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ビデオとは、音声の有無にかかわらず、動く映像や画像を記録、複製、再生、送信、表示するために使用される電子媒体です。ビデオ技術は当初、生中継のために開発され、その後、磁気テープなどのアナログ形式による記録と保存へと拡張されました。20世紀後半以降、デジタルビデオが主流となり、放送テレビ、物理メディア、インターネットベースのプラットフォームなど、あらゆる媒体で効率的な圧縮、保存、編集、配信が可能になりました。デジタル画像処理、圧縮規格、ネットワークインフラの進歩は、世界中のメディア制作、コミュニケーション、エンターテイメント、教育、情報発信に大きな影響を与えています。
ビデオシステムは、表示解像度、アスペクト比、リフレッシュレート、色再現性など、さまざまな特性において多様です。アナログビデオとデジタルビデオはどちらも、ラジオ、磁気テープ、光ディスク、コンピュータファイル、ネットワークストリーミングなど、さまざまな媒体で伝送できます。
「ビデオ」という言葉は、ラテン語の「 video 」（私は見る）に由来し、これは「見る」を意味するvidereの現在形一人称単数形です。 [ 1 ]
ビデオは、19世紀半ばに開発されたファクシミリシステムから発展したものです。ニプコーディスクなどの機械式ビデオスキャナは1884年には既に特許を取得していましたが、実用的なビデオシステムが開発されるまでには数十年かかりました。フィルムは肉眼で見える一連の小さな写真画像を使用して記録するのに対し、ビデオは画像を電子的に符号化し、アナログまたはデジタルの電子信号に変換して送信および記録します。[ 2 ]
ビデオは元々ライブ技術であり、最初は機械式テレビシステム用に開発されました。これらはすぐに陰極線管（CRT）テレビシステムに取って代わられました。ライブビデオカメラは電子ビームを使用し、目的の画像が描かれた光伝導板を走査して、画像の各部分の明るさに比例した電圧信号を生成します。この信号はテレビに送信され、テレビでは別のビームが画像を受信して表示します。[ 3 ]チャールズ・ギンズバーグは、アンペックスの研究チームを率いて、最初の実用的なビデオテープレコーダー（VTR）を開発しました。1951年、最初のVTRは、カメラの電気信号を磁気ビデオテープに書き込むことで、テレビカメラからのライブ画像をキャプチャしました。1956年当時、VTRは約5万ドルで販売され、ビデオテープは1時間リールあたり300ドルでした。[ 4 ]しかし、価格は年々徐々に下がり、1971年にはソニーがビデオカセットレコーダー（VCR）デッキとテープを消費者市場に販売し始めました。[ 5 ]
デジタルビデオは、アナログビデオよりも高品質で、最終的にははるかに低コストで実現可能です。 1997年にDVDが、そして2006年にBlu-ray Discが商業的に導入された後、ビデオテープや録画機器の販売は減少しました。コンピュータ技術の進歩により、安価なパーソナルコンピュータやスマートフォンでもデジタルビデオのキャプチャ、保存、編集、送信が可能になり、ビデオ制作のコストがさらに削減され、番組制作者や放送局はテープレス制作に移行できるようになりました。デジタル放送の登場とそれに続くデジタルテレビへの移行により、世界のほとんどの地域でアナログビデオはレガシー技術としての地位に追いやられつつあります。ダイナミックレンジと色域が向上した高解像度ビデオカメラの開発と、色深度が向上した高ダイナミックレンジデジタル中間データフォーマットの導入により、デジタルビデオ技術はフィルム技術と融合しつつあります。2013年以降、ハリウッドではデジタルカメラの使用がフィルムカメラの使用を上回っています。[ 6 ]
フレームレート（単位時間あたりの静止画の数）は、古い機械式カメラでは毎秒 6 または 8 フレーム（フレーム/秒またはfps ）から、新しいプロ用カメラでは 120 フレーム以上まで幅があります。PALおよびSECAM規格では 25 fps が指定されていますが、 NTSCでは29.97 fps が指定されています。 [ 7 ]フィルムは毎秒 24 フレームというより遅いフレームレートで撮影されるため、フィルムをビデオに変換するプロセスが少し複雑になります。残像効果（動いている画像の錯覚）を実現するための最小フレームレートは約 16 フレーム/秒です。 [ 8 ]
ビデオはインターレースまたはプログレッシブのいずれかです。プログレッシブスキャンシステムでは、各リフレッシュ期間ごとに、各フレームのすべてのスキャンラインが順番に更新されます。ネイティブプログレッシブの放送信号または録画信号を表示すると、画像の静止部分と動いている部分の両方で最適な空間解像度が得られます。インターレースは、1秒あたりの完全なフレーム数を増やすことなく、初期の機械式およびCRTビデオディスプレイのちらつきを減らす方法として発明されました。インターレースは、プログレッシブスキャンと比較して、より低い帯域幅で詳細を保持します。[ 9 ] [ 10 ]
インターレースビデオでは、各フレームの水平走査線は連続して番号が付けられているかのように扱われ、2 つのフィールドとしてキャプチャされます。奇数番目の線で構成される奇数フィールド(上側のフィールド) と、偶数番目の線で構成される偶数フィールド(下側のフィールド) です。アナログディスプレイデバイスは各フレームを再現し、知覚できる全体的なちらつきに関しては、フレームレートを実質的に 2 倍にします。画像キャプチャデバイスが、キャプチャ後に完全なフレームを分割するのではなく、フィールドを 1 つずつ取得すると、動きのフレームレートも実質的に 2 倍になり、インターレース CRT ディスプレイで表示したときに、画像の高速で動く部分がより滑らかでリアルに再現されます。[ 9 ] [ 10 ]
NTSC、PAL、SECAMはインターレース方式です。ビデオ解像度表記では、「i」はインターレース走査を表します。たとえば、PALビデオ形式は576i50と表記されることが多く、576は水平走査線の総数、iはインターレース、50は1秒あたり50フィールド（ハーフフレーム）を表します。[ 10 ] [ 11 ]
プログレッシブスキャンデバイスでネイティブインターレース信号を表示すると、単純なラインダブリングによって全体の空間解像度が低下します。特殊な信号処理で除去しない限り、画像の動いている部分にちらつきや櫛状効果などのアーティファクトが現れます。[ 9 ] [ 12 ]デインターレースと呼ばれる手順により、LCDテレビ、デジタルビデオプロジェクター、プラズマパネルなどのプログレッシブスキャンデバイスで、アナログ、DVD、または衛星ソースからのインターレースビデオ信号の表示を最適化できます。ただし、デインターレースでは、真のプログレッシブスキャンソース素材と同等のビデオ品質を生成することはできません。 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
ビデオでは、アスペクト比とは、ビデオ画面の幅と高さとビデオ画像要素との比例関係のことです。一般的なビデオフォーマットはすべて横長で、従来のテレビ画面のアスペクト比は4:3、つまり約1.33:1です。高解像度テレビのアスペクト比は16:9、つまり約1.78:1です。サウンドトラックを含む35mmフィルムのフレーム全体の比率（「アカデミー比」）は1.375:1です。[ 13 ] [ 14 ]
コンピュータモニターのピクセルは通常正方形ですが、デジタルビデオで使用されるピクセルは、 CCIR 601デジタルビデオ規格の PAL および NTSC バリアントや対応するアナモルフィックワイドスクリーンフォーマットで使用されるものなど、正方形以外のアスペクト比を持つことがよくあります。720 x 480 ピクセルのラスタは、4:3 アスペクト比のディスプレイでは細いピクセルを、16:9 ディスプレイでは太いピクセルを使用します。[ 13 ] [ 14 ]
携帯電話での動画の人気により、縦型動画が成長しました。シリコンバレーのベンチャーキャピタル企業Kleiner Perkins Caufield & ByersのパートナーであるMary Meeker氏は、2015年のインターネットトレンドレポートで縦型動画の視聴の増加を強調し、2010年の視聴の5%から2015年には29%に増加したと指摘しました。縦型動画広告は、横長比率の広告よりも9倍多く最後まで視聴されています。[ 15 ]
カラーモデルはビデオの色表現を使用し、エンコードされた色値をシステムによって再現される可視色にマッピングします。一般的に使用されている表現はいくつかあり、通常、YIQはNTSCテレビで、YUVはPALテレビで、YDbDrはSECAMテレビで、YCbCrはデジタルビデオで使用されます。[ 16 ] [ 17 ]
ピクセルが表現できる色の数は、ピクセルあたりのビット数で表される色深度に依存します。デジタルビデオで必要なデータ量を削減する一般的な方法は、クロマサブサンプリング（例：4:4:4、4:2:2など）です。人間の目は明るさよりも色の細部に対する感度が低いため、すべてのピクセルの輝度データは維持され、クロミナンスデータはブロック内の複数のピクセルで平均化され、それらすべてに同じ値が使用されます。たとえば、2ピクセルブロック（4:2:2）を使用するとクロミナンスデータが50%削減され、4ピクセルブロック（4:2:0）を使用すると75%削減されます。このプロセスでは、表示可能な色の値の数は減りませんが、色が変化する個別の点の数は減ります。[ 11 ] [ 16 ] [ 17 ]
動画の品質は、ピーク信号対雑音比（PSNR）などの正式な指標で測定することも、専門家の観察による主観的な動画品質評価によって測定することもできます。多くの主観的な動画品質評価方法は、ITU-T勧告BT.500に記載されています。標準化された方法の1つに、二重刺激劣化尺度（DSIS）があります。DSISでは、各専門家は劣化のない参照動画を視聴した後、同じ動画の劣化バージョンを視聴します。そして、専門家は劣化動画を「劣化は知覚できない」から「劣化は非常に不快である」までの尺度で評価します。
非圧縮ビデオは最高の品質を提供しますが、データレートが非常に高くなります。ビデオ ストリームを圧縮するためにさまざまな方法が使用されていますが、最も効果的な方法は、空間的および時間的な冗長性を減らすためにピクチャ グループ(GOP) を使用することです。大まかに言うと、空間的冗長性は、単一フレームの部分間の差異を記録することによって削減されます。このタスクはフレーム内圧縮として知られており、画像圧縮と密接に関連しています。同様に、時間的冗長性は、フレーム間の差異を記録することによって削減できます。このタスクは、動き補償やその他の技術を含むフレーム間圧縮として知られています。最も一般的な現代の圧縮規格は、 DVD、Blu-ray、衛星テレビで使用されるMPEG-2と、 AVCHD、携帯電話 (3GP)、インターネットで使用されるMPEG-4です。 [ 18 ] [ 19 ]
3D映画やその他のアプリケーション用の立体視ビデオは、いくつかの異なる方法で表示できます。[ 20 ] [ 21 ]
映像伝送および保存の各層は、それぞれ独自のフォーマットセットを提供している。
伝送には、物理コネクタと信号プロトコルが必要です（ビデオコネクタ一覧を参照）。特定の物理リンクは、特定のリフレッシュレート、表示解像度、および色空間を規定する特定の表示規格を伝送できます。
アナログおよびデジタルの記録フォーマットは数多く使用されており、デジタルビデオクリップはコンピュータのファイルシステムにファイルとして保存することもできます。ファイルにも独自のフォーマットがあります。データストレージデバイスまたは伝送媒体で使用される物理的なフォーマットに加えて、送信される1と0のストリームは、特定のデジタルビデオコーディングフォーマットでなければならず、そのフォーマットには番号が割り当てられています。
アナログビデオとは、1つまたは複数のアナログ信号によって表現されるビデオ信号です。アナログカラービデオ信号には、輝度（Y）と色度（C）が含まれます。NTSC 、PAL、SECAMなどのように、これらが1つのチャンネルに統合されている場合、コンポジットビデオと呼ばれます。アナログビデオは、2チャンネルSビデオ（YC）やマルチチャンネルコンポーネントビデオフォーマットのように、別々のチャンネルで伝送される場合もあります。
アナログビデオは、一般消費者向けおよび業務用テレビ制作の両方の用途で使用されている。
デジタルビデオ信号フォーマットとしては、シリアルデジタルインターフェース（SDI）、デジタルビジュアルインターフェース（DVI）、ハイデフィニションマルチメディアインターフェース（HDMI）、およびディスプレイポートインターフェースが採用されている。
映像は、アナログまたはデジタル信号としての無線地上波テレビ放送、アナログ信号としての閉回路システムにおける同軸ケーブルなど、さまざまな方法で伝送または輸送できます。放送用カメラやスタジオカメラは、シリアルデジタルインターフェース（SDI）を使用したシングルまたはデュアル同軸ケーブルシステムを使用します。物理的なコネクタと関連する信号規格については、「ビデオコネクタ一覧」を参照してください。
ビデオは、例えばMPEGトランスポートストリーム、SMPTE 2022、SMPTE 2110などを使用して、ネットワークやその他の共有デジタル通信リンクを介して伝送されることがあります。
デジタルテレビ放送では、MPEG-2などのビデオ符号化フォーマットが使用され、以下のものが含まれます。
アナログテレビ放送規格には以下が含まれます。
アナログビデオフォーマットは、フレームの可視コンテンツ以外にも多くの情報を含んでいます。画像の前後には、メタデータや同期情報を含む線とピクセルが存在します。この周囲の領域はブランキング期間またはブランキング領域と呼ばれ、水平方向と垂直方向のフロントポーチとバックポーチがブランキング期間の構成要素となります。
コンピュータディスプレイの規格では、アスペクト比、表示サイズ、解像度、色深度、リフレッシュレートの組み合わせが規定されています。一般的な解像度の一覧も用意されています。
初期のテレビはほぼ完全に生放送のメディアであり、一部の番組はキネスコープを使用して歴史的目的でフィルムに録画された。アナログビデオテープレコーダーは1951年に市販された。以下のリストはおおよその年代順である。リストされているすべてのフォーマットは、放送局、ビデオプロデューサー、または消費者に販売され使用されたか、歴史的に重要であった。[ 22 ] [ 23 ]
デジタルビデオテープレコーダーは、アナログレコーダーに比べて画質が向上した。[ 23 ] [ 25 ]
光ストレージメディアは、特に民生用途において、かさばるテープ形式に代わる選択肢を提供した。[ 22 ] [ 26 ]
ビデオコーデックとは、デジタルビデオを圧縮および解凍するソフトウェアまたはハードウェアのことです。ビデオ圧縮の文脈では、コーデックはエンコーダーとデコーダーの合成語であり、圧縮のみを行うデバイスは通常エンコーダーと呼ばれ、解凍のみを行うデバイスはデコーダーと呼ばれます。圧縮されたデータ形式は通常、標準ビデオコーディング形式に準拠します。圧縮は通常非可逆圧縮であり、圧縮されたビデオは元のビデオに含まれる情報の一部が欠落していることを意味します。この結果、解凍されたビデオは、元の非圧縮ビデオよりも品質が低くなります。これは、元のビデオを正確に復元するのに十分な情報がないためです。[ 27 ]
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