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動画再生支援機能と対応コーディックの要点

 ハイビジョンの映像、映画(動画)をなめらかに再生する場合に必要になっている「動画再生支援機能」について、対応コーディックの要点のみ参照できるように、エンターテインメント・カテゴリーに・・
(Update 2017. 3.23)

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動画再生支援機能と対応コーディックの要点

2017年3月更新

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 主にDVDやブルーレイディスクで、ハイビジョンの映像、映画(動画)をなめらかに再生する場合に必要になっている「動画再生支援機能」について、その要点のみ参照できるように、エンターテインメント・カテゴリーにまとめて見ました。

 現在、非常に多くの種類のコーディックで圧縮された映像や動画がありますが、再生するには圧縮前の状態にもどす(デコード)必要があります。

 この時CPUのソフトウェア処理に重い負担がかかるため、ハードウェアの支援機能がグラフィックスカードにあることが非常に重要になってきます。

 動画再生支援機能は、すでに2004年のGeForce 6 シリーズ発売の頃からあり、PCの進化と共にその規格も発展し、現在のブルーレイ(Blu-ray 3D)が再生出来るところまでに成長して来ました。

 また、新しいところでは、You Tube で使われるVP9というコーディングフォーマット(You Tube 採用、Google開発。※注記5)、も出て来たため、これに対応した機能が登場している。


【DxVA対応とは】

 DxVA(DirectX Video Acceleration)は、Microsoft社がWindows向けに用意したデコードやビデオレンダリング(計算によって画像化)をハードウェア・アクセラレーションするためのAPIです。現在、DxVA2.0まで拡張されています。



 (注記1.)APIとは、アプリケーションプログラミングインタフェース (Application Programming Interface)の略。ソフトウェアコンポーネントが互いにやりとりするのに使用するインタフェースの仕様のことである。ここの場合では、WindowsとグラフィックスカードGPU側との接続仕様。

 DxVAは、CPUに負荷が集中する作業である、不連続コサイン関数の逆変換(IDCT)やモーション補正といった処理をグラフィックスカードに内蔵のGPU側に切り離して渡す役割のAPIのことです。


★高品質のムービー再生と明瞭な映像でHD DVDやブルーレイムービーが楽しめる「NVIDIA PureVideo HDテクノロジーの解説ページ」



 これを利用するため、NVIDIA社のGeForce系カードには「Pure Video HD」、AMD社のRadeon系カードには「ATI Avivo (HD) technology」という動画再生支援機能が搭載されています。

 例えば、H.264、VC-1、MPEG-2などのコーディックに圧縮された、Blu-ray ビデオ・デコーディングの処理の役割をCPUから切り離して、グラフィックス内GPUで処理することが出来るようになります。

 「picture-in-picture」、インタラクティブなゲーム、そして高いビットレート、高精細な映像画質を持ったBlu-rayムービーなどでは、この支援機能によって、CPUにかかる負担を大幅に減らすことが出来るようになりました。

 2コアのCPUにおける処理でも、「CPUの利用率」は、20〜30%程度に下がるようですから、最近の4コア8スレッドCPUなどであれば、さらに負担が軽減され、空いた分を他の同時進行の処理に回すことが出来ます。

 さて、

 現在の最新バージョンは「Pure Video」では、PureVideo HD(VP8)、「ATI Avivo 」のデコーダでは、「UVD6」である。

 この機能では、MPEG2、H.264やVC-1などの圧縮動画コーディックのデコード以外にも、GeForceで走査線ズレの低減、Radeonは鮮やかな発色となめらかな階調表現を支援するとも言われている。

 現在の「Pure Video」や「ATI Avivo (HD)」の持っている動画再生支援機能の具体的サポート項目は、下記の4つである。(引用出典は、DOS/V POWER REPORT「Vista時代の最新ビデオカード総まくり(2010年頃)」

 また、ハイビジョン動画像のなめらかな再生には、DxVA 対応再生ソフト(Adobe Flash Player、PowerDVDなど)で、かつ「DxVAを使用」といったソフトの設定にチェックを入れる必要がある。



【動画再生支援機能のサポート項目】

★スケーリング(アップスケーリング)

 「Pure Video」や「ATI Avivo (HD)」は、スケーリング処理をサポートしている。

 高解像度のPCディスプレイや液晶テレビなどを用いて大画面で楽しもうとしたら、例えば、720×480ドットの映像をモニタやテレビの解像度の1920×1080ドットにまで引き伸ばしてやる(アップスケーリング)必要がある。

 こうした処理をスケーリングと言い、ATI Avivo (HD)やPureVideoでは、機能の一つとしてサポートしている。スケーリング処理では低解像度の映像を高解像度で出力することから、もともと粗い映像情報を補うための精度がポイントとなる。

★ノイズリダクション

 「Pure Video」や「ATI Avivo (HD)」は、映像のざらつきを低減する「ノイズリダクション」機能もサポートしている。

 とくにアナログテレビ放送の映像で気になりがちな、映像のざらつきや映像のフレーム内に入ってしまったゴミを抑えられるようになる。ほかの機能と比較すると目立つ機能ではないが、映像を表示する際の品質には大きく影響するポイントでもある。

★デ・インターレース

 「Pure Video」や「ATI Avivo (HD)」は、さらに「デ・インターレース」というインターレースぶれノイズを解除する機能もサポートしている。

 テレビ番組などインターレース方式による映像を、PCのようなノン・インターレースのモニタで視聴すると、動きの激しい場面で、くし状のノイズ(コーミングノイズ)が発生する。

 これが起こると映像がぶれているように見え、大変目立つ。このため、インターレースの映像をPCで視聴する場合には、まずそのノイズを除去する必要がある。それがデインターレースである。

★デコード機能

 さて下記は、「PureVideo HD」と「ATI Avivo (HD)」の、肝心のデコード機能について、具体的なデコード範囲やカード対応の要点のみをまとめて書いて見ました。

 主な引用出典は、フリーの百科事典WikiPedia 英語版からの抜粋中心です。

【 PureVideo HD 】

 PureVideoやPureVideo HDは、NVIDIA社の動画再生支援機能である。

GeForce 6 シリーズ、GeForce 7 シリーズ、G80コアのGeForce 8800モデル(GeForce 8800Ultra/8800GTX/GTS)、は、初期のPureVideo(Video Processor 1(VP1))のサポートのみである。

G84(GeForce 8600GT/GTS)やG86(GeForce 8400GS/8500GT)、G92(GeForce 8800GS/GT/GTS)コアで、初めてHD動画再生の出来る、PureVideo HD(Video Processor 2(VP2))がサポートになった。

 2008年にNVIDIA社は、オープンソースのVDPAU(Video Decode and Presentation API for Unix)と呼ぶAPIを発表し、Linux、FreeBSD、Solaris、と言ったOS向けに、PureVideo のサポートを始めた。

 下のように、VDPAU Feature Sets のレベルに合わせて、PureVideo HDのレベルも進化していて、サポートできるビデオコーディックが違っている。


第2世代PureVideo HD(Video Processor 2 (VP2))Feature Set A

・完全デコード: H.264
・部分的なサポート:MPEG-1, MPEG-2, VC-1/WMV9

 対応グラフィックスカード
:GeForce 8400 GS, 8500 GT, GeForce 8600 GT, 8600 GTS, GeForce 8800 GS, 8800 GT, 8800 GTS、GeForce 9600 GSO 512, 9600 GT、GeForce 9600 GSO, 9800 GT, 9800 GTX, 9800 GTX+, 9800 GX2、GeForce GTX 260, GTX 275, GTX 280/280M, GTX 285/285M, GTX 295、GeForce 9400 GT, 9500 GT、

第3世代PureVideo HD(Video Processor 3 (VP3))Feature Set B

・完全デコード: MPEG-1, MPEG-2, VC-1/WMV9 and H.264
(ただし、Feature Set Bの全部のグラフィックカードが、次の幅のH.264 をデコード出来る訳ではない。: 769-784, 849-864, 929-944, 1009-1024, 1793-1808, 1873-1888, 1953-1968, 2033-2048 pixels)

 対応グラフィックスカード
GeForce 8400 GS、GeForce 8200, 8300、GeForce 9300M GS, 9300 GS, 9300 GE、 ION, ION-LE,

第4世代PureVideo HD(Video Processor 4 (VP4))Feature Set C

・完全デコード: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 Part 2 (DivX or Xvid などのMPEG-4 ASP)、 VC-1/WMV9 and H.264( Motion compensation and Data Partitioningを含むが、MPEG-4 Part2に対して非サポート)。
・Feature Set Cにはないが、MVC(Blu-ray 3D)に対応(H.264の3D Blu-ray discs拡張規格)。

 対応グラフィックスカード
GeForce 205, 210/G210, 310, G210M, 305M, 310M, 8400 GS, GeForce GT 220, 315, GT 230M, GT 240M, GT 325M, GT 330M, GeForce GT 240, GT 320, GT 340, GTS 250M, GTS 260M, GT 335M, GTS 350M, GTS 360M, GeForce GTX 465, GTX 470, GTX 480, GTX 480M, GeForce GTX 460, GTX 470M, GeForce GTS 450, GT 445M, GTX 460M, GT 555M, GeForce GT 420 OEM, GT 430, GT 440, GT 415M, GT 420M, GT 425M, GT 435M, GT525M, GT 540M, GT 550M, GeForce GTX 570, GTX 580, GeForce GTX 570M, GTX 580M, GeForce GTX 550 Ti, GTX 560M, NEXT-GENERATION ION,

第5世代PureVideo HD(Video Processor 5 (VP5))Feature Set D

・サポート:MVC(※注記3.)やほかのフルHD 3D(1080p)を含む、4K resolution / QFHD ビデオデコード(3840 x 2160 pixelsまで)

 対応グラフィックスカード
GeForce 410M, GT 520MX, 510, GT 520, GT 610, GT 620 (OEM), GeForce GTX 675MX, GTX 680M, GTX 680MX, GTX 660 Ti, GTX 670, GTX 680, GTX 690, GeForce GT 640M, GT 645M, GT 650M, GTX 660M, GT 640 (non-OEM), GTX 650, GT 630, GeForce GTX 670MX, GTX 650 Ti, GTX 660, GTX 660 Ti, GTX 670, GTX 680, GTX 690, GTX 760, GTX 760 Ti, GTX 770, GTX 680M, GTX 680MX, GTX 775M, GTX 780M, GTX 860M, GTX 870M, GTX 880M,
GeForce GT 730M, GT 735M, GT 740M, GeForce GTX 780/ 780 Ti, GeForce GTX TITAN/ TITAN BLACK/ TITAN Z ,

第6世代PureVideo HD(Video Processor 6 (VP6))Feature Set E

・サポート:H.264 and MPEG-2のデコード性能を大幅に改善。Digital Cinema Initiatives (DCI) 4K resolution ビデオデコード(4096 × 2160 pixels から 4096 × 4096 pixelsまで)など

 対応グラフィックスカード
GeForce GTX 745/750/GTX 750 Ti (GM107), GTX 850M, GTX 860M(GM107), GeForce 830M, 840M (GM108), GeForce GTX 970/980 (GM204), GTX 970M/ 980M (GM204), GeForce GTX TITAN X/ GTX 980 Ti (GM200)

第7世代PureVideo HD(Video Processor 7 (VP7))Feature Set F

・サポート:H.265(HEVC ※注記4) Main (8-bit) and Main 10 (10-bit) profilesのフルハードウェアデコードに対応する。また、コーディックVP9(※注記5)のハードウェアデコードに対応する。
  ビデオデコードは、4096 × 2304 pixels まで。

 対応グラフィックスカード
Geforce GTX 960, GTX 950, GTX 750 SE, 第2世代のMaxwell GPU (GM206),


Feature Set G

・サポート:HEVC Main 12 (12-bit) 専用規格:4096 × 2304 pixels解像度までビデオデコードができる。
 まだ対応する製品がないようだ。

第8世代PureVideo HD(PureVideo HD 8 (VP8))Feature Set H

 対応グラフィックスカード
GeForce GTX 1080, GTX 1070 & GTX 1060, NVIDIA TITAN X, GeForce GTX 1080 Ti, GeForce GTX 1050, GTX 1050 Ti

・サポート:HEVC video decoding (Main12 (12-bit) ). HEVC Main12 profile フルハードウェアデコード。8K解像度までハードウェアデコード可能(Capable of hardware-accelerated decoding of 8192x8192 (8k resolution) コーディックH.265/HEVC video streams) (※注記4)


2017年3月更新



【 Unified Video Decoder(UVD) 】(Universal Video Decoder)

 AMD社の、Unified Video Decoder(UVD)は、H.264 やVC-1 といったビデオコーディックをデコードする変換器である。これは、ATI Avivo (HD) technologyと言われる技術のひとつである。
(西川善司によると(2007年頃)、「UVDは「AVIVO HD」を実現するためのアクセラレーション技術の1つ、という理解が正しい」)

 しかし、AMDのスペック一覧表などには、Radeon HD 6900Mシリーズ発表以降、ATI Avivo HD technology が消えて、「AMD App Acceleration(AMD Accelerated Parallel Processing )※」という用語の中に括られ始めて来ているようです。ここでは、デコーダ機能のみについて記しているため、UVDとしました。



 ※注記2.)AMD App Acceleration is a set of technologies available on AMD Radeon™ HD 6000 series and higher GPUs and is designed to improve video quality and enhance application performance. Full enablement of some features requires support for AMD Accelerated Parallel Processing (APP) technology and/or AMD's Universal Video Decoder (UVD). AMD Accelerated Parallel Processing technology works with applications designed to take advantage of its GPU acceleration capabilities.

 初期の、UVD/UVD+から、UVD 2、UVD 2.2、UVD 3 と今もなお進化を続けている。

UVD(ATI Radeon HD 2000 シリーズから )

 対応出来るコーディックは、H.264/AVC、VC-1であるが、ビデオの後処理はシェーダー側に渡してしまう。MPEG-2 のデコードは、UVD内ではなく、シェーダープロセッサーであるなど、本デコーダー内処理で完結できていない。

 対応グラフィックスカード
Mobility Radeon HD 2300、2400、2600 Series、Radeon HD 3200/AMD 780G Chipset、
Radeon HD 3300 IGP/AMD 790GX Chipset、Radeon HD 2400 Series、Radeon HD 2600 Series

UVD+

 UVD+からは、高解像度のHDCPに対応するようになった。ただしUVD用途。

 対応グラフィックスカード
Mobility Radeon HD 3400、3600、3800 Series、Radeon HD 3400 Series、Radeon HD 3600 Series、Radeon HD 3800 Series

UVD 2(ATI Radeon HD 4000 シリーズから )

 Radeon HD 4000 シリーズからバージョン2(UVD 2)となった。専用ソフトでアップスケール(解像度の大きいディスプレイで拡大してもジャギーなどを抑えて綺麗に見える機能)が可能になっている。

 対応出来るコーディックは、H.264/MPEG-4 AVC、VC-1、MPEG2。さらに、2つのビデオストリーム再生や Picture-in-Pictureモードに対応(Blu-ray Discの要求仕様)。

これにより、フルBD-Live(Blu-ray Discの拡張規格で、ネットワークを通じて追加コンテンツを取得したり、ゲームなどインタラクティブなコンテンツを再生するための仕様)も可能になった。

 対応グラフィックスカード
Mobility Radeon HD 4600 Series、Mobility Radeon HD 4800 Series、Radeon HD 4200/AMD 785G Chipset、Radeon HD 4800 X2 Series、Radeon HD 4800 Series、Radeon HD 4890 Series、

UVD 2.2

 さらに改良され、MPEG2、H.264、VC-1との互換性が強化された。

 対応グラフィックスカード
Mobility Radeon HD 4300/4500 Series、Radeon HD 4300/4500 Series、Radeon HD 4600 、HD4700 Series、Radeоn HD 5400 Series、Radeоn HD 5600/5500 Series、Radeоn HD 5700/6700 Series、Radeon HD 5800 Series、Radeоn HD 5900 Series

UVD 3(ATI Radeon HD 6000 シリーズから )

 Radeon HD 6800シリーズからバージョン3(UVD 3)となった。Blu-ray 3D(MPEG-4 MVC)のデコードに対応した。同時に、DivXやXvidといったMPEG-4 Part2系コーデックのデコード機能も追加された。「UVD 2」では部分的なサポートだったMPEG-2のデコード機能が、UVD3では完全な再生支援になった。

 対応グラフィックスカード
Radeоn HD 6400 Series、Radeоn HD 6500、6600 Series、Radeоn HD 6800 Series、Radeоn HD 6900 Series

UVD 4

 H.264 デコードに於けるフレーム補間処理などを改善
 (improved frame interpolation with H.264 decoder)

 対応グラフィックスカード
AMD Radeon Rx 200 series and Kaveri APUから

UVD 5

 右記以下をフルサポート:4K H.264 video, up to level 5.2 (4Kp60)

 対応グラフィックスカード
AMD Radeon R9 285から

UVD 6

  Video Coding Engine 3.0 (VCE 3.0) technology and featuring a new high-quality video scaling.

 UVD6.0(Carriz, Fiji), UVD6.2(Stoney), UVD6.3(Polaris10, Polaris11, Polaris12)は、4K解像度をサポート(UVD6.2, UVD6.3は、10bit可)。HEVC(H.265 コーディック)に対応する。
 
 対応グラフィックスカード
Radeon R9 285、AMD Radeon Rx 300 Series、 AMD Radeon Rx 400 Series(コードネーム“Polaris”(ポラリス))から。
 コード名 「Fiji」の、Radeon R9 Fury、Radeon R9 Fury X、Radeon R9 Nanoなど。

 コード名 "Fiji" や "Carrizo"ベースのグラフィックスコントローラに内蔵のUVD 6は、H.265 コーディック(HEVC: High Efficiency Video Coding、※注記4)のビデオデコードに対応。
 さらに、UVD 6.3表示のAMD Radeon 400シリーズは、コーディック:VP9をサポート。

 (原文:The UVD version in "Fiji" and "Carrizo"-based graphics controller hardware is also announced to provide support for High Efficiency Video Coding (HEVC, H.265) hardware video decoding and there is support for the VP9 video codec in the AMD Radeon 400 series with UVD 6.3.)


2017年3月更新



 ※注記3.)MVC(Multiview Video Coding)は、H.264/MPEG-4 AVCの拡張規格で、3次元映像に対応する。Blu-ray Discの3D 規格に採用されている。


 UVD3から出力されたビデオに対し、GPUを用いたパラレルプロセッシングによるポスト処理(DirectComputeやOpenCL使用)を実行し、より高画質なビデオ再生やビデオエンコードにおける性能と画質の向上を実現するという。(4Gamer.netより引用)

 ※注記4)H.265 (ISO/IEC 23008-2 HEVC)は、動画圧縮規格の一つで、H.264/MPEG-4 AVCの後続フォーマット。非公式にはHigh Efficiency Video Coding (HEVC) とも呼ばれている。

 ※注記5)コーディックVP9
  VP8(第8世代PureVideo HD)の後継として、MPEG系のコーディック(High Efficiency Video Coding :HEVC/H.265)と競争するビデオコード・フォーマットである。
  グーグルが開発し、オープンでロイヤリティフリー。当初は、人気のユーチューブ(You Tube)で主に使用されていた。


【本ページと関係深いページ】 :
  動画編集パソコン一覧(EDIUS Pro、EDIUS Neo動作確認)
  Adobe CS(Creative Suite)、 CC(Creative Cloud) 動作確認済みモデル


 注記1.)APIとは、アプリケーションプログラミングインタフェース (Application Programming Interface)の略称で、簡単に言えば、ソフトウェアコンポーネントが互いにやりとりするのに使用するインタフェースの仕様のことである。

 サブルーチン、データ構造、オブジェクトクラス、変数などの仕様が含まれる。APIには様々な形態があり、POSIXのような国際規格、マイクロソフトの Windows API のようなベンダーによる文書、プログラミング言語のライブラリ(例えば、C++の Standard Template Library や Java API(英語版) など)がある。

【関連参考ページ】
 ●グラフィック・チップ(GPU)性能比較・評価一覧表
 ●ゲームノート用GPU性能比較・評価一覧表



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