HDMIについてのいろいろ

Last update 2008.1.8

PLAYSTATION 3に搭載されることになり一気に注目を集めたHDMI、その詳細を探求してみましょう。 Blu-rayの正式な解像度を載せてみた。

[CRTの端子]からHDMI部分を分離中。[色規格]をさらに分けた。

おしながき

• HDMI デジタルHD放送などに対応した家電用DVIと下位互換を持つ端子。オーディオも1本で対応。転送速度は5Gbit/Sec。デジタル放送の暗号化HDCPにも対応している。HDMI 1.3では転送容量が増えているため解像度や色数も増やせる。
• [CRTの端子] DVIとの接続互換性とか
• [色規格]

HDMI

High-Definition Multimedia Interface
EIA/CEA861B ?

デジタルで著作権保護しながら映像も音声も19ピン端子1本のケーブルで繋いでしまおうという規格。DVI-Dに音声も加えたような規格。TMDS 1本のみのデジタルで、アナログDVIやデュアルには対応していない。双方向の制御信号も持つため、1つの機器から他の機器の制御も可能になる。規格上のケーブル長は、最大5m。

基本的にはテレビ用なので、D端子でいうところのD1～D5の解像度だけをサポートしたDVI-D端子(HDCP付き)だと思えばいいか? 縦横比とかそういうのもテレビにはあるので対応している?

165Mピクセル/秒x3チャンネルと、同期信号 1チャンネルで、5G。HDMI 1.3では340MHz(10.2Gbit/s)に。1920x1080/60p(RGB24bit)でも約3Gなので、HDMI1.3ではなくても60p(Deep Color 30bitぐらい?)が可能なことがわかりますね。

映像は、テレビ放送だけでなく、Blu-rayやPC、ゲーム機など様々です。HDMIはテレビ放送以上の映像/音声/制御信号を転送する能力があります。

レートの参考に音も入れてみました。Blu-rayがAVCHDとほぼ同じということが正確に判明。1080/60pや480pには対応していないのでそのあたりを修正。倍速化などでHDMI出力では変換されている場合があります。

60i といふのはフレーム単位で30fps(30枚/秒)、フィールド単位で60枚/秒のことです。フィールド単位で記録しているカメラ映像などは解像度低めの60枚/秒、アニメーションなどは解像度高めの30枚/秒ってとこでしょうか。60pではフレーム単位で60fps(60枚/秒) ですが、プログレッシブ変換(60iや30p→60p)とかアップスキャンのときってどうなんでしょうね。

デジタル放送では1080i なんかがよく使われているようですが水平解像度は1920より低い1440で、HDMIの前に1920に引き延ばしているという感じでしょかね。とりあえずPS3だけが480iから1080pまでフルスペックで対応している出力装置のようです。BDも1080/60pに変換して出力している機器もあります。基本的にアスペクト比(画面の縦横比)が4:3なのは480iのみ。ゲーム機なんかだと480pでも4:3にできますが。1080i/1080pや720pは16:9でドットの縦横比(フル解像度時)が1:1です。BSデジタルの大半やAVCHDカメラの半分くらい?や地上波デジタルやHDVのすべては1440×1080なので、横に延ばしています。

1080pは入力に対応していても解像度を落として表示する液晶が多々あります。垂直画素数が640以上あればハイビジョンと名乗れてしまうのでフルハイビジョンかただのハイビジョンか注意しましょう。PC用ではNANAOのS2411Wや三菱のRDT261WHがHDCPとフルHDの1080pだか1080iだかに対応したDVI-DやDVI-I端子を持っています。液晶テレビで同じサイズだとほぼ間違いなくフル解像度ではありません。逆にD1は対応していなかったり? です。

松下電器/PanasonicのフルHDは1920×1080のことらしいが1440×1080iで記録されるカメラ(レンズ等はフル)もフルHDと呼んでいる。これはどうなんだか?

• ハイビジョン
  • 垂直解像度 640px以上のテレビ
  • フルHD (1080i/1080p)
    • 1440×1080i (フル? 圧縮時の横解像度を落とした微妙なもの)
      • 地上波デジタル放送
      • HDV規格デジタルビデオカメラ
      • AVCHD規格のDVDカメラ
    • 1920×1080/60i/24p/60p (59.94i/23.98p/59.94p ?)
      • PLAYSTATION 3 (60i/60p/24p)
      • Blu-ray Disc (60i/24p)、60iのプログレッシブ変換
      • AVCHD規格のSDHCカードビデオカメラ (60i/24p)
      • BSデジタルの一部

このほかにHDMIでは秒間60フレーム(60p,59.94p)か24フレーム(24p,23.98p)かという違いもPS3やパイオニアのBDプレーヤーが24pに対応してきたので重要なようです。Blu-ray Discの映画などは1080/24p収録なものも多いので24pに対応しているとうれしいのかも。

特徴

• デジタル端子 (D端子はアナログ)
• 非圧縮 (DVなどは圧縮されているので受け側でデコーダが必要)
• 表示のための出力専用 録画機などの入力端子としては使えない。中継は可
• 著作権保護機能(HDCP)搭載 (D端子では保護できない)
• DVI-Dと物理的には互換性あり。簡易版。データは異なる。
• 音声も映像も1本のHDMIで転送可。

インターレースとプログレッシブの違い

このへんはまた別にまとめたいかも

(とりあえず知っている人用

テレビにはインターレース(以下i)とノンインターレース/プログレッシブ(以下p)があります。PCは基本的にプログレッシブと同じノンインターレースです。

NTSCのテレビ(インターレース方式)では、1秒に60回、縦方向半分に間引いた映像(フィールド)を表示しています。2回で1画面(1フレーム)ができます。なので60iの映像は30フレーム/秒です。世界的にはPALなどいろいろありますがとりあえず日本での話。

1枚まるまる送信するのが60pです。データ量は倍になります。60i を走査順だけ並べ替えると30pになる気がします。プログレッシブの場合は同じ映像を2度ずつ表示しているのかな? 60iからアップコンバートした30p(偽60p)なのか、元から情報量のある60pなのかの違いには気をつけたいところです。

放送の場合は元のデータが60iですが、DVやDVDなどは1枚の絵として圧縮しているので特に元素材がインタレースではない映画やアニメなどで実質30pの場合も多いようです。 これをNTSCに載せると奇数走査と偶数走査に分かれます。

液晶では、基本的に(PCなどは?)ノンインターレース表示です。なので、60iの映像を(プログレッシブ変換で)30pの映像に戻してから表示しないと綺麗にはみえません。

プログレッシブ変換をしてしまうと、奇数走査、偶数走査の順で1枚作る場合と偶数走査、奇数走査の順で1枚作る場合で組み合わせられる映像が違ってしまいます。NTSCの場合は時系列ではばらばらなのでどっちが先という決まりがなく、これを間違わないようにするのが苦労するところなようです。間違えるとシーンの切り替わりなどで特に目立ちます。DV規格とDVD-Videoの場合ではこの基準がそれぞれあるようなのですが、逆になっています。いるらしいです。

映画などでは24pが主流です。HDMIの仕様では、この24pもそのまま表示することができます。一部機器で対応しているようです。

ブラウン管時代には気にならなかった映像の振れが常時点灯の液晶では目立つようになって反応速度の速い液晶でも60フレーム/秒では不足するようになってきたようです。各社倍速駆動技術を投入してきていますが、元の映像が120フレーム/秒対応になるのはさらに先の話なのか、そしてHDMI端子が120フレーム/秒に対応したテレビが登場するのはいつ頃なのか、気になるところかもしれません。480iや1080iで表示していたらそもそもテロップなんかは60フレーム/秒ではなく30フレーム/秒じゃないのか? とか…。120Hz化より1080/60pへプログレッシブ変換して補完すれば改善されるものでもないのかな?

120p は倍速なのか?

60i は 実質30pです。アニメ等々は時間軸をそろえて表示することで30p的になり、カメラ映像はそのまま60iです。これを倍速にするとどうなるか、考えてみましょう。

まず実質60iの場合は、1/60秒では画面の半分しか情報がないのでこれを倍にして隙間を埋めます。上下の情報、時間的に前後の情報などをあわせて計算するのでしょうね。で、この時点では倍速とはいわずにプログレッシブ化とか言ってしまっています。が情報量は2倍の60pになりました。さらに、ここから120pへもっていく、のでしょうか?

• 1920x1080/60p (ゲーム/CGアニメ等) → 倍速 → 1920x1080/120p = 情報量2倍
• 1920x1080/60i (フルHDカメラ) → プログレッシブ → 1920x1080/60p → 倍速 → 1920x1080/120p = 情報量4倍
• 1920x1080/24p(一部フルHDカメラ/映画) → 5倍速 → 1920x1080/120p = 情報量5倍
• 1440x1080/60i (一般的なハイビジョン放送) → 横伸ばし → 1920x1080/60i → プログレッシブ → 1920x1080/60p → 倍速 → 1920x1080/120p = 情報量5.3333倍

こんな感じだろか。最近は高解像度もシングル接続でできるのでよくわからない。

解像度は、HDMI 1.3以前でも1080pは使えるが、フレームレートを下げた状態限定だったりするようだ。

そういうことなので、HDMI → DVI-D 、DVI-D → HDMI の変換は対応できる場合もあるが、様子を見ながらの方がいいかもしれない。HDCPに対応していないパソコン用液晶などのDVI-Dへの出力はもちろんできない。

デジタル放送の暗号化HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection)にも対応している。

i.LINK (FireWire / IEEE1394) との違いは何かというと、HDMIは非圧縮データを扱う。i.LINKは、BSデジタルやDV規格/HDV規格などの圧縮されたデータを扱うので、規格に対応したチューナや録画機器の間で、データの録画、移動などの用途で使われるが、HDMIは、再生時にデコード済みのデータが流れるため、録画などには向かず、再生機器からモニタへの情報転送目的で使われる。どちらかといえば、DVIをはじめ、S端子やD端子などから置き換わっていくようだ。

PLAYSTATION 3で載せられることになりまして。2005年6月前後では、上位機で徐々に搭載機が出てきています。PLAYSTATION 3のRSXとほぼ同じといわれるGeForce 7800 GTXでもHDCPに対応しているのでDVI-IからHDMI端子に変換すれば将来著作権保護付きのBlu-rayなども再生できそうだ。Microsoftは、次のWindowsであるLonghornにそれらしい機能を載せてくる予定とか。LinuxやMac OSはどう出てくるのだろう。

最近、HDMI規格に対応した製品がBlu-rayレコーダーなどで登場してきている。DVI-D端子を搭載した家電的な機器は、HDMIへ移行していくようだ。

Ver 1.1 ではマルチチャンネルオーディオに対応したようで、CPPMで保護されたDVD Audio などもVer 1.1対応機器同士で接続して再生できるという。4チャネルのS/PDIF信号に対応できるとか。さらに Ver.1.3ではBDやHD DVDで採用されている TrueHD / DTS-HD もサポートした。がBlu-ray Discなどは非圧縮のPCMで7.1chなども収録されていることが多いので、再生機側でデコードできればSACDのDSD以外は何でもいいんじゃないか? というような感じだ。

HDMI対応のオーディオ機器、映像機器、両方でてきているが、出力は1系統しかないものが多く、入力も1系統しかないような気がする。オーディオとビデオを別々の機器に入力させたいときに、どちらかを経由して・・・という対応はされるのであろうか・・・。i.LINK でもDVD Audioの著作権保護に対応してる・・・のでそっち使えということですか。

Blu-ray Disc などでも、音声転送にはHDMIやIEEE1394を考えているようで、光ケーブルなどでの接続はなくなるのかもしれない。

• Ver 1.0 なのか?
  • 2ch
  • マルチ(NORMAL)
  • マルチ(LPCM)
• Ver 1.1
  • DVD Audio(CPPM)対応
• Ver 1.2
  • DSD(Direct Stream Digital) サポート
  • PCからのディスプレイ出力 RGBに対応
• Ver 1.2a
• CEC(制御信号)対応 (1.3aでさらに拡張?)
• Ver 1.3
  • 転送帯域を2倍に
  • 1440/60p(2560×1440)などの高精細に対応。120pにも対応
  • Deep Color 色深度 30/36/48bit (10/12/16bit)対応
  • xvYCCに対応
  • 音声 ドルビーTrueHD / DTS-HD サポート (Blu-ray / HD DVDの音声)
  • 映像と音声の同期「リップシンク(Lip Sync)」に対応
  • 小型カメラ等用に小型コネクタの採用
  • PLAYSTATION 3 ではこれ採用

テレビ選び

こんなところにおまけで詰め込んでしまいますが、テレビ選びの自分的な基準。

基準は、ゲームをする。映画をみる。の場合?

• フルHDである。とりあえず基本です。
• 倍速駆動対応 あるとうれしいかも。HDMI 1.3の120p入力には対応しているのかどうか・・・。プラズマなら倍速ではなくてもちらつかないのでなくてもいいっぽいです。
• 42V型ぐらい以上? なんか目安はあるらしいです。 PC用だとフルHD対応のものは24～26型ぐらいですかね。
• 映画には 24p対応である。Blu-ray Disc対応だとうれしいかもしれません。
• HDMIのリンク機能対応 リモコン1つであっちもこっちもは、便利でしょう。
• 録画機器には i.Link端子 ムーブ対応やSHARP機器の場合は別の機器のチューナーが使えたり。
• xvYCC (x.v.Color) 対応 テレビでは色幅に制限をかけているようですが、それを外したもの? YCrCbでRGBと同じぐらいの色が出るのでしょうか。
• 10bit以上な Color対応 上と同じような感じです。ゲームでのっぺりした映像の場合などで色の境目が目立つかな・・・?

参考

• DVI情報広場
• Digital Display Working Group(DDWG)
• イマドキのテレビ、広色域技術の秘密(ITmedia)
• HDMI
  • PS3に搭載される次世代HDMI規格、「HDMI 1.3」が発表 (AV Watch)
• UDI SIG
  • HDMIをベースとしたPC用ディスプレイ規格「UDI」(AV Watch)
• デジタル放送／デジタル受信機の呼称・定義(JEITA)
• デジタル放送対応テレパソを目指すLonghornの新機能(PC Watch)