開発されて以来、JPEG 形式だけでなく、可能なフレーム間圧縮スキーマにも技術的な改善が加えられてきました。

Motion JPEG は、十分に開発されたライブラリを備えた成熟した圧縮規格 (JPEG) を使用し、フレーム内圧縮方式であるため、実装が簡単です。^{[引用が必要]}

ビデオ ストリーム内の急速に変化する動きを許容しますが、フレーム間圧縮を使用する圧縮方式では、ビデオ コンテンツが各フレーム間で大幅に変化する場合に、許容できない品質の低下が発生することがよくあります。^{[引用が必要]}

計算負荷が高くないため、必要なハードウェアは最小限です。^[要出典]

MPEG-2などの国際標準で規定されているビデオ形式や、JPEG静止画像符号化規格で規定されている形式とは異なり、あらゆる状況で使用できる「Motion JPEG」の完全な仕様として普遍的に認識されている単一の正確な形式を定義する文書は存在しません。このため、異なるメーカーからのファイル出力に関する互換性の問題が生じます。ただし、各ファイル形式には通常、M-JPEGのエンコード方法に関する何らかの標準があります。たとえば、MicrosoftはAVIファイルにM-JPEGを保存するための標準形式を文書化しています。^[4] AppleはQuickTimeファイルにM-JPEGを保存する方法を文書化しています。RFC 2435はM-JPEGをRTPストリームに実装する方法を説明しています。また、Matroskaファイル形式にはM-JPEG CodecIDが計画されています。^[5]

M-JPEG は現在、デジタル カメラ、IP カメラ、Web カメラなどのビデオ キャプチャ デバイスや、非線形ビデオ編集システムで使用されています。QuickTime Player、PlayStationコンソール、Safari、Google Chrome、Mozilla Firefox、Microsoft EdgeなどのWeb ブラウザーでネイティブにサポートされています。

M-JPEG は、非線形ビデオ編集システムで頻繁に使用されます。最新のデスクトップ CPU は、高解像度ビデオを処理できるほど強力であるため、特別なハードウェアは必要なく、任意のフレームへのネイティブ ランダム アクセスを提供します。

PlayStationゲーム コンソールは、ゲーム内のFMVシーケンス用に M-JPEG のような解凍ハードウェアを統合しており、PlayStation Portableハンドヘルド ゲーム コンソールは、解像度 480×272 の .avi 拡張子のMemory Stick Pro Duoから M-JPEG を再生できます。どちらもGo!Camカメラを使用して M-JPEG でクリップを録画できます。

任天堂のWiiゲーム コンソールやVTechの InnoTab は、Photo Channelを使用してSD カード上の M-JPEG エンコード ビデオを再生できます。SanDisk Sansa e200 およびZen Vデジタル オーディオ プレーヤーは、短い M-JPEG ビデオを再生できます。Nintendo 3DSの最近のファームウェア アップデートにより、ビデオの長さが 10 分以内であれば、 Fujifilm FinePix Real 3D シリーズで使用されているのと同じ形式である「3D-AVI」M-JPEG エンコード ファイルを320×240 解像度で SD カードから録画および再生できるようになりました。

民生用デバイスでMPEG-4エンコーディングが普及する以前は、デジタル スチル カメラの「ムービー」モードでは M-JPEG のプログレッシブ スキャン形式が広く使用されており、ソフトウェアを変更するだけで、統合された JPEG 圧縮ハードウェアによるビデオのエンコーディングと再生が可能でした。結果として得られる品質は、同様のサイズの MPEG と比較すると依然として劣っています。特に、サウンド (含まれている場合) が圧縮されていないPCMで、低いサンプル レートで録音されていたか、圧縮率が低くプロセッサへの負荷が低いADPCMだったためです。

ファイル サイズと転送速度を制御するために、フレーム サイズとレート、およびサウンドのサンプリング レートは、個々のフレームごとに非常に高いレベルの圧縮を行うことで、比較的低く抑えられています。160×120 または 320×240 の解像度が一般的なサイズで、通常は 10、12、または 15 フレーム/秒で、画質は JPEG 設定「50」に相当し、モノラル ADPCM サウンドは約 8 kHz でサンプリングされます。これにより、非常に基本的でありながら実用的なビデオ出力が得られ、MPEG と同等のストレージ コスト (約 120 kB/秒のビデオ レート、約 8 kB/秒のオーディオ、または 320×240 解像度で約 1 Mbit/秒) で、処理オーバーヘッドは最小限に抑えられます。このビデオは通常、Microsoft のAVIまたは Apple のQuickTime Movieコンテナー ファイルに保存されます。これらのファイルはほとんどのオペレーティング システムでネイティブに表示できますが、追加のコーデックをインストールする必要がある 場合もあります。

安価な「MP4」プレーヤーでよく使用されるAMV ビデオ形式は、M-JPEG の修正バージョンです。

ポータブル プレーヤー (主にビデオの「消費者」) に加えて、多くのビデオ対応デジタル カメラはビデオ キャプチャに M-JPEG を使用します。たとえば、次のようになります。

• 2008 年 8 月、ニコンはビデオを録画できる最初の D-SLR であるD90 を発表しました。使用される形式は M-JPEG です。D90 は、320×216 ピクセル、640×424 ピクセル、1280×720 ピクセルの 3 つの異なるモーション JPEG 形式を使用します。
• 2009 年 6 月、ペンタックスは、当時発売予定だったK-7カメラが 640×416、1280×720、1536×1024 の解像度で M-JPEG を使用することを発表しました。作成される M-JPEG ファイルのデータ レートは最大 74 Mbit/s です。
• 2016年8月、キヤノンは5D Mark IVカメラがM-JPEGで4Kビデオを記録し、 ^[6]データレートが約500Mbit/sになることを発表しました。^[7]

多くのネットワーク対応カメラは、ネットワーク クライアントが接続できる M-JPEG ストリームを提供します。MozillaおよびWebkitベースのブラウザーは、これらの M-JPEG ストリームの表示をネイティブでサポートしています。

一部のネットワーク対応カメラは、通常の機能セットの一部として独自の M-JPEG インターフェイスを提供します。この機能をネイティブに提供しないカメラの場合は、サーバーを使用してカメラの画像を M-JPEG ストリームにトランスコードし、そのストリームを他のネットワーク クライアントに提供できます。

Apple は 2010 年 9 月 1 日に、最新バージョンの Apple TV が最大 35 Mbit/s の M-JPEG、1280 x 720 ピクセル、30 フレーム/秒、μlaw オーディオ、.avi ファイル形式の PCM ステレオ オーディオをサポートすると発表しました。

Netgear NeoTV 550 などの一部のメディア プレーヤーは、M-JPEG の再生をサポートしていません。

HTTP ストリーミングは、指定されたマーカーで各画像を個別の HTTP 応答に分離します。HTTP ストリーミングは、 QuickTimeやVLCなどのクライアントが受信できる一連の JPEG 画像のパケットを作成します。

MJPEG ファイルまたはストリームのGET 要求に応答して、サーバーはHTTP経由で JPEG フレームのシーケンスをストリーミングします。特別な MIME タイプコンテンツ タイプ multipart/x-mixed-replace;boundary=<boundary-name> は、 <boundary-name> で区切られた応答として複数の部分 (フレーム) を期待するようにクライアントに通知します。この境界名は、MIME タイプ宣言自体の中で明示的に開示されます。クライアントが新しいフレームを受信することを希望し、サーバーが新しいフレームを提供する必要がある限り、TCP 接続は閉じられません。M-JPEG ストリーミング サーバーの 2 つの基本的な実装は、cambozolaとMJPG-Streamerです。より堅牢なffmpeg-serverも M-JPEG ストリーミング サポートを提供します。

ネイティブウェブブラウザのサポートには、Safari、Google Chrome、Microsoft Edge ^[8]、Firefox ^[9]などがあります。Internet Explorerなどの他のブラウザでは、外部プラグインの助けを借りてM-JPEGストリームを表示できます。Cambozolaは、Java対応ブラウザでM-JPEGストリームを表示できるアプレットです。M-JPEGは、PlayStationとQuickTimeでもネイティブにサポートされています。最も一般的には、M-JPEGはIPベースのセキュリティカメラで使用されます。^[10]

技術の改善は、変換係数値の周波数領域予測を使用するH.263v2 Annex IおよびMPEG-4 Part 2の設計、および空間予測と適応型変換ブロック サイズ技術を使用するH.264/MPEG-4 AVCの設計に見られます。また、最初の JPEG 設計が開発された当時に実用的だったものよりも、より洗練されたエントロピー コーディングもあります。これらの新しい開発のすべてにより、M-JPEG は非効率的な記録メカニズムになっています。

• APNG
• AV1
• オーディオ ビデオ インターリーブ (.avi)
• AVIF
• ビデオコンテナ形式の比較
• ファイル拡張子
• 画像
• グラフィック編集プログラム
• 高効率画像ファイル形式、 HEVCおよびその他の画像コーディング形式用の画像コンテナ形式
• JPEG XL
• ＭＮＧ
• モーションJPEG2000
• QuickTime ファイル形式
• ウェブP

• Apple QuickTime フォーマット、MJPEG-A および MJPEG-B pp96 の仕様を含む
• RFC 2435 JPEG 圧縮ビデオの RTP ペイロード形式