ＨＤＴＶ方式のしくみ
１９６４年ＮＨＫ(Nippon Hoso Kyokai)は現行のＮＴＳＣ方式とは違う「人間の視覚特性」や「心理効果」を追及し、臨場感のある映像を追求した高精細テレビＨＤＴＶ(High Definition Tele-Vision)の研究を始めました。その結果アスペクト比は映画との互換性を考慮して１６：９、走査線は当初１１２５本(有効走査線数１０３５本)を推奨していましたが、１９９７年のＩＴＵ－Ｒ勧告７０９をベースに走査線１１２５本(有効走査線数１０８０本)で世界統一され、 フレームレートは当初３０Ｈｚが規定されていたが、現行テレビへの変換運用が多く運用性を重要視することとなり日本ではフレームレート２９．９７Ｈｚが規定されています。
現在ではＨＤＴＶ(High Definition Tele-Vision)と呼ばれる規格は二種類存在し、走査線数が１１２５本のインターレス方式と走査線数が７５０本のプログレッシブ方式があります。
■ＨＤＴＶと現行テレビの違い
| NTSC方式 | PAL方式 | 1080i方式 | 720p方式 | |
|---|---|---|---|---|
| 走査線数 | 525本 | 625本 | 1125本 | 750本 |
| 有効走査線数 | 480本 | 575本 | 1080本 | 720本 |
| 操作方式 | インターレス方式 | プログレッシブ方式 | ||
| アスペクト比 | ４：３ | １６：９ | ||
| フレーム周波数 | 29.97Hz | 25Hz | 29.97Hz | 59.94Hz |
| ライン周波数 | 15.734kHz | 15.625kHz | 33.75kHz | 45kHz |
| 輝度レベル | 白ピーク：714mv 同期信号：286mv | 白ピーク：700mv 同期信号：300mv | 白ピーク：700mv 同期信号：300mv | 白ピーク：700mv 同期信号：300mv |
| 信号帯域幅 | Ｙ：4.2Mhz Pb：1.5Mhz Pr：0.5Mhz | Ｙ：5Mhz Pb：2.5Mhz Pr：2.5Mhz | Ｙ：30Mhz Pb：15Mhz Pr：15Mhz | Ｙ：30Mhz Pb：15Mhz Pr：15Mhz |
| 同期信号 | ２値同期 | ２値同期 | ３値同期 | ３値同期 |
■ＨＤ－ＳＤＩ信号の規格
ＨＤ-ＳＤＩ(High Definition television-Serial Digital Interface)の信号規格はＳＭＰＴＥ規格のＳＭＰＴＥ２９２ＭでＨＤ-ＳＤＩ伝送規格を規定し、ＡＲＩＢ規格のＢＴＡ-Ｓ００４Ｂで１１２５/１０８０ｉ/５９．９４Ｈｚを規定しており、ＹＰｂＰｒのコンポーネント信号を約１．５Ｇｂｐｓでシリアル伝送しています。下図は１ラインにおけるＹ信号の構成を表しています。
...ＳＭＰＴＥ(Society of Motion Picture Television Engineers)とは米国映画テレビジョン技術者協会の団体名。映画テレビで取り扱う信号の規格を策定する団体。
...ＡＲＩＢ(Association of Radio Industries and Businesses)は１９９５年に発足した社団法人電波産業会の団体名で電気通信技術に関する規格の国際的統一を目的として事業を行ってる総務大臣指定機関。
ＥＡＶ(End of Active Video)はＳＤＩ信号のＴＲＳ(Timing Reference Signal)における水平/垂直の有効映像期間終了点の識別子のことです。[3FF][000][000][XYZ]の４ワードからなる同期識別コードで[XYZ]の内容でＥＡＶ、ＳＡＶ、フィールド、水平/垂直の識別ができるようになっています。
ＬＮ(Line Number)はＨＤ-ＳＤＩ信号のライン番号監視用に使用されます。
ＣＲＣＣ(Cyclic Redundancy Check Code)は映像期間、ＥＡＶ、ＬＮの伝送エラーをチェックしています。
ＡＮＣ(ANCyillary data)はＳＤＩ信号の補助データ期間でオーディオデータやタイムコードデータなどを挿入することが可能です。
ＳＡＶ(Start of Active Video)はＳＤＩ信号のＴＲＳ(Timing Reference Signal)における水平/垂直の有効映像期間開始点の識別子のことです。[3FF][000][000][XYZ]の４ワードからなる同期識別コードで[XYZ]の内容でＥＡＶ、ＳＡＶ、フィールド、水平/垂直の識別ができるようになっています。
映像信号
映像信号の伝送方式はコンポーネントのＹＰｂＰｒ方式でサンプリング周波数４：２：２(Ｙ：７４．２５ＭＨｚ、ＰｂＰｒ：３７．１２５ＭＨｚ)の分離伝送をするためクロスカラーがなく画質劣化が少ない綺麗な映像が得られます。右写真はＡＲＩＢ標準規格ＳＴＤ－Ｂ２８で規格されているマルチフォーマットカラーバーで、このマルチフォーマットカラーバーは両端をカットすることでＳＤＴＶ用のＣＢとしても使用できるように作られています。
ＳＭＰＴＥカラーバーではＳＤモニターの調整用に＋４％のセットアップが使用されていましたが、ＡＲＩＢカラーバーはそれに加えて±２％のセットアップがあり、１００％のＣｙ、Ｙｅ、Ｂ、Ｒが両端に追加され画面中央にＹ－ＲＡＭＰ波形も加えられています。
中央にある７５％Ｗｈｉｔｅはモニターのクロマ調整用の信号で、Ｃｙ右横にある「＋Ｉ」はユーザーが「７５％Ｗｈｉｔｅ」「１００％Ｗｈｉｔｅ」「＋Ｉ」の選択ができるほかストライプ幅やランプ波形の立ち上がり時間の変更も設定できるように設計されています。
同期信号ＨＤ－ＳＤＩではコンポーネントのＹＰｂＰｒ三種類の信号を伝送しそれぞれの同期を完璧にあわせる必要があります。
そこで多少のレベル変動があっても絶対に位相ズレが生じない同期信号が検討された結果、信号減衰により同期信号が縮んでも位相ズレが発生しない３値同期が考案されたのです。
右図のように減衰した２値同期では位相のズレが発生してしまいますが、３値同期の場合は理論的に位相ズレがありません。
この３値同期を使用することで正確に同期をあわせることができるのですが、実際のＨＤ－ＳＤＩ信号の波形で同期信号は確認することができません。
これはＮＴＳＣ方式のアナログ波形では映像信号と同期信号を合わせた信号を８ｂｉｔ(２５６階調)に分解していましたが、画質に直接関係のない同期信号まで同じように分解すると、映像信号の部分が小さくなり非効率になってしまうからです。
ＨＤＴＶでは同期信号を黒ブランキング信号に埋め込むことで、映像信号のみを８ｂｉｔまたは１０ｂｉｔに分解し、映像信号に割り当てる諧調を有効的に活用しているのです。
音声信号
ＳＭＰＴＥ２９９Ｍで規定されＡＥＳ／ＥＢＵ フォーマットした最大16chの多重音声をアンシラリーデータとしてＳＤＩ信号に重畳します。
...ＡＥＳ／ＥＢＵ(Audio Engineering Society/European Broadcasting Union)とはデジタルオーディオ機器に使われるインターフェースの規格名称で、ヨーロッパの規格団体ＡＥＳ(Audio Engineering Society)とＥＢＵ(European Broadcasting Union)により規格策定されたためこう呼ばれている。
■伝送方式
１９８３年ＮＨＫ(Ｎｉｐｐｏｎ Ｈｏｓｏ Ｋｙｏｋａｉ)はアナログＨＤＴＶ信号を１／４に圧縮して衛星放送の１チャンネルでハイビジョンを放送することができるＭＵＳＥ...ＭＵＳＥ(MUltiple sub nyquist Sampling Encode)はアナログハイビジョンの信号をＢＳ放送するときに用いる圧縮方式の技術。現在のデジタルハイビジョン１０８０ｉよりも有効走査線が１０３５ｉと少なく、デジタルハイビジョンの国際規格が決定したことにより２００７年をもって終了することになった。
方式を開発しました。しかし欧米各国は日本のＨＤ市場独占を懸念しＨＤＴＶのデジタル化に取り組んだ結果、１９９４年にＩＳＯ( 国際標準化機構 ) とＩＥＣ ( 国際電気標準会議 )によって、ＤＣＴ(Discrete Cosine Transform)離散コサイン変換とＭＣ(Motion Compensation)動き補償技術を基本とした技術を用いてＨＤＴＶの圧縮も含むＭＰＥＧｰ２国際規格をまとめたのです。
これにより日本のＨＤＴＶ方式もデジタルへ移行し、ＭＵＳＥ方式はトランスポンダの寿命である２００７年をもって終了せざるお得なくなったのです。
デジタル伝送最大の特徴は、信号を符号化するため伝送で減衰した映像信号を演算処理することにより、もとの状態である信号に劣化さることなく戻すことが可能なことで、現在日本のＨＤＴＶ伝送方式は映像圧縮にＭＰＥＧ２ Ｖｉｄｅｏ、音声圧縮にはＭＰＥＧ２ Ａｕｄｉｏ ＡＡＣを採用しており５．７ＭＨｚの周波数帯で伝送しています。しかしＨＤＴＶ伝送方式は政治的、経済的な事情から世界統一することができず、現在では三種類の伝送方式に分類されます。
...ＡＡＣ(Advanced Audio Coding)はＭＰＥＧ２で開発されたオーディオコーデックで、ＭＰＥＧ４では代表的オーディオコーデックとして標準化され「iTunes Music Store」や「ＭＯＯＣＳ」などの音楽配信サイトのオーディオフォーマットとして採用されている。
| ISDB-T | ATSC | DVB-T | |
|---|---|---|---|
| 多重化システム | MPEG-2 TS(TransportStream) | ||
| ビデオ | MPEG-2 Video | ||
| オーディオ | MPEG-2 Audio AAC | Dolby AC-3 | MPEG-2 Audio LayerⅡ |
| 伝送帯域 | 6MHz | 8MHz | 6MHz |
| 情報レート | 23Mbps | 19Mbps | 31Mbps |
| 対応走査方式 | SDTV：720x480i/p HDTV：1280x720p 1920x1080i | ||
| 移動体通信 | ○ | × | △ |
| 標準化団体 | ARIB | ATSC | DVB |
ＩＳＤＢ(Integrated Services Digital Broadcasting)は日本で開発されたデジタル放送規格でＡＴＳＣやＤＶＢに比べて優れた方式ですが技術的に複雑なため他の国では採用されていません。
ＡＴＳＣ方式
ＡＴＳＣ(Advanced Television Systems Committee)はアメリカで開発されたデジタル放送規格でカナダ、メキシコ、韓国で採用されています。
ＤＶＢ方式
ＤＶＢ(Digital Video Broadcasting)は国際的に承認されたデジタルテレビの公開標準規格でヨーロッパ諸国、オーストラリア、インド、南アフリカなどが採用しています。
■１セグ放送
前述した日本の地上デジタル放送規格であるＩＳＤＢ－Ｔ(Integrated Services Digital Broadcasting for Terrestrial)の最大の特徴は６MHzの伝送対域内に１３のセグメントが存在し、各セグメント毎に変調方式を変えることができる点です。つまり複数のセグメントにより放送される番組と残りのセグメントによって放送される番組とが異なる変調方式により伝送することができるのです。
この技術を用いて現在頻繁に試験放送されている１セグ放送を受信することが可能になっています。
１セグ放送とは移動体通信(携帯電話やＰＤＡ)における動画やデータ放送を視聴できる移動体向け放送サービスのことですが、このサービスを行う上で一番問題になったのがデータ放送に分類される動画の符号化方式のライセンス料の扱いでした。
通常、放送局から送られてくるコンテンツは無料放送が前提なのですが１セグ放送では動画の符号化に対するライセンス料が放送事業者に発生するため、結果的にそのサービスを受けるユーザーから徴収することになってしまいます。
その結果、放送事業者側が当初予定していた映像符号化技術にＭＰＥＧ４の採用を断念し「ＡＶＣ/Ｈ．２６４」を使うことで２００６年度から放送開始するこになったのです。
■サイマル放送
２００３年東京、名古屋、大阪の３大都市でデジタル放送が始まりましたが、同時にアナログ放送も２０１１年７月まで放送されています。つまり放送局は同じ番組を同じ時間にデジタル/アナログ両方の放送をしなければならず、この同時放送のことをサイマル放送と呼んでいます。当初、放送局はＳＤ制作で作った番組をアップコンバートして１６:９の放送と４:３の放送を同時に放送していましたが、現在では２０１１年のアナログ放送停波に向け、キー局では完全ＨＤ化を行いＨＤ制作の映像をＳＤテレビにダウンコンバートして放送しています。
このようにＨＤやＳＤの走査線や画角の異なる映像を４:３/４８０ｉや１６:９/１０８０ｉに変換する作業のことをＤ／ＣダウンコンバートまたはＵ／Ｃアップコンバートと呼んでいます。
ＨＤ信号をダウンコンバートする方法としては走査線を間引いて４８０ｉに変換し、画面の両サイドをカットするＳＣ(Side Cut)やエッジクロップＥＣ(Edge Crop)を行うことで４：３の画面に変換します。
その他１６:９の画面を左右から圧縮したようなスクイーズＳＱ(SQueeze)や４：３の画面の中で１６:９の画角を作るレターボックスＬＢ(Letter Box)などの方法を用います。
逆にアップコンバートでは４：３のＳＤＴＶ信号を４８０ｉ→１０８０ｉにするためメーカーによってそのアルゴリズムが異なるため、アップコンバートされた画質には大きな差がでてきます。
いずれにしても４：３を意識したＨＤ制作のドラマは不自然なショットになるので、２０１１年７月までは視聴者側も制作側も辛抱の過渡期になりそうです。
