VP9
VP9
VP9ロゴ
インターネットメディアの種類ビデオ/VP9
開発者グーグル
初回リリース2013年6月17日
フォーマットの種類ビデオコーディングフォーマット
含まれるもの
延長VP8
延長AV1
標準VP9 ビットストリームとデコードプロセス仕様
オープンフォーマット?はい
フリーフォーマット?はい§ 特許請求の範囲
Webサイトwebmproject.org/vp9

VP9はGoogleが開発したオープンかつロイヤリティフリーの[ 1 ]ビデオコーディングフォーマットです。

VP9はVP8の後継規格であり、主にMPEGの高効率ビデオ符号化（HEVC/H.265）と競合します。当初、VP9は主にGoogleの動画プラットフォームYouTubeで使用されていました。[ 2 ] [ 3 ]オープンメディア連合（Alliance for Open Media ）の出現と、Googleも参加する後継規格AV1の開発に対する同連合の支援により、この規格への関心が高まりました。

HEVCとは対照的に、VP9のサポートは現代のウェブブラウザで一般的です（HTMLビデオ§ブラウザサポートを参照）。Androidはバージョン4.4 KitKatからVP9をサポートしています[ 4 ]。一方、Safari 14ではiOS / iPadOS / tvOS 14とmacOS Big SurでVP9のサポートが追加されました[ 5 ]。[ 6 ]

このフォーマットの一部は、 Googleが保有する特許によって保護されています。同社は、ユーザーが特許訴訟に関与しない限り、相互主義に基づき、自社の関連特許の無償使用を許可しています。[ 7 ]

歴史

VP9は、2010年にGoogleがそれを開発した会社On2 Technologiesから1億3400万ドルで買収したTrueMotionシリーズのビデオ形式の最後の公式イテレーションです。VP9の開発は、Next Gen Open Video（NGOV）およびVP-Nextという開発名で2011年後半に開始されました。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] VP9の設計目標には、同じビデオ品質を維持しながらVP8と比較してビットレートを50％削減し、 MPEG High Efficiency Video Coding（HEVC）標準よりも優れた圧縮効率を目指すことが含まれていました。[ 9 ] [ 11 ] 2013年6月にVP9の「プロファイル0」が完成し、2か月後にGoogleのChromeブラウザがVP9ビデオ再生をサポートしてリリースされました。[ 12 ] [ 13 ]同年10月にはFFmpegにネイティブVP9デコーダーが追加され、[ 14 ] 6週間後にLibavにも追加されました。Mozillaは2014年3月にFirefoxにVP9サポートを追加しました。 [ 15 ] 2014年にGoogleは2つの高ビット深度プロファイル、プロファイル2とプロファイル3を追加しました。[ 16 ] [ 17 ]

2013 年には、VP9 と Opus オーディオをサポートする WebM形式の更新バージョンが公開されました。

2013年3月、MPEGライセンス管理局は、米国司法省がVP8とその後継製品が不当に競争を阻害しているかどうかの調査を開始したことを受けて、VP8とその後継製品に対する係争特許の主張を取り下げた。[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

Googleはこれまで一貫してハードウェアベンダーと協力し、VP9サポートをシリコンに組み込んできた。2014年1月、IttiamはARMおよびGoogleと共同で、ARM Cortexデバイス向けVP9デコーダーのデモを行った。GPGPU技術を用いることで、このデコーダーはArndale Board上で1080p/30fpsの解像度を実現した。[ 21 ] [ 22 ] 2015年初頭、NvidiaはTegra X1 SoCでVP9をサポートすると発表し、VeriSiliconはHantro G2v2デコーダーIPでVP9プロファイル2をサポートすると発表している。[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]

2015年4月、Googleはlibvpxライブラリの重要なアップデートをリリースし、バージョン1.4.0では10ビットと12ビットのビット深度、4:2:2と4:4:4のクロマサブサンプリング、VP9マルチスレッドデコード/エンコードのサポートが追加されました。[ 26 ]

2015年12月、NetflixはMPEG Common Encryptionを使用したMP4コンテナにVP9ビデオを含めるための草案を公開した。[ 27 ]

2016年1月、IttiamはOpenCLベースのVP9エンコーダをデモしました。[ 28 ]このエンコーダはARM MaliモバイルGPUをターゲットにしており、 Samsung Galaxy S6でデモが行われました。

VP9のサポートは2016年にマイクロソフトのウェブブラウザEdgeに追加されました。[ 29 ]

2017年3月、Ittiamはlibvpxのエンコード速度を向上させるプロジェクトの完了を発表しました。速度は50～70%向上するとされ、コードは「libvpxの一部として公開」されました。[ 30 ]

特徴

VP9は1080pを超えるビデオ解像度（ UHDなど）向けにカスタマイズされており、ロスレス圧縮も可能となっています。VP9は最大65536×65536ピクセルの解像度をサポートし、HEVCは最大8192×4320ピクセルの解像度をサポートします。

VP9フォーマットは、以下の色空間（および対応するYCbCrからRGBへの変換マトリックス）をサポートしています：Rec. 601、Rec. 709、Rec. 2020、SMPTE-170、SMPTE-240、およびsRGB。[ 31 ] [ 32 ]

VP9は多くの伝達関数をサポートし、ハイブリッドログガンマ（HLG）または知覚量子化器（PQ）を使用したHDRビデオをサポートします。[ 33 ] [ 34 ]

効率

エンコード速度の違いを考慮した初期の比較では、最高品質（エンコード速度は最も遅い）ではx265がlibvpxをわずかに上回り、その他のエンコード速度ではlibvpxが優れていることがSSIMによって示されました。[ 35 ]

エンコードアーティファクトの比較

2014年に行われたHEVC（HM 15.0）、MPEG-4 AVC/H.264（JM 18.6）、VP9（libvpx 1.2.0、予備的なVP9サポート付き）のリファレンスエンコーダを用いた主観的な品質比較では、VP9はH.264と同様に、HEVCに匹敵するビデオ品質に達するために約2倍のビットレートが必要でしたが、合成画像ではVP9はHEVCに近づきました。[ 36 ] 対照的に、2014年の別の主観的な比較では、より高品質の設定では、HEVCとVP9はH.264に対して40～45％のビットレートの利点で同率であると結論付けられました。[ 37 ]

Netflixは2016年8月に大規模なテストを実施した結果、libvpxはx265よりも20%効率が低いと結論付けたが、同年10月にはエンコードパラメータを微調整することで「VP9とHEVCの差を縮める、あるいは逆転させる」ことも可能であることも発見した。[ 38 ] NAB 2017では、NetflixはEVEエンコーダに切り替えたことを発表した。同社の調査によると、EVEエンコーダは2パスレート制御がより優れており、libvpxよりも8%効率が高かった。[ 39 ]

2017年5月にStreaming Media MagazineのJan Ozer氏がlibvpx、2つのHEVCエンコーダ、x264のオフラインエンコーダ比較を行いました。この比較では、各エンコーダベンダー（それぞれGoogle、MulticoreWare、MainConcept）が提供またはレビューしたエンコードパラメータを使用し、NetflixのVMAF客観的指標を使用して、「VP9と両方のHEVCコーデックは非常に類似したパフォーマンスを生み出す」と「特に低ビットレートでは、HEVCコーデックとVP9の両方がH.264よりも大幅に優れたパフォーマンスを発揮する」という結論が出ました。[ 40 ]

パフォーマンス

2015 年 9 月、FFmpeg 開発者がlibvpx 、 x264、 x265のリファレンス実装のエンコード速度と効率の比較を行いました。SSIMインデックスによると、同等のエンコード速度の範囲では libvpx が x264 よりほぼ優れていましたが、主な利点はx264@veryslowの低速側で見られました(これより 2 倍遅い場合で 30～40% のビットレート向上のスイートスポットに到達)。一方、x265 は、 x264 @veryslowの約 10 倍遅い場合にのみ libvpx と競合可能になりました。libvpx と x265 はどちらも H.264 よりも 50% のビットレート向上が可能であると主張されていますが、エンコード時間は x264 の 10～20 倍であるという結論になりました。[ 35 ] 2015年初頭の客観的な品質指標VQMで評価したところ、VP9リファレンスエンコーダは最高のHEVC実装と同等のビデオ品質を実現しました。[ 41 ]

同じ開発者によるデコーダー比較では、同品質のビデオ、つまり同じビットレートでは「同一」のビデオの場合、ffvp9のデコード速度はffh264よりも10%高速であることが示されました。また、実装によって差が出ることも示され、「ffvp9はlibvpxを一貫して25～50%上回る」と結論付けられました。[ 42 ]

別のデコーダーの比較では、 H.264よりもCPU負荷が10～40％高いことが示されました（ただし、これがffvp9とlibvpxのどちらを使用したかは不明です）。また、モバイルではIttiamデモプレーヤーはVP9の再生においてChromeブラウザよりも約40％高速でした。[ 43 ]

プロフィール

VP9 形式にはいくつかのバリエーション (「コーディング プロファイル」と呼ばれる) があり、順に機能が増えていきます。プロファイル 0は基本的なバリエーションで、ハードウェア実装に要求される機能が最も少なくなります。

プロフィール 0
色深度: 8ビット/サンプル、クロマサブサンプリング: 4:2:0
プロフィール1
色深度: 8 ビット、クロマサブサンプリング: 4:2:2、4:2:0、4:4:4
プロフィール2
色深度: 10～12 ビット、クロマサブサンプリング: 4:2:0
プロフィール3
色深度：10～12ビット、クロマサブサンプリング：4:2:2、4:2:0、4:4:4 [ 44 ]

レベル

VP9には以下の14レベルがあります。[ 45 ]

レベル輝度サンプル/秒輝度画像サイズ最大ビットレート（Mbit/s）ビジュアル層の最大 CPB サイズ (MBits)最小圧縮比マックスタイル最小 Alt-Ref 距離最大参照フレーム解像度@フレームレートの例
1829 44036,864​0.200.402148256×144@15
1.12 764 80073 7280.801.02148384×192@30
24 608 000122 8801.81.52148480×256@30
2.19 216 000245 7603.62.82248640×384@30
320 736 000552 9607.26.024481080×512@30
3.136 864 000983 040121024481280×768@30
483 558 4002 228 224181644482048×1088@30
4.1160 432 1282 228 224301844562048×1088@60
5311 951 3608 912 896603668644096×2176@30
5.1588 251 1368 912 89612046881044096×2176@60
5.21 176 502 2728 912 896180未定881044096×2176@120
61 176 502 27235 651 584180未定8161048192×4352@30
6.12 353 004 54435 651 584240未定8161048192×4352@60
6.24 706 009 08835 651 584480未定8161048192×4352@120

テクノロジー

コーディングユニットの分割と内部コーディング順序の例
変換係数は、角からの距離が大きくなるにつれて円形パターンでスキャンされます。これは、係数の予​​想される重要度順序と一致するため（従来のジグザグパターンよりも優れています）、エントロピー符号化による圧縮率を高めます。水平または垂直のエッジが重要な場合は、このパターンを斜めにしたバージョンが使用されます。

VP9は、従来のブロックベースの変換符号化形式です。このビットストリーム形式は、HEVCのような同様のビットレート効率を提供する形式と比較すると比較的シンプルです。[ 46 ]

VP9はVP8と比較して多くの設計上の改良が施されている。最大の改良点は64×64ピクセルの符号化単位[ 47 ]の使用をサポートした点である。これは特に高解像度のビデオで有用である。[ 3 ] [ 8 ] [ 9 ]また、動きベクトルの予測も改善された。[ 48 ] VP8の4つのモード（平均/「DC」、「真の動き」、水平、垂直）に加えて、VP9はフレーム内予測においてピクセルの線形外挿のための6つの斜め方向をサポートしている。

新しいコーディング ツールには次のものも含まれます。

  • 動きベクトルの8分の1ピクセル精度、
  • 3つの異なる切り替え可能な8タップサブピクセル補間フィルタ、
  • 参照モーションベクトルの選択の改善
  • 動きベクトルの参照に対するオフセットのコーディングの改善
  • エントロピー符号化の改善
  • ループフィルタリングの改善と適応（新しいブロックサイズに対応）
  • 非対称離散正弦変換（ADST）
  • より大きな離散コサイン変換（DCT、16×16、32×32）
  • フレームを特定の類似性を持つ領域（前景/背景など）に分割する機能の改善

フレームの並列処理を可能にするために、ビデオ フレームはコーディング ユニットの境界に沿って、各タイルの列が独立してコーディングされる、256 ～ 4096 ピクセル幅の等間隔のタイルが最大 4 列に分割されます。これは、4096 ピクセルを超えるビデオ解像度では必須です。タイル ヘッダーにはタイルのサイズがバイト単位で含まれているため、デコーダーは先に進み、各タイルの行を別のスレッドでデコードできます。次に、画像は 64×64 ピクセルのスーパーブロックと呼ばれるコーディング ユニットに分割され、4 分木コーディング構造で適応的にサブパーティション化されます。[ 8 ] [ 9 ]これらは水平方向、垂直方向、またはその両方に細分化できます。正方形の (サブ) ユニットは 4×4 ピクセル ブロックまで再帰的に細分化できます。サブユニットはラスター スキャン順序 (左から右、上から下) でコーディングされます。

デコーダーは、各キーフレームから8フレームをバッファリングし、参照フレームとして使用するか、後ほど表示します。送信されたフレームは、どのバッファを上書きするかを指示し、必要に応じてバッファの1つにデコードして表示させることもできます。エンコーダーは、バッファの1つを表示させるだけの最小限のフレームを送信できます（「スキップフレーム」）。各インターフレームは、時間予測のためにバッファリングされたフレームを最大3つ参照できます。これらの参照フレームのうち最大2つを各コーディングブロックで使用し、参照フレームから空間的にずらした（動き補償）コンテンツ、または2つの参照フレームのコンテンツの平均（「複合予測モード」）を使用してサンプルデータ予測を計算できます。計算された予測値と実際の画像コンテンツとの残りの（理想的には小さな）差（デルタ符号化）は、DCTまたはADST（エッジブロックの場合）を使用して変換され、量子化されます。

Bフレームのようなものは、スーパーフレームと呼ばれる構造を用いることで、ビットストリーム内の元のフレーム順序を維持しながら符号化できます。隠蔽された代替参照フレームは、通常のインターフレームとスキップフレームと共にパック化することができ、スキップフレームは、付随するPフレームの直後に、参照フレームバッファから以前の隠蔽された代替参照コンテンツを表示させます。[ 46 ]

VP9は、最低の量子化レベル（qインデックス0）で追加の4×4ブロック符号化されたウォルシュ・アダマール変換（WHT）残差信号を送信することでロスレス符号化を可能にする。[ 49 ] [ 50 ]

シーク可能にするためには、生のVP9ビットストリームをコンテナ形式、例えばMatroska（.mkv）、その派生であるWebM形式（.webm）、あるいはDuck IVF形式[ 51 ] [ 52 ]にカプセル化する必要がある。Duck IVF形式は、 The Duck Corporationで開発されたライブラリlibvpxで従来サポートされている。[ 46 ] [ 47 ]V_VP9 VP9は、 WebMとMP4VP09ではそれぞれ命名規則に従ってVP9として識別される。 [ 53 ]

採択

Adobe Flash は、 VP7まで従来 VPx 形式を使用していましたが、VP8 や VP9 へのアップグレードは行われず、H.264にアップグレードされました。そのため、VP9 が Web アプリケーションに普及したのは、Flash からHTML5技術への移行が進んだ後のことでした。HTML5 技術は、VP9 の導入当時はまだ未成熟でした。

コンテンツプロバイダー

VP9ビデオコーデックとOpusオーディオコーデックを使用したYouTubeビデオの統計

VP9の主なユーザーはGoogleの人気動画プラットフォームYouTubeであり、 DASHストリーミングを通じてWebMファイル形式のOpusオーディオとともにあらゆる解像度のVP9動画[ 54 ]を提供している。

もう一つの早期導入者はWikipedia（特にWikipediaのサブページや言語全体でマルチメディアファイルをホストするWikimedia Commons）でした。Wikipediaはオープンでロイヤリティフリーのマルチメディアフォーマットを推奨しています。[ 55 ] 2016年現在、承認されているビデオフォーマットはVP9、VP8、Theoraの3つです。[ 56 ]

Netflixは2016年12月以降、 H.264およびHEVCに加え、VP9エンコーディングをカタログに採用しています。2020年2月現在、モバイルデバイス向けにAV1の採用が開始されており、これはVP9がプラットフォーム上で開始された方法と似ています。[ 57 ]

Google TVは（少なくとも部分的に）VP9プロファイル2とWidevine DRMを使用しています。[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]

Stadiaは、 Chromecast Ultra、携帯電話、ウェブブラウザなどの対応ハードウェアで最大4KのビデオゲームストリーミングにVP9を使用しました。 [ 61 ]

エンコーディングサービス

VP9エンコーディングを提供するクラウドエンコーディングサービスには、Amazon、Bitmovin、[ 62 ] Brightcove、castLabs、JW Player、Telestream、Wowzaなどがある。[ 43 ]

Encoding.comは2016年第4四半期からVP9エンコーディングを提供しており、[ 63 ]その年の顧客の間でVP9の人気は年間平均11％に達しました。[ 64 ]

Webミドルウェア

JW Playerは、広く利用されているSaaS型HTMLビデオプレーヤーでVP9をサポートしています。[ 43 ]

ブラウザのサポート

VP9 は次の Web ブラウザーに実装されています。

オペレーティングシステムのサポート

さまざまなオペレーティングシステムによるVP9のサポート
マイクロソフトウィンドウズmacOSBSD / LinuxアンドロイドOSiOS
コーデックのサポート はい部分的: Win 10 v1607完全: Win 10 v1809 はい はい はい はい
コンテナサポート Windows 10 Anniversary Update (1607) の場合:
  • WebM (.webm は認識されません。疑似拡張子が必要です)
  • マトロスカ（.mkv）

Windows 10 2018年10月アップデート（1809）の場合：

  • WebM (.webm は公式に認識されています)
WebM (.webm)
  • macOS 11.3で導入
WebM (.webm) Matroska (.mkv) WebM (.webm) Matroska (.mkv) WebM (.webm)
  • iOS 17.4で導入
注記 Windows 10の場合: macOS 11.0でサポートが導入されました FFmpeg 2.7.7「Nash」で導入されたサポート Android 4.4でサポートが導入されました iOS 14.0でサポートが導入されました[ 5 ] [ 6 ]

メディアプレーヤーソフトウェアのサポート

VP9は、 VLC、MPlayer /MPlayer2/ MPV、Kodi、MythTV、[ 70 ]、FFplayなど、すべての主要なオープンソースメディアプレーヤーソフトウェアでサポートされています。

ハードウェアデバイスのサポート

Androidはバージョン4.4「KitKat」以降VP9ソフトウェアデコードを採用しています。[ 71 ]テレビ、スマートフォン、セットトップボックス、ゲーム機など、ハードウェアサポートを備えた家電製品の一覧については、webmproject.orgのリストをご覧ください。[ 72 ]

ハードウェア実装

ハードウェアアクセラレーションによるVP9デコードのサポートは、現在ではほとんどのGPUとSoCがネイティブでサポートしているため、広く普及しています。ハードウェアエンコーディングは、IntelのKaby Lakeプロセッサ以降に搭載されています。[ 73 ]

ビデオゲーム機

ソニーのプレイステーション5は、 WebMコンテナでVP9を使用して1080pと2160pの映像をキャプチャすることをサポートしています。[ 74 ]

ソフトウェア実装

Googleのリファレンス実装は、フリーソフトウェアプログラミングライブラリに掲載されています。シングルパスとlibvpxツーパスのエンコードモードを備えていますが、シングルパスモードは壊れていると考えられており、ターゲットビットレートを効果的に制御できません。[ 43 ] [ 75 ]

エンコーディング

  • libvpx
  • SVT-VP9 – VP9用スケーラブルビデオテクノロジー – Intelのオープンソースエンコーダ[ 76 ]
  • Eve – 商用エンコーダ

デコード

FFmpegのVP9デコーダは、他のコーデックと共有されるSIMD最適化の集積を利用して高速化を実現しています。FFmpeg開発者による比較では、VP9デコーダはlibvpxよりも高速であり、FFmpegのH.264デコーダと比較した場合、同じビットレートのビデオでは「同等」のパフォーマンス、同じ品質のビデオでは約10%高速であることが示されました。[ 42 ]

特許請求の範囲

2019年3月、ルクセンブルクに拠点を置くシズベルは、VP9とAV1の特許プールの設立を発表しました。プールのメンバーには、 JVCケンウッド、NTT、オレンジSA、フィリップス、東芝が含まれ、これらの企業はいずれもAVC、DASH、HEVCのいずれかの特許プールについてMPEG-LAに特許ライセンスを供与していました。 [ 77 ] [ 78 ]特許請求リストは2020年3月10日に初めて公開されました。このリストには650件以上の特許が含まれています。[ 79 ]

シズベルの価格は、VP9を使用するディスプレイデバイスの場合は0.24ユーロ、ディスプレイ非搭載デバイスの場合は0.08ユーロだが、エンコードされたコンテンツに対してはロイヤリティを請求しない。[ 80 ] [ 77 ]しかし、同社のライセンスにはソフトウェアに対する例外規定はない。[ 79 ]

WebMプロジェクトによると、Googleは特許プールを認識しているにもかかわらず、VP9やAV1の現在または今後の使用計画を変更する予定はなく、特許プールのライセンサーはいずれもVP9やVP8の開発に関与しておらず、オープンソース、ロイヤリティフリー、無料の技術に対して第三者がライセンス料を要求するのを止めることはできないとのことである。[ 81 ]

後継機: VP10からAV1へ

2014年9月12日、GoogleはVP10の開発が開始されたこと、そしてVP10のリリース後、ビデオフォーマットのリリース間隔を18ヶ月にすることを計画していることを発表しました。[ 82 ] 2015年8月、GoogleはVP10のコードの公開を開始しました。[ 83 ]

しかし、GoogleはVP10をAOMedia Video 1 （AV1）に組み込むことを決定しました。AV1コーデックは、VP10、 Daala（Xiph / Mozilla）、Thor（Cisco ）の技術を組み合わせて開発されました。[ 84 ] [ 85 ] [ 86 ]そのため、GoogleはVP10を社内で展開することも、公式にリリースすることもしないと表明しており、VP9はGoogleがリリースするVPxベースのコーデックの中で最後のものとなります。[ 87 ]

参考文献

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