4K UHD の基礎知識

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 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。

名称	解像度	垂直解像度
VGA ・ SDTV	640 x 480 / 720 x 480	480i
HD ( ハイビジョン )	1280 x 720	720p
HDTV ( Full HD / 2K / フルハイビジョン )	1920 x 1080	1080p /i
2K	2048×1080	–
4K UHD TV	3840 x 2160	2160p
4K	4096×2160	–

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。

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。

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。

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 ドライブと 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。

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。

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。