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2017.01.28(最終更新日: 2017.05.17 ) 12244 views

4K映像基礎(1)RGBとYUVの違いについて

ロサンゼルスと日本を拠点に映像制作を承っております。映画、TVCM、ミュージックビデオからVR動画ま...

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色空間

4K映像基礎と題して、これから4K編集に必要な知識を少しずつ書いていこうかと思います。

「RGBとYUVの違いについて」と書いた目的は、様々な映像の専門書に書いてある色空間(カラースペース)についての用語を一度整理して考えようと思ったからです。

色空間とはアナログ・デジタル上で色を構成する仕組みのことなんですが、RGBとYUVはどちらも色空間の一種です。

なぜRGBとYUVの違いを理解することが大事なのか?それは4K,YUV4:2:0で撮影した素材を1080Pで納品した場合と、YUV4:2:0の1080P素材を1080Pで納品する場合の画質に違いが出ることが議論されているからです。といっても分からないと思うので、まず読んでみてください!

RGBとYUVの違い

RGBとは要するに色の3原色である「赤・緑・青」で色を再現する映像の出力方式です。
YUVは聞きなれないかも知れませんが、簡単に言うと、「明るさ・色差情報1・色差情報2」で人間が映像を見るのに必要な色を表示する方法です。

YUVの由来

YUVは、もともとカラーテレビが導入された際に、テレビ映像を伝送する出力データ量を最低限まで落とすための方法として考えられたそうです。
色を明るさと色差情報に分けたことで白黒テレビにもグレイスケールの情報を送ることが出来たので、白黒テレビの人もそのまま白黒テレビを使い続けられたのだとか。
(別の解答もありますが、情報源が少なかったので丸呑みにはしないでください)これは人間の目の仕組みが原因で、明るさを知覚する部分が色を知覚するところよりも優れていたことに由来します。
つまり人間の目は明るさの変化には敏感だけど、色に対してはそうでも無いってことです。

YUVの仕組み

YUVのYは明るさで、「ルミナンス(またはルマ)」と呼ばれます。
たまに見かけますが、YRGBと書いてあるものは3原色とルミナンスということです。
RGB+aと書いてあると3原色と不透明度を表しますが、Apple Prores4444はまさにマスタリング品質のRGBA4:4:4:4イメージ出力ソースです。
(色々なProresの出入力比較はコチラから)CGのコンポジットなどに使われます。

UVは合わせて「クロマ」と言って、色差信号と呼ばれるものです。
映像を出力する時に青・赤から明るさY(ルミナンス)を差し引いた色差情報をうまく計算して、最も綺麗に色が再現出来るように計算された色情報です。
青・赤をベースにした色差情報なのでYCbCr (Chroma Blue + Chroma Red) とも書かれます。
つまりRGBの3色出力と違い、グレイスケールの情報と色情報を分けた出力フォーマットということです。

4Kカメラを購入したい時に、YUVを理解しておくと良いです。その理由は444, 422, 420, 411という数字があり、これは色がどれほど正確にメモリーカードに保存されているかを表しているからです。
カメラを買う時に画素数と解像度だけ見てしまいがちですが、録画出来る動画フォーマットのビット数、ビットレート、色情報(YUV)は大切です。

サブサンプリング

色差信号のUV情報をどれだけ記録するかを決めることをサブサンプリングと呼びます。
REDが情報を公開しています。

RGB方式を使うと色の表現力はとても良いんですが、データ量がとても多くなってしまいます。
「赤・緑・青」のサンプリング深度が8ビットだとして、1ピクセル辺りに3chの情報、つまりトータル24ビットの情報が送られます。

YUV444 (4:4:4)は「明るさ・色差情報1・色差情報2」の出力方法でそれぞれのピクセルに3chちゃんと送るので、8ビット出力だと、同じくトータル24ビットの情報が送られます。
色の表現力はYUV動画フォーマットの中で一番高いです。
正しく色を表現出来るので、クロマキーには非常に大切です。
YUV422 (4:2:2)は「明るさ」は全ピクセルにそれぞれ出力されますが、CbCrそれぞれの色差情報は2ピクセルに1回のペースで出力され、その間の色情報の無いピクセルは水平前後のピクセルの色差情報から新しく情報を補間して色を再現します。
つまり色情報はYUV444の1/2なので16ビットの情報です。YUV420 (4:2:0), 411(4:1:1)はそれぞれ違う色の出力の仕方ですが、YUV422の更に1/2の出力なので8ビットの情報です。つまり徐々に伝送に必要なデータ量が下がっていく分、色情報を失うために色の再現力が低下し、カラーバンディングと呼ばれる現象が起こるなどの不具合があります。
こうなると色編集に限界があったり、4Kのモニターで見たりなんかすると画質の劣化がハッキリ分かるようになってきます。
グリーンスクリーンはYUV4:2:0, 4:1:1のカラーソースだと難しいです。
DVDやブルーレイなどはサブサンプリングで大きくデータ量を下げています。

まとめ

要するに、カメラが4:4:4、高画質な4:2:2、もしくはそれ以上の動画フォーマットで撮影出来ることを確認することが大事だ、ということですね!

RGBとYUVは印刷の出力であるCMYKとはまた別物のデジタル出力のカラーフォーマット、ということも覚えておいてください。

それからカメラのセンサーなどで使われるディベイヤプロセスはカラー入力の方法なので出力のRGBとYUVの内容とは直接は関係ありません。
こっちはまた今度話します!
ディベイヤプロセスについてはコチラから(ARRIカメラのセンサー説明)

というわけで、カメラを買う時は録画出来る動画コーデックがRAWやProres422HQにキチンと対応していることを確認しましょう!

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