最新のビデオ圧縮では、フレーム、またはピクチャには、Iフレーム、Pフレーム、Bフレームという3つの基本的なタイプがあります。Iフレームは完全で自己完結型の画像であるのに対し、PフレームとBフレームは差分のみを格納する部分的なフレームであり、これが圧縮を実現する方法です。Pフレームは先行するフレームから予測を行い、Bフレームは過去と未来の両方のフレームから双方向で予測を行います。
これらのフレームタイプの背後にある核となる原理は、時間的冗長性の排除です。1つの完全な画像（Iフレーム）を保存し、その後のフレーム（PフレームとBフレーム）で移動または変更されたものだけを記述することで、ビデオコーデックは品質の知覚できる低下なしにファイルサイズを劇的に削減できます。
基礎：Iフレーム（イントラコーディング）
自己完結型の画像
Iフレーム、またはイントラコーディングフレームは、完全なピクチャです。ビデオストリームに埋め込まれた標準的なJPEGやBMP画像のようなものだと考えてください。
表示されるために必要なすべてのデータを含んでおり、他のどのフレームの情報にも依存しません。
ビデオストリームのアンカー
自己完結型であるため、Iフレームはビデオファイル内のランダムアクセスポイント、つまりアンカーとして機能します。ビデオの新しいポイントにシーク（移動）するとき、プレーヤーはデコードを開始するために最も近い先行するIフレームを探します。
これらは、新しいシーンの開始時や、大幅な視覚的変更の後にも使用されます。
サイズと品質
Iフレームは、他のフレームタイプと比較して、最も少ない圧縮を使用します。その結果、ファイルサイズは最も大きくなりますが、他のフレームが構築されるための最高品質のベースを提供します。
前方参照：Pフレーム（予測）
差分のみの格納
Pフレーム、または予測フレームは、圧縮効率を高める部分的なフレームです。これは、それ自身と、それより前にあったIフレームまたはPフレームとの間の差分のみをエンコードすることによって機能します。
予測の仕組み
Pフレームは、新しい画像をすべて保存する代わりに、基本的に「前のフレームのこのピクセルブロックを取得し、ここに移動する」といった指示を含んでいます。この指示は動きベクトルと呼ばれます。
また、参照フレームに存在しなかった新しい画像情報についてもデータを格納します。
効率の向上
Pフレームは差分と動きベクトルのみを格納するため、Iフレームよりもファイルサイズが大幅に小さくなり、圧縮戦略の重要な部分を形成します。
双方向参照：Bフレーム（双方向予測）
最も効率的なフレーム
Bフレーム、または双方向予測フレームは、最も高いレベルの圧縮を提供します。これは、先行するフレームと後続するフレームの両方からのデータを参照することにより、予測の概念をさらに一歩進めたものです。
ギャップの補間
前後両方を見ることで、Bフレームは信じられないほど効率的になります。たとえば、あるオブジェクトが一時的に隠れてから再び現れる場合、Bフレームは遮蔽の前後のデータを使用してその位置を効果的に補間できます。
最高の圧縮レベル
この双方向参照により、Bフレームは最も小さく最も効率的なフレームタイプとなり、ビデオファイルサイズの最大の削減を可能にします。
トレードオフの理解
圧縮率 vs. CPU負荷
圧縮効率と計算コストの間には直接的なトレードオフがあります。Iフレームはデコードが最も容易ですが、デコーダは画像を再構築するために過去と未来のフレームをメモリに保持する必要があるため、Bフレームが最も負荷が高くなります。
これが、非常に低遅延のストリーミングアプリケーションがデコード遅延を減らすためにBフレームを避けることがある理由です。
シーク可能性とエラー耐性
Iフレーム間に長いPフレームとBフレームのシーケンスがある場合、それはピクチャグループ（GOP）と呼ばれます。長いGOPはファイルサイズを小さくしますが、シークの精度が低下する可能性があります。
さらに、IフレームまたはPフレームのエラーは、次のIフレームが表示されるまで、それに依存するすべての後続フレームの表示を破損させる可能性があります。
目標に合わせた適切な選択
これらのフレームタイプを理解することで、ビデオをエンコードする際に情報に基づいた決定を下すことができます。
- 主な焦点がプロフェッショナルな編集またはアーカイブの場合：正確なフレーム単位のシークを保証し、品質損失を最小限に抑えるために、より高いIフレームの比率（短いGOP）を使用します。
- 主な焦点が低遅延のライブストリーミングの場合：主にIフレームとPフレームに依存し、視聴者側の処理遅延を最小限に抑えるためにBフレームを完全に避けることがよくあります。
- 主な焦点が配信またはストレージのための最大圧縮の場合：IフレームとPフレームの間に複数のBフレームを持つ長いGOPを採用し、可能な限り最小のファイルサイズを実現します。
最終的に、I、P、Bフレームの相互作用を習得することは、ビデオ品質、ファイルサイズ、再生パフォーマンスの重要なバランスを直接制御することを可能にします。
要約表：
| フレームタイプ | 説明 | 主な特徴 | 主なユースケース |
|---|---|---|---|
| Iフレーム | 自己完結型の完全な画像 | 最高品質、最大ファイルサイズ、ランダムアクセスポイントとして機能 | ビデオ編集、アーカイブ、シーンチェンジ |
| Pフレーム | 先行フレームからの変更を予測 | ファイルサイズが小さい、圧縮に動きベクトルを使用 | 一般的なストリーミング、効率的な圧縮 |
| Bフレーム | 過去と未来のフレームの両方を参照 | 最小ファイルサイズ、最高の圧縮、ただしより多くの処理が必要 | ストレージまたは配信のための最大圧縮 |
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