私たちのほとんどにとって、テレビやビデオデッキなどの日常の電子機器の操作とカムコーダーは神秘的です。私たちの多くは、写真がレンズからテープにどのように移動するかについて漠然とした考えを持っているかもしれませんが、ほとんどの人は、カムコーダーを起動して録画ボタンを押すと、画面に写真が表示されることを当然のことと思っています。
ただし、ビデオメーカーの読者として、ビデオカメラの動作に一過性の関心を持っている可能性があります。たとえば、写真が鮮明できれいに見えることがある理由や、画像が濁ってざらざらしていることがある理由について知りたい場合があります。
この記事では、カムコーダーがレンズに入る光をテレビが解釈できる信号に変える方法をよく見てください。カムコーダーを通り、ケーブルに出て、それを絞るために選択したあらゆる種類のギアにその信号をよくたどります。いくつかの技術的な根拠を十分にカバーしますが、心配しないでください。詳細についてはあまり深く掘り下げません。ビデオの魔法を実現する、ビデオ信号と、ビデオカメラの内側と外側の両方の電子経路をよりよく理解できるようにしてください。
光と音が先着
ビデオカメラが動画や音声を表す信号を作成する前に、まず、通常の目や耳で見たり聞いたりする光や音を収集する必要があります。ビデオカメラには目の代わりにレンズが付いています。実際には、レンズは目とほぼ同じように機能します。レンズは、被写体に当たる光を集めて、カムコーダーCCD（電荷結合装置）上の鮮明な画像に焦点を合わせます。これは、目に入る光と同じです。あなたの網膜に焦点を当てています。耳の代わりに、カムコーダーにはマイクがあり、これも人間と同等の機能を果たします。マイクは、人間の耳のように、気圧の変化を感知して電気信号に変換します。
自然界のイベントを電気信号に変換する2つのデバイス（CCDとマイク）は、トランスデューサーと呼ばれるオブジェクトのクラスに属しています。それらは、エネルギーをある形式から別の形式に変換または変更するため、トランスデューサと呼ばれます。したがって、光エネルギーと気圧は電流の変動になり、ビデオ機器はそれを解釈して画像と音声に再作成します。
CCDの役割
前述のように、電荷結合装置（CCD）は、カムコーダーの画像作成装置の中心にあります。長方形のグリッドに配置された数十万の感光性ピクセルで構成されています。これらの各ピクセルは、それに当たる光の量と持続時間に比例して電荷を蓄積します。ビデオカメラは60分の1秒（ビデオの半分のフレームまたは単一のフィールド）ごとにこれらの電荷を読み取り、それらを組み合わせて信号を作成します。
ビデオカメラがCCDピクセルに当たる光の量と持続時間のみを測定した場合でも、水は白黒で写真を撮影しています。言い換えれば、CCDは本質的に色覚異常のデバイスです。ビデオカメラは、2つの方法のいずれかでモノクロセンサーから色情報を抽出します。色抽出へのこれらの異なるアプローチは、カムコーダーフィールドを2つのキャンプに分割しました。
シングルCCDカムコーダーは、単一のCCDセンサーを使用して、すべての画像作成業務を処理します。このようなカムコーダーは、モザイクカラーフィルターと呼ばれるカラーレンズのアレイでセンサーを覆うことにより、センサーから色情報を取得します。つまり、CCDの面をよく見ると、赤、緑、青のレンズで覆われていることがわかります。これらのレンズといくつかの巧妙な電子処理の助けを借りて、カムコーダーは単一のCCDチップから明るさ（輝度）と色（クロミナンス）の両方の信号を引き出すことができます。
もう1つの、はるかに優れた色抽出方法は、3チップ設計です。 3チップカムコーダーは、それぞれが特定の色に特化した3つのCCDを使用します。複雑なプリズムブロックまたはミラーとフィルターの配置を使用することにより、3-CCDカムコーダーはレンズを通過する光を3つの色成分に分割します。各色（赤、緑、青）からの光は、独自のセンサーに送られます。ビデオカメラは、これら3つのチップの出力を組み合わせて、フルカラーのビデオ信号を作成します。
シングルCCDイメージングシステムは、より小さく、より軽く、より複雑でなく、より安価です。 Three-CCDシステムは、より大きく、よりコストがかかりますが、一般に、より高い解像度でより正確な色を提供します。 Three-CCDデザインは、画像の奥行きとリアリズムを明確に改善することもできます。 3 CCDカムコーダーは、解像度と色表現の向上に対応するために、シングルチップカムコーダーよりも優れたレンズを備えていることがよくあります。
近年、カムコーダーのイメージセンサーは、1/2インチから1/3インチ、そして今日の小さな1/4インチのデザインに至るまで、ますます小さくなる傾向にあります。 CCDが小さいということは、センサーアセンブリが小さいという意味ではありません。レンズも小さいということです。レンズ設計のあらゆる側面は、作成する必要のある画像の大きさを示しています。レンズが1/2インチのセンサーではなく1/4インチのセンサーを光に当てる必要がある場合、設計者はレンズアセンブリを大幅に縮小できます。これは、より小さく、より安く、よりコンパクトなカムコーダーに変換されます。
CCDの感度は各ピクセルの表面に比例するため、他のすべての変数が等しく保たれている場合、小さいセンサーは光に対する感度が低くなります。ただし、実際には、変数は等しく保たれていません。 CCDメーカーは、より小さなセンサーにより多くの光を集める方法を見つけました。これにより、今日の小さなCCD設計では、大きなセンサーと同等の低照度感度が得られます。
センサーの解像度も、ある程度まで画質に影響します。センサーの解像度が記録システムとテープ形式の解像度を超えると、センサーのピクセル数を増やしてもほとんど得られません。 270,000ピクセルのCCDは、8mmやVHSなどの標準フォーマットに十分な解像度を提供します。 470,000ピクセルのセンサーは、これらの形式でより鮮明な画像をもたらしますか？おそらくそうではありません。余分なピクセルを有効に活用できるのは、デジタルズームと画像安定化です。
信号処理
これまで見てきたように、CCDの仕事は、光を集めて測定し、それを電子信号に変えることです。そのジョブが完了した後も、信号がテープに記録される前、または出力ジャックを介してカムコーダーを離れる前に、信号がジャンプするために残されたフープがいくつかあります。
信号処理の一般的な見出しの下に、ビデオおよび/またはオーディオ信号のマッサージをもたらすすべてのプロセスが含まれます。これらのプロセスには、タイトル付け、特殊効果、ゲインなどが含まれます。これらのそれぞれを順番に見ていきましょう。
ビデオカメラのタイトル、またはその時刻と日付のスタンプを使用するときはいつでも、ビデオ信号を中断して変更を加えます（英数字を追加します）。これにより、ノイズが信号に入る機会が生じます。
インカメラ効果はまた、ビデオ信号を中断し、記録されたビデオに微妙な変更を加えます。ほとんどのカメラ内の特殊効果は、信号を一度に1フレーム（またはフィールド）デジタル化し、数値の文字列に縮小しながら操作することで実現されます。ただし、すべてが信号に少しノイズを追加します。
一部のカムコーダーにはゲインアップと呼ばれる機能があり、信号全体の電圧レベルを上げて信号を明るくします。ゲインの目的は、暗い場所での撮影を可能にすることですが、通常、信号にかなりの量のノイズを追加します。
ここで学ぶべき教訓は単純です。ビデオ信号を操作するたびに、どんなに微妙であっても、画像にノイズが追加されます。ビデオカメラが信号を処理すると、テープに記録できるようになります。
マグネットマジック
信号をビデオテープに記録するために、ビデオカメラは磁石を使用します。これは、ビデオ、オーディオ、および制御情報をテープに記録する個別のヘッドを含むドラムで構成されています。ビデオテープは、まだご存じない方もいらっしゃると思いますが、プラスチック製で、磁気的に活性なコーティングが施されています。ヘッドがテープに接触すると、磁石を使用してテープ上の粒子を別々のトラックに編成します。ビデオカメラまたはVCRは、フレーム内のビデオの各フィールドに1つずつ、少なくとも2つのレコードヘッドを使用します。多くの場合、4つ以上のヘッドを使用して録音します。通常は、一時停止モードと静止モードを改善するためです。ビデオカメラの標準再生（SP）設定と長時間再生（LP）設定で撮影されたフッテージを比較するとわかるように、テープがレコードヘッドを横切る速度が速いほど、より良い画像が得られます。速度が速いほど、特定の量の信号に対してテープ上のスペースを増やすことができます。ヘッドが信号を書き込む際に使用できるスペースの量を最大化するために、ビデオテープはヘリカルスキャンと呼ばれるシステムを使用します。
ヘリカルスキャンは次のように機能します。テープ上のトラックは斜めに配置されます（図3aを参照）。レコードヘッドを含むドラムも斜めに設置されています。テープがドラムのヘッドを通過すると、テープの新しい部分がいつでも録音できるようになります。再生も同様ですが、ヘッドがテープ上の磁性粒子を再編成する必要はありません。再生時には、再生ヘッドはトラックのみを読み取ります。次に、テープ上のトラックを、ビデオカメラから出ることができる別のビデオ信号に変換します。
カメラの外
信号がビデオカメラを出ると、ノイズの影響を受けやすくなります。それは、一気にあらゆる方向から来ているように見える、漂遊電磁放射で満たされた残酷な世界に入ります。
考えてみてください。信号は長いワイヤーを伝わります。これは、実際には、任意の瞬間にスペクトルを巡航している可能性のある変動を拾う大きなアンテナにすぎません。ビデオケーブルとオーディオケーブルをシールドすることは役に立ちますが、問題を完全に解消するわけではありません。
この時点で、ビデオ信号はおそらくまだかなり視聴可能です。元の形状から少し劣化しましたが、ビデオカメラのCCDから外れたときの形状でした。しかし、家庭のビデオグラファーは、ビデオ信号を、誰にも見られないようにする前に、人間に知られているあらゆる形態の残虐行為にさらすことで有名です。彼らは、タイトル、特殊効果ジェネレーター（SEG）、コンピューター、その他のデバイスを信号パスに追加し、多くの場合、まばゆいばかりのビデオを作成しようとして、信号に大量のノイズを導入することになります。完成すると、写真はざらざらして見え、音声はこもり、不明瞭になります。
これが信号に起こらないようにするために、いくつかの予防策を講じることができます。おそらく最も簡単なのは、信号の経路にあまりにも多くのデバイスを配置しないようにすることです。たとえば、タイトルとSEGは、必要な場合にのみ添付する必要があります。また、信号プロセッサは信号の品質を向上させようとするため、ノイズを追加することで常に逆の効果を生み出すため、信号プロセッサは完全に避ける必要があります。
あなたがコンピュータで編集するならば、あなたがフックから外れていると思わないでください。アナログビデオ入力（コンポジットおよびSビデオ入力を含む）を使用するデジタルシステムは、圧縮アーティファクトは言うまでもなく、画像のノイズを増加させます。このような状況では、損傷を最小限に抑えるために、可能な限りSビデオ接続を使用してください。理由は次のとおりです。通常のRCAスタイルのビデオケーブルは複合ケーブルです。つまり、白黒とカラーのビデオ情報の混合または複合である信号を伝送します。ほとんどのタイプのビデオ機器（カムコーダーを含む）は、信号のカラー部分とは別に、信号の白黒部分を処理します。複合信号をケーブルに送信するには、信号の2つの部分が変調と呼ばれるプロセスを経る必要があります。同様に、もう一方の端の機器が信号を解釈する前に、復調する必要があります。信号を変調または復調するたびに、何が起こるかを推測しますか？そうです：より多くのノイズ。
Sビデオケーブルは、ビデオ信号の色と白黒の部分を分離します。これは、変調と復調から生じる追加のノイズについて心配する必要がないことを意味します。ただし、漂遊EMRがケーブルに遭遇することによって生じる干渉についてはまだ心配する必要があるため、シールドされたSビデオケーブルは投資する価値があります。
一方、FireWireケーブルは、ノイズに非常に強いデジタル信号を伝送します。純粋なデジタル信号を送信することで、CCDから出たときとほぼ同じくらいきれいな画像を得ることができます。つまり、ビデオ信号をデジタルビデオカメラからコンピューターに送信し、あらゆる種類の豪華なタイトルやエフェクトを追加して、信号品質をほとんど損なうことなくデジタルテープにダンプして戻すことができます。
完全にデジタル環境で動作し、FireWireを介してギアを接続している場合は、心配する必要はほとんどありません。デジタルであるビデオおよびオーディオ信号は、ノイズの悪に屈することなく、複数のコピーに耐えることができます。
まとめ
すべてを語り終えると、ビデオカメラには目に見える以上のことがたくさんあります。最も基本的なモデルでさえ、科学的な驚異にほかならない非常に洗練されたイメージングシステムが含まれています。