動画圧縮完全ガイド：原理からFFmpeg実践まで
ビデオを圧縮したいが、品質を保ちたい。CRFとビットレートの違いは？H.264とH.265のどちらを使うべき？これらの疑問は動画圧縮に取り組む際によくあります。原理を理解すれば、FFmpegパラメータが魔法の呪文ではなく、合理的な選択になります。このガイドでは、動画圧縮の根本から実践までをカバーします。
なぜ動画を圧縮できるのか
動画の実体は「連続した画像フレーム」。1秒間に24-60フレーム。非圧縮の1080p 60fpsビデオは約3 Gbpsの帯域幅を必要とし、1分で22 GBになります。こんな巨大的なデータがYouTubeでスムーズに再生できるのは、非可逆圧縮が人間の視覚の特性を利用しているからです。
人間の視覚の3つの特性
- 明るさに敏感、色に鈍感：人間は明るさの変化に敏感ですが、色の変化には鈍感です。YUV 4:2:0は色情報を半分にサンプリングし、データを50%削減
- 静的なものに敏感、動的なものに鈍感：静止背景は高画質、動くオブジェクトは低画質でも許容されます
- 高周波数のディテールに鈍感：エッジやテクスチャの細部はぼかしても気づかれません
現代の動画圧縮はこの3つの特性に基づいています。
三つの圧縮次元
1. 空間圧縮（フレーム内圧縮）
単一フレーム内の冗長性を削減、JPEG画像圧縮に似ています：
- DCT変換：ピクセルブロック（通常8x8）を周波数領域に変換
- 量子化：高周波数成分を破棄（人間が鈍感なディテール）
- エントロピー符号化：ハフマン符号化または算術符号化でさらに圧縮
2. 時間圧縮（フレーム間圧縮）
フレーム間の類似性を利用、これが動画圧縮の核心です：
- Iフレーム（キーフレーム）：完全な画像を保存、圧縮率が低い
- Pフレーム（前方予測）：前のフレームとの差分のみ保存
- Bフレーム（双方向予測）：前後のフレームとの差分を保存、圧縮率が高い
典型的なGOP（Group of Pictures）構造：
I B B P B B P B B P B B P I B B P ...Iフレームは1つだけ完全な画像、残りは差分のみ。これでデータを大幅に削減できます。
3. 熵圧縮
可逆圧縮でさらにデータを削減：
- ハフマン符号化
- 算術符号化（CABAC/CAVLC）
- 実行長符号化
主要な動画コーデック比較
| コーデック | リリース年 | 圧縮効率 | エンコード速度 | ブラウザサポート | 使用ケース |
|---|---|---|---|---|---|
| H.264 (AVC) | 2003 | 良い | 速い | 普遍的 | 万能 |
| H.265 (HEVC) | 2013 | 優秀（H.264より30-50%小さい） | 遅い | 限定的 | アーカイブ、4K |
| VP9 | 2013 | 優秀（H.265相当） | 遅い | Chrome、Firefox | YouTube、WebM |
| AV1 | 2018 | 最高（H.265より20-30%小さい） | 非常に遅い | モダンブラウザ | 次世代ストリーミング |
詳細な比較はH.264 vs H.265 vs AV1コーデック比較ガイド をご覧ください。
FFmpeg圧縮実践
CRFモード（品質優先）
bash
# H.264 CRF圧縮（推奨）
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -crf 23 -preset slow -c:a aac -b:a 128k output.mp4
# H.265 CRF圧縮（より小さい）
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx265 -crf 28 -preset slow -c:a aac -b:a 128k output.mp4CRF値参考：
| CRF値 | 品質 | ファイルサイズ | 使用ケース |
|---|---|---|---|
| 18 | 視覚的にロスレス | 大 | 高品質アーカイブ |
| 23（H.264デフォルト） | 良い | 中 | 一般使用 |
| 28（H.265デフォルト） | 良い | 小 | ウェブ用 |
| 32 | 許容可能 | 非常に小さい | モバイル用 |
ビットレートモード（サイズ優先）
bash
# 固定ビットレート（CBR）— ライブストリーミングに適している
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -b:v 4M -maxrate 4M -bufsize 8M -c:a aac -b:a 128k output.mp4
# 可変ビットレート（VBR）— VODに適している
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -b:v 4M -c:a aac -b:a 128k output.mp4プリセットの選択
| プリセット | エンコード速度 | 圧縮率 | 使用ケース |
|---|---|---|---|
| ultrafast | 最速 | 最悪 | ライブストリーミング |
| fast | 速い | 良い | クイックテスト |
| medium（デフォルト） | 中 | 良い | 一般使用 |
| slow | 遅い | より良い | アーカイブ |
| veryslow | 最遅 | 最高 | 最終納品 |
解像度の変更
bash
# 720pにダウンスケール
ffmpeg -i input.mp4 -vf "scale=-1:720" -c:v libx264 -crf 23 -c:a aac output.mp4
# 480pにダウンスケール（モバイル用）
ffmpeg -i input.mp4 -vf "scale=-1:480" -c:v libx264 -crf 23 -c:a aac output.mp4フレームレートの変更
bash
# 60fps → 30fps
ffmpeg -i input.mp4 -r 30 -c:v libx264 -crf 23 -c:a aac output.mp4
# 60fps → 24fps（シネマ風）
ffmpeg -i input.mp4 -r 24 -c:v libx264 -crf 23 -c:a aac output.mp4用途別圧縮テンプレート
ウェブ用動画
bash
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -crf 23 -preset slow -profile:v high -level 4.0 -pix_fmt yuv420p -movflags +faststart -c:a aac -b:a 128k output.mp4-profile:v high -level 4.0：互換性を保証-pix_fmt yuv420p：最も互換性の高い色空間-movflags +faststart：ウェブでプログレッシブ再生可能
モバイル用動画
bash
ffmpeg -i input.mp4 -vf "scale=-1:720" -r 30 -c:v libx264 -crf 26 -preset slow -c:a aac -b:a 96k output.mp4アーカイブ用動画
bash
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx265 -crf 20 -preset slow -c:a aac -b:a 192k output.mp44K動画の圧縮
bash
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx265 -crf 28 -preset medium -x265-params "pool=0:frame-threads=0" -c:a aac -b:a 192k output.mp4よくある問題
1. 圧縮後に品質が著しく低下
原因： CRFが高すぎるか、ビットレートが低すぎる
解決策： CRFを下げる（23→18）かビットレートを上げる
2. エンコードが遅い
原因： プリセットが遅すぎるか、解像度が高すぎる
解決策： -preset mediumまたはfastを使用、解像度を下げる
3. ファイルサイズが予想より大きい
原因： ソースがすでに高圧縮、再エンコードで品質ロスのみ
解決策： H.265に切り替えるか、解像度を下げる
4. iPhoneで再生できない
原因： H.265使用またはピクセルフォーマットが非互換
解決策： H.264と-pix_fmt yuv420pを使用
圧縮前後の品質比較
bash
# 元ビデオのビットレートを確認
ffprobe -v error -select_streams v:0 -show_entries stream=bit_rate -of default=noprint_wrappers=1 input.mp4
# 圧縮後のビットレートを確認
ffprobe -v error -select_streams v:0 -show_entries stream=bit_rate -of default=noprint_wrappers=1 output.mp4
# PSNRで品質を測定（30dB以上が良い）
ffmpeg -i input.mp4 -i output.mp4 -filter_complex "psnr" -f null -
# VMAFで品質を測定（80以上が良い、Netflixの指標）
ffmpeg -i input.mp4 -i output.mp4 -filter_complex "libvmaf" -f null -詳細は動画メタデータ分析ガイド をご覧ください。
まとめ
動画圧縮の核心は、人間の視覚の特性を利用した非可逆圧縮です。FFmpegの実践では：
- 品質優先： CRFモード（H.264はCRF 23、H.265はCRF 28）
- サイズ優先： ビットレートモード（CBRまたはVBR）
- 互換性優先： H.264 + yuv420p + high profile
- 効率優先： H.265（サイズ30-50%削減、遅いエンコード）
覚えておくべき基本テンプレート：
bash
# 汎用圧縮（90%のユースケースをカバー）
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -crf 23 -preset slow -c:a aac -b:a 128k output.mp4クイックリファレンス：
- CRF参考： H.264 18-28、H.265 23-32
- プリセット： 一般用
medium、アーカイブ用slow - 互換性： H.264 + yuv420p + high profile
- 圧縮効率： H.265 > VP9 > H.264