映像信号

映像信号についての考察

映像信号とは、映像を電気信号に変換したものであり、これは映像の生成から再生に至るプロセスにおいて重要な役割を果たしています。映像が認知される原理として、映画の静止画を高速に次々と表示することから、仮現運動が生じ、その結果として動いているように見えることが知られています。テレビ技術の実現には、静止画を撮影し、それを信号に変換、さらにその信号を伝送し、再び静止画として再生するという一連のプロセスを高速かつ連続的に行うことが求められます。ここでは、映像信号について簡単に説明します。

映像信号の生成と再生

最初に、ビデオカメラにおいてレンズを通じて、撮像管または固体撮像素子の受光面に被写体の像を結像します。その後、ラスタースキャン方式で受光面を順次走査し、それぞれの点から照度を取り出して、信号電圧に変換します。このプロセスによって、2次元の静止画を1次元の信号に変換することが可能です。走査線は各地を走る線を意味し、その走査によって得られた信号を「輝度信号」と呼びます。また、同時に読み取っている位置情報を示す「同期信号」をも生成します。この同期信号には、水平方向の情報を伝えるための「水平同期信号」と、垂直方向の情報を伝える「垂直同期信号」があります。

アナログとデジタルの違い

上記の説明はアナログ方式におけるものですが、デジタル方式では輝度信号をアナログからデジタルに変換（A/D変換）します。デジタル化により、各データの位置が明確になるため、順番に並べることで信号を復元することが可能となります。したがって、デジタルの場合の同期信号は、アナログの場合と異なる構造を持っています。映像信号は、使用される色信号なども含めて、複数の信号を同期して扱う必要があります。これらが統合されたものが「コンポジット映像信号」と呼ばれます。一方、信号が個別に処理される場合は「コンポーネント映像信号」と言います。

テレビ放送と信号の送受信

アナログテレビ放送においては、コンポジット映像信号をVSB方式で送信します。テレビ受像機では、送られてきた電波を受信し、復調して信号を取り出します。その後、水平と垂直の同期に基づいて動作しながら、ブラウン管の電子銃の出力を調整し、ラスタースキャンを行って映像が再生されます。

白黒映像信号とインターレース方式

日本や北米の白黒テレビ放送では、映像信号の構成にインターレース方式が利用されています。この方式では、伝送に必要な帯域を考慮して、走査線数とフレーム数が設定されています。白黒放送開始当初の約4MHz帯域では、走査線本数を決定する際に、伝送可能なフレーム数が限られていたため、2:1インターレース方式が採用されました。これは、1フレームを奇数と偶数の2つのフィールドに分け、各フィールドを走査する手法です。

複合同期信号と有効表示区間

映像信号を扱う際には、輝度と同期信号を個別に扱うのではなく、すべてを1つの信号にまとめる「コンポジット映像信号」が使用されます。これにより、信号を1本の伝送路で送ることが可能となります。しかし、画面を走査する際には、電子線の移動に伴い表示不能の期間が生じます。これを「水平帰線区間」および「垂直帰線区間」と呼び、この期間を除いた映像表示可能領域は「アクティブビデオ」と称します。

NTSC標準

特にNTSC方式の白黒テレビ放送においては、伝送フレーム数、走査線本数、および解像度などの仕様が標準化されています。NTSCの規格では、30フレーム/秒でインターレース方式を採用し、525本の走査線が使われており、有効走査線本数は約485本とされています。また、カラー化においても、白黒テレビの仕様から後方互換性と前方互換性を保ちながら進められました。

他のカラー方式

カラー映像信号の方式の一つにNTSCの他、PALやSECAMなどが存在します。これらはそれぞれ異なる地域で用いられ、映像信号の伝送方式にも違いがあります。実際に、これら異なる方式を理解することが、映像信号の全貌を把握するために重要です。

このように、映像信号は非常に複雑で多様なプロセスを経て生成され、伝送され、受信された後に再生されることがわかります。

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