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ハイビジョン(Hi-Vision)とは、NHKが商標権を有する、日本における高精細度テレビジョン放送(High Definition television/HDTV)の愛称である電気機械器具等を対象とした商標権は、財団法人NHKエンジニアリングサービス[外部リンク]http://www.nes.or.jp/(NHKと関連会社、電子情報技術産業協会によって設立された、NHK技術の移転についての窓口機関)が保有している(「[外部リンク] 特許電子図書館」サイトを参照)。

◆概要

NTSC標準テレビ放送に対し走査線が2倍以上あるため、高精細な画像である。画面の縦横比(アスペクト比)は人間の視野に合わせて標準(4:3)よりも横長な16:9である。

日本では2008年現在、2種類の放送規格がある。衛星放送(BS/110度CS)のデジタルハイビジョン(ISDB-S)と、地上デジタルハイビジョン(ISDB-T)である。なおBSアナログハイビジョン()は2007年9月30日に終了した。

◆アナログハイビジョン

本格的な研究は東京オリンピック後にNHK放送技術研究所で始められ、1972年にはITU-R(当時はCCIR)に規格提案が行われた。

1980年代に入ってビデオカメラ、高精細ブラウン管、ビデオテープレコーダ、編集制作機器などのハイビジョン映像信号対応機器が開発され、実用化の準備が整い始めた。ハイビジョンの愛称もこの頃から使用され始めている。1982年にはデジタル技術を用いて帯域圧縮を行い、放送衛星のトランスポンダ1波の伝送帯域でアナログ放送を行うMUSE方式(Multiple Sub-Nyquist-Sampling Encoding system)が開発され、これを用いたBS放送が1989年から実験放送として開始。更に1994年からは実用化試験放送が開始された。

NHKは自ら開発したハイビジョンとMUSEをHDTVの世界統一規格にすることを目指し、「高品位テレビ」の英訳として"High Definition Television"という言葉を使って、欧米で精力的な標準化活動を続けた。

◇アナログハイビジョンの概要

・アスペクト比: 16:9

・総走査線:1,125本/有効1,035本

  ・1ライン当たりの有効画素数:1,920(総画素数:2,200)に対して正方画素ではない。故に、コンピュータ・グラフィックとの相性に問題があり、ハリウッドのポスト・プロダクション・スタジオの影響が大きい米国放送業界に、MUSE方式が受け入れられなかった原因の一つとされている。後のデジタル・ハイビジョンは、総走査線1,125本/有効1,080本の正方画素。

  ・走査線数の決定にあたってはPAL,SECAM,NTSCとの変換を考慮、かつCGとの親和性を考慮して有効走査線数が1,024本を上回る様にしたという。

・インターレース比:2:1

・毎秒フィールド数:60.00

  ・System-M/NTSC互換の59.94 (60*1000/1001) ではなく60.00である。これはフィールド周波数50.00HzであるPAL圏との方式変換が容易な様に考慮されたものであるが、NTSCとのサイマル放送に難があり、逆にNTSC圏へのMUSE方式の普及を妨げる要因となった。後のデジタル・ハイビジョンでは59.94。

◇MUSE方式の概要

・映像方式

  ・圧縮対象走査線:1,032本

  ・原始サンプリング周波数:44.55MHz

  ・伝送サンプリング周波数:16.2MHz

  ・時間軸輝度圧縮率:12:11

  ・時間軸色差圧縮率:4:1

  ・色差多重方式:時間軸圧縮多重(TCI)

  ・圧縮方式:フィールド間、フレーム間、ライン間オフセットサンプリング方式

  ・動きベクトル補正:水平±16サンプル(32.4MHzクロック)/フレーム、垂直±3ライン/フィールド

  ・同期信号:デジタルフレームパルス型、正極同期

  ・ベースバンド帯域幅:8.1MHz(-6dB)

・音声方式

  ・多重化方式:垂直帰線期間に3値ベースバンド多重

  ・モード:48kHz 16bit(2ch)/32kHz 12bit(4ch:3-1ステレオ)

  ・音声圧縮方式:準瞬時圧伸 DPCM

  ・音声誤り制御:BCH SEC DED

・BSにおける伝送変調方式

  ・エンファシス:ノンリニアエンファシス、ゲイン9.5dB

  ・変調極性:正極性

  ・周波数偏移:10.2MHz p-p

  ・占有周波数帯域:27MHz

HDTVのベースバンド映像信号帯域幅は30MHzであるが、日本で使える最大の帯域幅は衛星放送の27MHzであり、この変調方式はFM方式である事から伝送可能なベースバンド信号帯域幅はその1/3の9MHzとなる。このため映像の圧縮が必要となった。MUSE方式の場合、1フィールドのサンプリングを画素数の半分とし、全画素数の1/4とする事でこれを実現した。4フィールドで全画素位置がサンプリングされるが、パターンは各フィールド間で千鳥格子状をしており、quincunx samplingとも呼ばれる。

静止画の場合は前サンプリングの内容を用いる事で補間し、動画の場合も定常的な動きの際には送られて来た動きベクトルデータを基に、動き補償を行う事で高解像度を維持している。動きベクトル量の検出ができない不定動作の場合には解像度は低下するが、人の目の視力は動いているものを対象にしている時に低下するため、特に大きな問題とはならない。色信号については同様のサンプリング処理を行われた後、時間軸圧縮を行う。こうして作られたサンプル値はアナログ伝送される。なお、MUSEはスタジオ規格であるBTA S001とはカラーマトリクスが異なる。下記にその違いを示す。

・スタジオ規格(BTA S001):Y=0.701G+0.087B+0.212R

・MUSE方式:Y=0.588G+0.118B+0.294R

音声信号はAモードサンプリングレート(標本化周波数)32kHz 量子化語長12bit(4ch:3-1ステレオ方式)/Bモードサンプリングレート48kHz 量子化語長16bit(2ch)を準瞬時圧伸DPCM(Differential PCM)により伝送レートを軽減する事により、Aモードでは15bitを8bit、Bモードでは16bitを11bitに軽減している。ビット量の軽減はDPCMエンコード時にローカルデコーダを用いて差分値を測定し、変化差分に合わせてレンジビットと呼ばれるスケールを表すビットにより、データが表す音声レベルを決める事によって伝送量を減らす。この処理により音声の伝送レートを1350kbpsとしている。DPCMは標本化されたデータの差分を伝送する。このために伝送路での障害によりエラーが発生した場合、誤差が蓄積し復号された信号が正しく再現されなくなる事がある。これを軽減するためにリーク値と呼ばれる前の差分信号との積分を行うための係数が存在する。リーク値により後続する音声データに蓄積する誤差をリセットする事ができる。これらのデジタルデータには誤り訂正符号も付加されており、伝送路で発生したエラーによる聴覚上耳障りとなる雑音を排除する役割を担っている。この音声伝送符号化方式はDANCE(DPCM Audio Near-instantaneous Compressing and Expanding)と名付けられている。

MUSEは、MPEGシリーズでのデジタル伝送が一般化するまでの間、地上波HDTV放送への利用が検討されており、走査線を720本に減らしサンプリング周波数を9.72MHzへと減らした狭帯域のNarrow MUSE、放送局での中継に利用する目的のクインカンクスサンプリングのみを行うMUSE-Tと呼ばれるものもあった。

◇アナログハイビジョン(試験放送)について

NHKが中心となって開発を進めて来た高品位テレビ「ハイビジョン」の実用化へ向けて、1989年6月1日から1991年11月24日まで、NHK衛星第2テレビジョンの14:00〜15:00(大相撲開催中は17:00〜18:00)と日曜深夜(月曜未明)の1:00(原則)〜5:00の時間帯に「実験放送」(正式には技術実験)として実施したのが始まりとされている。

1991年11月25日から1994年11月24日までは「ハイビジョン試験放送」(コールサインはハイビジョン普及協会の割り当てとしてJO2C-BS-TVが使われた)として、アナログBS-9chを使って各放送局やAVメーカーが製作した番組を放送(開始当初は1日7〜8時間だったが、その後順次延長)し、1994年11月25日からは同じアナログBS-9chでこれを一歩進めた「実用化試験放送」として1日につき10時間以上に亘り、NHKと民間放送各局(原則として水曜日を除く)が曜日毎に担当を替えて放送した(不定期で局間の共同制作も実施)。尚、当時NHKは、走査線数にちなんで11月25日を“ハイビジョンの日”と称し、普及イベントなどを行っていた。

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