
2026/08/28 13:58
同期と SMPTE タイムコード(タイムコード)
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要約▶
Japanese Translation:
SMPTE 縦方向時間コード(LTC)システムは、1967 年に米国映画・テレビエンジニア協会によって導入され、信頼性の低い機械式フィルム同期を、テープ上の音声トラックに直接記録される堅牢な電子規格へと置き換えることでビデオ編集を画期的に変革しました。VITC や MTC のような関連規格と互換性を持ち、LTC は 24 時間サイクル(00:00:00:00)にわたる時・分・秒・フレームを表すために 8 桁のバイナリーコデッドデシマル形式を使用します。それは、地域ごとの放送要件に合わせて 30 fps、29.97 fps(NTSC/ドロップフレーム)、25 fps(EBU/PAL/SECAM)、24 fps の 4 つの標準フレームレートに対応します。ドロップフレーム形式は、非整数の 29.97 fps レートを補正するために分開始時に特定のフレーム番号をスキップすることで壁時計時間との同期を維持します。変調方式には、バイナリー「0」が 1 回の遷移、「1」が 1 ビット周期あたり 2 回の遷移であるバイフェーズマーク符号化が採用されています。各 LTC フレームは 80 ビットからなり、その内訳は SMPTE アドレス用 26 ビット、ユーザビット(リール番号や日付など)用 32 ビット、SYNC WORD 用 16 ビットです。特定のビット割り当てには、Bit 27 が位相補正用、Bit 43 と Bit 59 がバイナリーグループフラグ用、Bit 58 が将来拡張用に予約されています。複雑な編集ワークフローにおけるデータの完全性を保つために、SMPTE ストライプはノイズリダクショントラック上で低レベル(例えば基準より 10 dB 低下)に記録されるべきであり、波形歪みやクロストークを避ける必要があります。規格では立ち上がり時間が 25 µs ± 5 µs と規定されており、これは約 14 kHz の -3 dB カットオフ周波数に対応します。さらに、カラーテレビのフィールド順序(NTSC/SECAM では 4 フィールド、PAL では 8 フィールド)は、フレーム計数と秒計数の最低有効ビットを通じて XOR ロジックを用いて追尾され、実際の時計時間との整合性を確保しなければなりません。この枠組みには将来拡張用の予約ビットを含み、技術的ニーズの変化に合わせて柔軟に進化する同时、グローバル互換性を保証しています。
本文
同期化と SMPTE タイムコード (Time Code)
概要
本書は、SMPTE タイムコード同期システムに関する技術的記述であり、広範な事前知識を必要としません。特に以下のトピックについて詳しく説明しています。
- LTC(Longitudinal Time Code):ビデオテープの音声トラックまたはオーディオテープライ卜に記録されるバイフェーズマークによるタイムコード同期トーン
- VITC タイムコード:他のタイムコード変種について
- 色テレビ規格やフィールドシーケンスに関する補足情報
- BCD(Binary Coded Decimal)表現:SMPTE/EBU タイムコードデータワードで使用される形式
開発背景と実績
この分野を技術的に探求した当初の理由は、安価な MIDI テープ同期ユニットを開発することでした。
- 顧客要望:頻繁に寄せられる要望への対応
- 製品ラインナップ: 当社の電子音楽機器への論理的な拡張
- 成果物: **「TS1」**というタイムコードテープ同期ユニット
- SMPTE(ドロップフレーム形式を含む)および MIDI タイムコードに対応
- 10 年以上にわたり高い信頼と成功を享受している製品
同期化システム
オーディオ、ビデオ、または音楽機器(例:テープレコーダーとシーケンサー)を連携させる際、それらが互いに時間に合わせて再生されることを保証する手段が必要です。これを「同期化 (synchronization)」と呼び、略して**シンク (sync)あるいはシンチ (synch)**ともいいます。
オーディオトラック同期化
- オーディオトラック: マグネット式テープライ卜のトラックとは、1 個のリコーディングヘッド要素によってスキャンされるテープの領域です(例:音声信号を記録)。
- シンクトーン: オーディオトラックに同期情報を記録する際、情報をオーディオ互換信号に変換して記録したものを指します。
- ストライプ (Stripe): シンクトーンが記録されたオーディオテープトラックのことを指します(または「スリップ」とも呼ばれます)。
- チェース (Chasing): 同期化された機器は、ストライプの先頭でなくてもシンクトーンのどこかから再生を開始すれば追従できることが望ましいです。
テンポ相対システム
音楽技術アプリケーションにおいて、タイムコード互換ではない機器を使用する場合でも、テンポ相対ストライプシステムを通じてテープ同期ユニットを利用できます。
- 従来の FSK (Frequency Shift Key)
- フィリップ・リーズの専用 FSKplus フォーマット
SMPTE/EBU タイムコード標準
ビデオレコーディングが普及する以前、フィルムとの音声同期は機械式(フィルムのスプロケット穴)で行われていました。スプロケット穴をずらすことでタイミング調整が可能でしたが、スプロケット穴がないビデオテープ登場により、電子方式の同期手法が必要となりました。
導入と歴史
- 1967 年: 米国映画・テレビ技術者協会 (Society of Motion Picture and Television Engineers) が「SMPTE」タイムコードを導入しました。
- 略称:私たちが言う**「simpty」** タイムコード
- LTC (Linear Time Code): SMPTE のオーディオシンクトーン版は、直線形または縦方向タイムコードと呼ばれます。
- 他形式: ビデオ信号に挿入される形式や MIDI コネクション経由で送信される形式のタイムコードも存在します。
1969 年の「放送履歴タイムライン」によると、「SMPTE タイムコードは、各種編集機の互換性のないタイムコードによる混乱を解消するために制定された」とあります。
初期の用途とデータ形式
SMPTE タイムコードの初期用途は、正確なビデオ編集やフィルムのサウンドトラックとの同期です。タイミングデータは8 桁の 24 時間時計形式をとります:
- 時 (Hours):
〜023 - 分 (Minutes):
〜059 - 秒 (Seconds):
〜059
1 秒は複数のフレームに分割され、地域によるフレームレートに合わせて調整されます。
フレームレートフォーマット
標準的なフレームレート形式には以下の 4 つがあります:
- 30 fps (Audio USA)
- アメリカでの音声によく使用されます(例:CD マスターリング用の Sony 1630 フォーマット)。
- アメリカのモノクロテレビ標準に起源を持ちます。
- 29.97 fps (Drop Frame)
- アメリカの色テレビ標準で使用される実質的なフレームレートです。
- **「30 ドロップフレーム」**形式を採用し、NTSC(60Hz)圏において必須です。
- メカニズム: 1 秒あたりのフレーム数が整数ではないため、近似値を使用します。毎分の始めに
つのフレームカウントを省略(スキップ)しますが、分が2
の場合は省略しません。1, 11, 21...
- 25 fps (EBU)
- ヨーロッパ放送連合 (EBU) の標準です。
- 欧州・オーストラリアや 50Hz、PAL/SECAM 地域で広く使用されます。
- 24 fps (Film)
- フィルム作業に必須であり、音声中ではめったに使われません。
推奨事項
- ヨーロッパビデオ/オーディオ: EBU 25 fpsスタンダードを使用。
- アメリカンビデオ: 約 29.97 fps で動作するため、ドロップフレーム タイムコードを使用必須。
- アメリカンオーディオ(非同期): 30 ノンドロップが一般的ですが、現代的なビデオフォーマットとの互換性は低く、精度向上の利益は限定的です。
- コマーシャル: 計算誤差を許容できるため、正確でない 29.97 fps ノンドロップが使われることがあります。
ドロップフレーム論理の説明
- 問題: アメリカンビデオ(約 29.97 fps)を「30 ノンドロップ」で扱うと、壁時計に対し時速約
秒遅れます。1.8 - 解決策: 「30 ドロップフレーム」フォーマットを使用すると、24 時間以内の誤差は理論上
に抑えられます。75ms - 仕組み: 省略されたフレームで実際の時計とのズレを補正します(天文学的なうるう年の補償とは逆の効果)。
- カウント省略: 毎分の最初の 1 秒でフレーム番号0 と 1を省略。
- 例:
の直後は11:41:59:29
です。11:42:00:02 - 例外: 時が 10 で割り切れる場合(例:
)は省略しません。11:50:00:00
SMPTE LTC の変調方式
ビット(値
0 または 1)のオン・オフ状態をアナログ音声チャンネルで区別するのは困難ですが、SMPTE 縦方向タイムコード (LTC) はこれを解決しています。
基本原則
- 原理: データを電子状態遷移のレート(周波数)にエンコードします。
- バイフェーズマーク (Bi-Phase Mark):
- バイナリ 0: ビット周期始めに1 つの遷移で表されます。
- バイナリ 1: 開始時と期間中央にそれぞれ2 つの遷移で表されます(バイナリ 1 の周波数は 0 の倍です)。
- 特性: この単純な変調は非常に頑健で、現実世界のオーディオチャンネル全体と互換性があります。
データ組織と速度
各ビデオフレームに対するデータストリームは、80 ビット周期で構成されます。
| フレームレート | ビットレート | 周波数 (Zero/One) |
|---|---|---|
| 30 fps (アメリカ) | bits/sec | Zero: , One: |
| 25 fps (ヨーロッパ) | bits/sec | Zero: , One: |
これらの周波数はオーディオ安全領域内にあるため、標準的なオーディオトラックで記録可能です。
ビット構造の分解
各フレーム(80 ビット)以内の構成:
- SMPTE タイム/アドレス (26 ビット)
- BCD形式でアドレスを運びます。
- LSB 先頭に読み込まれます。
- 構成要素: フレームユニット、フレームテン、秒ユニット、秒テン、分ユニット、分テン、時ユニット、時のテン。
- ユーザビット (32 ビット)
- 8 グループの 4 ユーザービットとして割り当てられ、「バイナリグループ」とも呼ばれます。
- 用途: 巻番号や日付などの追加情報(一般的)。
- 特性: バイナリグループフラグビットがクリアされている限り、任意に割り当て可能です(通常は変化しません)。
- シンクワード (16 ビット)
- フレーム境界、テープ方向、およびビットレートを検出するために使用されます。
- 固定値:
0011 1111 1111 1101
- ビット 27 (バイフェーズマーク位相補正ビット - bPMPC)
- 80 ビットワードが偶数个のゼロを含むように設定/クリアされます。
- 目的: すべてのシンクワード内のパルス列の位相(論理的な極性)を同一に保証。
- 履歴: 1980 年代に波形モニタ確認を助けるために追加されましたが、再生機能標準化後は実質的に廃れました。
- ビット 58
- 将来使用のため予約(時のテンの BCD カウントで最大値
なので不要)。2
- 将来使用のため予約(時のテンの BCD カウントで最大値
- ビット 43 と 59 (バイナリグループフラグビット - bGFb)
- ユーザービットの文字セット形式を示します。
フラグビット真理表:
| ユーザービット形式指定なし | 8 ビット文字セット | 未割り当て (予約済み) | 未割り当て (予約済み) |
|---|---|---|---|
| ビット 43 | | | |
| ビット 59 | | | |
- リーダー向け: Bits 27, 43, 58, および 59 を無視(マスクアウト)するのが最善です。
- ライター向け: 良好な互換性のために、これらのビットにゼロ値を割り当てることを推奨します。
特別フラグ
- ビット 10 (ドロップフレームフラグ
): ドロップフレーム形式を使用時にセット。DF - ビット 11 (カラーフレームフラグ
): カラーテレビフィールドシーケンス同期時にセット。col.frm
SMPTE ストライプ信号レベル
SMPTE 縦方向タイムコードストライプは、適切なレベルで記録・再生する必要があります。高いレベルが良いとは限りません。
- 高すぎる場合: 波形歪み、エラー、オーディオクロスターク(シンクトーンが音声に混入)の悪化を招きます。
- 低すぎる場合: クロスタークを受けやすくになり、タイムコードリーダーによる信号破損を引き起こします。
- 過度な再生音量: タイムコードリーダーの入力回路を覆う可能性があります。
推奨レベルガイドライン
| 環境・機器 | レベル設定 | 理由・備考 |
|---|---|---|
| 一般的なルール | 最小限の数 dB 上 | Trial-and-error が最も効果的。 |
| オーディオテープ / 1 インチ VTR | 10 dB (低め) | 良好な動作が可能。 |
| ノイズ軽減 / VCR | +3 dB (高め) | ノイズ対策上好ましい場合がある。 |
SMPTE LTC シンクトーン波形
(注: ここは音声ファイル再生プレースホルダー) 以下の技術仕様は、25 fps LTC シンクトーンの 1 秒間のカットに基づいています。
- 提供ファイル:
8-bit モノ22050Hz
, Sun/Next.wav
, Apple.au
(約 42KB), 圧縮フォーマット (.aiff
,.mp3
).ogg
技術仕様
- 変調: バイフェーズマーク。
- ワード長: フレームあたり
ビット。80 - 周波数範囲:
- ノーマルスピード: ゼロ
(24 fps)、一元960 Hz
(30 fps)。2400 Hz
- ノーマルスピード: ゼロ
- ライスタイム (Rise Time): 全ステップ振幅の 10% から 90% を通過する時間。
- 標準:
。25 µs ± 5 µs - 含意: LTC 信号はローパスフィルターが必要。一次フィルター (
) の場合、6 dB/octave
は約14 kHzになります。-3dB カットオフ周波数
- 標準:
劣化の扱い
- 高周波数の損失: バンドブースト (約
, Q 約2 kHz
) やローオーダーシェルフフィルターで回復可能。1 - クロスタークとノイズ: 約
以下のロールオフを持つハイパスフィルターで低減。800 Hz - ジャッター (Jitter): レベルの慎重な調整や自動波形修復機能(TS1 等)で対処。
インタコネクト・配線
- 接続方式: バランスドまたはシングルエンドを状況に応じて使用可。
- プロフェッショナルインストールでは、スクリーニングペアオーディオケーブルを使用したバランスド信号が推奨されます。
- ルーティング: 高レベルによるクロスタークを避けるため、適切な経路で走線する必要があります。
禁止事項
SMPTE 信号は、以下の処理に曝すことはできません(波形を読み込めなくなるため):
- コンプレッション
- EQ
- ノイズリダクション
- AGC など
例外: フィリップ・リーズ TS1 は dbx プロセッシングを通じた記録/再生信号も解読できる巧妙な入力を持つため、このルールから除外されます。
SMPTE VITC と特殊タイムコード変種
| 特徴 | LTC (Longitudinal TimeCode) | VITC (Vertical Interval Time Code / "vitsy") |
|---|---|---|
| 記録位置 | テープの長さ方向(音声トラック) | ビデオ信号の垂直同期期間内 |
| 読み取り条件 | テープが動く間のみ可能 | 一時停止中でも読み取れる |
| オーバーダブ | オーバーダブ可能 (リッピング可) | 通常、再記録/Copy 不可 |
| 使用速度 | 通常速度以上 | 通常速度以下 |
| ワード長 | ビット | ビット |
| 同期/チェック | ビットシンクワード | ビット CRC エラーチェックコード (9 ペアシンクロビット挿入) |
現代フォーマット: 多くの現代的なフォーマットでは、コピーなしでのオーバーダブを許可し、SMPTE LTC フォーマットで提示されます(VITC でも出力ストリームは互換性確保のため LTC 形式とされることが多い)。
MIDI タイムコード (MTC)
SMPTE タイムコードに見られるタイミング情報(時、分、秒、フレーム)を MIDI コネクションが運ぶための標準規格です。
- 機能: SMPTE と MIDI の間の橋渡し役
- 利点: 絶対的なタイミング基準に同期可能。
- 結果:
- ビデオ・オーディオ・MIDI システム全体で単一のタイミング基準を確保。
- 絶対的な SMPTE タイムとテンポ相対的なバー/ビート番号を手動で変換する必要を消去。
バイナリ符号化十進数 (BCD)
SMPTE タイムコード信号内の情報はバイナリ(2 進法)形式で保持されますが、アドレス部分は**BCD (Binary Coded Decimal)**表現を使用します。
定義
各十進数字を
4 ビットのバイナリを使用して表す方式です。
| バイナリコード | 十進数 | ステータス |
|---|---|---|
~ | ~ | 合法 |
~ | - | BCD 不合法 |
- 長所・短所:
- コンパクト性: 純粋なバイナリよりも非効率(コンパクトではない)。
- コンピューティング: コンピュータ操作がやや困難。
- 歴史的背景: 10 進法と 2 進法の変換が複雑だった時代において好まれたため指定されました。
カラー TV フィールドシーケンス
スクリーンでのチラつきを軽減するため、インターレース (interlacing)(奇数/偶数フィールド分割)が使われます。コンポージットビデオでは全体のパターンが 1 つのフレームよりも長い期間にわたって反復します。
ビデオ信号タイプ
- コンポーネントビデオ: 輝度・色度・バーストが別々。編集は任意のフレーム境界で行えます。
- コンポジットビデオ: コンポーネント結合。大きな位相不連続性を許容せず、以下のシーケンスを守らなければなりません。
| システム | フレーム反復シーケンス | 備考 |
|---|---|---|
| PAL (ヨーロッパ) | 8 フィールド (4 フレーム) | 編集境界を厳守する必要がある。同期はビット で示す。 |
| NTSC / SECAM | 4 フィールド (2 フレーム) | - |
タイムコードでのフィールドシーケンス計算
編集をまたいでシーケンスを維持するために、タイムコードはフィールド位置を追跡します。
- PAL (4 フィールド @ 30 fps ドロップ または 25 fps)
- 奇数フレームと偶数フレームで構成される同期。
- フレームユニットカウントのビット
で示されます。0
- PAL / SECAM (4 フィールド @ 25 fps)
- フレームユニットと秒ユニットの最下位ビットの**排他的論理和 (XOR)**で示されます。
- 標準 PAL (8 フィールド @ 25 fps)
- フレーム・秒ユニットの
つの LSB の合計(キャリーを無視)。2 - MSB は、フレームテン・秒テンの次の LSB と XOR され、数字のリセットに対応します。
- フレーム・秒ユニットの
加算真理表 (キャリーアウト破棄)
| Op1 | Op2 | 結果 |
|---|---|---|
| 00 | 00 | 00 |
| 01 | 00 | 01 |
| 01 | 01 | 10 |
| 10 | 00 | 10 |
| 10 | 01 | 11 |
| 10 | 10 | 00 |
| 11 | 00 | 11 |
| 11 | 01 | 00 |
| 11 | 10 | 01 |
| 11 | 11 | 10 |
ブール論理参照
- XOR (排他的論理和):
演算子 (^
,0 ^ 1 = 1
)。1 ^ 1 = 0 - 加算 (+): 計算のためにはキャリーアウトを破棄します。
ビットマッピング (25 fps 標準 PAL)
- フレームユニット LSB: ビット
0, 1 - 秒ユニット LSB: ビット
16, 17 - フレームテン 次の LSB: ビット
9 - 秒テン 次の LSB: ビット
25
テレビ標準に関する注記
- PAL: ヨーロッパ/UK で使用(625 ライン、25 fps)。キャリア周波数が交互なラインで反転され、色相シフトを補償します。
- SECAM: フランス・旧共産圏諸国で使用(625 ライン、25 fps)。2 つの色成分が交互なライン上で交替して運ばれます。
クレジット: バイフェーズマークビットに関する専門情報の提供に対し、ハリウッド CA クレスト・ナショナル・デジタル・メディア・コンプレックスのシニアビデオエンジニア Jim DeLuca に感謝申し上げます。