フォトCD
フォトCD
メディアタイプ光ディスク
エンコーディング写真YCC
容量256 × 384解像度で最大 2500 枚の写真
読み取り メカニズム780 nm波長半導体レーザー
標準ベージュブック
開発 者イーストマン・コダック
使用法画像保存
延長 ​ホワイトブック
延長 ​ピクチャーCD
リリース1991
コダックフォトCDとパッケージ

フォトCDは、コダック社が開発した写真のデジタル化とCDへの保存システムです。1991年に発売された[ 1 ]このディスクは、プリントやスライドから独自の特殊エンコード方式でスキャンされた約100枚の高画質画像を保存できるように設計されています。フォトCDはBeige Bookで定義されており、 CD-ROM XAおよびCD-i Bridge仕様にも準拠しています。CD -iプレーヤー、フォトCDプレーヤー（例えばAppleのPowerCD ）、そして適切なソフトウェア（例えば LaserSoft ImagingのSilverFast DCやHDR）を搭載したあらゆるコンピュータで再生できるように設計されていました。

このシステムは、プロプライエタリな性質、スキャナ価格の急激な下落、当時のほとんどの家庭用パーソナルコンピュータにCD-ROMドライブが搭載されていなかったことなどにより、一般消費者の間で広く普及することはなかった。また、Photo CDは家庭用としてCRTベースのテレビに依存していた。しかし、これらは動画用に設計されていたため、静止画を観るときにちらつきが問題になった。Photo CDシステムは、高品質のフィルムスキャンが低コストであったため、プロの写真家の間でかなり受け入れられた。Photo CD以前は、フィルム画像をデジタル化したいプロは、フィルムネガや透明フィルムのドラムスキャンを取得するために、はるかに高い料金を支払わなければならなかった。JPEG [ 2 ]とJPEG 2000 [ 3 ]はどちらも、Photo CDファイルで使用される PhotoYCCカラースペース（以下で説明）をサポートしている。

指定 解決 非圧縮サイズ 典型的な用途
(ピクセル × ピクセル) (メガピクセル) （MB）
ベース/16 128 × 1920.025 0.07 プレビュー（インデックスプリント、サムネイル）
ベース/4 256 × 3840.098 0.28 ウェブ
ベース 512 × 7680.393 1.13 コンピューター画面、テレビ、ウェブ
4 ベース 1024 × 15361.573 4.50 HDTV画面
16 ベース 2048 × 30726.291 18時 約20×30cm まで のプリントアウト
64ベース 4096 × 614425.166 72.00 プロフェッショナルな印刷、プリプレス、アーカイブ（オプション）

変種

Kodak Pro Photo CDマスターディスクには、最大解像度6144 × 4096ピクセル（ファイルごとに6種類の解像度、Base/16～64 Base）の画像が25枚収録されています。このタイプは120フィルム（ 4×5 ）に適していますが、最高解像度が求められる小型フィルムにも適しています。

フォトCDフォーマットとは別に、コダック独自の「ポートフォリオCD」フォーマットがあります。これは、レッドブックCDオーディオとベージュブックPCDを組み合わせ、PCD画像上にインタラクティブメニューとホットスポットを備えています。一部のPhilips製スタンドアロンフォト/オーディオCDプレーヤーはポートフォリオCDを再生でき、Windowsプレーヤーアプリケーションは無料で入手できました。コダックのポートフォリオCDは、特定のレインボーブックで定義されているわけではありません。

歴史

サラウツ写真博物館（スペイン）の写真 CD プレーヤー

フォトCDシステムは1990年にコダック社により発表された。[ 4 ]フォトCDは一般消費者レベルのコンパクトカメラから大判4x5シートフィルムを使用するハイエンドのプロまで、幅広い写真ニーズをターゲットにしていた。現像ラボ用のスキャナや一般消費者向けのフォトCDプレーヤを含む最初のフォトCD製品は1992年に発売された。[ 4 ]このプロジェクトは1997年までに6億ドルの事業となり、営業利益は1億ドルになると予想されていた。[ 5 ]コダック社はフォトCDの利用を拡大するため、数多くの提携を結んだ。例えば、 1992年にはLLビーン社とカタログをフォトCDフォーマットで配布する契約を結び、[ 6 ]また1993年にはシリコングラフィックス社と契約を結び、同社のすべての画像処理ワークステーションでコダックのフォトCD光ディスクが利用できるようにした。[ 7 ]これらの対策と、当時としては比較的安価な1枚あたり3ドルというコスト、そして利便性から、1990年代半ばから後半にかけて、Photo CDは多くの写真家にとってデジタル画像処理ソリューションとして選ばれるようになりました。[ 8 ]

2000 年までに、米国では 140 を超える Photo CD 処理ラボが稼働しており、米国外にもさらに多くのラボが存在しました[ 8 ]しかし、1990 年代後半には、Photo CD は主に業界標準のJPEG形式に基づく代替形式に取って代わられました。[ 9 ]消費者分野では、Photo CD 形式の比較的効率の悪い圧縮方式のために、Photo CD ファイルは同様の品質のJPEGファイルよりも大幅にサイズが大きく、インターネットなどを介した転送には不便でした。たとえば、5.5 MB の 16Base Photo CD イメージは、 80% の品質で 2.1 MB のJPEG画像としてエンコードすることができ、視覚的にはオリジナルと区別がつきません。[ 10 ] 1990 年代初頭に Photo CD 形式が設計されたとき、設計目標は低コストの TV 再生デバイスを可能にすることでした。当時利用可能なテクノロジでは JPEG などの 2 次元圧縮方式は利用できませんでしたが、1990 年代後半には、マイクロプロセッサ テクノロジの進歩により、JPEG/PNG 圧縮は非常に低価格の民生用電子機器でも利用できるようになりました。

プロおよび上級アマチュアの分野では、Photo CD は、中価格帯ではNikonやMinoltaなどの低価格のデスクトップ スキャナ、最高級ではドラム スキャナに追い抜かれていました。 [ 11 ] Photo CD のピクセル解像度は他の選択肢と同等かそれ以上でしたが、Photo CD には他にも多くの欠点がありました。まず、TV 表示用に設計された Photo CD の色空間は、低価格のデスクトップ スキャナでさえ実現できる色空間よりも狭いです。次に、Photo CD 画像の色表現は時間の経過やスキャナのバージョンによって変化し、4050 スキャナは以前のバージョンとは色表現が異なっていました。[ 12 ] [ 13 ] 3 つ目に、スキャンのダイナミック レンジがデスクトップ スキャナよりも低いことが分かりました。当時のテストでは、Photo CD の dmax 評価 (取得可能な最大密度の尺度) は 2.8 ～ 3.0 であったのに対し、一般に入手できるデスクトップ スキャナは 4.2 に達しており、[ 14 ]大きな差がありました。この結果とPhoto CDのカラーレンダリングの問題により、2004年までにユーザーコミュニティの専門家層はPhoto CDに反対するようになりました。[ 11 ]

小売分野では、フォトCDは当初消費者に比較的好評だったものの、現像ラボにとっては経済的に失敗しました。導入当時、コダックは現像コストは1画像あたり約1ドルで、[ 8 ]現像ラボは1画像あたり3ドルで利益を上げて販売できると主張していました。しかし、この約束は実現されず、スキャン処理が急いで行われることが多くなり、品質が低下することになりました。[ 12 ]フォトCDの市場シェアの喪失と、コダックの経営陣がスキャン事業に一部起因する相当の企業損失の結果、[ 15 ]コダックは2001年から2004年にかけてこのフォーマットを放棄しました。2004年までには、コダック4050フォトCDスキャナーは、複数の現像ラボによる撤去費用を支払う人には無料で提供されていました。[ 16 ]この放棄は当時もその後もかなりの論争を巻き起こしました。フォトCDフォーマットの技術仕様がコダックから公開されたことがないからです。フォトCDは、「孤立したフォーマット」の例として、また写真業界における独自の画像フォーマットの危険性の例として、よく引用される。[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

コダックはフォトCDフォーマットの仕様を公表していないが、リバースエンジニアリングされており、画像をより現代的なフォーマットに変換できるようになっている。最初のリバースエンジニアリング作業はカールスルーエ大学のハドムット・ダニッシュ氏によって行われた。氏はフォトCDファイルの16進ダンプを研究することでフォーマットを解読し、続いて1990年代初期にフォトCD画像をPPMフォーマットに変換するhpcdtoppmを作成した。[ 20 ] [ 21 ] 1990年代初期、hpcdtoppmは様々なLinuxディストリビューションの一部として広く配布されていたが、その後hpcdtoppmの制限的なライセンス条件[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]やカラーマネジメントの欠如に関する懸念からほぼ完全に放棄された。しかし、ハドムット・ダニッシュ氏のリバースエンジニアリング作業はImageMagickなど他のフォトCDデコーダーのオープンソース実装の数々を作成するために利用されてきた。 [ 25 ] 2009年、pcdtojpegはGPLオープンソースライセンスの下で作成されました。作者自身もHadmut Danischのリバースエンジニアリングに基づいていることを認めているように、pcdtojpegはPhoto CDメタデータのデコードを可能にし、カラーマネジメントされており、Photo CDファイルの既知のすべてのバリアントをデコードできます。[ 26 ]現在、hpcdtoppmとpcdtojpegは、Photo CD形式の技術的詳細に関するパブリックドメインの情報の中核を成しています。

画像フォーマット

画像コンポーネント

フォト CD イメージは、再構成できるさまざまな画像解像度に関連する Base/16 から 64Base までのコンポーネントの階層として保存されます。[ 27 ] 512 ライン x 768 ピクセルの輝度解像度を持つ Base イメージは、通常、テレビ システムに使用されます。高解像度のイメージは通常、写真画像処理に使用されます。Base および低解像度のイメージは通常、ファイル インデックスとサムネイルに使用されます。Base/16 から 16Base の解像度を作成するために使用されるコンポーネントは、Image Pac と呼ばれる 1 つのファイルに保存されます。Base、Base/4、および Base/16 のイメージは、簡単に展開して表示できるように圧縮されていない状態で保存されます。4Base および 16Base のイメージは圧縮され、それ以下の解像度からのデルタ (増分イメージ) として保存されます。ファイル (実際には Image Pac) 内の最大解像度までのすべての解像度が同時に存在することに注意してください。例えば、16Baseファイルには、16Baseコンポーネントに加えて、Base/16、Base/4、Base、4Baseイメージが含まれています。6番目のコンポーネントである64Baseは、IMAGE PAC Extension (IPE)の一部としてPhoto CDに別ファイルとして保存されています。これはPhoto CD Pro Masterディスクにのみ存在します。

エンコーディング

PCD画像はガンマ変換されたPhotoYCCエンコードを使用します。[ 27 ] [ 28 ]この方式では、スキャンした画像をPhoto CDファイルにエンコードするために、最初のステップはRGBデータを非線形変換（Rec. 709 OETFを奇関数に反転したもので、後のxvYCC [ 29 ]と同じです）で事前に形成することです。

RGB′＝{α⋅RGB0.45−（1−α）、RGB≥β−α⋅（−RGB）0.45+（1−α）、RGB≤−β4.5⋅RGB−β<RGB<β{\displaystyle {\mathit {RGB^{\prime }={\begin{cases}\alpha \cdot RGB^{0.45}-(1-\alpha ),&RGB\geq \beta \\-\alpha \cdot (-RGB)^{0.45}+(1-\alpha ),&RGB\leq -\beta \\4.5\cdot RGB&-\beta <RGB<\beta \\\end{cases}}}}}

コダックの資料では、α = 1.099、β = 0.018とされている。しかし、完全な標準値（1.099296826809442、0.018053968510807）は数学的な連続性を示す。[ 30 ]

この関数の結果、CCIR 709 [ a ]の原色で定義された色域外の色は負の値でエンコードされます。[ 27 ]線形RGB値は-0.20から2.00の範囲で、非線形RGB'値は-0.43357から1.402278の範囲です。基準白（元のシーンにおける完全な非蛍光性の白色反射拡散板）は、BT.709と同様に1.0です。

整形されたRGB値はCCIR 601-1のようなマトリックスを介して輝度と2つの色度成分に変換される。[ 27 ]

Y′=0.299R′+0.587G′+0.114B′{\displaystyle Y^{\prime }=0.299R^{\prime }+0.587G^{\prime }+0.114B^{\prime }}
B′−Y′=−0.299⋅R′−0.587⋅G′+0.886⋅B′{\displaystyle B^{\prime }-Y^{\prime }=-0.299\cdot R^{\prime }-0.587\cdot G^{\prime }+0.886\cdot B^{\prime }}
R′−Y′=0.701⋅R′−0.587⋅G′−0.114⋅B′{\displaystyle R^{\prime }-Y^{\prime }=0.701\cdot R^{\prime }-0.587\cdot G^{\prime }-0.114\cdot B^{\prime }}

最後に、輝度と色差成分は次の式によって8ビット値にスケーリングされる。[ 27 ]

Y′′=255/1.402⋅Y′{\displaystyle Y^{\prime \prime }={255/1.402}\cdot Y^{\prime }}
C1=111.40⋅(B′−Y′)+156{\displaystyle C_{1}=111.40\cdot (B^{\prime }-Y^{\prime })+156}
C2=135.64⋅(R′−Y′)+137{\displaystyle C_{2}=135.64\cdot (R^{\prime }-Y^{\prime })+137}

色域サイズ

コダックは、「C1チャンネルとC2チャンネルのスケール係数とオフセットは、現実世界の色の分布から生じる」と主張している。[ 27 ] 3つの成分それぞれに8ビットの整数範囲が与えられているため、0 ≤ Y ≤ 1.402、-1.40036 ≤ B' - Y ' ≤ 0.888689、-1.01003 ≤ G' - Y ' ≤ 0.86995となる。

このエンコード方式の奇妙な点は、Photo CD画像が100%を超える（最大140.2%）色、つまり「白よりも白い」色を表現できることです。[ 31 ] Photo CDが導入された当時、この方式により、当時のアナログテレビでは、通常よりも明るく鮮やかな色で画像を表示できました。当時のアナログテレビは100%レベルを超えても急激なクリッピングを起こさずに駆動できるように設計されていたため、これは許容範囲内でした。しかし、Photo CDエンコード方式のこの特徴は現代の画像フォーマットとは互換性がなく、Photo CD画像をより現代的なフォーマットに変換する際に、よく知られている「ハイライトが飛ぶ」問題の原因となっています。[ 32 ] [ 33 ]すべての現代の写真フォーマットは100%でハードクリッピングを強制します（YUVのビデオフォーマットには、高精細テレビで利用可能なヘッドルームがまだあります）。そのため、Photo CD特有の輝度と色差のマッピングを行わない限り、変換された画像ではハイライトがクリッピングされます。[ 32 ]

さらに、「toeroom」（Y < 0）は提供されていないものの、コダックはR、G、B < 0の使用を明示的に許可しており、色域外（Rec. 709の場合）の色を表現できるようになっている。[ 27 ]この効果は、ずっと後に登場したxvYCCに似ている。

圧縮

フォトCD画像は、画像保存に必要な容量を削減するために、3種類の圧縮方式を採用しています。[ 27 ]まず、クロマサブサンプリングにより画像サイズが約50%削減されます。このサブサンプリングは、4Base画像の場合は4分の1、その他の解像度の場合は2分の1（4:2:0）です。次に、最高解像度の画像データを分解し、4Base、16Base、64Baseの各成分を残差（前の解像度レベルのピクセルとの差分）として保存することで、さらにサイズを削減します。最後に、フォトCDシステムは量子化とハフマン符号化を用いて、この残差データをさらに圧縮します。このハフマン符号化は、画像行ごとに行われます。ハフマンテーブルはフォトCD画像自体にエンコードされ、圧縮クラスに応じて長さが異なります。これらのハフマンクラスは以下のとおりです。[ 34 ]

  • クラス1 - 35mmフィルム; 絵画的ハードコピー、
  • クラス2 - 大判フィルム、
  • クラス3 - テキストとグラフィック、高解像度、
  • クラス 4 - テキストとグラフィック、ハイダイナミックレンジ。

例えば、1024ライン×1536ピクセルの画像を再構成するには、512ライン×768ピクセルの輝度ベース画像（「残差」やハフマン圧縮されていない）を1024ライン×1536ピクセルの画像に補間します。次に、1024ライン×1536ピクセルの4Base残差をハフマン符号化形式から解凍し、その要素を各対応するピクセルに加算します。結果として得られる画像には、1024ライン×1536ピクセルのサンプリング画像全体のディテールが含まれます。画像を2048ライン×3072ピクセルの解像度に再構成するには、基本的に4Base残差と16Base残差の両方を使用してこの処理を繰り返します。その後、同様の操作で4096ライン×6144ピクセルの解像度を再構成します。各ステップで、彩度チャンネルに同一の処理が適用されます。

ICCプロファイル

コダックは、既存のビデオ規格、特にPALおよびNTSCデジタルテレビシステムで使用されるCCIR勧告601、およびHDTVで使用されるCCIR勧告709（現在のITU-R勧告BT.709）に基づいてPhotoYCC方式を開発しました。PhotoYCCの定義は、実際のビデオディスプレイの制限に制約されない方法で定義されています。[ 27 ] [ 31 ]

実際には、Photo CD 画像の色空間は Rec. 709 とは大きく異なります。まず、Photo CD のエンコード方式では、色成分に 100% を超える値が許容されるため、Photo CD 画像は公称 Rec. 709 色域外の色を表示できます。[ 32 ]さらに、特にリバーサルフィルムをスキャンする場合に正確な色再現を実現するために、コダックはフィルムの種類とスキャナーに固有の ICC カラー プロファイルを提供する必要があると判断しました。[ 35 ]その結果、Photo CD 形式が使用されなくなるまでには、Photo CD 画像では 5 つの異なる色空間が一般的に使用されていました (PCD 4050 はコダックのスキャナー モデル番号です)。

  • カラーネガ
  • ユニバーサルE-6
  • ユニバーサルK-14
  • PCD 4050 E-6
  • PCD 4050 K-14

したがって、汎用 Photo CD カラー スペースを使用すると、Web でのサムネイル画像の閲覧など、多くの目的に適したカラー再現が可能になりますが、写真撮影などの目的で完全に正確なカラー再現を実現するには、Photo CD ディスプレイまたは変換ソフトウェアで、元のメディアとスキャナ モデルの組み合わせに適したカラー プロファイルを使用する必要があります。

フォトCDイメージの変換

実用上、Photo CD画像はJPEG、TIFF、DNGなどの最新フォーマットに変換する必要があります。市販のもの、フリーウェア、オープンソースのものなど、数多くの画像変換プログラムが存在しますが、そのほとんどは基本的な低解像度（多くの場合、ベース解像度である512x768）への変換しかできません。Photo CD機能に関する各プログラムの主な特徴は以下のとおりです。

  • 理想的には 64Base (4096x6144) レベルまでの最大解像度で画像を変換する機能。
  • ハイライト処理の修正。多くのPhoto CD変換ソフトウェアでは、ハイライト部分の白飛びやクリップが一般的な問題となります。[ 32 ]変換プログラムによってハイライト部分がクリップされると、後から操作してもその情報を復元することはできません。多くのWindowsベースのソフトウェアパッケージは、Ted Felix氏が作成した「ハッキングされた」DLLを使用することで、ハイライト部分の問題を部分的に修正しています。[ 36 ]
  • スキャナとフィルムの種類に特化したICCカラープロファイルの使用。このようなプロファイルを使用しないと、画像の色再現は不正確になり、[ 35 ]特にリバーサル（スライド）フィルムでは顕著に表れます。[ 37 ]
  • メタデータの抽出。メタデータとは、スキャン実行日、スキャナの型番、フィルムの種類などの情報です。この情報はユーザーにとって有用であるだけでなく、フィルムの種類やスキャナによって異なるため、適切なカラープロファイルを選択する上でも重要です。[ 35 ]

参照

注記

  1. ^コダックの資料では誤植があり、「CCIR 809」と書かれています。

参考文献

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