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インターレース

インターレース方式 (Interlaced Scan) とは、フレームを 2 枚のフィールドに分割し、それらを交互に画面に表示する方式。
動画の各フレームは"奇数ラインで構成されたフィールド"、"偶数ラインで構成されたフィールド"の 2 枚のフィールドに分けられ、それぞれが交互に画面に表示される。
1 回の描画で画面に表示される画像は、奇数ラインのみ、または偶数ラインのみで構成されているため、表示される画像の高さ (垂直解像度) はフレームの半分になってしまうが、これにより 1 秒あたりの画像表示回数をフレーム数の倍にすることができるため、滑らかな動きの表現が可能になる。
日本の放送方式の場合、毎秒約 30 フレーム表示でありながら、毎秒約 60 フレーム表示に近い動きの滑らかさを得ることができる。
1 枚のフレーム内の最上段のラインを含むフィールドはトップフィールドと呼ばれ、最下段のライン含むフィールドはボトムフィールドと呼ばれる。最初にどちらか一方のフィールドを描画し、次にもう片方のフィールドを描画することで、1 枚のフレームとして構成される。
フィールドを描画する順序のことをフィールドオーダー (Field Order) と呼び、トップフィールドから始まる場合をトップフィールドファースト (Top Field First, TFF)、ボトムフィールドから始まる場合をボトムフィールドファースト (Bottom Field First, BFF) と呼ぶ。
1 秒間のフィールド数に "i"(i=Interlaced)、または、動画の垂直解像度に "i" を組み合わせて 60i, 1080i, 1080i60 などと表記される。

プログレッシブ

プログレッシブ方式 (Progressive Scan) とは、フレームをフィールドに分割せず、フレーム全体を上から下に一度で描画する方式。
フィールド単位で表示を行うインターレース方式では、1 回の描画で表示される画像の高さ (垂直解像度) はフレームの半分であるが、プログレッシブ方式は 1 回の描画でフレーム全体を表示するため、インターレース方式に比べ、表示される画像の解像度は 2 倍となる。
また、インターレース方式では、フレームを構成する 2 枚のフィールドには時間差 (日本の放送方式の場合は 1/60 秒差) があるため、動いているものを静止画で表示する場合など動画をフレーム単位で扱う際、フィールド間のズレにより"ぶれ"や"ちらつき"などの問題が発生してしまうが、これらの問題もフレーム単位で画面表示を行うプログレッシブ方式では発生しない。
したがって、画面に表示される 1 枚の画像 (フレーム) はインターレース方式のものに比べ高品質となる。
1 秒間のフレーム数に "p"(p=Progressive)、または、動画の垂直解像度に "p" を組み合わせて 30p, 24p, 1080p, 1080p24 などと表記される。

デインターレース

インターレース方式は、ブラウン管 TV など CRT 装置で表示するための方式であるため、エンコードや編集作業などフレーム単位で扱う際、または LCD などのプログレッシブディスプレイで表示する場合、各フィールド間の時間差により動きのあるシーンでコーミング (櫛状) ノイズが発生してしまう。コーミングノイズは視覚的な画質の低下を招き、エンコード時の圧縮効果にも悪影響を与える。
デインターレースとは、このようなインターレースに起因するコーミングノイズを除去し、プログレッシブ方式へと変換する手法。インターレース解除、プログレッシブ化などとも呼ばれる。
これには、いくつかの手法が存在する。

  • フィールド混合タイプ
トップ・ボトムの両方のフィールドを利用する・組み合わせることで 1 枚のフレームを構築するタイプ。
高速ではあるが、残像などのアーティファクトが発生する。

ウィーブ(Weave, Weaving)
トップ・ボトムの両フィールドを単純に組み合わせて結合させる。全く動きのないシーンでは完全な垂直解像度と高品質な画像が得られるが、少しでも動きがある場合はコーミングノイズが発生してしまう。
この手法は、2 枚のフィールドを結合して 1 枚のフレームにしているため、完全な垂直解像度が得られる代わりに時間解像度は半分になる。(60i -> 30p)

ブレンド(Blend)
トップ・ボトムの両フィールドを一律に混ぜ合わせる。コーミングノイズは完全に除去できるが、代わりに動きがある部分では残像 (ゴースト) が残ってしまう。また、ブレンドは全体的な画像の鮮明さも失われる。
この手法も、2 枚のフィールドを混ぜ合わせて 1 枚のフレームにしているため、時間解像度は半分になる。(60i -> 30p)

  • フィールド補間・拡張タイプ
片方あるいは両方のフィールドを補間・拡張することで 1 枚のフレームとするタイプ。
フィールドの欠落しているラインを補間し 1 枚のフレームとして出力するためコーミングノイズは完全に除去することができる。また、フィールド単位で処理するため残像は発生しない。しかし、欠落したラインを補間する方法によってはエッジ部分や斜めのラインにジャギー (ギザギザ) が発生してしまう。

Bob Deinterlacing
トップ・ボトムの両フィールドを補間し、それぞれを 1 枚のフレームとする。このため出力フレームレートは 2 倍になり、フィールドレートと同一になる。
本来半分の解像度しかないフィールドを引き延ばしてフレームとしているため、垂直方向の画質低下を招く。また、動きの非常に少ない部分では上下に揺れるアーティファクト (Bob Artifact) が発生する可能性がある。
この手法は、垂直方向の画質低下・アーティファクトの発生と引き換えに、水平方向の画質と時間解像度が保持される。(60i -> 60p)
フレーム数が 2 倍になるため、30p 出力と比べると再生時の負荷が高くなり、出力ファイルサイズも増える傾向にある。
また、この手法には片方のフィールドに対してのみ補間を行い、もう片方のフィールドは破棄する方法もある。その場合、時間解像度は半分になる。(60i -> 30p)

  • 上記2つの混合適応型・動き補償
高品質なプログレッシブビデオの作成は上記 2 つの手法を使い分けることで実現しうる。
静的なシーンではウィーブなどのフィールド混合タイプを、動きのあるシーンではフィールド補間タイプと適応的に使い分け、さらに、フィールド補間アルゴリズムに動き補償を利用する。
この手法では、画質の低下を最小限に抑えつつ、時間解像度も保持される。(60i -> 60p)

Note:
デインターレースは、どんなに優れた方法であっても完全なプログレッシブ画像を生成することはできない。
これは、各フィールドの本来存在しない欠落したラインを推定し、補間することでコーミングノイズのない 1 枚のフレームとしているためである。

インターレースの保持

H.264 など、一部のコーデックはインターレースを保持したままエンコードできる。
デインターレースとはコーミングノイズを除去することによって、エンコード時に"より圧縮しやすく"、再生時に"より見やすく"するためのものである。しかし、どのような方法であれ、画像に改変を加えるという意味では、本来の品質からは遠ざかってしまうことになる。
また、24p, 30p, 60i などが複雑に混ざり合った素材などを扱う場合、デインターレース処理は困難を極め、意図しないアーティファクトが発生してしまう可能性もある。
そこで、出来るだけ本来の品質を維持するために、デインターレースを行わずにエンコードする方法をインターレース保持エンコード (Interlaced Encoding) などと呼ぶ。
この方法は、エンコード時にデインターレース処理を行わないため、高速でエンコードできるが、コーミングノイズにより十分な圧縮効果が得られず、出力ファイルサイズが増える。
再生時には、ハードウェア・ソフトウェアいずれかのデインターレース処理が必要になるため、再生時の負荷が高くなる場合がある。また、再生品質は使用するデインターレース処理により左右される。

HandBrakeでインターレースの保持を行う方法は、GUIの場合は、"Filters" をすべてオフにし、"Video" タブ下部の "Extra Options:" に "tff=1" と入力する。
CLIの場合は、"--encopts tff=1" を追加することでインターレースを保持できる。なお、GUI, CLI のどちらの場合も縦方向のリサイズは行ってはならない。