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フレームレート(frame rate)とは?

フレームレート(frame rate)は動画がある単位時間(一般的には1秒)に処理するフレーム数のことをいい、動画の画質に関連します。
この記事ではフレームレートについて解説します。


映像とフレームとフレームレート

子供のときにノートの端などにパラパラマンガを書いた経験はありますか?
少しずつ絵を変えていき、パラパラとページをめくるとまるで動いているかのように見えるマンガのことです。
実は動画の映像の原理はこのパラパラマンガと同じです。
動画が世間に公開されたのは、リュミエール兄弟が発明したシネマトグラフによるフィルム映画と言われています。
原理はフィルムに1秒間に16枚の画像を撮影し、それをプリントして再生することで、映像の記録・再生を行なうものでした。
最初は音声がついていないサイレントと呼ばれる動画でしたが、やがて音声がつくトーキーと呼ばれる動画になりました。

このとき、音声を記録するためには1秒間に24枚の画像が必要になり、初めてフレームレートという概念が生まれます。
フレームレート(frame rate)とは1秒間に処理できるフレーム(静止画像)数のことで、通常は1秒間に処理できるフレーム数であるfps(フレーム・パー・セコンド)を使います。
トーキーでは1秒間に24枚のフレームが必要なので、フレームレートは24fpsということになります。フレームレートは大きいほど同じ動きを再生するのに多くのフレームを使えるので動きが滑らかになります。

しかし、 フレームレートを大きくすると1秒間に処理するフレームの数が増えるため、フィルムが膨大な量になります。
そのため、映画では24fpsが標準となりました。
次にテレビが誕生します。
テレビにはPALとNTSCという規格がありますが、PALでは25fps、NTSCでは29.97fpsのフレームレートとなりました。
そして、最新の3Dゲームなどでは60fpsまでフレームレートが上がっています。
今後も4Kテレビや3Dムービーなど高フレームレートを必要とするコンテンツは増えていくので、120fpsの動画も現れると予想されます。


Web会議におけるフレームレート

Web会議のように、会議に参加する人の上半身ぐらいしか写さず、しかも動きがそれほど激しくないものだと、15fpsでも不自然ではありません。また、Web会議では映像より音声の方が重要視される面があります。
会議では映像は極端にいうと静止画像でもかまいませんが、音声ははっきり伝わらないと会議になりません。
しかもリアルタイムで映像や音声を送る必要があるため、映像の方はなるべくフレームレートを小さくする傾向があります。

一般的なWeb会議システムでは15fpsで動画を送るものが多いようです。
しかし、最新のシステムでは30~60fpsでHD画質にも対応しているものもあります。
もちろんそれだけのデータを送受信できる回線が必要ですが、従来のWeb会議よりクリアで鮮明な画像が期待できます。


動画のエンコードとビットレート

動画の画質にはエンコード(圧縮)方式も関連してきます。
動画を圧縮する際に映像の画質を決めるのはビットレートといわれる1秒間に処理されるデータ量になります。
音声も同様です。
これは映像、音声の両方を含むので、映像のビットレートと音声のビットレートを合わせたものが動画のビットレートになります。
両方とも高いビットレートにすればきれいな映像と音声の動画になりますが、動画のサイズが大きくなります。
また、一般的な圧縮方式ではビットレートは固定なので、同一のビットレートでフレームレートを大きくするとその分フレームのビット数が小さくなるので画質が悪くなります。

可変ビットレートといって映像なら動きが大きいときはビットレートを増やして、少ないときはビットレートを減らす方式もありますが、これは圧縮・伸長のCPU処理が大きくなります。
いずれにしても、送受信できる帯域幅に余裕がなければ、動画のビットレートをあるレベルに抑えなければならず、何かをよくすれば何かが悪くなります。


今後のWeb会議の動画

まず、ネットワークの帯域は2019年時点で家庭への回線でも光回線なら最高2Gbpsあります。
動画の圧縮方式も進化しており、例えば2019年の時点で動画の一般的な圧縮方式であるH.264は従来のDVDなどの圧縮方式であるMPEG-2の2倍の圧縮率があり、次に策定される予定のH.265ではさらに2倍の圧縮率になると言われています。
つまり、従来のWeb会議で使ってきた動画より、高ビットレートで作成された動画を送受信する環境がかなり整ってきているといえます。

今後は新規のシステムや改善されたシステムで、映像・音声ともさらに高品質なWeb会議ができるようになるのと予想されます。
また、参加できる人数や画面も大きくなり、かなり大規模なWeb会議も開催できるようになっていくのではないでしょうか。