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4K UHD の基礎知識

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4K UHD の解像度 や 視聴距離 と HDR などのスペックについて

2018年12月から BS / CS で開始された 4K 放送 は 地デジ放送よりも 解像度のほか 輝度 や 明度 が高く 画質が飛躍的に向上している。

4K で放送されているのは BS や スカパー のような 衛星放送 と Amazonプライム や Netflix など 動画ストリーミングサービス の 一部タイトルで、衛星放送の視聴には 4K 専用のチューナーのほか 視聴する番組によってはアンテナ等の交換も必要になるが、視聴環境を整えれば 右旋の 4K BS は無料で視聴できるほか、ケーブルTV や 光テレビ のように アンテナ不要で 視聴が可能になる サービス もある。

画面解像度 と 画素密度

テレビに表記されている「 ハイビジョン 」「 フルハイビジョン 」「 4K 」は画面解像度を表している。

ハイビジョン : 1280 x 720 以上 ( 1388 x 768 )
フルハイビジョン : 1920 x 1080
4K : 3840 x 2160
ハイビジョンは 日本国内の HDTV の愛称で 国内では 解像度が 720p ( 1280 x 720 ) 以上あれば「 ハイビジョン 」と表記でき 1388 x 768 の製品が多い。

液晶モニタは 同じ画面解像度でも ITU ( 国際電気通信連合 ) の策定に沿って表記されている。

HD : 1280 x 720
Full HD : 1920 x 1080
4K : 3840 x 2160

DVD や 地デジ放送 などはメディアによって 解像度が異なる。

DVD : 720 x 480
地デジ放送 : 1440 x 1080
Blu-ray : 1980 x 1080
4K放送 : 3840×2160
UHD Blu-ray : 3840×2160

4K UHD Basics 007

4K の画面解像度は 非常に高く 精細な描写が可能になっているが 画質は 解像度 だけでなく 輝度 や コントラスト比 , 発色 などの要素で左右される。
アップコンバート
4K UHD テレビ で 地デジ放送 を視聴する場合など  解像度 が 4K に満たない 地デジ や Blu-ray は 各メーカー独自の技術によって 4K 相当の画質にまで引き上げられるが、フルHD を 4K に 拡大するのと異なり SD画質 の DVD は 情報量が 少ないため アップコンバートしても 4K 相当の画質が得られるわけではない。
4K  の規格
「 4K 」には 米国の 7大映画制作スタジオ ( ウォルトディズニー / 20世紀FOX / MGM / パラマウント / ソニー・ピクチャーズ / ユニバーサルスタジオ / ワーナー ) が 2002年に設立した DCI ( Digital Cinema Initiatives ) が策定した規格 と 無線 や 電気通信の国際的な標準化を策定している国連機関  ITU ( 国際電気通信連合 ) が 2012年に 策定した 規格が存在し、DCI と ITU で 4K の解像度は 異なっている。
デジタルシネマの技術仕様 と 配給・上映方式の標準化の策定を行っている DCI では 4K の解像度が「 4096 × 2160 」で、ITU は 超高精細テレビ放送「 Ultra High Definition Television 」の環境として  解像度 3840 x 2160 ( 4K )と 7680 x 4320(8K)を策定しており、映像制作の「 4K 」は 一般的に DCI の「 4K 」、コンシューマー向け製品などの「 4K 」は ITU の「 4K UHD TV 」を指している。

解像度 と 規格

4K の製品が市場に出回り始めた頃から 4K に対比させる形で フルHD を「 2K 」表示することが増えたが、本来の「 2K 」は DCI が策定した 解像度 2048×1080 を意味しており ITU には フルHD を 2K とするような勧告はないが、日本では 総務省が 解像度 1920 x 1080 の放送を「 2K 」と定義していることから 国内は 2K も規格が混在し、HDTV も ITU が 1920 x 1080 としているのに対し 国内の規格では 垂直 解像度 が 720p 以上あれば HD ( ハイビジョン )と 表記できるため 規格 と 通称 がカオス化している。

4K UHD Basics-logo

名称解像度垂直解像度
VGA ・ SDTV640 x 480 / 720 x 480480i
HD ( ハイビジョン )1280 x 720720p
HDTV ( Full HD / 2K / フルハイビジョン )1920 x 10801080p /i
2K2048×1080
4K UHD TV3840 x 21602160p
4K4096×2160

画素数

モニタの 解像度 は ピクセル ( 画素 ) が 1 インチ ( 25.4mm ) に いくつ並んでいるか ( いくつのピクセルに分割されているか ) を 基本とした ppi ( ピクセル・パー・インチ ) を単位として使用し、一般的に「 解像度 」と表記されている「 1980 x 1080 」は「 画素数 」を表している。

4K UHD Basics 002

同一サイズのモニタで 画素数が増加 ( 高解像度 ) すると 表示領域 が 広くなる。

画素密度は「 横の画素数 ÷ モニタの横サイズ ( インチ ) 」で算出するので、アスペクト比が 16 : 9 の 23インチモニタで HD とフル HD の画素密度は、HD が 64ppi  , フル HD は 96ppi になり フルHD は HD の 1.5倍の領域が表示できることになる。
パソコンのモニタの場合は 数十cmの距離で見るため  Windows の画素密度は 96ppi が標準で、96ppi よりも極端に画素密度が高いと 表示領域は広くなる反面 フォントなどの視認性が著しく低下する。

テレビの視聴距離

テレビには 映像の 細かなディテールも認識でき 迫力 と 精細さを最大限に実感できる「 最適視聴距離 」があり、最適視聴距離より視聴位置が伸びるのに比例して 高解像度 の持ち味は薄れていく。

画素数 ( 1920 x 1080 ) の フルHD や 2K と表記される 液晶テレビの 最適視聴距離 は 一般的に「 縦サイズの 3倍 」が目安で、 4K になると画素密度が更に高くなるため 最適視聴距離 は「 画面の高さの 1.5倍 」になる。

https://www.sony.jp/bravia/tverabi/sp/

最適視聴距離
フルHD  32型 ( 69 ppi ) : 1.2 m
フルHD 43型 ( 51 ppi ) : 1.6 m 
4K 43型 ( 102 ppi ) : 0.8 m
4K 55型 ( 80 ppi ) : 1.4 m
最適視聴距離 は 視力 1.0 の「 最もテレビに近い 画素を感じない距離 」で「 見やすさ 」の指標ではないため、最適視聴距離 よりも 若干長めにしたほうが見やすい。
3 m ルール
アナログテレビの時代には 近距離で同じ箇所を見続けて発生する「 偽近視 」や「 眼精疲労 」などの健康面から 小学校などで「 3 mルール 」が提唱されていたが、ブラウン管テレビの 画面解像度は 640 x 480 で 画素密度が低く 視聴距離が近いと 画質の粗さが目立つため 推奨視聴距離は 縦サイズのおよそ 5 ~ 7 倍 で  25インチの場合 1.9m ~ 2.7m になる。
1997年には 光過敏性発作を起こした「 ポケモンショック 」などもあるので 子供の 至近距離での視聴には注意が必要。

UHD Blu-ray

Ultra HD Blu-ray は 4K UHD をサポートした 次世代 Blu-ray 規格で、下位互換ではないため 通常の Blu-rayドライブ や Blu-ray プレーヤーでは再生できず 視聴には UHD Blu-ray 専用のプレーヤーが必要だが、4K テレビの性能 と 精細さを最大限に発揮できるメディア。

4K UHD Basics 004

仕様
解像度 : 3840 x 2160
色深度 : 10 bit
フレームレート : 60 fps
ビデオコーデック : H.265
HDR : サポート
容量 : 50 GB / 66 GB / 100 GB
コピーガード : AACS 2.0
再生環境は自動認識されるため 4K や HDR をサポートしていない場合は ダウンコンバートされて出力される。
PCでの視聴条件

UHD Blu-ray は AACS 2.0 で保護されており パソコンでは 特定の環境下でしか再生できない仕様になっている。

モニタ : 著作権保護技術 HDCP をサポートした HDMI ポートがあるモニタ
ケーブル : HDMI 2.0
ドライブ : HDCP をサポートした UHD BDドライブ
CPU : Intel SGX をサポートしている Intel 第 7 世代 (Kaby Lake) の Core i5/7 以降
MB : Intel SGX をサポートした GPU を搭載
AMD の CPU を搭載した モデルでは 基本的に 視聴できない。

4K UHD Basics 022

AACS 2.0 の回避策として 特定バージョンの ファームウェア の UHD BD Friendly ドライブDVD Fab Passkey for Blu-ray を 使用すれば  通常の Blu-ray と同じ環境で 視聴できるようになる。

HDR 10・Dolby Vision

人の目は 瞳孔を調整しながら 太陽光で照らされた 明るい日中から 星明りの夜間まで 幅広い「 ダイナミックレンジ ( 明るさの範囲 )」を見ている。

動画 で 明暗の差が大きいシーンで 暗部が黒ベタになったり 明部が白飛びするのは ダイナミックレンジが狭く、ダイナミックレンジ外の部分は 同じ輝度で表現されるために発生する現象だが、従来のダイナミックレンジ ( Standard Dynamic Range )を 大幅に拡張したものが ハイダイナミックレンジ ( High Dynamic Range ) で、高輝度・高コントラストにより SDR の 100倍もの明るさを表現できるようになった。
ITU で勧告された HDR の国際規格には「 Hybrid Log-Gamma 」と「 Perceptual Quantizer 」があり「 HLG 」は 放送用に使用される HDR で「 PQ 」は Dolby Vision で採用されている規格になり、色深度を Dolby Vision の 12bit から 10bit にしたものが「 HDR 10 」 ,  HDR 10 を拡張したものが「 HDR 10+ 」になる。
UHD Blu-ray では「 HDR 10 」が採用されており「 Dolby Vision 」はオプション扱いになっている。

4K テレビで「 HDR 」と表記がある場合は「 HDR 10 」「 HDR 10+ 」をサポートしており「 Dolby Vision 」は LG電子など 一部のメーカーがサポートしている。

4K UHD Basics-001

HDR に対応した衛星放送を HDR で視聴する場合は「 HLG 」をサポートしている必要がある。
HDR は 画質が画期的に向上する仕様だが HDR で指定されている輝度は シーンによってハードウェアで再現できる限界を超えている場合があり、ハードウェア側で 画質を調整するトーンマッピング が行われるため、トーンマッピングの処理技術 や モニタの最大輝度・コントラスト比などでによって 表示される画質は変わってくる。
色深度 10bit ( 約10億6433万色 ) は 人の目で認識できる色数を遥かに超えており「 スーパービジョン 」と 呼ばれる 四色型色覚者でも約 1億色、一般人は 好条件下でも 1000万色未満、通常は200万色程度しか識別できていない。
カラーチャート を表示して 33 ~ 39色 を見分けられたら 四色型色覚者、2 0~ 32色 を見分けられたら 三色型色覚者、20色未満は 二色型色覚者 で、四色型・二色型が25%、三色型が50%を占めている。

有機EL( OLED )と LED液晶

4K テレビには 有機EL と LED液晶 があり 性能は 有機EL 、コストパフォーマンスは LED液晶 が優れている。

有機EL( OLED )

4K テレビ の ハイエンドモデルで使用されている 有機EL ( OLED ) は 画素ごとに 発光ダイオード や 発光ポリマー などの 発光素子があるため、色の再現性 や コントラスト比が高く、応答反応も高いという特徴があり、 4K テレビで HDR サポートする場合に適している。

有機EL は 発光現象、 OLED は 有機ELを利用した有機発光ダイオードのことで、テレビやモニタに表記される「 有機EL 」と「 OLED 」は同じ意味。

LED液晶

有機EL と比較して リーズナブルな LED液晶 は 画面の上下 または 左右に LEDバックライトを配置している「 エッジ型 」と 液晶パネルの後ろに LED を配置している「 直下型 」があり、 直下型 はエッジ型に比べ 輝度が高く バックライトが部分駆動をサポートしているため 高コントラストが得られるという特徴がある。

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IPS方式・VA方式

液晶ディスプレイは 駆動方式 によって「 IPS 」「 VA 」「 TN 」などがあり、一般的に IPS 方式は 広視野角、VA方式は 高コントラストが 特徴。

 

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