ねこまたやさんによるTVのフレームレートが30fpsになったお話【よもやま話2】

ねこまたや @info_nekomataya

もんじゃら　それでは、よもやま話のつづきでも TVのフレームレートの昔話をしませり 昔々、それはまだカラー写真が最新技術で、劇場映画がサイレントからトーキーになった頃のお話だ

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技術屋の間ではともかく、世間では「動画電送」なんてまだ「夢のSFネタ」だった …聞くところによるとBBCは1929年（！）にロンドンでテレビの放送実験とかしていたらしいね 走査線は180本だったってさ

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さてそんな中、当時のSFマインドと科学の粋を集結してできたのが「テレ・ビジョン」だよおたちあい 今回はちびっとテレビの仕組みについてもお話しますね …基本の「黒白テレビ」のさわり

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電気で映像を伝えるには何とかして画像を電気信号に変換しなくちゃいけません。 それも「電線1本で送れるやつ」！（これ大切） 昔の伝送実験のなかには力技で何十本ものケーブルをつかったものとかもあったそうですが…

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どうやるかをたどってみます。 すごく大ざっぱですが「このような絵をカメラで撮る」とします。 http://twitpic.com/3bc0tk

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カメラではレンズから入ってきた画像を「撮像管」を通して「電気信号（電圧）」に変換します。 （最近は撮像管は使ってないけど気にシナイ。やってる事はほぼ同じ） http://twitpic.com/3bc12r

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この「電気信号」は同時には一ヶ所の点の明るさしか示していません。 二次元の画像にするために画面左上隅から横方向にスキャンして、横方向１ラインの電気信号にします。 横方向のスキャンを上から下に向かって繰り返すことで、一枚の画像が電 http://twitpic.com/3bc1bv

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これを延々繰り返すことで時間的に連続した映像信号になるって段取りです。 上から順に　1秒分の信号/1コマ分の信号/20ライン分の信号/1ライン分の信号 てな感じ。 この信号をどうにかして画面に表示してやればヨイわけです。 http://twitpic.com/3bc1ld

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で「ブラウン管に投射スル！」 この映像信号を使ってブラウン管の電子銃を駆動します。 ブラウン管の画面の裏には蛍光物質が塗ってあって、電子ビームを照射すると一定時間この蛍光物質が発光します。

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先ほどの電気信号で電子銃の出力を制御して管面の蛍光物質を発光させます。 もちろん、信号を電子銃に流しただけでは、スポットがもの凄いはやさでチカチカするだけで「画像」にはなりません。 http://twitpic.com/3bc201

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それではマアお話にならないので、カメラと同じタイミングで電子銃のビームを横と縦にスキャンさせてやります。ここらへんに、コイルを巻いて交流電気を流すとそのタイミングでビームを曲げることができます http://twitpic.com/3bc2sf

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ビームを横に曲げるコイルと縦に曲げるコイルがあってそれぞれに制御電流を流してあげます。 で、この横のスキャンのタイミングを「水平同期」縦のタイミングを「垂直同期」と呼びます。

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黒白テレビでは　水平同期(15750回／秒=15.75kHz）垂直同期(60回／秒=60Hz)となります。 これで、まぁカメラから来た信号がブラウン管に像を結ぶという段取りだ え？なにかヘンだって？テレビは30fpsで60fpsじゃないって？

ねこまたや @info_nekomataya

実は上の数値を正直に（プログレシブで）伝送・再生すると、絵が荒くてかなり「スカスカのボケボケ」なのです。 テレビ開発当時に「35mmフィルムは無理でも　せめて16mm程度の絵を」っていう目標があったんだけど…もう 8mmフィルムに負けちゃうくらい。

ねこまたや @info_nekomataya

いまなら「もっとライン数を増やして水平同期31.5kHz(2倍)はどうか？」って感じですが 当時の技術では、そうやって絵の密度を上げる（ライン数を増やす）にはイロイロ無理があったです。

ねこまたや @info_nekomataya

「ブラウン管(当時のほぼ唯一の再生デバイス)の残光時間が長くてそんなはやいリフレッシュは困難」とか 「周波数があがると放送電波が～」とか、「高周波回路が増えれば増えるほどカメラもテレビもお値段が！」 とかもう主に値上げ関係でイロイロ

ねこまたや @info_nekomataya

では垂直同期の方を下げて、30fpsにすると…ライン数を倍にはできるけど… 「書き換えが遅くてフリッカーがちらちらして見づらい」とか「下を表示し終わる前に上の方が消えちゃう」とか

ねこまたや @info_nekomataya

で、考え出された「荒技」が「走査線を交互にお互いのすき間に入れる！」 カメラの方でも受像機の方でも回路を調整して、スキャンの位置を一回おきに半ラインずらしてこれを解決！

ねこまたや @info_nekomataya

値上げなしで、画面の見た目も2倍とまではいかないけど元の絵よりもかなり精細で、信号周波数は期待値をキープ！ これが「インターレース(飛び越し走査)」

ねこまたや @info_nekomataya

で、日本のテレビはこのアメリカ方式を輸入したので　15.75kHz/60Hzインターレース　なのです。 ヨーロッパ(PALやSECAM)ではこれが 15.625kHz/50Hzインターレスとなります。

ねこまたや @info_nekomataya

じゃなぜこれが　50Hz や 60Hz なのかというと…（高価な）発振器代わりに電源周波数を使用していたから。 つまり「ヨーロッパの電源周波数は主に50Hzでアメリカが60Hzだから」という理由だそうです。

ねこまたや @info_nekomataya

垂直同期は電源をそのまま、水平同期は　15750 = 60×3×5×5×7÷2 : 15625 = 50×5×5×5×5÷2 という感じでアナログ回路をつかって高周波を作ってたのでし

ねこまたや @info_nekomataya

かくして、テレビのフレームレートは 50i(=25fps)　/　60i(=30fps)になりましたとさ。 さてさて、それでは黒白テレビを楽しみください。とっぴんぱらりのぷぅ カラーテレビのお話はまたそのうちね

ねこまたや @info_nekomataya

むかし別件で書いた図版があったのでさしえ付きでした。では　みなさまおやすみなさいです