MPEG-2(エムペグツー)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

MPEG-2は、動画と音声を高効率に圧縮・伸長するための国際標準規格の一つである。これはMoving Picture Experts Group（MPEG）という専門家グループによって策定されたもので、特に1990年代後半から2000年代にかけて、デジタルテレビ放送やDVDビデオ、衛星放送、ケーブルテレビなど、多岐にわたるデジタルメディアの中心的な技術として広く普及した。MPEG-2は、先行するMPEG-1の機能を発展させたもので、より高い解像度の映像やインターレース方式の映像を効率的に扱うことを可能にした。これにより、家庭での高画質な映像体験が一般化する上で極めて重要な役割を果たし、現代のデジタルメディア技術の礎を築いたと言える。

MPEG-2の技術的な核心は、映像と音声の冗長性を巧みに排除することで、データ量を大幅に削減しつつ、視覚的・聴覚的な品質を維持することにある。映像圧縮においては、大きく分けてフレーム内符号化とフレーム間符号化の二つの手法を組み合わせる。フレーム内符号化では、一枚の画像データ内で冗長性を排除する。具体的には、画像を小さなブロックに分割し、離散コサイン変換（DCT）と呼ばれる数学的変換を用いて空間周波数成分に変換する。この変換により、人間の視覚が認識しにくい高周波数成分の情報を間引く量子化を行い、最終的に可変長符号化（VLC）によってデータ量を削減する。VLCは、出現頻度の高いデータを短い符号で、低いデータを長い符号で表現することで平均ビットレートを削減する手法である。

一方、フレーム間符号化は、時間的な冗長性を利用する。動画は連続した静止画の集まりであり、隣接するフレーム間では変化が少ない部分が多いという特性を持つ。MPEG-2では、この特性を利用して、動き補償予測という技術を用いる。これは、現在のフレームの各ブロックが、過去または未来の参照フレームのどの位置にあるブロックと似ているかを探索し、その「動きベクトル」と、参照フレームとの差分情報（残差データ）のみを記録する方式である。MPEG-2では、MPEG-1にはなかった「双方向予測（Bフレーム）」が導入された点が重要である。動画のフレームは、Iフレーム（Intra-coded frame）、Pフレーム（Predictive coded frame）、Bフレーム（Bi-directional predictive coded frame）の三種類に分類される。Iフレームは単独で復元可能な基準フレームであり、フレーム内符号化のみが行われる。Pフレームは過去のIフレームやPフレームを参照して予測を行う。Bフレームは過去のフレームと未来のフレームの両方を参照して予測を行うため、より高い圧縮効率を実現できる。これら三種類のフレームを適切に配置することで、映像データ全体のビットレートを最適化しながら高画質を維持する。

音声圧縮に関しては、MPEG-2は主にMPEG Audio Layer II（MP2）という規格を採用している。MP2は、人間の聴覚特性を利用した知覚符号化の原理に基づき、聞き取りにくい音の情報を間引くことでデータ量を削減する。また、MPEG-2は、DVDビデオで採用されたドルビーデジタル（AC-3）のようなマルチチャンネル音声規格にも対応しており、5.1chサラウンドサウンドなどのリッチな音声体験を可能にした。

MPEG-2は、特にインターレース方式の映像に対応する能力に優れていた。インターレース方式は、テレビ放送で長年使われてきた映像表示方式で、1フレームを奇数ラインと偶数ラインの二つのフィールドに分けて伝送・表示する。MPEG-1が主にプログレッシブ方式（1フレームを一度に表示）を想定していたのに対し、MPEG-2はインターレースフィールドを効率的に符号化するアルゴリズムを内蔵しており、デジタルテレビ放送の標準規格として採用される大きな要因となった。これにより、既存のアナログテレビ放送システムとの互換性を保ちつつ、デジタル化への移行をスムーズに進めることができた。MPEG-2はSD（標準画質）からHD（高画質）まで幅広い解像度に対応し、多様なビットレート設定が可能であったため、用途に応じた最適な画質とデータ量のバランスを実現できた。

さらにMPEG-2は、符号化された映像と音声を多重化し、伝送・記録するための「システムレイヤー」も定義している。主なものに「プログラムストリーム（Program Stream）」と「トランスポートストリーム（Transport Stream）」がある。プログラムストリームは、DVDビデオなど、比較的エラーが少ない環境での記録・再生に適しており、映像と音声が同期しやすい構造を持つ。一方、トランスポートストリームは、デジタル放送など、ネットワーク伝送におけるエラー発生を考慮し、より堅牢な構造を持っている。小さな固定長パケットにデータを分割し、多重化することで、一部のパケットが失われても全体の再生が継続しやすい設計になっている。これにより、デジタル放送の安定した送受信を可能にした。

MPEG-2は、その高い圧縮効率と柔軟性により、デジタル放送の本格的な普及と、DVDビデオの世界的な成功を牽引した。この技術は、その後のデジタルメディアの発展に大きな影響を与え、MPEG-4 AVC（H.264）やHEVC（H.265）といったより高効率なコーデックの登場へと繋がっていった。現在では、MPEG-2よりもさらに高圧縮率を誇るMPEG-4 AVCやHEVCがスマートフォンの動画配信や高精細なWeb動画、4K/8K放送などの主流となっているが、MPEG-2が築き上げた基盤は依然として重要である。多くの既存デジタルテレビ放送システムや、過去に制作・配布されたDVDコンテンツ、一部のアーカイブシステムなどでは、MPEG-2が引き続き利用されている。システムエンジニアを目指す上で、MPEG-2という技術が、どのようにしてデジタルメディアの黎明期を支え、現代の動画技術の基礎を築いたのかを理解することは、現在の多種多様なメディア技術を深く理解するための重要な一歩となるだろう。