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1 授業予定 2006 年秋学期 インターネットの進化進化と可能性 村井純 湧川隆次 第 1 回講義概要 講義のねらい 履修の注意事項について第 2 回無線 無線通信メディア (WLAN, WiMAX) 携帯のデータ通信 (EvDO, HSDPA) 第 3 回電話 Voice over IP ENUM 第 4 回ネットワークコミュニケーション第 5 回ディスカッション第 6 回放送 マルチキャスト リアルタイム通信 UDPトラフィックの増加 第 7 回ゲストスピーカ ( 予定 ) 第 8 回ディスカッション第 9 回インターネットインフラ 広帯域インターネット IP version 6 第 10 回アプリケーション Web2.0 P2P 第 11 回ディスカッション第 12 回全体でのディスカッション 情報社会インフラとしてのインターネットの責任と課題第 13 回全体のまとめ 放送と通信 放送とは 放送 公衆によって直接受信されることを目的とする無線通信の送信 放送法第 2 条 1 号 通信 有線, 無線その他の電磁的方式により, 符号, 音響または映像を送り, 伝え又は受けること 電気通信事業法第 2 条第 1 号 放送法 放送に関するする法律 施行 平成十四年十二月十三日改正案 目的 信頼できる情報を広くあまたに伝えること ポイント 放送とは公衆によって直接受信されるものである 電波法の規定により放送局としての免許を受けたものを放送事業者として扱う 受信障害対策中継放送 電波法の規定により受信障害対策中継放送をする無線局の免許を受けたものが行う放送は, 放送事業者の放送とみなす ( 第五十三条 ) 1

2 施行 有線テレビジョンテレビジョン放送法 平成十三年六月二十九日改正案 目的 有線テレビジョン放送施設の設置, 業務の適正化による受信者利益の保護 再送信に関する規定 ポイント ( 再送信の条件 ) 受信障害が相当範囲に渡り発生, もしくは発生が予想されると総務大臣が指定した区域 全ての放送番組に変更を加えないで同時に再送信 ただし総務省令で定める場合は除く 放送事業者, または電気通信役務利用放送事業者の同意が必要 著作権 著作権法 複製権, 公衆送信権, 譲渡権, 貸与権等 著作人格権 著作者の人格的利益を保護する権利 他人に譲渡不可 公表権, 氏名表示権, 同一性保持権 著作隣接権 著作者の利用を許諾したり禁止する権利 他人に譲渡可 送信可能化権, 録音権, 録画権, 譲渡権など 放送と通信 インターネットによるによる放送放送の重要重要な視点 不特定多数に対する同報通信が放送 多数であっても特定される二者間であれば通信 地上波 ( いわゆるテレビ ) の再送信が可能か? 著作隣接権と難視聴対策 準拠するべき通信放送関連法は 放送法? 有線放送法? というわけで制定された法律が 電気通信役務利用放送法 施行 電気通信役務利用放送法 () 平成十六年四月一日改正案施行 目的 電気通信役務利用放送の運営適正化による受信者の利益保護 電気通信役務利用放送とは 公衆によって直接受信されることを目的とする電気通信の送信 放送の全部, または一部を電気通信事業者が提供する通信サービスを利用する 電気通信役務利用放送法 (2/2) 内容 業務を行う者の登録 放送の種類, 概要, 業務区域を記載した申請書を総務大臣に申請, 認可を受けなければならない 再送信 他の電気通信役務利用放送事業者, 放送事業者からの同意を得なければならない 放送法の準用 デジタル放送技術 地上デジタル放送ワンセグ 2

3 IPTV フォーラム 2006 年 10/23 総務省が放送番組などの IP 配信に関する技術やルールを検討するために発足 次世代ブロードバンドコンテンツ流通フォーラムの中で発足 メンバー 主査 : 安田泰彦東大名誉教授 構成員 : 村井純慶大教授, シャープ, ソニー, 松下などのメーカー,KDDI,NTT などの通信事業者, 民法,NHK などの TV 局 総務省は次世代ブロードバンドコンテンツ流通フォーラムのオブザーバーとして参加 地上デジタルデジタル放送放送が掲げるげるメリット 地上デジタルテレビ放送 ハイビジョンの高画質と CD レベルの高音質 画面の番組案内から 関心のある番組を選ぶことが可能 多様なデータ放送 ( 全国向けと地域向け ) クイズ番組への視聴者参加やドラマ 映画のリクエストなどの双方向機能 標準画質テレビ放送の多チャンネル化 ゴースト障害のない受信 自動車やバス 電車などでの移動体や携帯端末に向けた動画サービス 動き補償予測補償予測と GOP(Group Of Picture) 構造 ハイビジョンの高画質 デジタル放送 最大 1125 本の走査線を使った縦横比 16:9 のハイビジョン画質 (HD 画質 ) 現行アナログ放送 525 本の走査線を使った縦横比 4:3 の画面 (SD 画質 ) GOP フレームの固まり Iピクチャ (Intra picture) Pピクチャ (Predictive picture) ピクチャ (i-directional predictive picture) 双方向予測 順方向予測 Iピクチャ ピクチャ Pピクチャ 15Picture/1GOP I P P P P MPEG2 Video 映像符号化方式 MP(Main Profile)@HL(High Level), MP@ML(Main Level) 動き補償予測 DCT 周波数成分ごとの量子化 圧縮性能 HDTV 1Gbps 22Mbps SDTV 167Mbps 6~8Mbps 画質 MPEG2 で定められている画質 緑の部分はデジタル放送で利用する画質 SP@ML ピクチャなし MP@HL MP@H MP@ML SNR@ML Spt@H HP@HL :2:2 HP@H :2:2 HP@ML :2:2 MP@LL SNR@LL

4 MPEG-2 Audio AAC 音声符号化方式 標本化周波数 :32kHz, 44.1kHz, 48kHz 量子化ビット数 :16bit 以上 音声チャンネル数 : 最大 5ch+ 低域強調 1ch 96kbps で CD 相当といわれる デジタル放送 標準ステレオ 144 kbps 以下 高音質ステレオ 192~256kbps マルチチャンネルステレオ 384kbps 以下 音声圧縮 聴こえない範囲の音は削除 最小可聴限界の周波数特性 マスキング効果 大きな音の直前直後にある周波数が同程度の小さな音や 大きな音の中に埋もれた周波数が同程度の小さな音などは 聴き取れない 削除 多重化方式 TS,PES,PSの関係 映像 音声 データなどを統合して伝送 各情報をタイミングを合わせて再生 基本方式 :MPEG-2 System データ :PES (Packetized Elementary Stream) 伝送 :TS (Transport Stream): パケット188yte 固定長 伝送制御 :PSI(Progaram Specific Information) の記述子 PCR(Program Clock Rate): 基準時刻の再生 トランスポートストリーム (TS) TS パケット パケタイズドエレメンタリストリーム (PES) TS パケット (PID=a) TSヘッダ TS ペイロード PES ヘッダ TS パケット (PID=b) TSパケット TSパケット (PID=a) (PID=c) TS ヘッダ PES ペイロード TS パケット (PID=c) ( 可変長 ) パック パックヘッダ PES PES PES プログラムストリーム (PS) パック パック パック PSI ツリー構造 伝送技術 :ISD-T PS TS PAT(Programme Association Table) 各番組のPMTがあるPIDを指す PMT(Programme Map Table) 各番組のコンポーネント ( 映像 音声 タイミング ) があるPIDを指す NIT ネットワーク情報を示す CAT(Conditional Access Map) 限定受信をサポートする情報を格納 NIT PAT 周波数などの情報を持つ PID=PATで指定 PID=0: 各番組のPMTを指定 10ch PMT Video PCR 11ch Audio PMT Video PCR PID=PMTで指定 PID=PMTで指定 PID=PMTで指定 ISD-T (Integrated Services Digital roadcasting - Terrestrial) 伝送路符号化部 MPEG2-TS 以下の処理を行う 誤り訂正符号化 畳み込み (~) リードソロモン符号 (204,188)=8yte 訂正可能 インタリーブ バースト誤りのランダム化 デジタル変調 4

5 符号化手順 誤り訂正 ビットの誤りを訂正する為の符号をデータに付加 ビットのランダム化 データの並び替え MPEG2 システムの利用 誤りなく伝送する必要がある ランダムな誤り 畳み込み符号 バースト誤り 連接符号 データの配列を変えてランダムな誤りへ ( インタリーブ ) バイト単位で訂正可能なリードソロモンを利用 2 つの符号化方式を組み合わせること 伝送路に対しての近さで以下のように呼ぶ 近い : 内符号 遠い : 外符号 ARI STD 31 図 3.2 抜粋 外符号化誤り訂正 内符号化誤り訂正 TSP( トランスポートストリームパケット ) 毎 短縮化リードソロモン (204,188) 204yte 中 8yte のランダム誤り訂正可能 衛星 地上デジタル共通 リードソロモン (255,239) において 入力データバイトの前に 51yte の 00 Hex を付加し符号化後に先頭 51yte を除去して生成 MPEG2 TSP 同期バイト (1yte) データ部 (187yte) 畳み込み符号 過去の情報も利用して符号化を行う デジタル放送 拘束長 (K):7 符号化率 (R=k/n):,,,, 符号化率が少ないほど 訂正能力は高い 情報量は減る 情報系列 ( 入力 ) 符号系列 ( 出力 ) 拘束長 Kブロック kbit S t-2 S t-1 S t W t-2 W t-1 W t nbit 0 (51yte) 同期リードデータ部バイトソロモン (1yte) (187yte) (16yte) RS 符号によって誤り保護されたTSP( 伝送 TSP) 伝送路符号化技術 :ST-OFDM (and Segment Transmission Orthogonal Frequency Division Multiplexing) OFDM( 直交周波数分割多重方式 ) 各サブキャリアの信号レベルが0になる周波数で区切られる 各信号の関数が直交関係となる 一つの周波数帯を分割し 多数の搬送波 ( サブキャリア ) を詰め込んでデータ伝送 干渉などの通信品質低下が少ない 伝送シンボル1 個の継続時間が長い ガードインタバールの付加 ある特定周波数帯への妨害電波に強い 一部のデータのみ影響を受ける 誤り訂正処理により改善できる 地上デジタルデジタルの帯域 (OFDM セグメント ) 1チャンネル ( 帯域幅 6MHzの内 5.6MHz) が13セグメントに分割されている HDTVが12セグメント SDTV( 現行画質 ) が4セグメント 音声放送が1~3セグメント携帯ハイビジョン番組携帯標準テレビ 1ラジオ 3ラジオ サブキャリア 信号レベル (d) 5.6MHz 23Mbps 1.7MHz 7.6Mbps 5.6MHz 429kHz 429KHz 680Kbps #11 #9 #7 #5 #3 #1 #0 #2 #4 #6 #8 #10#12 周波数 周波数 最大 432 本の搬送波 電波変動に強い変調方式で携帯受信用に割り当てることが可能携帯受信では 1 セグメントだけを受信すれば放送を視聴することができる 参考 : 5

6 伝送信号パラメータ 1 セグメント ( 部分受信用の情報情報に相当 ) の情報情報レート OFDM セグメント 使用帯域 :6/14MHz( 約 430kHz) テレビ放送 13 セグメント使用 音声放送 1~3 セグメント使用 キャリア変調 DQPSK QPSK 16QAM 畳み込み符号 伝送 TSP 数 (1フレームあたり) (Mode 1 / 2 / 3) 12/ 24 / 48 16/ 32 / 64 18/ 36 / 72 20/ 40 / 80 21/ 42 / 84 24/ 48 / 96 32/ 64 / / 72 / / 80 / 160 ガード比 1/ 伝送容量 (kbps) ガード比 1/8 ガード比 1/ ガード比 1/ / 84 / / 72 / / 96 / QAM 54/ 108 / / 120 / ARI STD 31(p.12) より 63/ 126 / 総 (13 セグメント ) 情報レート マルチパス障害 キャリア変調 DQPSK QPSK 16QAM 畳み込み符号 伝送 TSP 数 (Mode 1 / 2 / 3) 156/ 312 / / 216 / / 468 / / 520 / / 546 / / 624 / / 832 / / 936 / / 1040 / 2080 ガード比 1/ 伝送容量 (Mbps) ガード比 1/8 ガード比 1/ ガード比 1/ マルチパス障害 端末が複数の経路から同じ電波を受信してしまうこと 基地局から送信された電波が建物や地形などの障害によって反射 回折するため 多重波伝送路とか遅延波とも言われる ゴースト現象 マルチパス障害が原因 546/ 1092 / / 936 / / 1248 / QAM 702 / 1404 / / 1560 / / 1638 / 変調 畳み込み符号の符号化率を可変とした階層伝送ができる 図 2(a), 図 3 より ガードインターバル データを時間的に一部重複させて送る サブチャネルの周波数間隔を変えずに シンボル長をガードインターバル分だけ長くする マルチパス波の遅延時間を考慮して定められる デジタル放送でとりうるガードインターバル長 1/4,1/8,1/16,1/32 ガードインターバル長が長いほど マルチパスに対して強い 伝送できる情報量は減る ガードインターバル 時間領域データの後ろからガードインターバル分のデータをコピー 有効シンボル同じ波形をコピー期間の前に付加 より 6

7 SFN (Single Frequency Network ) ちなみに ( 無線 LANの変調方式 ) SFN 複数の放送局から同一の送信周波数で同一のプログラム ( 同一変調内容 ) を放送するネットワーク 従来はなるチャネルを用いて同一チャネル間干渉を避けていた 一つのプログラムを放送するために多くのチャネルを使用することとなり周波数帯を多く占有してしまう SFN では複数局から送信した同一プログラム放送を 復調時にマルチパス伝送路からの信号と見なす f2 f1 f3 従来 : 異なる周波数を利用 f1 f1 f1 SFN: 同一周波数を利用 無線 LAN の変調方式 b DSSS DPSK,DQPSK,CCK a OFDM PSK,QPSK,16QAM g OFDM-CCK DPSK,DQPSK,CCK, PSK,QPSK,16QAM 各国のデジタルデジタル放送比較 デジタル放送普及放送普及にむけて より抜粋 平成 16 年度版情報通信白書より 番組連動データ放送 データ放送 ( サービス例 ) スポーツ中継中に選手の情報を見る 料理番組中にレシピを表示 ニュースの一覧 データ放送独立サービス EPG( 電子番組ガイド ) による番組サーチ チケット予約 テレビショッピング ホームバンキング 企業情報 株価チェック オンライントレード EPG は端末毎に表示が異なる もうひとつのひとつの放送放送ー地上地上デジタルラジオ 地上デジタルラジオ ( 試験放送 ) 文字データ 現行 VHF7チャネルを8セグメントに分割 1セグメント音声 1 1セグメント5チャンネル 3セグメント1チャンネル静止画 簡易動画も流せる 拡張 2セグメント 音声 2 簡易動画 データカルーセル 32K 144K 64K 144K 256K 192K 一般情報 曲目情報パーソナリティトーク & 音楽スタジオ内画像 CM ジャンル別音楽スタジオ内映像 動画 CM ダウンロード音源 番組データ (ex. アンケート結果 )

8 方式ほか) 制作系 マルチメディアコンテンツ制作 AV/ 字幕制作 ディジタル放送放送のシステムモデル 送出系 番組スケジューラ EPG 情報 / 番組インデックス作成 コンテンツ送出系 ベースバンド制御系 AV エンコーダ コンテンツ送出系 番組配列情報 ( セクション伝送方式 ) マルチメディア符号化 伝送系 モノメディア符号化コンテンツ伝送方式( カーセル伝送AV 伝送方式 ( 独立 PES 伝送方式 ) 字幕 字幕 文字スーパー文字スーパー符号化方式符号化方式 ( 独立 PES 伝送方式 ) 視聴者 データ社受信機社受信機多重化 スクランブル社受信機A C MPEG -TS 2 プロトコル データ放送通信機能 TCP/IP 通信プロトコルを使用する アプリケーション層として HTTP1.1(RFC 2616) を使用する モデム搭載受信機は ASIC 系手順 (Code Independent Mode) をサポートすること セキュリティ機能 ML コンテンツにおいて スキームが https: で指定された場合には TLS1.0 セキュリティに従う 通信速度 28.8kbps 以上 ARI TR 14 第 3 編地上デジタルテレビ上放送データ放送運用規定 1-5 通信機能 双方向通信サービス (1) サービス例 ショッピング番組 クイズ番組 ゲーム 双方向通信サービス (2) 双方向通信を生かした行政サービス実証実験 2004 年 2/1~3/14 岐阜県岐阜市 サービスは 3 つ 行政情報提供サービス 行政の新着情報 福祉 / 保険関連情報等 詳細情報提供サービス 公共施設の案内 旬の食材情報 歴史博物館の展示紹介等 施設予約等サービス 図書の貸出予約等 デジタル放送放送と電波 放送と電波 地上デジタル放送 :13~52ch 通信用途 53~62ch 470MHz 770MHz 出典 : 8

9 イタリア フランス スウェーデン ドイツ イギリス アメリカ 日本 日本 イギリス スウェーデン イタリア 0.02 放送局数 面積比を考慮したチャンネル過密度 ,087 10,244 1,297 8,445 3,750 8,456 14,973 チャンネル数 チャンネル過密度 面積比を考慮したチャンネル過密度 面積比を考慮した周波数 ( チャンネル ) 過密度 アメリカの 50 倍 イギリスやフランスの約 2 倍 世界の中でも最も混みあっている 日本は国土が狭いにもかかわらず山間部が多いため 地上デジタルテレビ放送と地上アナログテレビ放送の電波が混信する地域が出てくる アナアナ変更へ デジタル放送チャンネル ( 新規 ) アナログ周波数変更 ( アナアナ変更 ) A 局 ( デジタル ) 16,18 20,22,24 混信 局 ( アナログ ) 16,18 26,28,30 変更 35 33,26,28,30 混信 ( 連鎖 ) アナログ放送チャンネル ( 既存 ) アナログ放送チャンネル ( 変更後 ) アナログ放送チャンネル ( 変更後 ) 35 41,43,45,47 変更 31 41,43,45,47 C 局 ( アナログ ) 地上デジタルデジタルの帯域 (OFDM セグメント ) 1チャンネル ( 帯域幅 6MHzの内 5.6MHz) が13セグメントに分割されている HDTVが12セグメント SDTV( 現行画質 ) が4セグメント 音声放送が1~3セグメント 携帯ハイビジョン番組携帯標準テレビ 1 ラジオ 3 ラジオ 5.6MHz 23Mbps 1.7MHz 7.6Mbps 5.6MHz 429kHz 429KHz 680Kbps #11 #9 #7 #5 #3 #1 #0 #2 #4 #6 #8 #10#12 最大 432 本の搬送波 電波変動に強い変調方式で携帯受信用に割り当てることが可能携帯受信では 1 セグメントだけを受信すれば放送を視聴することができる 参考 : 9

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