高画質ビデオ

高精細ビデオ( HD ビデオ)は、標準精細ビデオよりも解像度と品質が高いビデオです。高精細に標準化された意味はありませんが、一般的に垂直走査線が 480 本(北米) または 576 本 (欧州)よりかなり多いビデオ画像が高精細と見なされます。 ^{[出典が必要]}走査線は一般に 480 本が最小値ですが、ほとんどのシステムはそれを大幅に上回っています。高速カメラで通常よりも速い速度 (北米では 60 フレーム/秒、欧州では 50 fps) で撮影された標準解像度の画像は、状況によっては高精細と見なされる場合があります。高精細ビデオで撮影された一部のテレビ番組は、フィルムで撮影されたかのように作られており、この手法はしばしばフィルム化として知られています。

最初の電子走査方式である405 ラインは、最初の高精細テレビシステムでした。これは、この方式に取って代わった機械式のシステムのライン数がはるかに少なかったためです。1939 年から、ヨーロッパと米国では 605 ラインと441 ラインが試されましたが、1941 年にFCC は米国に対して 525 ラインを義務付けました。戦時中のフランスでは、ルネ・バルテルミーが1,042 ラインまでの高解像度をテストしました。1949 年後半、フランスの公式放送はついに819 ラインで始まりました。しかし、1984 年にこの規格はTF1ネットワークの 625 ラインカラーに取って代わられました。

現代の HD 仕様は、日本のエンジニアが1 秒あたり 60 フレームで動作する1,125 ラインのハイビジョン インターレース TV 規格 ( MUSEとも呼ばれる) を開発した 1980 年代初頭にまで遡ります。ソニーの HDVSシステムは、1981 年 4 月にアルジェで開催された国際テレビ技術者会議で発表され、日本のNHK は1983 年にスイスの会議で アナログ高精細テレビ(HDTV) システムを発表しました。

NHK システムは、1990 年代初頭に米国で映画テレビ技術者協会(SMPTE) 規格 #240M として標準化されましたが、後に DVB アナログ規格に置き換えられたため廃止されました。ハイビジョン ビデオは HDTV ビデオ交換に今でも使用できますが、この機能を実行できる最新の機器はほとんどありません。ハイビジョンを 6 MHz 放送チャネルとして実装する試みはほとんど失敗に終わりました。この形式を地上波テレビ送信に使用する試みはすべて、1990 年代半ばまでに中止されました。^{[引用が必要]}

ヨーロッパでは、アナログ/デジタルのハイブリッド ビデオ規格であるMACファミリーの一員であるHD-MAC (1,250 ライン、50 Hz) が開発されましたが、地上波ビデオ伝送フォーマットとしては普及しませんでした。HD-MAC は、欧州放送連合以外ではビデオ交換用に指定されていませんでした。

非圧縮ビデオでは、メモリと帯域幅の要件が現実的ではないため、高精細デジタルビデオは不可能であり、ビットレートは1080pビデオの場合は1  Gbit/s です^{。 [1]}デジタルHDTV は、離散コサイン変換(DCT)ビデオ圧縮の開発によって可能になりました。^[2] DCT は、1972 年にNasir Ahmedによって最初に提案された非可逆圧縮技術であり、 ^[3]その後、 1988 年以降はVideo Coding Experts Groupの H.26x 形式や1993 年以降はMPEG形式などのビデオ コーディング形式の動き補償DCT アルゴリズムに採用されました。 ^{[4] [5]}動き補償 DCT 圧縮により、デジタル ビデオに必要なメモリと帯域幅が大幅に削減され、非圧縮ビデオと比較して約 100:1 のデータ圧縮率を実現できます。 ^[6] 1990 年代初頭までに、DCT ビデオ圧縮は HDTV のビデオ コーディング標準として広く採用されました。^[2]

北米における現在のハイビジョン ビデオ規格は、1987 年に米国の放送局の要請により連邦通信委員会が開始した先進テレビ プロセスの過程で開発されました。本質的に、1980 年代の終わりは、それまでに開発されていたほとんどのアナログ ハイビジョン技術にとって終焉の鐘を鳴らした時期でした。

先進テレビジョンシステム委員会(ATSC)が主導する FCC プロセスでは、最大フレーム レートが 30 Hz (1 秒あたり 60 フィールド) のインターレース 1,080 ライン ビデオ (元のアナログ NHK 1125/30 Hz システムの技術的な後継) から、最大フレーム レートが 60 Hz のプログレッシブ スキャン 720 ライン ビデオまで、さまざまな標準が採用されました。

しかし、最終的には、同じ標準化プロセスに関与していたヨーロッパ諸国と連携して、解像度 (1080、720、480) とそれぞれのフレーム レート (24、25、30) のDVB標準が採用されました。FCC は 1996 年に ATSC 伝送標準 ( HDとSD の両方のビデオ標準を含む) を正式に採用しました。

2000 年代初頭には、DVB が将来にわたってビデオ標準となるかに見えました。しかし、ブラジルと中国はどちらも、高解像度ビデオの代替標準を採用しており^[要出典]、数十年にわたって相互運用性がほとんどなかったアナログ TV 放送の後に期待されていた相互運用性は実現していません。

高解像度ビデオ (録画済みおよび放送) は、次の 3 つの方法で定義されます。

• 垂直表示解像度のライン数。高精細テレビ (HDTV) の解像度は 1,080 または 720 ラインです。対照的に、通常のデジタルテレビ(DTV) は 480 ライン (NTSC はこれに基づいており、525 本の走査線のうち 480 本が可視) または 576 ライン (PAL/SECAM はこれに基づいており、625 本の走査線のうち 576 本が可視) です。ただし、HD はデジタルで放送されるため、DTV の導入と同時に導入されることがあります。また、現在の DVD 品質は高精細ではありませんが、高精細ディスク システムのBlu-ray Disc とHD DVDは高精細です。
• スキャン方式:プログレッシブスキャン(p) またはインターレーススキャン(i)。プログレッシブスキャン (p)では、各画像を更新するときに画像フレーム (すべての行) が再描画されます (例: 720p/1080p)。インターレーススキャン (i) では、最初の画像更新操作中に1 行おきまたは奇数行で画像フィールドが描画され、2 回目の更新操作中に残りの偶数行が描画されます (例: 1080i)。インターレーススキャンでは、被写体が動いていない場合は画像の解像度が得られますが、被写体が動いているときは解像度が最大半分に低下し、コーミングアーティファクトが発生します。
• 1 秒あたりのフレームまたはフィールドの数 ( Hz )。ヨーロッパでは (50 Hz) テレビ放送システムが一般的で、米国では (60 Hz) テレビ放送システムが一般的です。720p60 形式は 1,280 × 720ピクセルで、1 秒あたり 60 フレーム (60 Hz) のプログレッシブ エンコーディングです。1080i50/1080i60 形式は 1920 × 1080 ピクセルで、1 秒あたり 50/60 フィールド (50/60 Hz) のインターレース エンコーディングです。1 つのフレームの 2 つのフィールドは時間的にシフトされているため、2 つのインターレース フィールドで 1 つのフレームが形成されます。フレームプルダウンとセグメント フレームは、インターレース ビデオ ストリームによって完全なフレームを送信できるようにする特別な技術です。

多くの場合、レートは文脈から推測され、通常は 50 Hz (ヨーロッパ) または 60 Hz (米国) のいずれかであると想定されます。ただし、1080pは例外で、1080p24、1080p25、1080p30 だけでなく、1080p50 と 1080p60 も示します。

フレーム レートまたはフィールド レートは、解像度なしで指定することもできます。たとえば、24p は 1 秒あたり 24 フレームのプログレッシブ スキャンを意味し、50i は 1 秒あたり 25 フレームのプログレッシブ スキャンを意味し、1 秒あたり 50 のインターレース フィールドで構成されます。ほとんどの HDTV システムでは、いくつかの標準解像度とフレーム レートまたはフィールド レートがサポートされています。最も一般的なものを以下に示します。高解像度信号を表示するには、高解像度のテレビまたはコンピューター モニターが必要です。高解像度ビデオのアスペクト比は 16:9 (1.78:1) です。今日撮影される通常のワイドスクリーン フィルムのアスペクト比は、通常 1.85:1 または 2.39:1 (伝統的に 2.35:1 と記載されることもあります) です。標準画質テレビ (SDTV) のアスペクト比は 4:3 (1.33:1) ですが、近年では多くの放送局が、視聴者が 16:9 のテレビで画像を通常の比率まで引き伸ばしたり、画像を垂直方向に圧縮してレターボックス形式で正しい比率で表示することを期待して、16:9アナモルフィック形式で水平方向に圧縮した番組を放送しています。

EUでは^[7] HD解像度を1920×1080ピクセルまたは2,073,600ピクセル、UHD解像度を3840×2160ピクセルまたは8,294,400ピクセルと定義しています。

注: ¹画像はフレーム、またはインターレース スキャンの場合は 2 つのフィールド (EVEN と ODD) のいずれかです。

また、 2560×1080p (1080p UltraWide) など、 あまり一般的ではありませんが、依然として人気のあるUltraWide解像度もあります。

これらの一部には WQHD+ オプションもあります。

高精細画像ソースには、地上波放送、直接衛星放送、デジタルケーブル、高精細ディスク ( BD )、デジタルカメラ、インターネットダウンロード、ビデオゲームコンソールなどがあります。

• ほとんどのコンピューターは、 VGA、DVI、HDMI、DisplayPort経由で HD 以上の解像度に対応しています。
• 光ディスク規格のBlu-ray ディスクは、何時間もの HD ビデオ コンテンツを保存するのに十分なデジタル ストレージを提供できます。デジタル多用途ディスク (DVD) (シングル レイヤーで 4.7 GB、ダブル レイヤーで 8.5 GB を保存可能) は、今日の高解像度 (HD) セットの課題に必ずしも対応できるわけではありません。HD ムービーを保存して再生するには、より多くの情報を保持できるディスクが必要です。たとえば、Blu-ray ディスク (シングル レイヤーで 25 GB、ダブル レイヤーで 50 GB を保存可能) や、現在は廃止された高解像度デジタル多用途ディスク (HD DVD) は、シングル レイヤーとダブル レイヤーでそれぞれ 15 GB と 30 GB を保存できました。

ブルーレイ ディスクは、ソニーとフィリップス (オーディオ用 CD を共同開発)、パイオニア (独自のレーザー ディスクを開発し、ある程度の成功を収めた) など、9 つの初期パートナーによって共同開発されました。HD DVD ディスクは、主に東芝と NEC によって開発され、マイクロソフト、ワーナー ブラザーズ、ヒューレット パッカードなどの支援も受けました。2008 年 2 月 19 日、東芝は、このフォーマットを放棄し、HD DVD プレーヤーとドライブの開発、マーケティング、製造を中止すると発表しました。

映画上映に使用される高解像度の写真フィルムは、1 秒あたり 24 フレームの速度で露光されますが、通常は 48 フレームで投影され、各フレームは 2 回投影されるため、ちらつきを最小限に抑えることができます。ただし、例外として、1986 年にカナダ国立映画制作庁が制作した短編映画「Momentum」では、 IMAX HDと呼ばれるプロセスで、撮影と投影の両方を 48 フレーム/秒で短期間実験しました。

利用可能な帯域幅と画像の詳細および動きの量に応じて、ビデオ転送に最適な形式は 720p24 または 1080p24 です。PAL 方式の国でテレビで上映する場合、フィルムは 4.1% 加速して 1 秒あたり 25 フレームの速度で投影する必要があります。NTSC 標準の国では、投影速度は 3:2 プルダウンと呼ばれる技術を使用して 1 秒あたり 30 フレームです。1 つのフィルム フレームは 3 つのビデオ フィールド (1/20 秒) 間保持され、次のフレームは 2 つのビデオ フィールド (1/30 秒) 間保持され、その後このプロセスが繰り返されます。こうして、1/12 秒で 2 つのフィルム フレームが表示される正しいフィルム投影速度が実現されます。

Betacam SPなどのビデオ テープ上の古い (HDTV 以前) 録画は、多くの場合、480i60 または 576i50 のいずれかの形式です。これらは、より高い解像度の形式にアップコンバートできますが、一般的な720p形式に合わせてインターレースを削除すると、画像が歪んだり、フィルタリングが必要になったりして、最終出力の解像度が実際に低下することがあります。

非映画用 HDTV ビデオ録画は、720p または1080i形式で録画されます。使用される形式は、放送局によって設定されます (テレビ放送の場合)。一般に、720p はフレームをプログレッシブ スキャンするため、高速アクションではより正確です。一方、1080i はインターレース フィールドを使用するため、高速画像の解像度が低下する可能性があります。

720p は、コンピュータ モニターがプログレッシブ スキャンを行うため、インターネットでの高解像度ビデオの配信によく使用されます。720p ビデオは、1080i や 1080p よりもストレージ デコード要件が低くなります。これは、世界中で高解像度放送の媒体でもあり、1080p はBlu-rayムービーに使用されます。

フィルムという媒体には、録画中に映像を見るのが難しいなどの固有の制限があり、フィルムの現像/処理の質や監視システムの悪さによって生じるその他の問題を抱えています。映画ではコンピューター生成またはコンピューターで改変された画像の使用が増えており、画像シーケンスの編集はデジタルで行われることが多いため、一部の監督はハイエンドのデジタルビデオカメラを使用して HD 形式で映画を撮影しています。HD ビデオの品質は SD ビデオに比べて非常に高く、同等の感度のフィルムと比較して信号/ノイズ比が向上していますが、フィルムは現在の HD ビデオ形式よりも多くの画像の詳細を解像できます。さらに、一部のフィルムは、最高の HD カメラよりも広いダイナミック レンジ (シーン内の極端な暗い部分と明るい部分を解決する能力) を備えています。したがって、現在 HD を使用する最も説得力のある議論は、フィルム ストックのコスト削減と、特殊効果の編集システムへの転送の容易さです。

映画が撮影された年と形式によって、露光された画像のサイズは大きく異なります。サイズは、VistaVision / Technirama 8 パーフォレーション カメラ (35 mm スチール写真フィルムと同じ) の 24 mm × 36 mm から、無声映画またはフル フレーム 4 パーフォレーション カメラの 18 mm × 24 mm、Techniscope 2 パーフォレーション形式に改造された Academy Sound Aperture カメラの 9 mm × 21 mm まであります。映画は、70 mm フィルム(22 mm × 48 mm)や、めったに使用されない 55 mm フィルムやCINERAMAなど、他のフィルム ゲージを使用して制作されることもあります。

4 つの主要なフィルム フォーマットのピクセル解像度 (1 ミリメートルあたりのピクセル数から計算) は、おおよそ次のようになります。

• アカデミーサウンド（1955年以前のサウンド映画）：15 mm × 21 mm（1.375）= 2,160 × 2,970
• アカデミーカメラUSワイドスクリーン：11 mm × 21 mm（1.85）= 1,605 × 2,970
• 現在のアナモルフィックパナビジョン（「スコープ」）：17.5 mm × 21 mm（2.39）= 2,485 × 2,970
• アナモルフィックプリント用スーパー35：10 mm × 24 mm（2.39）= 1,420 × 3,390

展示用のプリントを作成する過程で、このネガは他のフィルムにコピーされます (ネガ → インターポジ → インターネガ → プリント)。これにより、乳剤コピーの各ステップと、画像がレンズを通過するときに (たとえば、プロジェクター上)、解像度が低下します。多くの場合、解像度は元のネガの解像度の 1/6 (またはそれ以下) まで低下することがあります。^[要出典] 70 mm フィルムの解像度の値は、上記の値よりも高いことに注意してください。

多くのオンラインビデオストリーミング、オンデマンド、デジタルダウンロードサービスでは、HDビデオを提供しています。圧縮率が高いため、これらのフォーマットで生成される画像の詳細度は放送HDよりはるかに低く、同じ画像サイズにアップスケールされたDVDビデオ（3～9Mbit/s MP2）よりも劣ることさえあります。^[8]以下は、多数のオンラインサービスとそのHD提供内容の表です。

2000年代後半から、かなりの数のセキュリティカメラメーカーがHDカメラの製造を開始しました。監視目的では、予防監視と証拠目的の両方に使用できる許容可能な基準のビデオ出力品質を確保するために、高解像度、色忠実度、フレームレートが急務となっています。^[35]

HD カメラは屋内では非常に効果的ですが、屋外環境の特殊な業界では、効果的なカバレッジのためにはるかに高い解像度を実現する必要がありました。進化し続ける画像センサー技術により、メーカーは 10 ～ 20 MP の解像度を持つカメラを開発できるようになり、より広いエリアを監視するための効率的な機器になりました。

防犯カメラの解像度をさらに高めるために、いくつかのメーカーはマルチセンサーカメラを開発しました。これらのデバイスでは、複数のセンサーとレンズの組み合わせで画像が生成され、後で画像処理中に統合されます。^{[36]これらの防犯カメラは、動画のフレームレートで数百}メガピクセルを実現できます。

ただし、このような高解像度を実現するには、特別な記録、保存、およびビデオ ストリーム表示テクノロジが必要です。

PlayStation 3 ^{[37] と}Xbox 360 ^[38] の両方のゲーム機は、 HDMIまたはコンポーネントケーブルを介してネイティブ1080pを出力できますが、これらのシステムで1080pで表示されるゲームはほとんどありません。ほとんどのゲームはネイティブでは720p以下でのみ実行されますが、1080pにアップスケールできます。視覚的には、ネイティブ1080pは、アップスケールされた1080pと比較して、より鮮明でクリアな画像を生成します。^[要出典] WiiはHDをサポートしていません。^[39]第8世代では、任天堂のWii U ^[40]とNintendo Switch、^[41] MicrosoftのXbox One、およびSonyのPlayStation 4がゲームをネイティブで1080pで表示します。^[42] Nintendo Switchは、家庭用ゲーム機と携帯ゲーム機の両方のハイブリッドな性質を持つ珍しいケースです。内蔵スクリーンは最大720pでゲームを表示しますが、ドックに接続するとコンソールはネイティブで1080pで画像を表示できます。^[41] Xbox One XとPlayStation 4 Proは、一部のゲームを4Kで表示できます。^[42] PlayStation 5とXbox Series Xは、ゲームを4Kと8Kで表示できます。^[43]

一般的に、PCゲームはディスプレイの解像度とGPUドライバーのサポートによってのみ制限されます。一部のPCハードウェアは、高リフレッシュレートでネイティブ8k解像度を実現するDisplayPort 2.1をサポートしています。 ^[44] ウルトラワイドモニターがサポートされており、 16:9のアスペクト比を持つ従来のディスプレイよりも多くのゲーム世界を表示できます。^[45]また、 1つのゲームを3つのモニターにまたがって表示してより没入感のある体験を実現するなど、マルチモニター 設定も可能です。^[46]

• ATSCチューナー
• デジタルビデオ放送(DVB)
• デジタルテレビ
• HD対応
• HDTV 入力とカラースペース ( YPbPr / YCbCr )
• 総合デジタル放送サービス
• 米国連邦規格 1037C
• 波形モニター

• 「HDTV の画像フォーマット」(PDF)。 (549  KiB ) 、 EBU Technical Reviewの記事。
• 「ヨーロッパ向けハイビジョン - 進歩的なアプローチ」(PDF)。 (207  KiB ) 、 EBU Technical Reviewの記事。
• 「テレビ番組制作のための高解像度 (HD) 画像フォーマット」(PDF)。 (117  KiB )、EBUからの技術レポート
• 「欧州における地上デジタルHDTV放送」（PDF）。EBUからの技術レポート

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Wikiquoteに高精細ビデオに関する引用文があります。

• ATSC