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目次
はじめに 3 1. hDtVがビデオ監視市場に及ぼす影響 3 2. hDtVの誕生 3 3. hDtVの仕組み 4 4. hDtVの標準化 6 5. hDtVフォーマット 6 6. ビデオ監視におけるhDtVのメリット 6 7. 結論 73 はじめに テレビ市場ではハイビジョンテレビ（HDTV）への移行が加速しています。そしてこの移行によ り、画質と色再現性が大幅に向上しています。HDTVは従来のアナログテレビに比べて5倍の高 解像度と、2倍の走査線解像度を提供します。さらにHDTVにはワイド画面とDVD品質のオーデ ィオも備わっています。 HDTVの消費者市場の伸びは目覚しいものがあります。2007年には、米国の一般家庭における HDTVの普及率は約35%でした。予測では、2012年までに全視聴者の85%がHDTVセットを自宅 に設置するといわれています。すでに現在製造されているほとんどの主要なテレビがハイビジョ ンタイプになっています。
現在最も重要なHDTV標準規格として、SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers)が定義したSMPTE 296MとSMPTE 274Mの2つがあります。 hDtVがビデオ監視市場に及ぼす影響 このような進化によって、消費者はより高画質な規格を求めるようになり、ビデオ監視市場にも 影響が出始めています。より鮮明でシャープな映像品質は、被写体に動きがある、または、正確な 識別が不可欠となるケースが多い監視業界で、長年追及されてきたものです。 このうち一部のニーズに対しては、メガピクセルのネットワークカメラでも応えることができると いう意見もあります。しかし「メガピクセル」の概念は業界における慣習のようなもので、確立し た標準規格ではなく、デジタルカメラの画像センサーの画素数を限定的に示すものです。高解 像度には膨大な量の画像データがつきもので、フレームレートの面で妥協しなければならない ことも少なくありません。したがって、「メガピクセルカメラ」というだけでは高品質な映像に対 応することはできません。 それに対してHDTV標準規格に準拠しているネットワークカメラを使用すれば、特定の解像度、 フレームレート、色再現性を確実に実現でき、常に高い映像品質を維持することができます。 hDtVの誕生 HDTVと従来のアナログテレビの基本的な違いは、各画面上の画像情報を構成するピクセルの 数です。20世紀後半には、PALとNTSCという2つの異なる標準規格が市場を独占しました。 PAL（Phase Alternating Line）は、ヨーロッパとアジアの大半の国で普及しています。50Hz 576 本の走査線と25fps（画像フレーム数）を特徴としています。北米と中央アメリカ、アジアの一部 では、NTSC（National Television System Committee）が普及しました。このシステムは60Hz 480本の走査線で30 fpsです。 高解像度テレビの誕生は1958年にまで遡ることができます。非常にクリアで鮮明な映像を提供 する技術を最初に開発したのは当時のソビエト軍でした。Тransformatorと呼ばれるテレビ会議 用のシステムは、1,125本の解像度で構成される映像を作成することができました。その10年 後、日本の公共放送局であるNHKが初の商用システムを開発しました。 開発が長期化したのは、一般消費者の関心が低かったとか、ニーズがそれほどなかった、という わけではありません。それどころかHDTVと映像品質の飛躍的な向上は、世界中の消費者の大き な関心を集めていました。業界は新たな大量市場の可能性に気付いていましたが、実現のため には解決しなければならない問題がありました。HDTVの導入に伴って発生する膨大な量のデー タを放送することができる、従来よりもはるかに効率的な圧縮技法がどうしても必要だったの です。 たとえば米国で試験的に導入されたすべてのHDTVは、高帯域幅を必要としたため受け入れら れませんでした。一般的に、初期の放送システムは標準解像度の放送の2倍から4倍程度の帯域 1. 2.
幅を必要としていたため、衛星での配信しか行えませんでした。HDTV標準規格の普及を成功さ せるためには優れた効率技術が必要であることがすぐに明らかとなりました。 また、そのためにはデジタルシステムにこそ、その可能性があるいうこともわかりましたが、まだ そのようなシステムは開発されていませんでした。 最初の躍進は1990年代初めのMPEGと呼ばれる圧縮標準規格の登場です。MPEGはNASA（米 国航空宇宙局）のジェット推進研究所で行われていた巡航ミサイル開発のためのパターン認識 研究が基礎になっています。1993年には、MPEG-2標準規格が続き、この分野における開発が加 速しました。やがてMPEGとITU(国際電気通信連合)のVideo Coding Experts Groupの共同プロ ジェクトにより、MPEG-4 Part 10/AVCとも呼ばれているH.264標準規格が完成しました。この圧 縮技法により、HDTV放送が技術的にも経済的にも実現できるようになったのです。 hDtVの仕組み HDTVは標準的なアナログテレビに比べて最大5倍もの高い解像度を提供することで、画質を 大幅に向上します。これはすなわち、より鮮明な映像、高い色再現性、16対9のワイド画面を意 味しています。 HDTV放送システムはフレームサイズ、スキャニングシステム、フレームレートという3つの主要な パラメータで識別されます。 フレームサイズ フレームサイズは1280x720や1920x1080のように、水平ピクセル数 x 垂直ピクセル数で定義さ れます。水平ピクセル数はあえて記述しなくてもわかるので、省略されることもよくあります。し たがって720または1080として異なるシステムを表し、使用しているスキャニング方法に応じてi またはpの文字を組み合わせます。 従来のテレビは通常704x576iまたは704x480iで放送されているため、HDTVで提供される視覚 的な情報量は2倍から5倍多いことになります。 スキャニング スキャニングにはインターレースとプログレッシブという2つの方法があり、それぞれiとpで表さ れます。 3. 1920x1080 HD 1280x720 HD 720x486 NTSC NTSCとHDTVのアスペクト比の違い
5 インターレーススキャニングは元々、消費する帯域幅を増やさずにビデオ信号の映像品質を向 上する方法として導入されたものです。この方法はすぐに従来のアナログテレビで普及しまし た。簡単にいうと、この方法は各フレームをフィールドと呼ばれる2つに分割します。スキャニング は左上の端から開始して、右下の端に向かって順次行われますが、その際、1行ずつ飛ばしていき ます。インターレースビデオはこれによって信号帯域幅を2分の1に削減し、リフレッシュレートを 高めることで、ちらつきを抑え、動画の描写を改善することができます。 ただしインターレースビデオには欠点もあります。たとえば、被写体が高速に移動していれば、各 フィールドをキャプチャしたときの位置が違っている場合が考えられ、「モーションアーチファク ト」と呼ばれる現象が発生します。通常これは目に見えませんが、キャプチャ時の速度よりも低 速でビデオを表示したり、静止画像として提供する場合に見られます。もう1つ考えられる別の問 題は、「インターラインフリッカー」と呼ばれるものです。これは被写体に、ビデオの水平解像度 に近いような非常に細かい垂直部分がある場合に発生します。 この種の制限は、プログレッシブスキャニングを使用することで回避できます。この方法は単一 フレーム内の画像のすべてのラインをキャプチャし、送信、表示します。スキャニングは上から下 に1行ずつ行われます。つまり、キャプチャした画像はインターレーススキャニングのように別々の フィールドに分割されることがないので、事実上「ちらつき」はありません。 この種の制限は、プログレッシブスキャニングを使用することで回避できます。この方法は単一 フレーム内の画像のすべてのラインをキャプチャし、送信、表示します。スキャニングは上から下 に1行ずつ行われます。つまり、キャプチャした画像はインターレーススキャニングのように別々の フィールドに分割されることがないので、事実上「ちらつき」はありません。 フレームレート フレームレートは1秒間の画像フレーム数（fps）で定義されます。インターレースシステムの場合、 この数はフィールドレートを示すことが多く、各フレームに2つのフィールドがあるため、通常は2 倍になっています。 これまで問題となってきたことの一つとして、フレーム/フィールドの適切なリフレッシュレートの 問題があります。給電周波数に大きく依存しているため、国ごとに25/50fpsまたは30/60fpsのい ずれかのグループに分かれていますが、その結果、画像の安定度にも影響を及ぼしています。そ れでも両方のシステムがHDTVに準拠しており、結果的にビデオ監視のフルフレームレート要件 にも合致しています。 左側はインターレーススキャニングを使用してアナログカメラで撮影したフルサイズのJPEG画像（704x576ピ クセル）。右側はプログレッシブスキャン技術を使用してAxisネットワークカメラで撮影したフルサイズの JPEG画像（640x480ピクセル）。いずれのカメラも同じタイプのレンズを使用し、車両速度も同じです（20 km/h）。いずれの画像も背景は鮮明ですが、ドライバーをはっきりと確認できるのはプログレッシブスキャ ン技術を使用した画像だけです。
hDtVの標準化
MPEG-1圧縮標準規格は、デジタルテレビに対する出発点をもたらし、世界中で新しいテレビ標 準規格の開発が進められました。
現在、最も重要なHDTV標準規格団体はSMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers)です。このグループは映画、テレビ、ビデオ、マルチメディアに関する標準規格開発の 世界的なトップとして、またこの分野での権威ある団体として認められており、SMPTE 296Mと SMPTE 274Mという2つの最も重要な標準規格を定義しています。 基本的にSMPTE 296Mはプログレッシブスキャニングを使用した1280x720ピクセルの解像 度を、SMPTE 274Mはインターレースまたはプログレッシブスキャニングのいずれかを使用し た1920x1080ピクセルの解像度を定義しています。 MPEG-2やH.264などのデジタル圧縮技法により、単一のアナログテレビチャンネルの帯域幅が あれば、通常のデジタルテレビのチャンネルを5本までまかなうことができます。またプログレッ シブスキャニングを使用したHDTVのチャンネルであれば最大2本まで対応することができま す。 hDtVフォーマット HDTVは通常、16対9のワイド画面アスペクト比と、プログレッシブスキャンによる1920ピクセル の水平解像度を想定しています。その結果、2,073,600（1920x1080）ピクセルのフレーム解像度 になります。フレームレートはさまざまで、1080p30や1080p50のようにpの文字の後に指定され ています。 1080iや720pといった他のHDTVフォーマットもあります。ただしいずれの場合もアスペクト比は 同じで16対9です。1080iはインターレーススキャニングによって1920x1080のピクセルを表示 し、720pはプログレッシブスキャニングによって1280x720（921,600）ピクセルを表示します。 ビデオ監視におけるhDtVのメリット プログレッシブスキャンを使用することで、HDTVの性能を備えたネットワークカメラは正確に 色を再現し、被写体が高速に移動している場合でも鮮明な映像を提供することができます。小 売店、空港、入国審査、高速道路など、詳細な画像が必要な監視作業では、これは非常に魅力 的なソリューションです。 長年このような品質向上が目指されてきましたが、ビデオ圧縮技術の効率が十分なレベルに達 するまで実現することができませんでした。H.264標準規格はライセンス付きのオープンスタン ダードで、画質は維持しながら、デジタルビデオのファイルサイズをMotion JPEG形式に比べて 80%以上も、そしてMPEG-4 Part 2に比べて50%も圧縮することができます。帯域幅やストレー ジ面での経済性に柔軟性が加わったH.264は、これまでの圧縮標準規格よりも広く普及するこ とが予想されています。 ビデオ監視にHDTVを導入するためには、H.264が不可欠だったことは間違いありません。効率の よい圧縮によって、高解像度、高フレームレート、16対9のアスペクト比が同時に実現されます。 HDTVはコンピュータ画面のようにスクエアピクセルに基づいているので、ネットワークビデオ製 品のHDTVビデオ映像は、HDTV画面でも標準的なコンピュータモニターでも表示できます。プ ログレッシブスキャンのHDTVビデオでは、ビデオをコンピュータ上で処理する場合やコンピュー タ画面で表示する場合、変換やインターレース除去を行う必要はありません。 6. 4. 5.
7 結論 ハイビジョンテレビによってもたらされた画質の向上を消費者は歓迎しており、市場でのニーズ も高まっています。その結果、従来のビデオ監視市場でも類似の傾向が見られます。HDTV準拠 のネットワークカメラは国際標準規格に準拠の解像度、忠実な色の再現、16対9のアスペクト 比、そしてフレームレートを提供し、高画質を必要とする監視環境に最適なソリューションとなっ ています。 7. hDtVの主なメリット 国際的な標準規格 > 優れた画質 > 最低でも25/30のフレームレート > 高解像度 > 色再現性 > 16対9のアスペクト比 >
www.axis.com 35 61 1/J P/ R1 /0 90 5 アクシスコミュニケーションズについて Axisは、プロフェッショナルネットワークソリューシ ョンを提供するIT企業です。アナログからデジタル 映像監視技術へのシフトが加速するネットワークビ デオ市場でのグローバルマーケットリーダーとし て、市場を牽引しています。Axisの製品およびソリュ ーションは、セキュリティ監視、遠隔モニタリングに 特化し、革新的技術プラットフォームを基盤として います。 Axisは、スウェーデンに本社をおき、世界20ヶ国に 支店、70ヶ国以上にパートナー企業を有していま す。1984年創、NASDAQ OMX Stockholm（チェッ カーシンボル：Axis）に株式上場しています。Axisに ついての詳細は、ウェブサイトwww.axis.comをご 覧ください。
