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# Spresense Audio Jack as NTSC Video Output > Playing NTSC composite video on a TV using Sony Spresense's 192kHz 24bit HiRes Audio DAC — no code changes, just a WAV file. **作者:** [chrmlinux03](https://hackaday.io/hacker/1546011-chrmlinux03) **作成日:** 2026/06/14 **タグ:** `bad-apple` `spresense` `ntsc` `arduino` `composite-video` **元URL:** https://hackaday.io/project/205934-spresense-audio-jack-as-ntsc-video-output --- ## 概要 Sony Spresenseのヘッドフォンジャックからわずか2本の抵抗だけでNTSCコンポジット映像をテレビに出力するプロジェクト。Arduinoコードは一切変更なし。SDカード上のファイルだけが違う。 **ハードウェア:** - Sony Spresense + Extension Board - 抵抗 2本（470Ω と 1kΩ） - RCAケーブル NTSCの波形をPythonでRAWファイルとして事前生成し、192kHz 24bit Stereoで再生。Lチャンネルが映像、Rチャンネルが同期信号を担当。Bad Apple!! も動作確認済み。 --- ## Chapter 1: はじめに ある日、ふとこんな疑問が浮かんだ。 > 「Audio Jackから出る信号は電圧変化に過ぎない。NTSCも電圧変化だ。同じじゃないか？」 - **オーディオ信号** = 時間軸上の電圧変化 - **NTSCコンポジット映像信号** = 時間軸上の電圧変化（同期信号＋輝度信号） 本質はまったく同じ。違うのは電圧変化のパターンだけ。 ならば、NTSCパターンで変化する電圧をAudio Jackから出力すれば、テレビに映像が映るはずだ。 **実装方針:** 1. NTSCの波形をPCMデータとして表現 2. RAWファイルとしてSDカードに保存 3. Spresenseの Audio Player（`player_hires.ino`）でそのまま再生 Arduinoコードはソニー公式サンプル [`player_hires.ino`](https://developer.spresense.sony-semicon.com/development-guides/?lang=en&page=arduino_tutorials#_play_high_resolution_audio) を**一行も変更しない**。 映画「コンタクト」では音声データの中に映像信号が隠されていたが、このプロジェクトはその逆——映像信号を意図的に音声データとして設計した。

--- ## Chapter 2: Generation 1 — CPUがリアルタイムで映像生成（CH32V003版） Spresense版の前段階として、超安価な48MHz RISC-Vマイコン **CH32V003**（数円）を使ったNTSC出力を実装した。 [[SPRESENSE 2026]TVに出力したにょ[CVBS]](https://elchika.com/article/b420a75a-50d0-4ea5-8481-91204f286f1b/) ``` CPU (48MHz) → GPIOタイミング制御 → 抵抗DAC（2本の抵抗で電圧レベル生成） → CVBS（コンポジット映像信号） → TV ``` ### 歴史的な先例 | 実装 | 手法 | |---|---| | AVR TVout library | ATmega + GPIO | | PIC TV output | PIC + GPIO | | ESP32 Composite | ESP32 + I2S | | Arduino TVout | Arduino + GPIO | すべて同じパターン：CPUがリアルタイムで映像信号を生成する。これがGeneration 1の特徴。 ### Generation 1の限界 - CPUが映像生成で占有されるため、他の処理ができない - 割り込みの精度がわずかにズレると映像が乱れる - 「CPUが映像を作る」という概念から抜け出せない この経験が次の問いをより深くした——「データが映像になる世界へ」 --- ## Chapter 3: Generation 2 — WAVファイルがTVになる（Spresense版） ### 3.1 核心的な気づき Spresenseには **192kHz 24bit HiRes Audio** 機能がある。これは1秒間に192,000回、電圧を更新できることを意味する。 ``` 1サンプル = 1/192000秒 = 5.2μs NTSCの水平同期周波数 = 15,734Hz 1ライン = 1/15734秒 = 63.5μs 1ラインあたりのサンプル数: 63.5μs ÷ 5.2μs = 12サンプル ``` **12サンプルで1ラインを表現できる。** Spresenseはステレオ出力なのでLチャンネルとRチャンネルを独立制御できる。 ``` L ch = VIDEO信号（輝度） R ch = SYNC信号（同期パルス） ``` 2本の抵抗でミックスすればNTSC信号の完成。 ### 3.2 決定的な気づき Spresenseには `player_hires.ino` というサンプルがある。SDカードのRAWファイルを192kHz 24bit Stereoで再生するだけのコード。 このコードを**一切変更しない**。 SDカード上のファイルだけを変える。`ntsc.raw` の中にNTSC波形データを入れれば、Audio Playerがそのまま NTSC信号を出力する。 CPUはリアルタイムで何もしていない。ただ再生しているだけ。これがGeneration 1との決定的な違い。 ``` Generation 1 (CH32V003): CPUがリアルタイムで映像信号を生成 Generation 2 (Spresense): Pythonが事前にデータを生成、CPUは再生するだけ ``` ### 3.3 回路 **たった2本の抵抗だけ。** ``` ヘッドフォンジャック: L (tip) → 470Ω → RCAセンターピン R (middle) → 1kΩ → RCAセンターピン G (sleeve) --------→ RCA GND ```   ### 3.4 PCM値とNTSC電圧レベルの対応 ```python PCM_SYNC = 0x000000 # 0V = 同期パルス PCM_BLACK = 0x100000 # 0.3V = 黒レベル PCM_WHITE = 0x7FFFFF # 1.0V = 白レベル（最大輝度） ``` ### 3.5 結果（オシロスコープ測定値） | 項目 | 実測値 | 規格値 | |---|---|---| | 水平周波数 | 15.97kHz | 15.734kHz | | 周期 | 62.56μs | 63.5μs | | Vpp | 960mV | 1Vpp | **テレビに映像が映った。** 正確には「WAVファイルがテレビで再生された」。  --- ## Chapter 4: 技術詳細 — ntsc.rawの生成方法 ### 4.1 全体フロー ``` Pythonスクリプト → 1ライン = 12サンプルのPCMデータ生成 → 1フレーム = 262ライン書き出し → ntsc.raw としてSDカードに保存 Spresense → AudioClass で 192kHz 24bit Stereo 再生 → CXD5247 DAC で出力 → Audio Jack: L ch = VIDEO (470Ω), R ch = SYNC (1kΩ) → 抵抗ミックス → RCA → TV ``` ### 4.2 定数 | 定数 | 値 | 説明 | |---|---|---| | SAMPLE_RATE | 188,811 Hz | 実測から微調整した値 | | NTSC_H | 262 | 垂直ライン数 | | NTSC_W | 12 | 1ラインあたりのサンプル数 | | SYNC_W | 2 | 同期パルス幅（サンプル数） | | BLANK_W | 3 | ブランキング幅（サンプル数） | | VRAM_W | 9 | 有効映像幅（= 9ピクセル） | | LINE_REPEAT | 3 | 1ピクセル行あたりの繰り返しライン数 | | VRAM_H | 87 | 有効映像高さ（ライン数） | ### 4.3 1サンプルの書き出し 24bit Stereo = 1サンプルあたり6バイト。L chにVIDEOデータ、R chにSYNCデータを24bitリトルエンディアンで書き出す。 ### 4.4 1フレームの生成 | ライン範囲 | 内容 | |---|---| | 0〜8 | 垂直同期期間 | | 9〜20 | 垂直ブランキング期間 | | 21〜261 | 有効映像期間 | 有効ライン内の構成: - 最初の2サンプル: SYNC - 次の1サンプル: BLANK - 残り9サンプル: VRAMからのVIDEOデータ ### 4.5 VRAMと描画 VRAMは9列×87行の2次元配列。各セルは0または1。`draw_pixel` が境界チェック付きでVRAMに書き込む。 ### 4.6 font3x5 文字描画 各文字を3×5ドットマトリクスの15bitビットマップで表現。`draw_char` が各ビットを走査して `draw_pixel` を呼び出す。 ### 4.7 ループ再生 `ntsc.raw` は1フレーム分のみ。Spresenseがファイル末尾に達するとシークして先頭に戻り、連続してNTSC映像を出力し続ける。ファイルサイズはわずか **1.8KB**。 --- ## Chapter 5: 表示実験 — テキストとBad Apple!! ### 5.1 HELLO WORLD テキスト表示 最初の表示実験。水平解像度が9ピクセルしかないため、3ピクセル幅の文字を縦に積み上げて配置。それでも文字は明瞭に認識できた。 @[viemo](https://vimeo.com/1201161282/fl=pl&fe=sh) ### 5.2 SONY テキスト表示（1秒ごとに切り替え） S・O・N・Yを1秒ごとに切り替え表示。`ntsc.raw` で動的なコンテンツも表現できることを確認。 @[vimeo](https://vimeo.com/1201161716?fl=pl&fe=sh) ### 5.3 Bad Apple!! — グレースケール映像再生 最も野心的な実験。有名なモノクロアニメ「Bad Apple!!」をNTSC映像に変換して再生。 グレースケール対応が大きな進化点: @[vimeo](https://vimeo.com/1201161788?fl=pl&fe=sh)     ```python brightness 0 (黒) → PCM_BLACK (0x100000) brightness 255 (白) → PCM_WHITE (0x7FFFFF) ``` 24bitのダイナミックレンジにより、1bit GPIO出力では不可能だった滑らかな256段階グレースケールを実現。 **解像度:** - 水平: 9ピクセル - 垂直: 87ライン（LINE_REPEAT=3, 有効180ライン） 極めて低解像度でもBad Apple!!はしっかり認識できる。これはシルエットスタイルによる高コントラストと、グレースケール対応による正確な輝度再現のおかげ。 ### 5.4 Generation 1 vs Generation 2 比較 | 項目 | Generation 1 (CH32V003) | Generation 2 (Spresense) | |---|---|---| | 映像生成 | CPUがリアルタイム生成 | Pythonが事前生成 | | 色深度 | 1bit（白黒のみ） | 24bit（グレースケール） | | CPU負荷 | 高 | ゼロ | | コード変更 | 必要 | 不要 | | コンテンツ更新方法 | 再コンパイル＋書き込み | SDカードのファイルを入れ替えるだけ | | 出力先 | GPIO | Audio Jack | --- ## Chapter 6: まとめ・考察・今後の展望 ### 6.1 このプロジェクトの新しさ 一言で言えば: > **「音楽プレーヤーをテレビにする」** 技術的な新規性は「映像を出力すること」ではない（GPIO経由のNTSC出力は歴史的に多くの先例がある）。新しいのは **信号の出所** と **映像の作り方** だ。 - **どこから:** Audio Jack（ヘッドフォン出力） - **どうやって:** WAVファイルを再生するだけ CPUはリアルタイムで何もしない。ただ再生するだけ。すべての映像コンテンツはPythonが事前生成し `ntsc.raw` に格納されている。 ### 6.2 映画「コンタクト」との類似性 映画「コンタクト」では、エレノア・アロウェイ博士が音声データの中に隠された宇宙人の信号を解析し、映像を取り出した。 ``` Contact: 音声データ → 解析 → 映像を取り出す このProject: 映像データ → 設計 → 音声ファイルとして再生 ``` このプロジェクトは実装によって「音声と映像は本質的に同じもの」であることを証明した。 ### 6.3 192kHz 24bitの意味 なぜSpresense？ CXD5247 DACが192kHz 24bit HiRes Audioに対応しているから。この高いサンプリングレートがすべての鍵。 - 192kHz → 1サンプル = 5.2μs - NTSC 1ライン = 63.5μs - → 1ラインあたり12サンプル 12サンプルは少ない数字だが、NTSCの基本構造を表現するには十分。そして24bitのダイナミックレンジにより、1bit GPIO出力では不可能だったグレースケール表現が可能になった。 ### 6.4 現時点の制限 | 項目 | 現状 | |---|---| | 水平解像度 | 9ピクセル | | 垂直解像度 | 87ライン（LINE_REPEAT=3） | | カラー | グレースケールのみ（カラー不可） | | 音声 | 映像出力と同時使用不可 | 水平解像度が低い根本的な理由: CXD5247 DACのアナログ出力帯域幅が約96kHz（ナイキスト限界）であり、NTSCの理論最大帯域幅4.2MHzには遠く及ばないため。 ### 6.5 今後の展望 — 384kHz 32bitへの拡張 次のステップ: PC に接続した USB-C 外付け DAC（384kHz 32bit UAC2.0 対応）で `ntsc.raw` を直接再生。 ``` 384kHz → 1サンプル = 2.6μs NTSC 1ライン = 63.5μs → 1ラインあたり約24サンプル 水平解像度: 9ピクセル → 約20ピクセルに倍増 32bit: さらに精密なグレースケール再現 ``` @[amazon](https://amzn.to/43AX3wc) ### 6.6 Makerの精神 この開発中、AIに「Audio DAC経由のNTSCは不可能」と最初に言われた。帯域不足、サンプル数不足、物理的に無理、と。 **しかし映像は映った。Bad Apple!! は動いた。** > 「できないのではない。方法を見つければいい。」 技術的な制限は確かに存在する。しかしその制限の中で方法を見つけることがエンジニアの仕事だ。9ピクセルの解像度でも、Bad Apple!! はBad Apple!! だ。 --- ### 6.7 Pythonコード（font3x5.py 抜粋） ```python # font3x5.py # 3x5ドットマトリクス (ASCII 32 - 93) font3x5 = [ 0b000000000000000, # 32 ' ' 0b010010010000010, # 33 '!' 0b000000000000000, # 34 '"' 0b101111101111101, # 35 '#' # ... (省略) 0b111101101101111, # 48 '0' 0b010110010010111, # 49 '1' 0b111001111100111, # 50 '2' 0b111001111001111, # 51 '3' 0b101101111001001, # 52 '4' 0b111100111001111, # 53 '5' 0b111100111101111, # 54 '6' 0b111001001001001, # 55 '7' 0b111101111101111, # 56 '8' 0b111101111001111, # 57 '9' # ... (省略) 0b111101111101101, # 65 'A' 0b110101110101110, # 66 'B' 0b111100100100111, # 67 'C' 0b110101101101110, # 68 'D' 0b111100110100111, # 69 'E' 0b111100110100100, # 70 'F' 0b111100101101111, # 71 'G' 0b101101111101101, # 72 'H' 0b111010010010111, # 73 'I' 0b001001001101111, # 74 'J' # ... (続く) ] ``` > 完全なコードは元プロジェクトページの Chapter 6 ログを参照: > https://hackaday.io/project/205934/log/248497-chapter-6-summary-considerations-and-future-plans --- ## 動画 - **HELLO WORLD 表示:** https://vimeo.com/1201161282 - **SONY テキスト（1秒切り替え）:** https://vimeo.com/1201161716 - **Bad Apple!! グレースケール再生:** https://vimeo.com/1201161788 --- ## 参考リンク - Sony Spresense player_hires.ino: https://developer.spresense.sony-semicon.com/development-guides/?lang=en&page=arduino_tutorials#_play_high_resolution_audio - CH32V003版（Generation 1）のツイート: https://x.com/chrmlinux03/status/2047242788916621336 - 元プロジェクトページ: https://hackaday.io/project/205934-spresense-audio-jack-as-ntsc-video-output