記録709

ITU-R勧告BT.709-6は、フレームレートに依存しない画像特性を持つ共通画像フォーマット（CIF）を定義しています。画像は1920x1080ピクセルで、総ピクセル数は2,073,600、アスペクト比は16:9です。^{[ 3 ] [ 5 ]}

BT.709-6では、以下の可能なフレームレートとピクセル走査順序が規定されています。後者のオプションは、プログレッシブ走査フレーム（P）、プログレッシブセグメントフレーム（PsF）、および インターレース（I）です。

24/P、24/PsF、23.976/P、23.976/PsF

これらの組み合わせは、劇場用映画で使用されるフレームレートと一致します。分数レートは、NTSCで使用される「プルダウン」レートとの互換性のために含まれています。

50/P、25/P、25/PsF、50/I (25 fps)

これらの組み合わせは、 PALやSECAMといった以前の「50Hz」テレビ規格との互換性を確保するために提供されています。PALとSECAMにはNTSCのようなプルダウンの問題がなかったため、分数レートは存在しません。

60/P、59.94/P、30/P、30/PsF、29.97/P、29.97/PsF、60/I (30 fps)、59.94/I (29.97 fps)

これらの組み合わせは、NTSCなどの以前の「60Hz」テレビ規格との互換性を提供します。ここでも、分数レートは従来のNTSCプルダウンレートとの互換性を確保するためのものです。

カメラやモニターは、これらのモードのいずれかを使用できます。プログレッシブモードで撮影されたビデオは、プログレッシブモードまたはプログレッシブセグメントフレームモードで録画、放送、またはストリーミングできます。インターレースモードで撮影されたビデオは、ポストプロダクションでデインターレース処理が適用されない限り、インターレース形式で配信する必要があります。

プログレッシブ撮影された画像をセグメントフレームモードで配信する場合、セグメント/フィールド周波数はフレームレートの2倍でなければなりません。したがって、30/PsFは60/Iと同じフィールドレートになります。

BT.709規格の色は、 RGBカラーモデルに従って記述されます。つまり、指定された白色点（W）を基準として、赤（R）、緑（G）、青（B）の3つの原色の混合として表されます。BT.709の場合、 CIE 1931色度図における色座標は次のとおりです。

BT.709規格では、色の値は概念的に3つの数値で表されます。${\displaystyle (E_{R},E_{G},E_{B})}$0から1の間の値で、0は対応する原色が存在しないことを意味し、1は色空間が表現できる最大の強度を意味します。これらの数値を3次元空間のデカルト座標として解釈すると、表現可能な色は、一辺が1で角が1の軸に沿った立方体内の点に対応します。${\displaystyle (0,0,0)}$黒色を表し、${\displaystyle (1,1,1)}$最大輝度の白色を表します。より一般的には、立方体の対角線上の点は、灰色の濃淡を表します。上記の白色点の座標は、この白色が2°標準観測者に対するCIE光源D ₆₅であることを定義します。

座標${\displaystyle (E_{R},E_{G},E_{B})}$は、各一次光の物理的強度、すなわち単位面積あたりの放射または受光光パワーに比例するはずです。効率上の理由から、規格では各成分信号の非線形変換を規定しており、その結果、${\displaystyle (E'_{R},E'_{G},E'_{B})}$この光電気伝達関数^{[ 3 ]}：^{p1は[ 3 ]： p3}と定義される。

${\displaystyle V={\begin{cases}4.500\,L&{\mbox{if }}L<0.018\\[2mm]1.099\,L^{0.45}-0.099&{\mbox{if }}L\geq 0.018\end{cases}}}$

どこ${\displaystyle L}$線形座標は（${\displaystyle E_{R}}$、${\displaystyle E_{G}}$、 または${\displaystyle E_{B}}$）、 そして${\displaystyle V}$は対応する非線形値です（${\displaystyle E'_{R}}$、${\displaystyle E'_{G}}$、 または${\displaystyle E'_{B}}$）どちらも${\displaystyle \left[0,1\right]}$。

HDTVモニターなどのデバイスに色を表示するには、エンコードされた値${\displaystyle (E'_{R},E'_{G},E'_{B})}$は、原色の物理的な強度に変換し直す必要があります。数学的には、上記の非線形エンコーディングの逆は次のようになります。

${\displaystyle L={\begin{cases}V/4.5&{\mbox{if }}V<0.081\\[2mm]\left({\dfrac {V+0.099}{1.099}}\right)^{1/0.45}&{\mbox{if }}V\geq 0.081\end{cases}}}$

Rec.709 の伝達特性は、基準光電子伝達特性関数によって定義されます。しかし、BT.709 規格では、対応する基準電気光学伝達特性関数 (「ディスプレイ ガンマ」と呼ばれることもあります) は規定されていません。^{[ 7 ]} 実際には、ディスプレイ ガンマは、モニターの性能、視聴条件、望ましい視覚効果 (コントラストや彩度のストレッチなど) など、さまざまな要因に依存します。^{[ 8 ] [ 9 ] [ 7 ] [ 10 ]} HDTV スタジオ制作で使用されるフラットパネル ディスプレイの対応する基準電気光学伝達特性関数は、ITU-R BT.1886 ^{[ 11 ]}およびEBU Tech 3320 ^{[ 7 ]}で規定されています。

BT.709規格では、3つの座標による色の代替表現も定義されています。${\displaystyle (E'_{Y},E'_{\mathit {CB}},E'_{\mathit {CR}})}$これらは（非線形）RGB座標の線形結合である。${\displaystyle (E'_{R},E'_{G},E'_{B})}$[ ^{3 ] ： p4}すなわち^、

${\displaystyle E'_{Y}=0.2126\,E'_{R}+0.7152\,E'_{G}+0.0722\,E'_{B}}$

${\displaystyle E'_{\mathit {CB}}={\frac {E'_{B}-E'_{Y}}{1.8556}}={\frac {1}{1.8556}}(-0.2126\,E'_{R}-0.7152\,E'_{G}+0.9278\,E'_{B})}$

${\displaystyle E'_{\mathit {CR}}={\frac {E'_{R}-E'_{Y}}{1.5748}}={\frac {1}{1.5748}}(+0.7874\,E'_{R}-0.7152\,E'_{G}-0.0722\,E'_{B})}$

価値${\displaystyle E'_{Y}}$は規格では「輝度」と呼ばれ、上記の非線形関数によって修正されたCIE Y座標（色の知覚的な明るさを測定するものと想定されている）の近似値です。しかし、${\displaystyle E'_{Y}}$は非線形RGB成分から計算されますが、この等価性はグレーの濃淡に対してのみ正しいです。他の2つの座標は、色の色相の「青み」と「赤み」を示します。

これらの式によれば、${\displaystyle E'_{R}}$、${\displaystyle E'_{G}}$、 そして${\displaystyle E'_{B}}$輝度は0から1の間で変化する。${\displaystyle E'_{Y}}$0から1の間で変化するが、${\displaystyle E'_{\mathit {CB}}}$そして${\displaystyle E'_{\mathit {CR}}}$によって異なる${\displaystyle -0.5}$そして${\displaystyle +0.5}$。

デジタルストレージ、伝送、処理に関して、BT.709規格では非線形カラー座標が規定されています。${\displaystyle E'_{R}}$、${\displaystyle E'_{G}}$、${\displaystyle E'_{B}}$、${\displaystyle E'_{Y}}$、${\displaystyle E'_{\mathit {CB}}}$、 そして${\displaystyle E'_{\mathit {CR}}}$整数に変換される${\displaystyle D'_{R}}$、${\displaystyle D'_{G}}$、${\displaystyle D'_{B}}$、${\displaystyle D'_{Y}}$、${\displaystyle D'_{\mathit {CB}}}$、 そして${\displaystyle D'_{\mathit {CR}}}$固定数${\displaystyle n}$ビット数、8ビットまたは10ビットのいずれか。この量子化は単純なスケーリングと丸めによって実行され、真部分集合を張る整数が得られる。${\displaystyle n}$-ビット整数。具体的には、^{[ 3 ] : p4}

${\displaystyle D'_{R}={\mbox{round}}((219\,E'_{R}+16)\,2^{n-8})}$

同様に${\displaystyle D'_{G}}$、${\displaystyle D'_{B}}$、${\displaystyle D'_{Y}}$; 一方

${\displaystyle D'_{\mathit {CB}}={\mbox{round}}((224\,E'_{\mathit {CB}}+128)\,2^{n-8})}$

同様に${\displaystyle D'_{\mathit {CR}}}$.${\displaystyle {\mbox{round}}}$関数は引数を最も近い整数に丸め、同点の場合は切り上げます（つまり、${\displaystyle {\mbox{round}}(3.4999)=3}$そして$\displaystyle {\mbox{round}}(3.5000)=4}$。

これらの量子化式は、 ITU-R BT.601で定義されているものと同じです。^{[ 12 ]}これらの式が示すように、信号は${\displaystyle E'_{R}}$、${\displaystyle E'_{G}}$、${\displaystyle E'_{B}}$、 そして${\displaystyle E'_{Y}}$範囲からマッピングされています${\displaystyle [0,1]}$[16 .. 235] の 8 ビット整数に。${\displaystyle E'_{\mathit {CB}}}$そして${\displaystyle E'_{\mathit {CR}}}$範囲からマッピングされています${\displaystyle [-0.5,+0.5]}$[16..240]の整数にマッピングされ、0は128にマッピングされます。${\displaystyle n=10}$ビットの場合、量子化された値はそれぞれ[64..940]と[64..960]の範囲になります。^{[ 13 ]}

したがって、8ビットのR'G'B'では、黒色は(16,16,16)、白色は(235,235,235)で表されます。8ビットのY'C' _B C' _Rでは、黒色は(16,128,128)、白色は(235,128,128)で表されます。

上記の公称範囲外の量子化された色座標も許可されていますが、通常は放送または表示用にクランプされます（SuperwhiteおよびxvYCCを除く）。ただし、制限された範囲内では、8 ビット値 0 および 255、10 ビット値 0..3 および 1020..1023 はタイミング マーク (SAV および EAV) 用に予約されており、色データには表示できません。^{[ 3 ] : p4 [ 14 ]}

BT.709規格では、非線形エンコーディングを次のように呼んでいます。${\displaystyle (ER,EG,EB)}$に${\displaystyle (E'R,E'G,E'B)}$光電気伝達関数^{[ 3 ]： p.1は}、古い非デジタルカメラで実装されていた光強度からアナログ電気信号への変換を模倣することを意図していたためである。人間の視覚は低照度下での明るさの変化により敏感であるため、色の非線形符号化は線形符号化よりも効率的であることが以前から知られていた。この変換は一般的にべき乗則として指定されていた。${\displaystyle V=L^{\gamma }}$指数付き${\displaystyle \gamma }$0.5に近い（そのため、エンコード関数は「ガンマ補正」または「カメラガンマ」という一般的な名称で呼ばれる）。BT.709エンコード関数OETFは、指数が1/2.0に近いべき乗則に近い。^{[ 16 ]}

BT.709のエンコード関数は単純なべき乗則ではありません。なぜなら、単純なべき乗則は原点で無限大の傾きを持つため、カメラノイズが強調され、アナログ-デジタル変換器にとって問題となるからです。 ^{[ 17 ]}そのため、この規格では単純な線形関数を組み合わせた区分的関数が採用されました。${\displaystyle V=a\,L}$低照度レベルとシフトしたべき乗則の場合${\displaystyle ((L+c)/(1+c))^{\ガンマ }}$より大きな値の場合。指数として 0.45 を選択した場合${\displaystyle \gamma }$線形部分の傾きを4.5とすると、関数が連続（急激なジャンプなし）かつ滑らか（傾きの急激な変化なし）であるための条件は、${\displaystyle L=L_{0}}$は

${\displaystyle {\begin{cases}4.5\,L_{0}=(1+c)\,L_{0}^{0.45}-c\\4.5=0.45(1+c)\,L_{0}^{-0.55}\end{cases}}}$

これらの方程式の解は${\displaystyle c\approx 0.099296826809442...}$そして${\displaystyle L_{0}\approx 0.018053968510807...}$これらの値はそれぞれ0.099と0.018に丸められた。^{[ 18 ]}

BT.709の赤と青のプライマリーは、 EBU Tech 3213 (PAL)のプライマリーと同じです。y _G座標も同じですが、x _{GはEBU Tech 3213のx G}とSMPTE Cのx _Gの中間です。

結果として得られる BT.709 色空間は、 PAL および SMPTE C で使用されているBT.601-6とほぼ同じであり、CIE 1931 色空間の 35.9% をカバーしています。^{[ 19 ]}また、 CIE 1976 u'v' 空間の 33.24% ^{[ 20 ] [ 21 ]}および CIE 1931 xy 図の 33.5% をカバーしています。^{[ 21 ]}

膨大な量の標準画質番組やコンテンツの既存ライブラリは、さらなる課題をもたらします。NTSC 、PAL、SECAMはすべて4:3のアスペクト比のインターレース方式で、解像度も比較的低くなっています。これらを16:9のアスペクト比のHD解像度にアップスケールするには、多くの課題が伴います。

まず、インターレース方式のビデオコンテンツでは、動きによるアーティファクトが発生する可能性があり、映像の邪魔になることがあります。解決策としては、同じフィールドレートのインターレース方式BT.709フォーマットにアップコンバートし、フィールドを個別にスケーリングするか、モーション処理を用いてフィールド間の動きを除去し、デインターレースしてプログレッシブフレームを作成する方法があります。後者の場合、モーション処理によってアーティファクトが発生する可能性があり、処理速度も遅くなることがあります。

2つ目は、標準画質の4:3アスペクト比をHDの16:9フレームに収めるという問題です。標準画質フレームの上部や下部をトリミングする方法は、構図が許すかどうか、また、切り取られてしまうグラフィックやタイトルがあるかどうかによって、うまくいく場合とうまくいかない場合があります。あるいは、左右に黒い枠を残すことで、4:3の画像全体を表示できるピラーボックス方式もあります。この黒い枠には、画像が引き伸ばされてぼかされた形で表示される場合もあります。

さらに、北米標準解像度で使用される SMPTE C RGB 原色は BT.709 の原色とは異なります (SMPTE C は一般的に NTSC と呼ばれますが、NTSC 1953 ^{[ 22 ]}とは異なる原色セットとホワイトポイントです)。PAL と SECAM の赤と青の原色は BT.709 と同じですが、緑の原色が変更されています。画像を正確に変換するには、LUT (ルックアップ テーブル) またはカラー管理ワークフローを使用して色を新しいカラースペースに変換する必要があります。^{[ 23 ]}ただし、実際には、mpv を除いて、これはしばしば無視されます。プレーヤーがカラー管理されている場合でも (VLC を含むほとんどのプレーヤーはカラー管理されていません)、BT.709 または BT.2020 の原色しか認識できないためです。

Y'C _B C _Rビデオをエンコードする際、BT.709 は、行列係数 0.2126、0.7152、および 0.0722 (合計で 1 になります) を使用してガンマエンコードされた輝度 ( Y'  ) を作成します。BT.709-1 では、わずかに異なる 0.2125、0.7154、0.0721 (BT.709-2 で標準に変更) が使用 されました。Rec. 709 により単一の R'G'B' システムに関する世界的な合意が得られましたが、 Y'C _B C _R に異なる輝度係数 (これらは原色とホワイトポイントから導出されるため^{[ 24 ]} )を採用すると、標準解像度と高解像度で異なる輝度-色差デコードを使用する必要があります。^{[ 25 ]}

これらの問題は、処理速度が遅いビデオ処理ソフトウェア、またはリアルタイム変換が可能で、多くの場合品質向上も実現するハードウェアソリューション^{[ 26 ]}で対処できます。

より理想的な解決策は、フィルムで制作されたプロジェクトについては、オリジナルのフィルム素材に戻ることです。国際配給における過去の課題のため、フィルムで撮影された多くのテレビ番組は、従来型のネガ編集プロセスを採用し、その後、さまざまなフォーマットにテレシネできる単一のフィルムマスターを使用していました。これらのプロジェクトでは、編集済みのネガマスターをBT.709マスターに再テレシネすることで、リーズナブルなコストでフィルムのフル解像度のメリットを享受できます。

一方、フィルムで制作されたプロジェクトで、オンラインマスターをビデオオンライン方式で完成させた場合、必要な個々のフィルムテイクを再度テレシネ処理し、再構成する必要があるため、コンフォーム済みネガのテレシネ処理に比べて、はるかに多くの労力と機械時間が必要となります。この場合、フィルムオリジナルの利点を享受するには、フィルムオリジナルを新しいHDマスターに適合させるためのコストが大幅に増加します。

sRGBは、Rec.709の初期開発後に作成されました。sRGBの開発者は、Rec.709と同じ原色と白色点を使用することを選択しましたが、暗いリビングルームでのテレビ視聴よりもオフィスや明るい環境での使用に適するように、トーンレスポンスカーブ（ガンマと呼ばれることもあります）を変更しました。

Rec.  709 とsRGB は同じ原色度と白色点色度を共有していますが、sRGB は明示的に 2.2 の等価ガンマで出力 (表示) されます (実際の関数も黒に近い問題を避けるために区分的に使用されています)。^{[ 27 ]} Display P3 は線形セグメントを持つ sRGB EOTF を使用しますが、ICC v4 のパラメトリック曲線エンコーディングを使用するか、傾斜制限を使用することにより、そのセグメントを 709 から変更する必要があります。