ベクトルスコープを描いてみる

自分の勉強も兼ねて、ベクトルスコープをイラストレータで描いてみました。

実は間違っているんじゃないのか？と、こうやって公開すること自体非常にドキドキしますが、今回、ベクトルスコープを再認識できたことは自分にとって非常に糧になりました。

間違い（きっとある！）がありましたら、コメントでご教授をお願いいたします。何食わぬ顔で直します（笑）

ベクトルスコープとは？

これは非常に多くのページで説明がなされている部分ですので、この説明は他のページに譲ります。（同じものになってしまうので…）
簡単に言うと、NTSC信号の色成分を（可視化して）測定するために使用するものです。

ayato@webさんの解説が非常に秀逸で、どうがんばってもこれ以上のものが想像できないのでリンクをさせていただきます。

ayato@web テレビデザインの基礎知識17　波形モニタ・ベクトルスコープ
http://www.ayatoweb.com/tv_design/tvd17.html

描くための手順

NTSCの信号は、簡単に言うと、本来RGBで構成されるはずの色を、色差信号に置き換えて伝送します。
※要約するとRGBの3つの値で表わされる色が、R-YとB-Yと2つの数値だけで表わすことができるという仕組み。
他、I、Q信号を用いる場合があるそうですが、筆者はこれを説明できないし、今回の「描いてみる」という趣旨では使わないので無視します（大胆な）。※2009年11月現在は説明できます。
※筆者は一応、専門課程でテレビジョンシステムを修了しています…一応ですよ…。

1.色差の計算式

NTSCにおける色の輝度Yは次の式で表わされます。
Y=0.3R+0.59G+0.11B

RGBを色差信号で表わすと、以下の式になります。
R-Y=0.7R-0.59G-0.11B
B-Y=-0.3R-0.59G+0.89B

これをベクトルの値にするには以下の式を用います。

※両値のスケール差をなくして、ピタゴラスの定理に代入している。

上記の式から、各色の値を求めたものを表にしました。

※％は、クロミナンス信号の最大振幅が0.752の時に100%と換算し、算出してあります。
（0.752というベクトルの最大値は、R-Yに0.7、B-Yに0.89を上記の式に代入することで求められます。）
※EC=搬送色信号
※エクセルを用いれば非常に簡単に算出できます。

2.ベクトルの角度

各色の「色相」の角度は以下のように定められています。（LEADER 5872A基準）

※上記と違う場合があるようです。（詳細分かる方、コメントをおねがいします…）
YL 167.1°　→　168°
CY 283.4°　→　284°
G 240.8°　→　241°
MG 60.8°　→　61°
R 103.4°　→　104°
B 347.1°　→　348°

3.サークルを描く

上記のようにサークルを描きます。
後々の計算が楽になるように、サイズは100mm×100mmにしました。
このサークルのフチが、クロミナンス信号の0.752Vp-pです。

2°刻みで目盛を描き込みます。10°おきの目盛は少し出っ張らせます。
2°=2%、10°＝5%で描きました。

4.百分率計算で各値を記入する

先述した表の%を参考に、各値のベクトルを記入していきます。

5.色相許容枠を描く

色相許容枠は以下のように定められています。（LEADER 5872A基準）

※Tektronix社では20%でなく20IREです。

ここでIREという単位が出てきましたが、IREとは映像信号の0%黒から100%白までの輝度信号の振幅を100IREとした単位です。
映像信号は、1Vp-pと定められており、この内訳は、水平同期信号40IRE、輝度信号100IREと合計140IREですので、

100IRE=0.714Vp-p
40IRE=0.286Vp-p

と求められます。
（ちなみにこれら輝度信号の値だけであれば、ウェーブフォームでなくとも、オシロスコープで観測できます。※ビデオ・トリガ機能があるものは525トリガを使用し、無い場合は、入力チャンネル自身をトリガにします。注:75Ω終端必須、もしくはプローブで1/2。）

ここから、5IREを求めると、

=0.714*5/100
=0.0357Vp-p

となり、クロミナンス信号サークル内での百分率は、

=0.0357/0.752*100
≒4.74%

と求められます。
上記の式を利用し、YL、R、MGの色相許容枠を描いた後、コピペして180°位相をひっくり返します。
※10°・20%許容枠は、一つのカドにつき、円周に対して6%分、直径に対して5mm分を残しました。

これに文字を描き込み、ベースが完成します。
ついでに5等分線も描きこみます。

6.完成

残りは、ビームと、バースト信号、+Q信号と+I信号を描き込めば完成です！
※バースト信号は40IREですので先述した計算式から百分率を求めます。

手元にあるLEADER 5872Aと全く同じに描けました!!（つまり、間違いがないのか…これで??）

ということで、完成したものをPDFにしましたので、アップしておきます。

http://www.geocities.jp/linear_pcm0153/pdf/vect01.pdf
※上記アドレスをコピーしてブラウザ上でURL入力するか、新規ウィンドウまたは新規タブで開くとzipがダウンロード出来ます。(ダイレクト・リンクが禁止されている)
レイヤ機能を保持させていますので、Adobe Reader(旧Acrobat Reader)で表示を変えてみて下さい。
ロックかけていませんので、ベクモニTシャツつくるなり、名刺に入れるなり好きに使ってやって下さい（使わないって…）。

参考資料:
テクトロニクス社のアプリケーションノート
http://www.tektronix.co.jp/products/app_notes/index.html
上記リンクの、
NTSCテレビジョン・システムの測定 第1章 ビデオ信号の測定
NTSCテレビジョン・システムの測定 第2章 テスト信号の測定
（メンテナンス業の時に非常に助けられました…ものすごい教科書です。）

LEADER 5872A 取扱説明書

[きのこ]

IQは電波に乗せるときに使われていますね。
確か人間の目はI軸に対しては見分けが付きやすくて、Q軸に対しては比較的鈍感だったかで…。しかしこれが曲者でエメラルドグリーンとか出しにくい…

普段から色に関係した仕事をしている人（アパレルとか化学系とか）だと「この生地は太陽の下だともっと緑」とか「この物質が燃えたときの色はもっと青い」とか、素人から見ると全く分からず、ベクトル上でもほとんど差がないものでも間違いなく指摘されることがあります。放送用カメラでもほとんどは見た目重視で作ってあるので、そんなときはカメラのマトリクスと格闘ですw

カメラの調整でブラック／ホワイトを調整する際もプッシュセットに違和感を感じることがあるんですが、特に黒はMAG ONでUNCALを最大にすると5mm程度ずれている事があります。
ベクターは最大にしないと全く分からないのに、単にモニターを見ただけで「おやっ」と感じる人間の目って怖いですね。

そう思うと、ミクロン単位の研磨を手先の感覚だけでやるような職人さんて本当にいるんでしょうね。

>きのこさん
こんにちは。

本当にお詳しいですね…。（ドキドキです）

人間の感覚の鋭さは、いうなれば素子の優秀さではなくて、その後の処理（脳）の優秀さが重要なようです。
目ですと色、音ですと再生速度、など顕著にわかりますよね。目や耳自体はそこまでスペックが高いわけじゃないのにわかるなんて、脳の補完はスゴイです。
これ、逆もあって、慣れたときの「なかったことにする補完」もスゴイです（笑）

[YAP]

大変参考になりました。
質問させてください。
当方、PALのベクトルを描きたいのですが、サークルのフチはNTSC同様クロミナンス信号の0.752mVでよいのでしょうか？

>YAPさん
はじめまして！
技術的な質問、恐れ入ります…。
PALは全く知りませんので、ちょっと調べてみましたが、今ここで確かなことが言えません…スミマセン…。

ただ（無責任に言いますが）LEADER 5212 NTSC PALベクトルモニタの表示を見る限りは、バースト信号のベクトル（長さ）が同じなので、0.752なのかな、と。（注：上記の図では計算違いのため、バースト信号の位置を修正しました。08/09/03）
※仕事でPAL変換があると、協力していただいている会社さんに頼んでしまいます。見れれば良い程度であれば、中国製の安いプレーヤとPAL受けもできるモニタに繋いで社内確認のみで済ませますが…。
したがって、実物のPALハケモニをみたことがないのです。

明日、LEADERに問い合わせてみます。

[sakakura]

こんにちは。きのこです。YAHOOにログインしてるとIDが出るんですね。おおっ。バーストレベルが上がってますねw 言われてみると前のは100%スケールの感じ。しかし そういうCBもありますからw

PALのベクターですが、うちのハケモニで見てみたら+Vと-Vの「田」が表示されてました。これが伝送路で歪むと彩度が変わると聞いたような聞かないような…PALには縁遠いもんでスミマセン
VBSに関してはそんなに差が無かったはずなのでたぶん0.752で良いはず。ホントかなあ。

>きのこさん
ID表示されていますね。きのこさんを待っていました。(笑)

ふとおもったんですが、メーカによって、ハケモニって微妙に違いますよね…。（アバウトなのか2種類のみなのか…）
各々のメーカで特許取得しているようですし…。
とりあえずLEADERに問い合わせ中です。（ベクトル角度がメーカによってなぜ違うのかも…）

間違いは、40IREを0.214で計算していました…正しくは0.286です。でも、IREが何Vだ!って解説している資料を見たことがありません…。（仕事でバースト信号のサイクル・振幅測定をしたときにこれは勉強しました。当時はウェーブフォームがなく、テクトロニクスのビデオトリガ付きオシロスコープ（とても高価）で測定していました。何屋だ(笑)）

[きのこ]

おはようございます。うちはTEKばっかりで、LEADERは外に行くとよく使うんですが（HAMLETとアストロの一部機種も多少）、ベクター表示のスケールは(NTSCのVBSに関しては)同じだと思ってました。
機能名とか使用方法はメーカーでバラバラで、機能に関してはYCbCrやSDIで擬似表示とか色域の指標なんかだと機種によっても…ですけどw

>きのこさん
おはようございます。
色々ありがとうございます！非営利なのに色々助かります…。

問い合わせてみましたが、PALに関しては満足いく回答が得られませんでした…。（勉強します…のでしばらくお待ちください）

ベクトル角度は、
YL 167°
CY 283°
G 241°
MG 61°
R 103°
B 347°
と、小数点切捨てが規格値だということです。

[きのこ]

>間違いは、40IREを0.214で計算していました…正しくは0.286です。

電波法で0%=0.286V、100%=0.714Vとなっているようです。(1%は7.14mVとも) 一部100%=0.715Vとする資料もあり。
CCIRのRep.624-2、電波法、EIAのRS170A,170Mでは電圧に関しては同様ですがタイミング幅(時間軸)について許容幅の違いがあります。

またIREですが、NTSC上では白は115%(0.822V)、クロマ込みでは133IREまで許容されています。（セーフカラーではなく）

オシロのテレビトリガーですが、高い機種で正しいスケールを同時にリードアウトとともに描画してくれるなら問題ないのですが、テレビ用の目盛りが出せないものは雰囲気モニターっていう…

>きのこさん
雰囲気モニタ以外の何物でもないでしょうね(笑)
調べてみました。Tektronics TDS3012というやつです。
これしかありませんでしたので、仕方がないですが、これが自分にとってのビデオ信号の原点です…スケールなどは当時の知識ではそこまで頭はまわりませんでしたね…。
今でも、先週と今週じゃ知識に大分差がありますが(笑)

[きのこ]

こんばんは。
>今でも、先週と今週じゃ知識に大分差がありますが(笑)
私もなんとなくの知識だけで今まで運用していたのを自覚してヒヤヒヤものです(笑)。もっともSDIが増えてからは同期関係は繋ぐだけで成立しちゃってるので調整らしい調整はカメラの発色以外は無くなっちゃったんですけど…

以前、某大学の研究室で長期間ロケしていた際、長時間のインターバル撮影で光線条件が変化していたので、あまっていたアナログオシロを借りてテレビトリガーにして撮影時の露出管理に使ったことがありました(汗)が、高い機種なのに意外と精度が悪くて驚いた事がありました。
実は詳しい観測とメンテ用にオシロが欲しいなあとずっと思ってたんですが、調べてみるとテレビ用の精度は意外と高いみたいですね。
まれに起こる現象やパルス用にデジタルが欲しいし、画作り用に高精度なアナログ(リードアウト付き)は欲しくなるし、高そうなのでずっと買えてないです。TDS3000はメモリーがどうとか言われた記憶が…

[39]

はじめまして。
突然ですが、失礼します。
本ブログをよく拝見させていただいています。

気になった点があるのですが、
＞このサークルのフチが、クロミナンス信号の0.752Vp-pです。
＞（0.752というベクトルの最大値は、R-Yに0.7、B-Yに0.89を上記の式に代入することで求められます。）
とありますが、実際にエクセルで計算すると0.754でした。
計算の途中で値を丸める必要があるのでしょうか？
この0.752は規格で決まっているものなのでしょうか？
ご教授お願いいたします。

>39さん
こんばんは、linear_pcm0153です。
少しお時間下さい。この記事ものすごく時間をかけて書いているもので、当時の事がすぐ思い出せません(笑)ちょっと資料探します。
もしかすると単純に計算ミスかもしれません。

>39さん
こんばんは、linear_pcm0153です。
資料確認しました。
LEADER 5872Aのクロミナンスサークル基準が0.752Vp-pです。取扱説明書にはなぜか「mV」表記です(笑)なので実は上の記事もあえてそのまま0.752mVp-p表記にしています。
計算上、誤差が出るのはわかっていましたが、0.752Vp-pが所有するベクトルスコープのクロミナンスサークル基準でしたので、こじつけでそちらを記載していたのだと思います。(このBlogの各所にちりばめられている指摘待ちという手法です笑)
細かいところを突き詰めていくとテクトロとリーダで微妙に値が違うのですよね。
杜撰ですみません。これが計算が合わない理由です。

[oh_39_you]

こんばんは。
どうも調べていただきありがとうございます。