アダプティブビットレートストリーミングとは？
ABR ではまず、同じ動画を複数のバージョンに変換します。これらは レンディション（rendition） と呼ばれ、それぞれ異なるビットレートと解像度の組み合わせを持つのが一般的です。
たとえば、次のような構成です。
- 1080p、5 Mbps
- 720p、3 Mbps
- 480p、1.5 Mbps
- 360p、800 Kbps
これらのレンディションをまとめたものをビットレートラダー（bitrate ladder）と呼びます。
再生中、プレーヤーはこれらの品質レベルを切り替えます。利用可能な帯域幅が低下した場合は、再バッファリングのリスクを抑えるため、より低いビットレートのレンディションをリクエストできます。ネットワーク状況が改善すれば、より高品質なバージョンに戻すこともできます。
最適なビットレートラダーは、固定された一律の値ではなく、コンテンツ、コーデック、視聴者、デバイス、ネットワーク状況などに応じて設計する必要があります。
アダプティブビットレートストリーミングの仕組み
一般的な ABR のワークフローは次のとおりです。
ソース動画 → トランスコーディング → 複数のレンディション → セグメント化とパッケージング → マニフェスト → CDN → 動画プレーヤー
1. 複数のレンディションを作成する
ソース動画をエンコードまたはトランスコードし、ビットレート、解像度、その他のエンコード設定が異なる複数のバージョンを作成します。
動画トランスコーディングを利用することで、1 つのソースアセットから複数の出力形式を生成できます。たとえば、ストリーミングプラットフォームでは 1080p、720p、480p、360p の各バージョンを用意できます。
2. ビットレートラダーを構築する
これらのレンディションによって、プレーヤーが選択できるビットレートラダーが構成されます。
適切なビットレートラダーでは、不要なバージョンを増やすことなく、プレーヤーに実用的な品質選択肢を提供します。各レベルの差が大きすぎると切り替え時に画質の変化が目立つ可能性があります。一方、似たようなレンディションを増やしすぎると、再生品質の向上につながらないまま処理やストレージの負荷だけが増える場合があります。
3. 動画をセグメント化してパッケージングする
各レンディションは、短いメディアセグメントに分割されます。プレーヤーが品質レベルをスムーズに切り替えられるよう、各レンディションの対応するセグメントを揃えておく必要があります。
その後、コンテンツを HLS や MPEG-DASH などのアダプティブストリーミング技術向けにパッケージングします。
4. マニフェストを作成する
プレーヤーは、どのレンディションやセグメントを利用できるのか把握する必要があります。
HLS では、この情報が .m3u8 プレイリストを通じて提供されます。MPEG-DASH では、.mpd 形式の Media Presentation Description を使用します。
5. プレーヤーが動的に適応する
プレーヤーは再生状況を監視し、適切なレンディションからセグメントを選択します。
ABR アルゴリズムによって、推定スループット、バッファの状態、直近のダウンロード速度、デバイス性能、再生の安定性など、各要素の重み付けは異なります。重要なのは、セッション全体を通して状況に応じて選択を変更できる点です。
ビットレートラダーとは？
ビットレートラダーとは、ABR プレーヤーが選択できる品質レベルの集合です。
上位のレベルほど一般的に高い画質を提供できますが、より多くの帯域幅が必要になります。下位のレベルは必要な帯域幅が少ないため、通信状況が悪化した際に、より安定した選択肢として利用できます。
そのため、ビットレートラダーを設計する際は、画質、帯域幅の使用量、ストレージ、エンコードコスト、デバイス要件、再生の信頼性のバランスを考慮する必要があります。
コンテンツの種類も重要です。同じ解像度でも、動きの少ない人物中心の映像と比べ、動きの激しいスポーツ映像では画質を維持するためにより高いビットレートが必要になる場合があります。また、動画コーデックの選択によっても、各レンディションをどれだけ効率よく圧縮できるかが変わります。
アダプティブビットレートストリーミングにおける HLS と MPEG-DASH の違い
HLS（HTTP Live Streaming）と MPEG-DASH は、アダプティブストリーミングで広く利用されている 2 つの技術です。
| 項目 | HLS | MPEG-DASH |
|---|---|---|
| マニフェスト | .m3u8 |
.mpd |
| アダプティブビットレート | 対応 | 対応 |
| ライブストリーミング | 対応 | 対応 |
| VoD | 対応 | 対応 |
| 起源 | Apple | MPEG 標準 |
どちらもメディアをセグメントに分割し、プレーヤーが異なる品質の表現から適切なものを選択できる仕組みを提供します。
どちらを選択するかは、デバイスの対応状況、プレーヤー技術、コーデック、DRM、遅延要件、ストリーミング全体のアーキテクチャなどによって異なります。
互換性のあるワークフローでは、CMAF を利用することで HLS と DASH が共通の fragmented MP4 メディアセグメントを使用できるため、重複するデータを削減することも可能です。
アダプティブビットレートストリーミングとプログレッシブダウンロードの違い
プログレッシブダウンロードでは、1 つのメディアファイルが再生に十分な量までダウンロードされれば、ファイル全体のダウンロード完了を待たずに再生を開始できます。
ABR はこれとは異なる方式を採用しています。複数のセグメント化されたレンディションを用意し、再生中にプレーヤーが品質を切り替えられるようにします。
そのため、さまざまなデバイスやネットワーク環境を利用する幅広い視聴者への配信には、ABR が適しています。
アダプティブビットレートストリーミングのメリット
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再バッファリングの軽減。 スループットが低下した場合、現在の接続では安定して受信できないストリームをそのままダウンロードし続けるのではなく、より低いビットレートのレンディションをプレーヤーがリクエストできます。
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より高品質な動画再生。 高速なネットワーク接続では高品質なレンディションを利用できる一方、帯域幅が限られた環境でも低ビットレートに切り替えて視聴を継続できます。
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より安定した再生開始。 プレーヤーは接続品質を推定している間、まず控えめな品質で再生を開始し、ネットワーク状況を把握した後により高い品質へ切り替えることができます。
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帯域幅の効率的な利用。 特に画面の小さいデバイスや帯域幅が限られた環境では、常に最高ビットレートのバージョンを配信する必要はありません。
ABR はバッファリングを軽減できますが、完全になくせるわけではありません。CDN の性能、ラストワンマイルのネットワーク、プレーヤーの動作、エンコード、デバイスの性能上の制約なども再生品質に影響します。
ABR の課題とは？
ABR を導入すると、ストリーミングのワークフローは複雑になります。
複数のレンディションを用意するには、追加のトランスコーディング処理やストレージが必要です。ビットレートラダーの設計が適切でないと、帯域幅を無駄に消費したり、品質レベル間に大きな差が生じたりする可能性があります。また、セグメントやキーフレームの位置が揃っているかどうかはスムーズな切り替えに影響します。プレーヤーの制御が過度に積極的だと、画質が頻繁に変化し、視聴の妨げになる場合もあります。
ライブストリーミングでは、さらに遅延という制約があります。ライブイベントとの時間差をできるだけ小さくするには、エンコード、セグメント化、パッケージング、配信、プレーヤーのバッファリングといった各工程を十分な速度で処理する必要があります。
ライブ配信と VoD におけるアダプティブビットレートストリーミング
ABR はライブストリーミングとビデオオンデマンド（VoD）の両方で利用できますが、ワークフローには違いがあります。
VoD では、完全なソースアセットを事前に利用できます。そのため、視聴者が動画をリクエストする前にレンディションのトランスコーディング、パッケージング、最適化を完了できます。
一方、ライブ動画では、イベントの進行中にこれらの処理を継続して行わなければなりません。そのため、処理速度と遅延がより重要になります。
したがって、プロフェッショナル向けのライブストリーミング CDNでは、品質、スケーラビリティ、信頼性、遅延のバランスをリアルタイムで取る必要があります。
ABR における CDN の役割とは？
ABR はプレーヤーがどのレンディションをリクエストするかを決定します。一方、CDNは、そのレンディションに対応するマニフェストや動画セグメントを視聴者へどれだけ効率的に届けられるかを支えます。
CDN はユーザーに近い場所でコンテンツをキャッシュして配信することで、配信経路を短縮し、オリジンサーバーの負荷を軽減できます。また、ストリーミングプラットフォームが地理的に分散した視聴者や急激なトラフィック増加に対応するうえでも役立ちます。
この関係は非常に重要です。どれほど適切に設計されたビットレートラダーでも、セグメントの配信速度が継続的に遅ければ、その問題を補うことはできません。
CDNetworks がアダプティブビットレートストリーミングをどのようにサポートするか
CDNetworks は、ライブストリーミングとビデオオンデマンドの両方でアダプティブビットレートストリーミングをサポートしています。
ライブ動画向けには、当社の Media Acceleration Live Broadcast がライブトランスコーディングとグローバルに分散された CDN を組み合わせて提供します。ライブストリームを複数のビットレートにトランスコードすることで、さまざまなデバイスや視聴環境に対応できます。また、HLS や DASH などのプロトコルをサポートしているため、幅広い再生環境でアダプティブストリーミングを実現できます。
VoD 向けには、CDNtworks Media Acceleration VoD と Media Processing を組み合わせることで、HLS および MPEG-DASH の ABR ワークフロー向けに複数の動画ビットレート、音声ビットレート、解像度を生成できます。当社のメディア処理機能にはトランスコーディングやパッケージングも含まれており、CDN を通じて配信する前に複数のレンディションを準備できます。
ライブでもオンデマンドでも、CDNetworks はメディア処理とグローバルなコンテンツ配信を組み合わせることで、変化するネットワーク状況に応じた動画品質の調整を可能にし、さまざまなデバイスや地域で安定した再生を実現できるようストリーミングサービスを支援します。
アダプティブビットレートストリーミングに関するよくある質問
アダプティブビットレートストリーミングはバッファリングを減らせますか？
はい。利用可能なスループットが低下したときに、より低いビットレートのレンディションへ切り替えることで、再バッファリングを軽減できます。ただし、深刻なネットワーク混雑やその他の配信上の問題が発生した場合は、再生が中断する可能性があります。
HLS はアダプティブビットレートストリーミングに対応していますか？
はい。HLS のプレイリストには複数のバリアントストリームを記述できるため、対応するプレーヤーは再生中に異なる品質レベルを切り替えることができます。
MPEG-DASH はアダプティブビットレートストリーミングに対応していますか？
はい。DASH では MPD マニフェストを使用して、利用可能なリプレゼンテーションやメディアセグメントを記述します。これにより、プレーヤーは適切な品質レベルを選択できます。
ABR はライブストリーミングと VoD の両方で使用されますか？
はい。VoD のアセットは再生前にあらかじめ準備できます。一方、ライブ ABR では、配信中に継続してメディア処理やセグメント生成を行う必要があります。
ビットレートと帯域幅の違いは何ですか？
ビットレートは、メディアストリームが一定時間あたりに必要とするデータ量を表します。帯域幅は、データ転送に利用できるネットワーク容量を表します。ABR は、リクエストするストリームのビットレートを、変化する利用可能なネットワーク容量にできるだけ適合させることで機能します。