ビットレートとは？高いとどうなるの？

こんにちは！
ネットワーク監視カメラとAI画像認識システムのシステム・ケイです。

みなさんは、「ビットレート」という言葉を聞いたことはありますか？
今回は、映像品質や通信速度を扱う上で重要な「ビットレート」について、初心者にもわかりやすく解説いたします。
ぜひ、最後までご覧ください！

ビットレートとは

ビットレートとは、「1秒間に転送または処理できるデータ量」です。
単位は「bps（Bit Per Second）」。
これは「1秒間に何ビットのデータを転送または処理できるか」を表しています。

通信速度が1Mbpsなら、M(メガ)＝100万なので、1秒あたり100万ビットものデータを転送できます。
また、映像や音声の世界では「映像や音声の1秒間あたりに使われているデータ量」を表す値として用いられています。

ビットレートが高いとどうなる？

例えば、監視カメラで撮影中の映像をリアルタイムでパソコンに表示させたいとします。
ビットレートが高いと1秒間にたくさんのデータを転送できるため、綺麗な映像をパソコンに届ける事ができます。
逆に、ビットレートが低いと1秒間に転送できるデータが少ないため、低画質で、カクカクした動きの映像になってしまいます。

では、ビットレートは高ければ高いほど良いのかと言うと・・・？
そんなことはありません、次項でビットレートが高いことのデメリットを解説します。

ビットレートが高いことによるデメリット

たくさんのデータを転送するということは、その分ネットワーク回線や、機器にかかる負荷が大きくなります。
ネットワーク環境によって転送できるビットレートは上限が決まっており、上限を超えてしまうと、回線がパンクしてカメラとの接続を切断してしまいます。
また、膨大なデータがパソコンやNVR(ネットワークビデオレコーダー)に届くと、データを処理しきれなくなり、異常な動作を起こす可能性もあります。

さらに、ビットレートが高い映像はデータ容量が大きく、録画を行う際にHDDの容量を圧迫してしまうことが挙げられます。
特に、監視カメラは長時間撮影を行うため、ただでさえデータ量が大きくなりがちです。
HDDの容量を圧迫してしまうと、せっかく録画してもすぐにデータを削除しなければならず、映像の保存期間を十分に確保できなくなってしまいます。

ビットレートの種類

ビットレートにはいくつか種類があるためここで簡単に紹介します。
どれも意味は同じく「1秒間あたりのデータ量」と考えるとわかりやすいです。

映像ビットレート

映像1秒間あたりのデータ量を表します。
解像度やフレームレートなど、さまざまな要素に影響されます（後の項目で説明します）。

音声ビットレート

音声1秒間あたりのデータ量を表します。
基本的に、映像ビットレートに比べるとデータ量は小さくなります。

オーバルビットレート

映像ビットレートと音声ビットレートを合計した値です。
これが動画全体のビットレートとなります。

次は、ビットレートの制御に関する固定・可変・最大ビットレ―トの３つを紹介します。

固定ビットレート（CBR）

映像を送る際のビットレートを指定した値に保つ制御方法です。
1秒間に送受信するデータ量を固定するため安定した通信を行えますが、画質が安定せず、通信帯域に無駄が生じる場合があります。

可変ビットレート（VBR）

映像を送る際のビットレートに制限をかけない制御方法です。
映像に合わせて自動でビットレートの調節を行うため、映像が綺麗かつ通信帯域の無駄が少ないのが特長ですが、ビットレートが高くなり過ぎたときに通信が安定しない場合があります。

最大ビットレート（MBR）

ビットレートの上限を決め、その範囲内で必要に応じてビットレートを変化させる、固定ビットレートと可変ビットレートの合わせ技のような制御方法です。
画質が安定しない場合がありますが、通信を安定させ通信帯域の無駄を減らすことができます。

解像度やフレームレートと、ビットレートの関係性

綺麗で滑らかな映像を撮影するために、解像度やフレームレートを上げることはよく知られていますが、合わせてビットレートも高く設定しないとそのパフォーマンスを生かすことができません。

例えば、解像度（画素数）とフレームレートがそれぞれ2倍になると、データ量は2×2で4倍になるので、理論上は4倍のビットレートが必要ということになります。
反対に、低解像度、低フレームレートなのにビットレートだけ高く設定するのは無駄が多いということです。

先に述べたようにビットレートが高すぎることはデメリットにもなるため、解像度・フレームレート・ビットレートは撮影の目的に合わせて適切な値になるよう設定する必要があります。
なんでも高くすればいいわけではないんですね！

映像の目的に合わせて各数値を設定しよう

スポーツやアクションゲームのように動きが大きく速い映像は、高画質を求められます。
高解像度で、フレームレートは最低30fps以上ほしいです。もちろん必然的にビットレートも高くなります。

では、それと同じ画質をスーパーマーケットの監視カメラ映像にも求めるでしょうか。
答えはノーですね。そこに人がいることさえ確認できればいい、というのであれば、低解像度で問題ありませんし、フレームレートは3〜5fps程度で十分です。ビットレートも低くなります。

しかし、その映像からAIを使って人の動作内容を判別したい、となれば話は別です。
画質が低すぎると、人の細かい動きの内容がわかりません。

このように、撮影する映像の目的に合わせて各数値を設定することが大切です。

AIを使った動きの検知の動画

まとめ

最後までお読みいただきありがとうございました。
記事の内容に関するご質問や、ネットワーク監視カメラについての詳しい情報は、システム・ケイまでお気軽にお問い合わせください！