メディア制作プロセスの例を示す1分間のアニメーションビデオ

ビデオは、動画メディアの記録、コピー、再生、放送、表示のための電子媒体です。[1]ビデオは当初、機械式テレビシステム用に開発されましたが、その後すぐにブラウン管（CRT）システムに置き換えられ、さらにフラットパネルディスプレイに置き換えられました。

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、その他の品質において多岐にわたります。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、様々なメディアで伝送できます。

語源

ビデオという語はラテン語の「 ビデオ（私は見る）」に由来し、これは「見る」を意味するvidereの一人称単数現在形である。 [2]

歴史

アナログビデオ

NTSC 複合ビデオ信号（アナログ）

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ました。ニプコーディスクなどの機械式ビデオスキャナーは1884年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を要しました。フィルムという媒体は肉眼で見える小さな写真画像の連続で記録するのに対し、ビデオは画像を電子的に符号化し、伝送と記録のためにアナログまたはデジタルの電子信号に変換します。[3]

ビデオはもともとライブ映像専用の技術であり、機械式テレビシステム向けに開発されました。しかし、これらはすぐにブラウン管（CRT）テレビシステムに取って代わられました。ライブ映像用のビデオカメラは電子ビームを用いて、光導電板上の所望の画像を走査し、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。[4] チャールズ・ギンズバーグはアンペックス社の研究チームを率いて、世界初の実用的なビデオテープレコーダー（VTR）の一つを開発しました。1951年、最初のVTRはテレビカメラからの電気信号を磁気ビデオテープに書き込むことで、ライブ映像を捉えました。1956年、VTRは約5万ドルで販売され、ビデオテープは1時間巻きで300ドルでした。[5]しかし、価格は年々低下し、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投入しました。[6]

デジタルビデオ

デジタルビデオは、その前身であるアナログビデオよりも高品質で、最終的にはコストを大幅に削減できます。 1997年のDVD、そしてその後の2006年のブルーレイディスクの商用導入後、ビデオテープと録画機器の売上は落ち込みました。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をキャプチャ、保存、編集、送信できるようになり、ビデオ制作コストがさらに削減され、プログラマー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広い高解像度ビデオカメラの開発、および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形式の導入により、デジタルビデオ技術はフィルム技術と融合しました。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。[7]

特徴

フレームレート

フレームレート（単位時間あたりの静止画枚数）は、古い機械式カメラでは1秒あたり6～8フレーム（フレーム/秒またはfps ）ですが、新しいプロ仕様のカメラでは120フレーム以上です。PALおよびSECAM規格では25fps、 NTSC規格では29.97fpsです。 [8]映画は24フレーム/秒という低速の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若干複雑になります。残像現象（動いているように見える現象）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。 [9]

インターレース方式とプログレッシブスキャン方式

ビデオはインターレース方式とプログレッシブ方式があります。プログレッシブスキャン方式では、各リフレッシュ周期で各フレームのすべての走査線が順番に更新されます。ネイティブプログレッシブ方式の放送信号または録画信号を表示する場合、画像の静止部分と移動部分の両方において最適な空間解像度が得られます。インターレース方式は、初期の機械式ディスプレイやCRTビデオディスプレイにおけるちらつきを低減する方法として考案されましたが、 1秒あたりの完全なフレーム数を増やす必要はありませんでした。インターレース方式は、プログレッシブスキャン方式に比べて帯域幅を節約しながら、細部を保持します。 [10] [11]

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。奇数フィールド（上部フィールド）は奇数ラインで構成され、偶数フィールド（下部フィールド）は偶数ラインで構成されます。アナログ表示装置は各フレームを再生するため、知覚可能な全体的なちらつきに関しては、フレームレートが実質的に2倍になります。画像キャプチャ装置が、フレーム全体をキャプチャした後に分割するのではなく、フィールドを1つずつ取得する場合、モーション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、画像の高速で移動する部分がより滑らかでリアルに再現されます。[10] [11]

NTSC、PAL、SECAMはインターレース方式です。ビデオ解像度表記において、「i」はインターレーススキャンを表します。例えば、PALビデオフォーマットは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。[11] [12]

ネイティブインターレース信号をプログレッシブスキャンデバイスで表示すると、単純なライン倍増によって全体的な空間解像度が低下します。つまり、特別な信号処理によって除去しない限り、画像の動きのある部分にちらつきや櫛形効果などのアーティファクトが現れます。[10] [13]デインターレースと呼ばれる処理は、アナログ、DVD、衛星放送などのソースからのインターレースビデオ信号を、液晶テレビ、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表示する際に最適化することができます。しかし、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と同等のビデオ品質を実現することはできません。 [11] [12] [13]

アスペクト比

一般的な映画撮影と従来のテレビ（グリーン）のアスペクト比の比較

ビデオにおけるアスペクト比とは、ビデオ画面の幅と高さ、およびビデオ画素の比率です。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。ハイビジョンテレビのアスペクト比は16:9、つまり約1.78:1です。35mmフィルムのフルフレームとサウンドトラックの比率（「アカデミー比」）は1.375:1です。[14] [15]

コンピュータモニター上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方式、および対応するアナモルフィックワイドスクリーン形式で使用されるものなど、非正方形のアスペクト比を持つことがよくあります。720 ×480ピクセルのラスターは、4:3アスペクト比のディスプレイでは細いピクセルを使用し、16:9アスペクト比のディスプレイでは太いピクセルを使用します。[14] [15]

携帯電話での動画の人気は、縦型動画の成長につながっています。シリコンバレーのベンチャーキャピタル会社、クライナー・パーキンス・コーフィールド・アンド・バイヤーズのパートナーであるメアリー・ミーカー氏は、2015年のインターネットトレンドレポートで縦型動画視聴の増加を強調し、2010年の視聴率5%から2015年には29%に増加したと指摘しています。縦型動画広告は、横長の広告に比べて9倍も頻繁に最後まで視聴されています。[16]

カラーモデルと深度

UVカラープレーンの例、Y値=0.5

カラーモデルはビデオの色表現を利用し、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にはいくつかの種類があり、NTSCテレビではYIQ 、 PALテレビではYUV 、SECAMテレビではYDbDr、デジタルビデオではYCbCrが使用されます。[17] [18]

1ピクセルが表現できる色の数は、1ピクセルあたりのビット数で表される色深度によって決まります。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。人間の目は色の細部よりも明るさに敏感であるため、すべてのピクセルの輝度データは維持され、クロマデータはブロック内の複数のピクセルについて平均化され、すべてのピクセルに同じ値が使用されます。例えば、2ピクセルブロック（4:2:2）ではクロマデータが50%削減され、4ピクセルブロック（4:2:0）では75%削減されます。この処理によって、表示可能な色値の数は減りませんが、色が変化する点の数は減ります。[12] [17] [18]

品質

ビデオ品質は、ピーク信号対雑音比（PSNR）などの正式な指標、または専門家の観察による主観的なビデオ品質評価によって測定できます。ITU -T勧告BT.500には、多くの主観的なビデオ品質評価手法が記載されています。標準化された手法の一つに、二重刺激障害尺度（DSIS）があります。DSISでは、各専門家が障害のない基準ビデオを視聴し、次に同じビデオの障害バージョンを視聴します。専門家は、障害のあるビデオを「障害がほとんど感じられない」から「障害が非常に不快」までの尺度で評価します。

圧縮（デジタルのみ）

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、画像グループ(GOP) を使用して空間的および時間的な冗長性を削減します。一般的に、空間的な冗長性は 1 つのフレーム内の部分間の差異を登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呼ばれ、画像圧縮と密接に関連しています。同様に、時間的な冗長性はフレーム間の差異を登録することによって削減できます。このタスクはフレーム間圧縮と呼ばれ、動き補償などの技術が含まれます。最も一般的な最新の圧縮規格は、 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。 [19] [20]

立体視

3D映画やその他のアプリケーション用の立体映像は、いくつかの異なる方法で表示できます。[21] [22]

フォーマット

ビデオ伝送およびストレージのさまざまなレイヤーでは、それぞれ選択できる独自の形式のセットが提供されます。

伝送には、物理​​コネクタと信号プロトコル（ビデオコネクタ一覧を参照）が必要です。特定の物理リンクは、特定のリフレッシュレート、ディスプレイ解像度、および色空間を規定する特定のディスプレイ規格を伝送できます。

多くのアナログおよびデジタル記録フォーマットが使用されており、デジタルビデオクリップもコンピュータファイルシステム上にファイルとして保存できます。ファイルにはそれぞれ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りません。このフォーマットには番号が存在します。

アナログビデオ

アナログビデオは、1つまたは複数のアナログ信号で表されるビデオ信号です。アナログカラービデオ信号は、輝度(Y) と色度(C) で構成されます。NTSC 、PAL、SECAMなどのように、1つのチャネルにまとめられている場合は、コンポジットビデオと呼ばれます。アナログビデオは、2チャネルのSビデオ(YC) やマルチチャネルのコンポーネントビデオ形式のように、別々のチャネルで伝送されることもあります。

アナログ ビデオは、民生用とプロ用の両方のテレビ制作アプリケーションで使用されます。

デジタルビデオ

シリアル デジタル インターフェイス(SDI)、デジタル ビジュアル インターフェイス(DVI)、高精細マルチメディア インターフェイス(HDMI)、DisplayPortインターフェイス などのデジタル ビデオ信号形式が採用されています。

輸送媒体

ビデオは、アナログまたはデジタル信号として地上波無線テレビ、アナログ信号として閉回路システムの同軸ケーブルなど、様々な方法で伝送・伝送できます。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ています。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ご覧ください。

ビデオは、たとえばMPEG トランスポート ストリーム、SMPTE 2022、SMPTE 2110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転送できます。

表示基準

デジタルテレビ

デジタルテレビ放送では、MPEG-2およびその他のビデオ コーディング形式が使用され、次のものが含まれます。

アナログテレビ

アナログテレビ放送規格には以下のものがあります。

アナログビデオフォーマットは、フレームの目に見えるコンテンツよりも多くの情報で構成されています。画像の前後には、メタデータと同期情報を含む線とピクセルが配置されています。この周囲の余白はブランキング期間またはブランキング領域と呼ばれ、水平および垂直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。

コンピューターディスプレイ

コンピュータディスプレイの規格では、アスペクト比、ディスプレイサイズ、ディスプレイ解像度、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ご覧いただけます。

録音

VHSビデオカセットテープ

初期のテレビはほぼ完全に生放送であり、一部の番組はキネスコープを用いて歴史的目的のために録画されていました。アナログビデオテープレコーダーは1951年に商業的に導入されました。以下のリストは大まかな年代順です。記載されているすべてのフォーマットは、放送局、ビデオ制作者、または消費者に販売され、使用されたか、歴史的に重要なものでした。[23] [24]

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品質が向上しました。[24] [26]

光学式記憶媒体は、特に消費者向けアプリケーションにおいて、かさばるテープ形式の代替手段を提供しました。[23] [27]

デジタルエンコード形式

ビデオコーデックは、デジタルビデオを圧縮・解凍するソフトウェアまたはハードウェアです。ビデオ圧縮の文脈において、コーデックはエンコーダとデコーダを組み合わせた造語で、圧縮のみを行うデバイスは通常エンコーダ、解凍のみを行うデバイスはデコーダと呼ばれます。圧縮されたデータ形式は通常、標準的なビデオ符号化形式に準拠しています。圧縮は通常、非可逆圧縮であり、圧縮されたビデオでは元のビデオに存在する一部の情報が欠落します。その結果、解凍されたビデオは元のビデオを正確に再構築するのに十分な情報がないため、元の非圧縮ビデオよりも品質が低くなります。[28]

参照

一般的な
ビデオフォーマット
ビデオの使用
ビデオ画面録画ソフトウェア

参考文献

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