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クロマサンプリングとは?モニターにとってどう重要なのか?

BenQ
2024/06/14
monitor of 4:4:4 chroma sampling which provides good image quality

クロマサンプリングは色深度、ピーク輝度値、コントラスト比などのように、モニターの色の忠実性に影響を与え、映像における大事な要素の一つとなります。一般的に映像データ内のカラーサンプルが大きいほど、描写される映像は正確になります。

HDRや10-bitという定義がある前から、光の明るさが正しく描かれた絵は、色味が正確でなくとも好まれたりすることから、画家などは人の目が色より光に注目していることを理解していました。一方で、モニターやテレビは実際に映すものを直接描写するわけではなく、信号を受信し、スクリーンに投影するために変換したものを人が見るため、前提が異なります。そのため、デジタルディスプレイにおいてクロマサンプリングが重要な役割を果たすのです。

人の見え方は変わらないため、光が色より重要なことに違いはありません。光は映像を見るために不可欠であり、色彩はあくまでも補助要素(一例として、白黒映像でも人の目は正しく処理が可能)となります。1920年台より、PhilipsやRCAなどの企業のエンジニアたちは光と色を合わせた映像データの開発を進め、クロマサンプリングで使用される「4x2」マトリクスが誕生しました。

 4:4:4、4:2:2と4:2:0の違いは、テキストで一番顕著に現れます。モニターを使用する場合は最低でも4:2:2を推奨します。4:4:4はすべてのアプリで使用できるわけではありませんが、環境が許せば活用するに越したことはないでしょう。

画像データと接続性のバランス

クロマサンプリングはディスプレイに関連するすべての団体で活用されており、色(chroma)を光(luma)に続く2つ目のコンポーネントとしています。サブサンプリングとはオリジナルのデータからの圧縮や間引きを指し、色のデータを間引くことでHDMIや802.11ac Wi-Fiなど、元データでは重すぎる接続スタンダードに適応させることが可能です。4KのNetflix映像も多くの人に気づかれにくい色データを間引き、圧縮することで、830万ピクセル/60fpsを実現しているのです。

光(luma)にまつわるデータのサブサンプリングは可能ではありますが、先述の通り光のデータを間引いてしまうと、映像の見え方に大きく影響するため行うことはありません。間引かれるのは、常に色(chroma)データとなります。

4:4:4, 4:2:2, 4:2:0とは何を表す数字?

スタンダードとされるサンプルは、4ピクセルが横1列に、2列上下に重なっています(合計8ピクセル)。4:X:Xなど3つの数字は何を表しているのでしょうか。初めの4は光を表し、光のデータは間引かれないため変動しない数字となります。クロマサンプリングのサンプルを画像で表す際も、光は間引かれない前提のため、描写されることはありません。後ろ2つの数字が色データを表すクロマとなり、それぞれ青と赤を表しています。4:4:4の場合は非圧縮データで、2列8ピクセルそれぞれに色データがあり、サブ・サンプリングではありません。

4:2:2の場合はそれぞれの列に2ピクセル、合計4ピクセルとなり、間引かれた4ピクセル分のデータはそれぞれを4:2:0の場合は上段に2ピクセル、下段の色データはありません。サンプルされるピクセル数が少ないほど、データ量も少なくなり、速いデータ転送が実現します。

色スキームはYUV、YCbCrやYPbPrと表記されることもあります。YUVは4:2:0と同等で、必要とする帯域幅の狭さから、家庭用ゲームやほとんどのPCで互換性があります。

4:2:0は4:4:4の半分のデータ量となります。わかりやすい例えだと、4K HDR動画の視聴には15-16Mbpsのインターネット速度が必要となりますが、4:4:4の動画の場合は30Mbpsが必要となり、インターネットプロバイダやストリーミングサービス提供者にも大きな負担となります。4:2:0データの場合は、Netflixなどが推奨している25Mbpsあると視聴に支障がないと言われており、4:4:4の場合は50Mbpsほどが推奨となります。

見る人に違いはわかりますか?

先述のように、細かい文字を必要とする場合には違いが顕著に現れます。PCはデフォルトでFull RGBを使用しており、4:4:4データをサンプリングしています。4:2:2でも文字は滲んで見え、4:2:0の場合はゴースティングや虹色がかったエフェクトがテキストの周りに表示されます。TVをPCの外部モニターとして使用する場合、設定や環境が4:4:4をサポートしていることを確認しましょう。BenQのすべてのモニターは4:4:4サンプリングをサポートしています。

クロマサンプリングは重要なのか?

重要な要素であることは否定できません。ただ、サンプリングはPCに負荷もかかるため、接続や必要な帯域幅をもとに規格が定められていることがほとんどです。選択するディスプレイも重要となります。多くのモニターは一般的に使用されるクロマサンプリングの規格に対応していますが、正確な映像描写のためには色深度やピーク輝度値、キャリブレーションに対応しているかなどの仕様をもとに選択いただくことをおすすめします。ぜひ、ベンキューのモニターをお試しください。

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