HDTV-Based Digital Broadcasting in Japan

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1 応用通信工学 デジタル放送の高度化 ~ 次世代放送技術の開発と研究 ~ 平成 25 年 12 月 6 日情報工学科藤田欣裕

2 講義内容 はじめに ( 放送を取り巻く状況 放送のデジタル化 ) デジタル放送の現状と今後 ( 技術的特長 国際展開 携帯向けモバイルマルチメディア放送 ) 放送技術の展開 ( 情報通信のブロードバンド モバイル化 放送通信連携 ) 次世代放送技術の研究 ( スーパーハイビジョンほか ) まとめ 2

3 はじめに 3

4 放送を取り巻く状況 技術進展がもたらす情報の多様化 高度化 国際化 2011 年にテレビ放送の完全デジタル化 他メディアとの親和性 情報通信のブロードバンド モバイル化 放送通信連携 超高画質 超高臨場感システム化 (4K 8K) マスから個人へ 視聴スタイルの多様化 個からの情報発信 コミュニティー形成 高齢化とデジタルデバイド インターネットの普及 依然として情報格差が存在 放送技術の広範な分野への貢献 デジタル放送の国際普及 産業活性化 国境を越えた大規模災害に対する早期警報 災害救援 医療 福祉 科学 教育 美術 安全 安心 地球環境問題への配慮 省電力デバイスなど 4

5 放送デジタル化の経緯

6 各メディアの世帯普及曲線 世帯普及率 (%) 地上デジタル BSデジタル携帯電話インターネット % 世帯普及 12 ヶ月 24 ヶ月 36 ヶ月 48 ヶ月

7 ディジタル放送の現状と今後 7

8 地上デジタル放送の特長 高画質 高音質 高臨場感 従来のアナログテレビ画像 : 525 本の走査線 横縦比 4:3 デジタルハイビジョン画像 : 1125 本の走査線 ( アナログ放送の 4 倍以上の情報量 ) 横縦比 16:9( ワイド ) CD 並みの高品質 サラウンド放送では 劇場のような臨場感 放送局品質が家庭でも デジタル放送では ゴースト等の妨害がなく 劣化させることなく家庭へ届けることが可能

9 編成の自由度を増すマルチ編成 12:00 13:00 14:00 野球放送 ( ハイビジョン ) ニュース ( 標準テレビ ) 映画 ( ハイビジョン ) 野球放送 ( 標準テレビ ) 自動的にニュース番組になるリモコンでサブチャンネルに切替え 野球放送を継続視聴 地元の野球チームの放送や 地域毎のイベントの紹介などを 全国放送を実施しながら放送 地域重視の番組編成が可能に 教育テレビなどでは 子供向け番組と 生涯教育 趣味講座等を同時に放送 スポーツ中継では アングルの異なる映像を複数提供可能 ゴルフ中継では 主中継に加え 特定の選手 ホールの中継など

10 データ放送 ( 暮らしに役立つ地域情報の提供 ) 地域向けのきめ細かなデータ放送サービスの提供が可能 自然災害時 大事件大事故の際の災害情報 ライフライン情報 1995 年阪神大震災 2011 年東日本大震災の例 放送は時間にそって順番に伝える ( 知りたい情報がなかなか放送されない ) 5 万件もの安否情報を放送 ( 蓄積 一覧という機能なし すべてを紹介しきれない ) 膨大なライフライン情報を 地域毎に 項目ごとに 図 静止画等で判りやすく伝えられる 安否情報も 地域別 人名順などにより一覧性が可能 地域独自のニュース 詳細な気象情報 交通情報 生活情報 イベント情報等

11 双方向サービスの拡充 デジタル放送受信機では 通信機能が必須 電話回線やインターネット回線に接続することが可能に 双方向番組の参加 クイズ番組や 番組リクエストの投票に参加 回答結果は データ放送で提供 ( 全国での順位などが一目でわかる ) インターネットとの連携サービス インターネットに接続されていれば テレビのリモコン操作でデータ放送コンテンツの情報と関連付けられた詳細な情報を インターネット網を使って取り寄せることも可能 ビデオオンデマンド

12 データ放送の利用状況 ( 世帯 ) 世帯の 70.1% が過去 1 年間にデータ放送を利用している 最大の利用目的はニュースや気象情報等の身近な情報の入手 平成 24 年末 (n=18,510) ( 無回答を除く ) 0% 20% 40% 60% 80% 100% 86.8 毎日少なくとも 1 回は利用 29.9% 23.6% 週に少なくとも 1 回は利用 ( 毎日ではない ) 視聴中の番組の内容に連動した情報の取得 % 14.7% 20.5% 月に少なくとも 1 回は 利用 ( 毎週ではない ) 年に少なくとも 1 回は利用 ( 毎月ではない ) 全く利用しない クイズやアンケート等の番組企画への参加 番組で紹介された商品 サービスの購入 その他のサービスの利用 平成 24 年末 (n=12,545) ( 無回答を除く ) 平成 24 年 25 年情報通信白書より 12

13 地上デジタル放送方式 ( 日本 ) の特長 各階層ごとに異なるパラメータ設定可能 多様なサービス マルチパスやフェージングに強い 移動 携帯端末向けサービスを実現 セグメント構造 TV 放送と音声放送で共通の方式 ; 部分受信機能 OFDM 変調方式の採用 単一周波数ネットワーク (Single Frequency Network) による周波数有効利用が可能

14 HDTV 映像の移動受信 デジタルとアナログの比較 デジタル放送 アナログ放送

15 ビデオ再生 1( ハイビジョン移動受信 )

16 OFDM の概要 多数の搬送波 ( キャリア ) を低速でディジタル変調 キャリアあたりの伝送レート 低 ( キャリアあたりの伝送レート ) =( 全体の伝送レート )/( キャリア本数 ) キャリア間干渉なし ( 各キャリアは直交関係 ) ( ただし各キャリアの周波数間隔をシンボル期間の逆数に選ぶ ) 保護帯域を必要とせず, 周波数利用効率が上がる ( 通常の FDM では相互干渉を避けるため保護帯域が必要 ) マルチキャリア Frequency

17 OFDM の概念 多数のキャリアを変調し それを合成 振幅方向にキャリアの多重の情報 多値変調 + f 1 f 2 f 3 f 4 + f x ガードインターバル 有効シンボル長

18 OFDM の各キャリア シンボル長 T 区間で整数周期数の正弦波を考えると 周波数 nf 0 の正弦波ができ これがOFDMのキャリアとなる シンボル長 T f 0 1 T とすると cos( 2 1 f 0 t 1 ) cos( 2 2 f 0 t 2 ) cos( 2 3 f 0 t 3 ) cos( 2 4 f 0 t 4 ) cos( 2 5 f 0 t 5 ) cos( 2 6 f 0 t 6 ) 18

19 BER 時間インターリーブの効果 時間インターリーフ 無し 時間インターリーフ 有り fd = 7 Hz fd = 20 Hz fd = 70 Hz C/N [db] fd : ドップラー周波数

20 ブラジルが日本の地デジ方式を採用 ( 朝日新聞 2006:6 月 22 日 )

21 国際展開 21

22 日米欧の放送方式 日本 (ISDB-T) 欧州 (DVB-T) 米国 (DTV) 備考 電波形式 BST-OFDM OFDM 8VSB マルチパス妨害 OFDM 周波数有効利用 OFDM 伝送によるSFN 移動体受信 OFDM, 時間インターリーブ サービスの編成 セグメント構造のスペクトル構成 音声放送との共通化 伝送方式 多重方式

23 地上デジタル放送日本方式 ISDB-T の国際展開 中南米を中心に 12 ヶ国が採用アフリカへの普及活動を展開中 ブラジル ( 開始 ) ペルー ( 開始 ) アルゼンチン ( 開始 ) チリ ベネズエラ エクアドル コスタリカ パラグアイ フィリピン ボリビア ウルグアイ モルジブ

24 地上デジタル放送日本方式 ISDB-T の国際展開

25 世界の地上デジタル放送方式 25

26 デジタル放送の今後 26

27 アナログ TV 放送終了後の電波利用 ~V-LOW 帯 V-HIGH 帯 UHF 帯 ~ 終了前 370MHz (62ch) VHF 90~108MHz アナログ TV 放送 (1~3ch) VHF 170~222MHz アナログ TV 放送 (4~12ch) UHF 470~770MHz アナログ / デジタル TV 放送 (13~62ch) 770~806MHz ラジオマイク /FPU 終了後 240MHz (40ch) MM 放送 (18MHz) 90~108MHz 公共フ ロート ハ ント 移動通信システム (32.5MHz) 170~ 202.5MHz : ガードバンド MM 放送 (14.5MHz) 207.5~ 222MHz デジタル TV 放送 (13~52ch) 470~710MHz 携帯電話 ITS 710~803MHz 現在デジタル TV に利用されている帯域であるため 既存受信機への干渉検討が必要 携帯電話 地上デジタルテレビ放送 (ISDB-T) と 地上デジタル音声放送 (ISDB-TSB) を連結して送信する技術 (ISDB-Tmm) が制度化 ( 株 ) マルチメディア放送が受託事業者として認定され 会社分割で発足した ( 株 ) ジャパン モバイルキャスティングが受託放送事業を担う ダウンロード 通信連携サービスなどを想定した モバキャス が 2012 年 4 月開始予定 地上デジタル音声放送 (ISDB-TSB) を高度化した方式が情通審で答申され今後制度化される予定 参入を期待する事業者団体 (VHF-LOW 帯マルチメディア放送推進協議会 : VL-P) にて マルチチャンネル音声 ダウンロード 通信連携サービスに加え 地域防災情報の確保 強化などを検討

28 携帯端末向けモバイルマルチメディア放送 ~V-LOW 帯と V-HIGH 帯 ~ VHF TV band 90 MHz 108 MHz 170 MHz 222 MHz デジタル移行前 アナログ TV アナログ TV デジタル移行後 マルチメディア放送 公共ブロードバンド移動通信システム マルチメディア放送 地域ブロック向けモバイルマルチメディア放送 全国向けモバイルマルチメディア放送 Advanced ISDB-Tsb : セグメント化 OFDM ISDB-Tmm : セグメント化 OFDM

29 携帯端末向けマルチメディア放送の概要 29

30 携帯端末向けモバイルマルチメディア放送 ~ サービスイメージ ~ 使用イメージ チャンネル数 多数 チャンネルイメージ 総合チャンネル 映像 音声 データ 特別チャンネル コンテンツ形式 サービス形式 放送事業者 映像 音声 データ リアルタイム ダウンロード 無線インターネット コンテンツの種類 TV ショッピングを 見ながらネットで 注文 ダウンロード音楽を楽しむ 電車内でスポットゲームを見る 総合チャンネル ニュースドラマ, スポーツ, 音楽, 映画文化, 教育, 外国語 特別チャンネル 地図, 宣伝 地域情報 緊急情報 - 移動中での映像 音声 データ受信 - コンテンツのダウンロード - ワイヤレス通信を用いた双方向サービス ゲームソフト 通信経由での双方向コンテンツ インターネットアプリ

31 モバイルキャスティングのサービス 31

32 32 超多値伝送技術 (1024QAM) 超多値伝送技術現行の ISDB-T 方式では OFDM 信号の 1 つのキャリアシンボルで最大 6 ビットの情報を伝送している 最大 10 ビットの情報を伝送するシステム

33 放送通信連携 33

34 主なメディアの平均利用時間と行為者率 若年層は テレビ 新聞を若年層が見なくなっている( 時間 行為者率 ) しかし 全体では テレビ視聴時間はネット利用時間の倍以上 10 代 20 代でもテレビ視聴時間とネット利用時間はあまり変わらない ( 出典 ) 平成 25 年版情報通信白書 34

35 35 テレビ ( リアルタイム ) 視聴 にネットの ながら視聴 が占める割合 実際 10 代 20 代は テレビとネットの ながら視聴率 が 40% を超えている テレビとネットは代替関係というより 補完関係の面もある ( 出典 ) 平成 25 年版情報通信白書

36 放送通信連携の発展 2007 スマート TV が話題に 2000 BS デジタル放送開始 2003 地上デジタル放送開始いまだに本格的な連携は実現していないと言われている Hybridcast 提案 (NHK 技研公開 ) 2006 ワンセグサービス開始 2003 アクトビラ TV 発売 2011 モバイルマルチメディア放送開始 2008 NHK オンデマンドサービス開始 2008 コネクテッド TV 概念提唱 (NAB) サーバー型放送運用規定検討協議会発足 2008 本格的 IPTV ひかり TV サービス開始 ) 2012

37 37 携帯端末向けサービス ( ワンセグ ) の概要 携帯端末向けサービス ( 通称 ワンセグ :1 セグメントサービス ) 地上デジタル放送の 1 チャンネル分の周波数帯域は 13 個のセク メントと呼ばれる単位で構成 このうちの 1 セグメント を使った移動体向けサービス 移動受信でも安定して受信できる方式を採用し 映像 音声 データを提供 デジタル G デジタル E 地上デジタル 1 チャンネル分の帯域 12 セク メント 1 セク メント 携帯端末向けセク メント ハイビジョン放送 4 セク メント 4 セク メント 4 セク メント 1 セク メント 標準放送 3

38 ワンセグ 放送通信の融合

39 39 NHK ハイブリッドキャスト 本年 9 月 ハイブリットキャストのホーム画面を提供 ここから テレビの放送画面に最新のニュースや気象情報 スポーツ情報 為替情報などを組み合わせて表示可能 今秋以降 放送中の番組に関連する情報の提供や オンデマンドで動画を提供するサービスを予定 タブレットなどの携帯端末を連携させたサービスの開始も検討 具体的には 双方向クイズ番組などをはじめとする視聴者参加型サービスや番組内容を補完する解説などを想定

40 Hybridcast 40 放送と通信を連携させた新しい放送サービス 放送の特徴である同報性 高品質 高信頼性と 個別の要求に応えることができる通信の特徴を生かすことにより より豊かな放送サービスを実現します 放送と通信の正確な同期合成技術 放送と通信で送られる映像や字幕データなどのコンテンツを正確に同期合成させることができるため 多言語字幕やマルチビューサービス ( ピクチャーインピクチャー ) など様々なサービスを実現することができます TV 携帯端末 パソコンなど様々な端末同士の連携 テレビと各種端末同士の連携技術により 視聴者それぞれの要求に応じた便利なサービスが実現します 例えば 視聴中の番組に関連する情報を必要に応じて携帯端末などで利用できます 2011NHK 技研公開資料より

41 Hybridcast の概要 41

42 42 Hybridcast の基本概念 インターネット接続機能を備えたテレビ受信機の多機能化によって テレビは放送を見るだけでなく ネット経由で様々なサービスを楽しむことができる 放送と連携した様々なインターネットサービスを利用して 既存の放送によるサービスを強化できるような環境が実現できる これまでより便利かつ多様に番組を楽しむことができる 放送と通信の同期 SNS との連携 携帯端末や PC との連携 画面の制御といった各種の技術が必要である プロトタイプ受信機や各要素技術検証のための開発 研究が必要である

43 ビデオ再生 43

44 Hybridcast の放送サービス例 44

45 Hybridcast の基本概念 45

46 同期対応マルチビューサービス 46

47 多言語字幕サービス (TV 一体型プロトタイプ受信機 ) 47

48 スマートテレビの動向 ( 情報通信白書 2012 より ) 放送ソーシャルの新たな展開 48

49 スマート TV 着実な普及が予想される 49

50 50 スマートテレビ 以下の 2 つの機能をともに保有するテレビ端末 または セットトップボックスなどのテレビ周辺機器 1 インターネット経由の映像をテレビ画面で視聴することが可能 2 高い処理能力を持つ CPU(Central Processing Unit; 中央処理装置 ) が搭載され スマートフォンのようにゲーム等のアプリをテレビで利用することが可能

51 51 スマートテレビの利用について ( 世帯 ) 約 4 割の世帯がスマートテレビの利用意向あり 特に 20~49 歳の世帯主がいる世帯では利用意向が 5 割を超える 全体 (n=18,184) 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% ~29 歳 (n=485) 30~39 歳 (n=1,748) 40~49 歳 (n=2,698) 50~59 歳 (n=3,794) 60~64 歳 (n=2,709) 65~69 歳 (n=2,288) 70~79 歳 (n=3,130) 80 歳以上 (n=1,332) スマートテレビを利用してみたい ( 無回答を除く ) 51

52 想定するスマート TV サービス環境の概要 52

53 想定するスマート TV における連携の概要 53

54 次世代放送技術 54

55 スーパーハイビジョン (4K 8K) 2006 年 ITU において 現行のハイビジョンを超える画質 ( いわゆるスーパーハイビジョン ) の規格が標準化 規格は 4K 8K(K=1000 を意味する単位 ) の二種類 ( 現行ハイビジョンは 2K) 解像度画面サイズ実用化状況 2K 約 200 万画素 1,920 1,080 = 2,073, インチ テレビ (HDTV: 地デジ等 ) 4K 4 倍 (4K 2K) 約 800 万画素 3,840 2,160 = 8,294, インチ 映画 ( デジタル制作 配信 ) 16 倍 (8K 2K) 100 インチ 8K 約 3,300 万画素 7,680 4,320 =33,177,600 実験段階 ( パブリックビューイング等 ) 放送開始までのロードマップ ( 平成 25 年 6 月 放送サービスの高度化に関する検討会検討結果取りまとめ ) 2014 年 124/128 度 CS 及びケーブルテレビにおいて 4Kを放送開始 2016 年 124/128 度 CS ケーブルに加え 110 度 CSに放送を拡大 4Kに加え 8Kも放送開始 2020 年 124/128 度 CS 110 度 CS ケーブルに加え BSに放送を拡大 55

56 放送メディアの展開 伝える情報の 質 のイノベーション 伝える仕組みのイノベーション 56

57 1080 画素 4320 画素 画面高 スーパーハイビジョン 映像システムの基本設計とは 7680 画素 視力 1.0: 画角 1 度 = 約 60 画素 <ハイビジョン> 1920 画素 画面高 0.75 画面高 3 画角 : 水平約 100 ( 縦横比 9:16) 視距離 : 画面高の約 0.75 倍 画角 : 水平 30 ( 縦横比 9:16) 視距離 : 画面高の 3 倍 57

58 感じる を科学することの重要性 視聴者心理状態の把握技術の開発 コンテンツがどのような心理状態を引き起こしているかを推定するため 脳機能計測 解析の研究 番組素材の力を最大限に活かす制作手法 個人適応技術の開発 コンテンツの情報受容特性の解明 心理実験 視線分析に加えて 脳機能計測により コンテンツがどのように視聴者に認知されているか の解明 番組制作者の意図が十分に伝わるコンテンツの制作指針の究明 臨場感 現実感メカニズムの解明を目指して 高精細映像 広視野映像 3 次元映像 マルチチャンネル音響 触覚情報の提示によって どのように臨場感や現実感が増大するか脳機能研究のアプローチを導入して 臨場感 現実感メカニズムの解明 58

59 ビデオ再生 2( 臨場感実験 )

60 観視画角と心理効果 半球ドームでの誘導効果の測定 畑田らによる観視画角と誘導効果の実験結果 ( 日本放送出版協会 ハイビジョン技術 P.14 より )

61 力量感 õ K 観視画角と心理効果 水平画角 ( ) HDTV -2 画面幅 3m -3 画面幅 2.4m 画面幅 1.8m 画面幅 1.2m 視野角が大きいほど力量感が増加 ½ æ p i j æ Ê 3m æ Ê 2.4m æ Ê 1.8m æ Ê 1.2m 画面に近すぎると快適感が減少 ( 撮影画角によって変化 ) 観視画角と心理効果の実験例 ( 高精細スライド静止画像による評価結果 )

62 おわりに 放送は最新の科学技術を活用した文化 放送技術の開発研究により これまでラジオ テレビ 衛星放送 ハイビジョン デジタル放送など 新たな放送メディアが開拓されてきた 次世代放送技術の研究開発 感じる つながる がキーワード 高質感 空間再現メディアの実現 ユビキタス ユニバーサルサービスの実現 高度コンテンツ制作環境の実現 の 3 テーマ 次世代放送技術の研究開発 さらなる技術革新により 新たな放送メディアの開拓を図り 放送文化の創造 発展に寄与する 役に立ち 満足される放送の実現を目指す 62

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