なぜDSCテクノロジーはクロマサンプリング圧縮よりも高解像度ディスプレイに適しているのか？

近年、ディスプレイデバイスの解像度およびリフレッシュレートは大幅に向上しています。例えば、4K（3840x2160）や8K（7680x4320）の解像度を持つディスプレイが主流になりつつあり、120Hz、144Hz、240Hzといった高リフレッシュレートのモニターは、eスポーツや高性能アプリケーションにおいて広く採用されています。ディスプレイの解像度とリフレッシュレートが向上するにつれて、必要なデータ帯域幅も大幅に増加します。

例えば、4K解像度のディスプレイが60Hzで動作する場合、非圧縮の画像データには12Gbps以上の帯域幅が必要となり、8Kディスプレイではさらに高い帯域幅が求められます。コンテンツクリエイターやゲーマー、技術愛好家であれば、これらの帯域幅の要求がもたらす課題にすでに直面しているかもしれません。

図1. 各解像度における帯域幅要件と対応状況

増加するピクセル数に対応するため、ディスプレイを駆動するリンクの帯域幅も増加しています。しかし、物理層技術の進歩はピクセル数の増加に追いついておらず、HDMIやDisplayPortなどの従来のビデオインターフェースは高速データ伝送をサポートしているものの、帯域幅の限界があります。さらに、一部のディスプレイドライバーICは表示フレームを格納するため、高解像度のディスプレイではより大きなオンチップフレームバッファが必要になります。これらの要因により、ディスプレイリンクにおける圧縮技術の必要性が高まっています。

図1を見てみると、ディスプレイの帯域幅がプロトコルの帯域幅制限を超えた場合、DSC（Display Stream Compression）を使用した圧縮と、4:2:2または4:2:0のクロマサンプリング圧縮の2つの選択肢があることが分かります。

クロマサンプリング圧縮

クロマサンプリング圧縮は、人間の目が色の詳細に対して比較的鈍感であることを利用し、圧縮時に色情報の保持レベルを低下させる技術です。この方式では、画像データはRGBフォーマットではなく、以下の3つの成分に分けられます。

  • Y（輝度）：画像の明るさを表し、白黒のグレースケール部分を決定。

  • Cb（クロマブルー）：青色の偏差を表す。

  • Cr（クロマレッド）：赤色の偏差を表す。

クロマ成分のサンプリングレートは大幅に削減されることが一般的です。

代表的なクロマサンプリングフォーマットには、4:4:4、4:2:2、および4:2:0があります。

図2. 4:4:4フォーマット

  • 4:4:4：輝度とクロマ成分が全て同じ解像度でサンプリングされ、圧縮なし。

  • 4:2:2：隣接する2つの水平ピクセルが1つのクロマ情報を共有し、クロマ情報が50%削減される。

図3. 4:2:2フォーマット

  • 4:2:0：2x2ピクセルブロックで1つのクロマサンプルを共有し、クロマ情報が75%削減される。

図4. 4:2:2フォーマット

このように、クロマサンプリング圧縮は帯域幅削減に貢献する一方で、色情報の損失により画像のディテールが失われる可能性があります。

ディスプレイストリーム圧縮（DSC）

DSCの基本原理

DSC（Display Stream Compression）の基本原理は、視覚認知モデルを活用して圧縮アルゴリズムを最適化することです。圧縮の過程で、人間の目が色よりも細部や明るさに対して敏感であるという視覚特性を利用して画像を圧縮します。DSCはさまざまなエンコーディング技術を駆使しながら、最終的にはデータのサイズを3:1に圧縮します。

図 5. DSCエンコーダのブロック図

グラフィックカード側では、大容量のデータパケットが超高速で圧縮されます。この圧縮データは、帯域幅の限られたインターフェースとケーブルを通じてディスプレイ側へ送信されます。ディスプレイ側では、データが高速に解凍され、遅延はわずか0.5マイクロ秒しか発生しません。そのため、ゲームやデザイン作業においても、視覚的な影響を感じることなく利用できます。


DSCはロスレス圧縮を採用

DSCはロスレス圧縮を採用しており、圧縮の過程で輝度信号（Y）と色差信号（Cb, Cr）の両方を圧縮します。しかし、あくまで帯域幅の最適化を目的としており、視覚的な品質を損なうことはありません。DSC圧縮では、色と輝度の関係性が維持され、「圧縮」されながらも視覚的な結果は変わらないように設計されています。

まとめ：DSCとクロマサンプリングの違い

DSCとクロマサンプリングの最大の違いは、圧縮の方法と視覚的影響にあります。

  • クロマサンプリングは、帯域幅の制約を軽減するために色情報を積極的に削減する手法であり、グラフィックカードから送信された画像は圧縮されたまま表示されます。そのため、色の情報が失われ、視覚的な影響が大きくなります。

  • DSCは、データを転送時に圧縮し、ディスプレイ側で解凍する方式です。わずかな遅延やデータ損失は発生しますが、その影響はほぼ知覚できないレベルに抑えられています。大規模な主観評価の結果、DSCは「視覚的にロスレス」であることが確認されています。


DSCの対応規格とTESmart Mシリーズの強み

DSCは、以下のディスプレイインターフェース標準においてオプション機能として採用されています。
  • VESAのEmbedded DisplayPort（eDP）標準 v1.4
  • HDMI規格
  • MIPI DSI v1.2

また、USB-C、USB4、Thunderbolt 3/4 などのインターフェースでも使用可能で、帯域幅の制限を超えた高品質な映像伝送を実現します。

TESmartのMシリーズ製品は、DP 1.4およびHDMI 2.1に完全対応しており、DSC技術を活用することでデータ転送量を削減しつつ、画質を維持します。これにより、KVMスイッチは最新のディスプレイ要件にシームレスに適応できるため、高画質を維持しながら複数のデバイス間で高速に切り替えが可能です。オフィス作業やゲーミング環境のいずれにおいても、優れたユーザー体験を提供します。

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