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アナログビデオ方式とインタフェース

アナログビデオ方式とインタフェース


アナログビデオ方式は、放送用ビデオやテレビシステム向けに設計されたものと、コンピュータグラフィックス用に設計されたものと、大きく2つのカテゴリに分類されます。

ほとんどのアナログ方式はもともとテレビ配信が目的だったので、信号に必要な伝送帯域が制限されています。通常、映像はテレビ信号を低帯域符号化信号と組み合わせることで作られます。しかし、VGA のように、本来コンピュータ グラフィック向けに設計されたアナログ方式もあり、こちらは帯域幅の制約が小さく、そのため赤・緑・青の信号を別々に分け、近い距離で見るのに適した高解像度画像を作ることができます。


この2つのカテゴリに分類される、さまざまな方式を比較、説明します。

放送・テレビ ビデオ方式

コンポジット ビデオ は、私たちにとってはなじみの深いものです。RF キャリア変調前のアナログテレビ信号で、VCR、ビデオカメラ、セキュリティカメラ、ビデオ CD プレーヤなどの民生用ビデオ機器に接続される規格です。

RCA Cable名称が示すように、コンポジット ビデオは輝度 (白黒)、クロミナンス(色) および同期信号を1つの信号に統合しています。開発時、 コンポジット ビデオはカラーテレビと白黒テレビの信号双方に対応できるよう設計されました。下位互換性のおかげで1950年代に両方式の移行はスムーズに進みました。白黒テレビは色成分を無視し、新しいカラーテレビは色成分を分離して輝度情報と共に表示できました。

ただ、当時の下位互換性の問題は解決できたものの、現在の状況では、コンポジット ビデオは鮮明な映像を表示できません。すべての映像成分が一緒に伝送されるため、それらが互いに干渉し合ってドットクロールや色汚れなどの原因になります。


S-Video (Y/C) connectorS-VideoY/C ビデオ とも呼ばれ、コンポジット ビデオの欠点を克服するために1980年代に導入されたものです。これはあまり符号化されていない映像方式です。S-Video の信号では、色(C)と輝度(Y)の情報が別々に伝送され、表示する装置でより鮮明な映像が表示できるようにします。

ほとんどの S-Video コネクタを持つビデオ装置はコンポジット ビデオ コネクタを備えています。両方のインタフェースをサポートする機器を接続する場合は、S-Video コネクタが最適です。


Component VideoS-Video の解像度のさらに上をいくのが、コンポーネント ビデオ (YCbCr) です。信号の分離を S-Video よりも一段と進めた規格で、干渉の確率を下げた結果、画質が向上しました。従来のコンポジット ビデオや S-Video よりも解像度が高く、色調も優れています。
コンポーネント ビデオは色情報の信号を B-Y (青マイナス輝度、別名 Cb または Pb)と R-Y (赤マイナス輝度、別名 Cr または Pr)の2つに分割しています。これと Y (輝度)で、3本の信号になります。

コンポーネント ビデオは DVD プレーヤ、テレビ受像器、AV 機器などの多くに採用されており、DVD の画質を最大限引き出しています。


放送用ビデオ信号規格

上記のビデオフォーマットに加えて、世界各地で12種類以上の異なる放送規格が使用されています。今日、ほとんどの国で3つの規格のうちの1つを採用していますが、これらの規格は互換性がないため、ビデオ機器を接続する場合、同じビデオフォーマットをサポートするだけでなく、同じ放送信号規格をサポートする必要があります。


以下、規格の簡単な要約です。

NTSC (National Television Systems Committee) 規格系 は、主に北米および中米諸国、ほとんどの南米諸国と日本で使用されています。

NTSC のテクニカルフォーマットは1フレーム/525ラインで、毎秒30フレームのリフレッシュレートです。30フレームは60フィールドで構成され、そのタイミングはこれらの国で使用されている60Hzの電力系に基づいています。1フィールドは、インタレース フレームの1/2(1ラインおき)です。他の国では50Hzの電力系を使用しており、そのテレビシステムは50フィールド/秒をベースにしています。


ドイツで開発された PAL (Phase Alternation Line) は、NTSC のヨーロッパ版で、フレームあたり625ラインを提供します。リフレッシュレートは、ヨーロッパの50Hz電力系を使うために、50フィールド/秒をベースにした25フレーム/秒です。NTSC と比較して、PAL はライン数が多くなっています。これにより画像にディテールが追加されますが、PAL の50フィールド/秒のレート(NTSC の60フィールド/秒のレートと比較して)は、ちらつきが目立つ可能性が高くなります。


SECAM (Systeme Electronique Couleur Avec Memoire) は、同じライン数と同じフレームレートの PAL と非常に似ています。フランスで開発され、ロシア、アフリカ、東ヨーロッパの一部でも使用されています。規格の類似点にもかかわらず、PAL と違いクロミナンスが FM 変調になっているため、SECAM は PAL と互換性がありません。


HDTV (高品位デジタル放送テレビ規格) は、NTSC や PAL などのアナログ TV フォーマットに代わる待望の次世代ソリューションです。日本やカナダ、米国などのいくつかの国では、既に HDTV サービスが存在していますが、ヨーロッパはこれからです。

HDTV は、PAL の625ラインに比べて、1050、1125、さらには1920ラインのよりクリアでシャープな画像を提供しますが、新しい HD 互換テレビセットとレシーバが必要です。


コンピュータ グラフィックス ビデオ方式

これまで見てきたテレビジョンビデオ信号は一般にコンポジットビデオのような低帯域幅エンコード信号に結合されています。対照的に、コンピュータ グラフィックス信号は、帯域幅制限がなく、赤、緑、青の色信号を分離して、短距離からの視聴に適した高解像度の画像を可能にします。

すべて分離 RGB 信号に基づいていますが、使用されるコネクタ型式、同期情報の伝送方法、およびサポートされている解像度とリフレッシュレートによってさまざまなアナログ グラフィックス ビデオ方式があります。特定のビデオインタフェースに適したディスプレイ ハードウェアを選択するには注意が必要です。異なる方式は互換性がなく、相互接続する場合はアクティブなコンバータが必要な場合が多いためです。DVI などの一部の新しいディスプレイ技術は、デジタルビデオ接続を提供します。これにより、ビデオ品質が向上しますが、これを実現するためにデジタル表示装置を使用する必要があります。


以下、古いものと新しいもののコンピュータ グラフィックス ビデオ方式の概要です。

CGA と EGA

CGA (カラーグラフィックス アダプタ) は、IBM® オリジナルのカラーグラフィック アダプタでしたが、ビデオ信号と同期信号の両方にデジタル TTL 信号を使用していました。DB9 コネクタを使用し、16色320 x 200、または2色640 x 200の解像度が可能でした。

CGA は非常に限定されたフォーマットであり、フリッカーやスノーノイズのようなディスプレイの問題がありましたが、導入後しばらくの期間は一般的でした。


1984年に導入された EGA (エンハンスト グラフィックス アダプタ) は、同じコネクタ型式と TTL 信号を持つ CGA と非常によく似ていました。EGA は64色が可能で、CGA とモノクロビデオの両方に下位互換性がありました。


コンポジット ビデオ、S-Video とコンポーネント ビデオは本来テレビ向け方式として設計されたものです。アナログのコンピュータ向け映像方式の場合は、VGA 方式のさまざまなバリエーションで語られることが普通です。


VGA ベース方式

VGA cable VGA (ビデオ グラフィックス アレイ) のインタフェースはアナログの RGB 信号に、水平同期信号と垂直同期信号を組み合わせたもので、HD15 コネクタ(15ピン D-Sub とも呼ばれる) で接続します。1987年に VGA が PC のビデオディスプレイ向けに IBM® から導入された時、以前の EGA DB9コネクタからは大幅に改善されていました。VGA の基本方式では、解像度が640 x 480、256色までサポートされました。

SVGA (スーパー VGA)XGA (エクステンデッド グラフィックス アレイ) および以降の方式では、さらに鮮明で色の深い画像を実現し(下図参照)、デジタルの 1080i や 1080p のディスプレイと張り合うこともよくありました。さらに、長い年月を経て、互換性のない SVGA グラフィックス カードが混ざり合っていた市場に、VESA (Video Electronics Standards Association) 規格が相互運用性をもたらしたのです。


さまざまな VGA 方式との最大解像度の比較は次のとおりです。

方式 最大解像度
VGA (ビデオ グラフィック アレイ) 640 x 480
SVGA (スーパー ビデオ グラフィックス アレイ) 800 x 600
XGA (エクステンデッド グラフィックス アレイ) 1024 x 768
W-XGA (ワイド エクステンデッド グラフィック アレイ) 1366 x 768
SXGA (スーパー エクステンデッド グラフィックス アレイ) 1280 x 1024
UXGA (ウルトラ エクステンデッド グラフィックス アレイ) 1600 x 1200
W-UXGA、WUXGA (ワイド ウルトラ エクステンデッド グラフィックス アレイ) 1920 x 1200

13W3 connectors
VESA はまた DDC (Data Display Channel) 規格を開発し、グラフィックスカードとモニタ間の物理的な通信チャネルを定義することで VGA プラグ&プレイを実現しました。これにより、グラフィックカードがディスプレイ機器からの情報を使い自動的に適切な表示設定を選択することが可能になります。

SVGA 規格とそれ以上をサポートするグラフィックカードは、通常、解像度の範囲をサポートすることができ、低い解像度のディスプレイ技術との下位互換性を可能にします。


Sun® および Mac® システム用コネクタ

新しい Sun コンピュータは、PC ハードウェアとの相互運用性のための VGA グラフィックスアダプタが搭載されていることがよくありますが、古い Sun マシンでは、コンポジット同期(別々の同期信号を使用する VGA とは異なる)を持つ赤・緑・青のアナログ信号を伝送する 13W3 ビデオコネクタを持っています。これらのグラフィックスアダプタは、非常に高い分解能が可能で、76Hzで1152×900が一般的です。複数の解像度がサポートされ、使用される解像度はモニタの機能をインタフェースの知らせる ID ビットによって決まります。

他のいくつかのコンピュータでは、IBM Power PC や SiliconGraphics® コンピュータなど含んだ 13W3 ビデオコネクタも使用しますが、これらのコネクタのピン配置と同期信号の送信方法は製造元によって異なります。

トレーナーやプレゼンテーションの専門家に人気の Apple® Mac® II, Quadra® 、Power Macシリーズは、すべて15ピンコネクタを使用しています。VGA や Sun の 13W3 コネクタとは異なり、別々の同期信号や組み合わせた同期信号を伝送することができ、BGP、RGBHV、RGsB をサポートする Mac グラフィックスカードもあります。Appleのグラフィックスカードは、使用されるモニタに応じて、さまざまな解像度とリフレッシュレートを表示することができます。

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