ハイビジョン

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ハイビジョン (Hi-Vision) は、日本における高精細度テレビジョン放送 (High Definition television / HDTV) の愛称である。電気機械器具等を対象として、財団法人NHKエンジニアリングサービスが商標登録している。登録番号1363407他。

概要[編集]

NTSC標準テレビ放送に対し走査線が2倍以上あるため、高精細な画像である。画面の縦横比(アスペクト比)は人間の視野に合わせて標準 (4:3) よりも横長な16:9である。

日本では2008年平成20年)現在、2種類の放送規格がある。衛星放送(BS/110度CS)のデジタルハイビジョン (ISDB-S) と地上デジタルハイビジョン (ISDB-T) である。なおBSアナログハイビジョン (MUSE) は2007年(平成19年)9月30日に終了した。

アナログハイビジョン[編集]

本格的な研究は1964年東京オリンピック後にNHK放送技術研究所で始められ、1972年昭和47年)にはITU-R(当時はCCIR)に規格提案が行われた。

1980年代に入って業務用テレビカメラ、高精細ブラウン管ビデオテープレコーダ、編集制作機器などのハイビジョン映像信号対応機器が開発され実用化の準備が整い始めた。ハイビジョンの愛称もこの頃から使用され始めている。1982年(昭和57年)にはデジタル技術を用いて帯域圧縮を行い放送衛星トランスポンダ1波の伝送帯域でアナログ放送を行うMUSE方式 (Multiple Sub-Nyquist-Sampling Encoding system) が開発され、これを用いたBS放送が1989年(平成元年)から実験放送として開始。更に1994年(平成6年)からは実用化試験放送が開始された。また、MUSE方式を扱いハイビジョン画質に 対応した家庭向けのビデオ機器(民生品)としてハイビジョンLDが市販化された。(ハイビジョンビデオカセットレコーダW-VHSはベースバンド方式のためMUSE方式ではない。)尚、実現はしなかったもののMUSEによる有料放送も計画されていた[1]

NHKは自ら開発したハイビジョン (1125/60HDTV) とMUSEをHDTVの世界統一規格にすることを目指し、「高品位テレビ」の英訳として"High Definition Television"という言葉を使って欧米で精力的な標準化活動を続けた。

アナログハイビジョンの概要[編集]

1125/60 高精細度テレビジョン (HDTV) 方式[編集]

  • アスペクト比 : 16:9
  • 総走査線 : 1,125本/有効1,035本
    • 1ライン当たりの有効画素数 : 1,920(総画素数 : 2,200)に対して正方画素ではない。故にコンピュータ・グラフィックとの相性に問題があり、ハリウッドのポストプロダクション・スタジオの影響が大きい米国放送業界に1035システムが受け入れられなかった原因の一つとされている。後のデジタル・ハイビジョンは、総走査線1,125本/有効1,080本の正方画素。
    • 走査線数の決定にあたってはPALSECAMNTSCとの変換を考慮、かつCGとの親和性を考慮して有効走査線数が1,024本を上回る様にしたという。
  • インターレース比 : 2:1
  • フィールド周波数 : 60.00Hz
    • System-M/NTSC互換の59.94Hz (60*1000/1001) ではなく60.00Hzである。これはフィールド周波数50.00HzであるPAL圏との方式変換が容易な様に考慮されたものであるがNTSCとのサイマル放送に難があり、逆にNTSC圏へのMUSE方式の普及を妨げる要因となった。後のデジタル・ハイビジョンでは59.94Hz。

MUSE方式の概要[編集]

  • 映像方式
    • 圧縮対象走査線 : 1,032本
    • 原始サンプリング周波数 : 44.55MHz
    • 伝送サンプリング周波数 : 16.2MHz
    • 時間軸輝度圧縮率 : 12:11
    • 時間軸色差圧縮率 : 4:1
    • 色差多重方式 : 時間軸圧縮多重 (TCI)
    • 圧縮方式 : フィールド間、フレーム間、ライン間オフセットサンプリング方式
    • 動きベクトル補正 : 水平±16サンプル(32.4MHzクロック)/フレーム、垂直±3ライン/フィールド
    • 同期信号 : デジタルフレームパルス型、正極同期
    • ベースバンド帯域幅 : 8.1MHz (-6dB)
  • 音声方式
    • 多重化方式 : 垂直帰線期間に3値ベースバンド多重
    • モード : 48kHz 16bit (2ch) /32kHz 12bit(4ch:3-1ステレオ)
    • 音声圧縮方式 : 準瞬時圧伸 DPCM
    • 音声誤り制御 : BCH SEC DED
  • BSにおける伝送変調方式
    • エンファシス : ノンリニアエンファシス、ゲイン9.5dB
    • 変調極性 : 正極性
    • 周波数偏移 : 10.2MHz p-p
    • 占有周波数帯域 : 27MHz

日本で使える最大の帯域幅は衛星放送の27MHzである。この変調方式はFM方式である事から伝送可能なベースバンド信号帯域幅はその1/3の9MHzとなる。一方HDTVのベースバンド映像信号帯域幅は30MHzである。このため映像の圧縮が必要となった。MUSE方式の場合、1フィールドのサンプリングを画素数の半分とし全画素数の1/4とする事でこれを実現した。4フィールドで全画素位置がサンプリングされるがパターンは各フィールド間で千鳥格子状をしており、quincunx samplingとも呼ばれる。

静止画の場合は前サンプリングの内容を用いる事で補間する。動画の場合も定常的な動きの際には送られて来た動きベクトルデータを基に動き補償を行う事で高解像度を維持している。動きベクトル量の検出ができない不定動作の場合は解像度が低下するが特に大きな問題とはならない。これは人の目の視力は動いているものを対象にしている時に視力が低下する事に因る。色信号については同様のサンプリング処理を行われた後、時間軸圧縮を行う。こうして作られたサンプル値はアナログ伝送される。なお、MUSEはスタジオ規格であるBTA S001とはカラーマトリクスが異なる。その違いは下記の通り。

  • スタジオ規格 (BTA S001) : Y=0.701G+0.087B+0.212R
  • MUSE方式 : Y=0.588G+0.118B+0.294R

音声信号はAモードサンプリングレート(標本化周波数)32kHz 量子化語長12bit(4ch:3-1ステレオ方式)/Bモードサンプリングレート48kHz 量子化語長16bit (2ch) を準瞬時圧伸DPCM (Differential PCM) により伝送レートを軽減する事によりAモードでは15bitを8bit、Bモードでは16bitを11bitに軽減している。ビット量の軽減はDPCMエンコード時にローカルデコーダを用いて差分値を測定し、変化差分に合わせてレンジビットと呼ばれるスケールを表すビットによりデータが表す音声レベルを決める事によって伝送量を減らす。この処理により音声の伝送レートを1350kbpsとしている。DPCMは標本化されたデータの差分を伝送する。このために伝送路での障害によりエラーが発生した場合、誤差が蓄積し復号された信号が正しく再現されなくなる事がある。これを軽減するためにリーク値と呼ばれる前の差分信号との積分を行うための係数が存在する。リーク値により後続する音声データに蓄積する誤差をリセットする事ができる。これらのデジタルデータには誤り訂正符号も付加されており、伝送路で発生したエラーによる聴覚上耳障りとなる雑音を排除する役割を担っている。この音声伝送符号化方式はDANCE (DPCM Audio Near-instantaneous Compressing and Expanding) と名付けられている。

MUSEはMPEGシリーズでのデジタル伝送が一般化するまでの間、地上波HDTV放送への利用が検討されており、走査線を720本に減らしサンプリング周波数を9.72MHzへと減らした狭帯域のNarrow MUSE、放送局での中継に利用する目的のクインカンクスサンプリングのみを行うMUSE-Tと呼ばれるものもあった。

視聴に必要な機材[編集]

アナログハイビジョン(MUSE方式)を視聴あるいは家庭用ビデオデッキへ録画するには、MUSEをMUSEデコーダあるいはMUSE-NTSCデコーダ(M-Nコンバーター)を介して受信側で1125/60HDTVへデコードするかNTSC (SDTV) へ変換しなければ映像出力が出来ず受像機側で映像が表示されない。

高精細度映像、いわゆるハイビジョン画質(1125/60HDTV方式=1125i相当)で視聴するには、BSアナログチューナーとMUSEデコーダの両方が内蔵された「ハイビジョンテレビ(主にブラウン管)」であればBSアンテナを接続するのみで視聴できる。しかしこのハイビジョンテレビは各電器メーカーとも最上級モデルに該当する為、初期の薄型テレビと同じく非常に高価(市販化直後の1989年 - 1990年代前半は100万円台、末期の1999年頃で20 - 40万円台)であった[2]

また、MUSEデコーダは内蔵していないものの1125i相当対応のコンポーネント端子あるいはD3 (1080i) 以上のD端子を搭載した高精細度放送(当時のワイドクリアビジョン・ハイビジョン)対応のブラウン管テレビ・モニターや、プロジェクションテレビ、黎明期の液晶テレビ(液晶ウィンドウ等)、主にプロフェッショナル向けに市販された液晶ディスプレイプラズマディスプレイでは、テレビ内蔵もしくは単体のBSアナログチューナーと単体のMUSEデコーダを「AFC端子」と「検波端子」に接続した上てコンポーネント出力端子からテレビに接続することで同様に視聴することができた。

2000年以降に発売されたBSデジタルチューナー (ISDB) 内蔵もしくはD3・D4対応D端子搭載でデジタルチューナー接続(1080i入力)に対応したテレビでは、テレビやビデオデッキのBSアナログ端子からMUSEデコーダーを介してコンポーネント端子に接続することで敢えてBSアナログハイビジョン (BS9ch) を視聴することも理論上できたが、殆どが1125iに対応せず1080iで表示するため画角に変動が生じ、放送内容もNHKデジタル衛星ハイビジョンと同一(サイマル放送)となっているため、W-VHSやハイビジョンLDを現役で併用する者以外では実用性に欠けたものであった。

従来のテレビやビデオで視聴する場合、標準画質 (480i) となるもののBSアナログチューナーに「M-N (MUSE-NTSC) デコーダ」あるいはM-Nデコーダ内蔵のMUSEデコーダを「AFC端子」と「検波端子」の両方に接続することでNTSCで変換出力され、視聴・録画することができた。従来の4:3画角のテレビで見た場合は画面の上下に黒幕が出るレターボックスになっていた(これは現在のBSデジタル放送、地上デジタル放送を従来のNTSC4:3サイズで見る時の場合も同じ)。ハイビジョンテレビによってはM-Nコンバーターを内蔵せず、録画の際には別途M-Nコンバーターが必要な機種もあった。

なお、「検波 (AFC) 端子」はアナログWOWOWの視聴時にスクランブル放送解除用のWOWOW (JSB) デコーダなどと接続する際にも必要となるため、殆どのBSアナログチューナー内蔵テレビには搭載されているが、チューナー内蔵型のビデオデッキの一部やPSXには搭載されていないため接続には注意が必要であった。

「MUSEデコーダー」・「M-Nコンバーター」は「BSデジタルチューナーISDB方式)」の市販化に伴い1999年から2000年にかけて各メーカーで生産が打ち切られた。その後、アナログハイビジョン放送の終了に伴い必然性は大きく薄れているが、数少ないハイビジョンLDの再生にあたってはMUSEデコーダが必要となる。

当初はMUSE方式での有料放送の計画もあり、有料放送を見るために必要な「MUSEデスクランブラー」の発売も予定されていたが、デジタル放送開始などもありアナログハイビジョンでの有料放送は実現せず、MUSEデスクランブラーも未発売となった。

アナログハイビジョン放送(BSアナログ9ch)について[編集]

デジタルハイビジョン[編集]

概説[編集]

NHKはハイビジョンを世界の統一規格にする事を目指し欧米で精力的な標準化活動を続けたが、政治的その他様々な理由から日米欧はそれぞれ異なる方式でHDTV放送を行う事になった。

またアメリカではHDTVの開発をデジタル放送方式で行う事になり欧州もこれに追従したため、日本でも放送のデジタル化が推進される事となる(→デジタルテレビ放送)。

このため、現行のHDTVアナログ放送であるBSハイビジョン放送は使用中の放送衛星であるBSAT-1の設計寿命が尽きる2007年(平成19年)9月30日を以て終了した。

なお、デジタルHDTVであってもベースバンドの映像制作・蓄積に於いてはアナログハイビジョンのために開発された技術が使われているためアナログ時代に制作されたハイビジョンHDTV素材は簡単な処理を経てデジタルハイビジョンで放送可能である。

  • アナログハイビジョンであるMUSE方式との間には、ベースバンド信号として、以下の大きな差異がある。
    • フィールド周波数
      • MUSE : 60.00Hz
      • Digital HDTV : 59.94Hz
    • 有効走査線
      • MUSE : 1,035本
      • Digital HDTV : 1,080本
    • タイムコード
      • MUSE : NDF (non-drop frame)
      • Digital HDTV : DF (drop frame)

これらの差異は過去の素材を活用する際に、互換性の点で問題になる場合がある。

デジタルハイビジョン放送[編集]

日本において、デジタルハイビジョンの放送用伝送規格としてはISDBが策定・運用されている。衛星放送ではISDB-S[3]、地上波放送ではISDB-Tと呼ばれる。ISDBはあくまでデジタルハイビジョンの放送を含むテレビ放送全般の規格であって、「ISDB=ハイビジョン」という意味ではない。したがってISDBには従来の標準画質規格の放送規格[4]も含まれている。画質(解像度とは別)は伝送レートに依存し、伝送する側(放送局側)の事前の設定次第で変化する[5]。伝送レートの変更(違い)は実際の放送上では概ねチャンネル毎(放送局毎)程度にまとめられた設定で運用されていて、例えば番組毎とかCM毎にレートが変化するような運用は特別な事情がない限り行われていない[6]

  • BSデジタルでは一部チャンネルを除きハイビジョンで放送されている。
  • CSデジタル(スカパー!e2ショップチャンネル)は一部チャンネルのみがハイビジョンで放送されている。スカパー!(東経124・128度)も2008年(平成20年)10月1日にハイビジョン放送が一部で導入された。
  • 地上デジタルテレビ放送でも一部チャンネルを除きハイビジョンで放送されている。
    • 標準画質のカメラで収録した番組はアップコンバート(解像度の変換を行い標準画質の映像をハイビジョン信号として放送する事)を行った映像が放送される。これはBSデジタルでも同様。この番組を16:9画面サイズのテレビで見た場合、4:3サイズの映像部分が中心部に表示され両端にサイドパネルが表示される。但しこの形式の放送信号を4:3画面サイズで見た場合、付加情報で4:3画角情報が付かない場合は額縁のように映る現象が起こる。4:3画角情報が付いた放送信号の場合は両端のサイドパネルが見えない状態までズームされた形で4:3画面全体に表示される。
    • 上記形式以外の16:9画面サイズの映像番組を4:3サイズの標準テレビで見る場合はエッジクロップ(4:3画面サイズになる様に両端をカットした状態)形式となるか、上下に黒帯を表示するレターボックス形式での表示となる。表示される映像部分の比率はレターボックス形式が16:9、エッジクロップ形式の場合は14:9か13:9のいずれか。尚、どちらになるかはテレビ受信機側の機能に因る。
  • 光放送
  • IP放送

ハイビジョンテレビの種類、仕様、放送規格[編集]

ハイビジョンテレビはテレビ受像機映像機器)の映像を表示する方式(ブラウン管液晶ディスプレイプラズマディスプレイリアプロジェクションなど)と、放送規格(アナログ、デジタル)により仕様が異なるので注意を要する。

映像を表示する方式[編集]

  • 液晶ディスプレイプラズマディスプレイなど固定画素方式の場合、垂直画素数650以上で表示できることが条件となる(JEITAによる定義)[7]
  • デジタルハイビジョン放送では画素数1920×1080(横×縦、正方形画素)または1440×1080(横長の長方形画素)[8]が主流である。画素数が1366×768あるいは1280×720のパネルもハイビジョンパネルと称してはいるが、1080iを表示する際には画素数を約半分に減らすスケーリング処理が行われる。画素数が1920×1080以上のハイビジョンパネルは、1080iをスケーリングすることなくドットバイドット (Dot by Dot) での表示が可能である(多くの場合デフォルトはオーバースキャンになっているため、ユーザーがドットバイドットに切り替える必要がある)。これらのパネルもしくはこれを採用した機種はフルを付けてフルHD、フルハイビジョン、フルスペックハイビジョン等と呼称されることが多いが「解像度だけを以てフルスペックと呼んでいいのか」等について議論があることから統一された呼称は定義されていない。
  • ブラウン管方式の場合、1125i(有効走査線1080i)または750p(有効走査線720p)を表示できることが条件となる(JEITAによる定義)。しかしながら民生品のブラウン管テレビにおいては電子線を高精度に走査することを長期間にわたって維持する事は困難であるため、一般にオーバースキャンが行われている。このため送られてくる映像のうち上下左右の端は画面の表示領域外に追い出されており、画面に表示されているものは送られてきた映像のうち8、9割である(1080iを表示する場合、実際に表示されている走査線は900本程度となる場合もある)。
  • 表示領域はメーカー間で異なるだけでなく、同一メーカー内でも統一されていない。また、同じテレビであっても表示している映像の明るさによって表示領域が大きく変動してしまう事もある[9]。なお、ブラウン管のスリット数は必ずしも横方向の解像度を表すものではない。
  • テレビの呼称について
    • 1125iおよび750pをフルデコードするデジタルチューナーを搭載し、且つ表示においてハイビジョンの条件を満たしている場合のみを「デジタルハイビジョンテレビ」と呼称する。
    • デジタルチューナーは搭載しているが、表示においてハイビジョンの条件を満たしていない場合は単なる「デジタルテレビ」となる。パネルの解像度が640×480または854×480であるにもかかわらずデジタルチューナー内蔵を以ってハイビジョンテレビと呼んでいる場合もあるが、これは誤りである(店頭POPにこのような誤りが多い)。
    • デジタルチューナーは未搭載であるが表示においてハイビジョンの条件を満たしている場合は一般的には「デジタルハイビジョン対応テレビ」という、やや紛らわしい表現が使われる。

アナログ・デジタル放送規格[編集]

総走査線数が1,125本で同じであっても放送局からの映像のある有効走査線数はアナログ放送では1,035本 (1035i)、2000年(平成12年)12月1日開始のBSデジタル放送では1,080本 (1080i) と異なる。有効走査線数以外の放送の規格もBSアナログハイビジョン (MUSE)、衛星放送(BS/110度CS)のデジタルハイビジョン (ISDB-S)、地上デジタルハイビジョン (ISDB-T) で異なる(CSデジタル(スカパー!e2)は総走査線数が720本 (720p) の放送もある)。

この放送規格の違いから、テレビ製造メーカーは1999年(平成11年)までに発売されたアナログハイビジョンテレビはデジタルハイビジョン放送規格が設定される前のためデジタルハイビジョンチューナーからの入力に対応しないと説明する。現実には、デジタルハイビジョンチューナー側で「1125i固定」(標準画質もすべて1125iに変換)に設定する事でアナログハイビジョンテレビでもコンポーネント端子接続で1125i固定で受像され使用可能である。但しアナログハイビジョンテレビでは前述の様に表示走査線数が少ないので、フル画像を表示させるために表示走査線数の調整が望ましい。

アナログ放送を全廃する方針の国は、イギリス2012年)、全欧州(2015年)、中国(2015年)、ブラジル2016年6月29日)など。日本は2011年7月24日に停波した(福島宮城岩手の3県は2012年3月31日に停波した)。オランダ2006年12月11日に、アメリカ2009年6月12日[10]に停波した。

脚注[編集]

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  1. ^ 一部のハイビジョンテレビの取扱説明書では、アナログハイビジョンでの有料放送が開始された場合を想定して、MUSEデスクランブラー(未発売)の接続・設定方法が記載されていた。
  2. ^ 但し、初期の白黒テレビカラーテレビよりは安価であった(何れも登場当初は、当時の会社員の年収数年分に相当していた)。
  3. ^ 2007年現在、日本における衛星放送関連についての運用の全てがISDB-Sに集約されているわけではない。通信衛星を使った放送の一部はISDB-S以外のもので行われている。詳細については衛星放送の記事なども参照のこと。
  4. ^ デジタル放送の伝送規格にハイビジョンの他に旧来のアナログ放送で行っていたものも放送可能にすることで、放送局側の運用面や視聴者側の環境面などで従来資産の活用を多少なりとも可能にしアナログ放送からデジタル放送へ移行することをよりスムーズに行える余地を拡大することを意図したもの。
  5. ^ 各種テレビ放送の違いによる伝送レートの設定の違いはデジタルテレビの記述を参照のこと。
  6. ^ 映像の解像度が変化する(異なる)場合、一定の映像品質を維持する上ではその映像記録や伝送に必要なレートも変わるので解像度が異なる場合は含まない(つまり、ハイビジョンと標準解像度・従来解像度の映像では必要な映像記録レート・伝送レートは異なる)。解像度と映像の伝送レートの関係についての詳細は当該関連記事を参照のこと
  7. ^ ハイビジョン映像信号入力が可能な1024×768(アスペクト比4:3モニタサイズ用)のXGAモニタパネルを搭載したテレビも少数であるが実際に販売されている実績がある。この場合、ハイビジョンフォーマットの映像信号入力時には解像度の切り替えとレターボックス表示により標準解像度の映像とハイビジョン映像の表示差異を体感することは可能であるが、ハイビジョン映像部分の実質解像度は1024×576相当になるためJEITA定義に従った場合「垂直画素数650以上」を満たしていないためハイビジョンモニタの定義からは外れることになる。
  8. ^ (アナログ放送時とは違い、表示の際に4:3から16:9になるよう左右に引き伸ばすわけではない。元々が横長の長方形画素である)
  9. ^ このため、番組制作サイドでは安全領域を定めて字幕やテロップはこの範囲内に収まるように映像を作る。この安全領域も一定していない。
  10. ^ 米TV、デジタル完全移行 「知らなかった」苦情も - 47NEWS 2009年6月13日

関連項目[編集]