再生機で画質はどう変わるのか？ ~画質はディスプレイだけでは決まらない~

再生機が変われば画質は変わる

テレビを買い替えると画質が良くなる。これは誰もが実感できることだろう。では、同じテレビを使うなら、レコーダーやプレーヤーを変えても画質は同じだろうか。

決してそうではない。映像コンテンツの再生にレコーダーやプレーヤーを使う限り、その性能が変われば画質は変わる。

本稿では、ブルーレイレコーダーやプレーヤー、メディアプレーヤーなど、ディスプレイとは別に映像コンテンツを再生する機器を「再生機」と呼び、その画質のポイントについて詳しく説明していく。

再生機の画質性能の本質は「ディテイル再現性」である

再生機の性能が画質に影響する最も本質的なもの、それは「ディテイル再現性」である。

テレビを買い替えるのと違って、再生機を変えたからといって、映像が急に明るくなったり、色域が広くなったりするわけではない。機種によってはさまざまな画質調整や補正機能があり、それらはもちろん有用だが、再生機の画質性能を語る上で本質とは言い難い。

再生機の基本性能が最も画質に影響を与える本質的なもの、それは映像の質感や立体感につながるディテイルの再現性だ。

ここでいうディテイルとは、単なる輪郭の鋭さなどではない。例えば、人肌のきめ細かさ、布地や木材の質感、濡れた石畳の光沢、朝靄の山並みや空のグラデーション。これらシーンにおける質感や立体感、空気感を生み出す微細な映像情報全体を指す。

もちろん、ディテイルの再現性は、再生機だけでなくディスプレイの性能によっても変わる。しかし、デジタル映像では一度失ったデータは完全には元に戻らない。もし再生機側でディテイルが失われれば、たとえ後段のディスプレイでAIや超解像を駆使して見た目を改善しても、元の情報を正しく取り戻せるわけではないのだ。

「神は細部に宿る」という言葉があるように、コンテンツに含まれるディテイルをどこまで再現できるかによって、映像の品位や説得力は大きく変わる。その違いは、画面サイズが大きくなるほど実感しやすくなるだろう。

再生機の基本画質性能がディテイル再現性にどのように寄与するのか。その具体的な技術と効能について、以下に詳しく説明しよう。

映像のディテイルは「微細解像度」と「微小階調」で成り立つ

再生機の技術説明に進む前に、まずディテイルとは何かを説明しておこう。ここで参考画像を見てほしい。この画像には、細かな葉脈や葉の繊維、水滴や葉の表面の微妙な陰影など、豊富なディテイルが含まれている。

このディテイルは、大きく2種類の成分に分けることができる。ひとつは「細かい形状を表す成分」、もうひとつは「微妙な濃淡や色合いを表す成分」である。本稿では、前者を「微細解像度成分」、後者を「微小階調成分」と呼ぶ。

「微細解像度成分」は、細かな空間方向の情報だ。参考画像なら、例えば葉脈や葉の繊維の細かな輪郭や模様などである。

解像度というと、HDや4Kという言葉をイメージするかもしれないが、本来、「HD」や「4K」は画素数を示しており、解像度と同じではない。解像度は、その画素数を使ってどれだけ細かな映像情報を表現できるかを含めた考え方である。画素数が同じでも、実際の解像度は再生機の性能によって変わる。画素数は、表現できる解像度の上限を決めている、と考えると分かりやすいだろう。

もうひとつの「微小階調成分」は、明るさや色がわずかに変化する情報だ。参考画像なら、例えば水滴や葉の表面の微妙な陰影や色の違いなどである。

デジタル映像で階調性能を決めるのはビット精度である。民生向け映像コンテンツは主に8ビットもしくは10ビットで制作・配信されているが、後述するように、同じビット数でも、実際の階調精度は再生機の性能によって変わる。

再生機の画質性能は、映像コンテンツに含まれる「微細解像度成分」と「微小階調成分」をどこまで引き出せるかがポイントであり、それが豊かなディテイルの再現につながるのだ。

ここからは、再生機の主要な画質技術の中で、微細解像度に関わる「クロマアップサンプリング」と「アップコンバート」、微小階調に関わる「演算ビット精度」について、各々説明していこう。

色の微細解像度を高める「クロマアップサンプリング」

「微細解像度成分」の再現に重要な役割を果たす技術が「クロマアップサンプリング」である。映像コンテンツは輝度信号と色信号から成り立っているが、クロマアップサンプリングは信号伝送の際に圧縮された色信号を復元するための技術である。そのためこの技術は、微細解像度成分の中でも「色信号の微細解像度」の再現性を高めるものになる。

ディスク、VOD、放送などのデジタル映像コンテンツは、MPEG-2、H.264/AVC、H.265/HEVCなど様々な方式で圧縮記録されているが、いずれの場合も、輝度信号はそのままの画素数で記録されるのに比べて、色信号の画素数は垂直と水平ともに、各々1/2に間引いて圧縮記録されている。(これを4:2:0フォーマットと呼ぶ)

そのため、例えば4Kコンテンツを4Kディスプレイで視聴する場合、輝度信号は基本的にそのままでよいが、色信号は、元の画素信号を推定して復元する必要がある。これがクロマアップサンプリングである。

そもそも色信号を間引くのは、人間の視覚の空間分解能が、色信号より輝度信号の方が高いという性質を利用したものであり、画質とデータ量をバランスさせた合理的な考え方だ。

しかし、色信号にはカラー映像のディテイル情報が豊富に含まれている。輝度信号と比べて視覚的な解像度が若干低いからと言って、高画質を追求するなら決して疎かにして良いものではない。

映像の解像度は輝度信号だけでは決まらない

そもそも、カラー映像の解像度は輝度信号だけでは決まらない。一般に「解像度」というと、輪郭の鋭さなどを中心とした輝度信号の解像度が注目されがちである。しかし、最終的にディスプレイで表示するRGB信号は輝度信号と色信号の両方から生成されるため、色信号の解像度もまた、カラー映像全体の解像度を支える重要な要素なのだ。

これは赤や青など一部の鮮やかな色の輪郭だけの話ではない。肌や木材の質感、砂丘の風紋、雲や岩肌の微妙な質感の違いなど、特別に鮮やかではない落ち着いた色の映像であっても、私たちが自然な質感や立体感として感じている映像には、豊かな色信号の成分が含まれている。

たとえモノクロの映像であっても、多くの場合は微小な色信号が含まれており、それによって微妙な色合いや質感が表現されているのだ。

クロマアップサンプリングの性能は、間引かれた色信号をいかに推定・復元して元の解像度に近づける事ができるかであり、それが再生機の画質を左右する重要なポイントとなる。高性能な再生機では、できるだけ広範囲の周囲の画素情報を解析して高精度な推定と補間を行う事で、映像コンテンツが本来持つ豊かなディテイルを引き出すことを追求している。

映像全体の微細解像度を高める「アップコンバート」

「微細解像度成分」の再現性について、もうひとつ見逃せない技術が「アップコンバート」だ。この技術は、SDやHD画質の映像を4Kなどの高解像度に引き上げる変換処理である。

近年は4Kディスプレイが普及しているが、映像コンテンツとしてはHD解像度のものも多い。例えばブルーレイディスクは、解像度こそHDだが、アップコンバートの性能が優秀なら4Kディスプレイでも十分に楽しめる。作品によっては、DVDしか発売されていないという場合もあるだろう。

先述したクロマアップサンプリングは色信号を補間する技術だが、アップコンバートは、色信号だけでなく輝度信号も含めて補間するため、映像全体の解像度に与える影響はさらに大きい。

アップコンバートは、単に画素数を増やす処理ではない。本来あるべき信号を、周囲の画素の輪郭やテクスチャなどから推定し、ディテイル情報をどこまで高められるかが問われるのだ。

もちろん、元の映像がSDやHD画質であれば、アップコンバートによってそれが本当の4K画質になるわけではない。しかし、優れたアップコンバートであれば、細かなテクスチャや質感を自然に再現し、元映像の持つ印象や質感を損なうことなく、豊かなディテイルを再現することができる。

微小階調を再現する「演算ビット精度」

次に、ディテイル再現性を支えるもう一つの重要な要素、「微小階調成分」を再現する技術について、説明しよう。

「微小階調成分」の再現性に最も影響するのは、再生機内部で行われるデジタル演算のビット精度である。

例えば、入力される映像信号が一般的な8ビット映像の場合、内部演算を8ビットで行うだけでは十分とは言えない。再生機では、クロマアップサンプリング、アップコンバート、ノイズリダクション、接続ディスプレイに応じたフォーマット変換など、さまざまな演算が行われる。各処理では、演算の結果として8ビットでは表現できない微小な数値が得られるが、そのような数値を破棄することによる僅かな誤差（これを“丸め誤差”という）が発生する。

例えば、10進数で表すなら、演算結果が「100.4」であれば「100」、「100.5」であれば「101」というように、四捨五入する事でわずかな丸め誤差が発生するのだ。このような誤差が各処理で発生すると、それらは少しずつ蓄積し、最終的には本来表現できたはずの微小な階調情報が失われてしまう。例えば、グラデーションに段差が発生したり、ディテイルが失われて映像全体が平板な印象になってしまうのだ。

そのため、高性能な再生機では、入力信号よりも十分に高いビット精度で内部演算を行うことで、丸め誤差の蓄積を抑えている。

これにより、滑らかなグラデーション、水滴のきらめきや金属の反射、人物の肌や雲の柔らかな陰影など、映像が持つ繊細な質感を自然に再現することができるのである。

再生機の画質性能に注目しよう

誤解が無いよう言い添えると、本稿で説明したクロマアップサンプリング、アップコンバート、ビット演算精度などは、再生機だけの問題ではない。テレビ機器でも、放送やVODなどの映像コンテンツを直接再生する場合はクロマアップサンプリングやアップコンバートが必要だし、ビット演算精度は全ての映像機器に共通する重要な性能だ。

しかし、一般的にテレビでは、このような映像信号処理よりもディスプレイパネルやその使いこなしの方が注目されやすい。これは、パネルが変われば明るさや色が大きく変わり、その違いがよりわかりやすいからだろう。

一方で再生機は、テレビのようなパネルを持たないため、その基本画質は本稿で紹介したような映像処理技術の性能によって決まる。そのため、高画質を志向するモデルはそこを徹底的に追求している。

上述したように、デジタル映像では一度失ったデータは完全には元に戻らない。もし再生機側でディテイルが失われれば、たとえ後段のディスプレイでAIや超解像を駆使して見た目を改善しても、元の情報を正しく取り戻せるわけではないのだ。

そのため、映像コンテンツが本来持つ豊かな情報を味わいつくすためには、ディスプレイの性能だけでなく、再生機の基本画質性能が重要になる。高画質な再生機の本質的な価値は、映像の補正や絵作りでは無く、映像コンテンツが本来持つディテイルを、余すことなく引き出してディスプレイへ届けることにある。

画質はディスプレイだけでは決まらない。画質に拘るなら、レコーダーやプレーヤーなど再生機の画質性能にもぜひ注目して欲しい。

■取材・執筆：甲野和彦
■編集担当：岡本 雄