報 告 マルチメディアシステムのデジタル 化 に 向 けた 実 証 研 究 学 習 院 大 学 計 算 機 センター 城 所 弘 泰 山 口 健 二 磯 上 貞 雄 村 上 登 志 男 1.はじめに テレビ 放 送 のデジタル 化 が 原 則 として 2011 年 に 完 了 したように 映 像 コンテンツと そのコン テンツを 扱 う 機 器 のデジタル 化 が 進 んでいる 昨 今 のノート PC やタブレット 端 末 の 映 像 の 外 部 出 力 は アナログ RGB 端 子 は 存 在 せずに HDMI などのデジタル 端 子 のみとなっている さらに AV 業 界 では 2014 年 に PC 業 界 では 2015 年 に 再 生 装 置 などの 映 像 出 力 からアナログインターフェー スが 廃 されて 完 全 デジタル 化 される 予 定 である 本 学 では 1998 年 頃 から 視 聴 覚 機 器 を 配 備 した いわゆるマルチメディア 教 室 が 構 築 されてきた 2012 年 現 在 においては 教 室 全 体 の9 割 程 度 の 88 室 がマルチメディア 教 室 となっている しかし HDMI などのデジタル 映 像 / 音 声 入 力 端 子 を 備 えた 教 室 は1 室 もない すなわち マルチメディア 教 室 で 昨 今 のデジタル 映 像 インターフェースの 機 器 が 利 用 できない ということであるが 現 時 点 では 教 員 からの 問 い 合 わせもほとんどなく マルチメディア 教 室 でデ ジタル 映 像 出 力 ができないことによる 授 業 への 支 障 は 発 生 していない しかし 前 述 のような 社 会 背 景 を 勘 案 すると マルチメディア 教 室 のデジタル 映 像 インターフェースへの 対 応 は 急 務 である そこで 本 プロジェクトでは 実 際 にマルチメディア 教 室 のデジタル 化 を 行 う 上 での 検 討 事 項 の 整 理 と それに 対 する 実 証 研 究 を 行 う 2.HDCP への 対 応 デジタルインターフェースの 採 用 により 利 用 者 に 直 接 的 に 寄 与 することは 高 画 質 と 著 作 権 保 護 であるが マルチメディアシステム 構 築 の 観 点 では 後 者 の 著 作 権 保 護 の 機 能 に 配 慮 しなけれ ばならない デジタルコンテンツが 持 つ 著 作 者 保 護 の 機 能 には CPRM (Content Protection for Recordable Media)や HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection)などがあるが 教 室 のマルチメディ アシステムではコンテンツの 再 生 が 基 本 であり 編 集 は 原 則 として 行 わない その 観 点 では CPRM などのように 再 生 装 置 単 体 に 依 存 するものは システムの 全 体 設 計 の 観 点 では 特 に 問 題 にならず HDCP のような 機 器 間 接 続 に 関 与 するものに 対 する 対 応 が 必 要 である 101
計 算 機 センター Vol. 34 2013 HDCP の 要 件 としては すべてのソース リピーター シンクが HDCP に 対 応 していること 機 器 間 の 認 証 が 指 定 された 時 間 内 で 完 了 すること 接 続 台 数 が 制 限 以 下 であること など [1] がある が 昨 今 の 機 器 を 用 いた 実 際 のシステム 構 築 では 何 も 問 題 もなく HDCP に 対 応 することが あ らためて 確 認 できた しかし マトリックススイッチャーを 用 いた 図 1のようなシステムにおいて スイッチャーを 切 り 替 えても 1 秒 程 度 経 過 しないとシンクに 表 示 されない 事 象 が 発 生 した これはマトリックスス イッチャーを 切 り 替 えるたびにソース シンク 間 の 認 証 が 行 われるため それが 規 格 上 の 制 限 時 間 の 5 秒 以 内 であっても 実 運 用 上 では 不 具 合 として 露 見 してしまっていると 思 われる この 現 象 は HDMI のバージョンの 古 い 機 器 が 混 在 していると 顕 著 になるため 利 用 する 機 器 を 新 しいもので 統 一 することにより 解 消 することができる 図 1:マトリックススイッチャーを 用 いたシステム( 概 念 図 ) 3.デジタル 映 像 インターフェースの 考 察 2012 年 現 在 において 外 部 機 器 間 の 代 表 的 なデジタル 映 像 インターフェースには DVI HDMI DisplayPort が 存 在 する 不 特 定 多 数 を 利 用 するマルチメディアシステムを 構 築 するに 当 たり どのインターフェースを 採 用 するかを 検 討 しなければならない それぞれの 特 徴 は 以 下 のと おりである 3.1.DVI(Digital Visual Interface) 1999 年 に 制 定 された 最 初 のデジタル 映 像 インターフェースで PC 機 器 に 採 用 され 今 日 のデジ タルインターフェースの 基 盤 となったインターフェースである 端 子 の 形 状 よっては アナログ 映 像 も 送 出 可 能 である(デジタル 映 像 専 用 のものは DVI-D 端 子 デジタルアナログ 両 方 の 映 像 が 送 出 できるものは DVI-I 端 子 とよばれる) しかし AV 機 器 への 普 及 は 進 まず PC 機 器 でもコネク タサイズが 大 きいためノートブック 型 PC では 採 用 されることが 少 ない さらに DVI は 映 像 のみの 伝 送 であり 音 声 は 別 途 音 声 ケーブルが 必 要 になる そして 規 格 も 1999 年 のバージョン 1.0 から 102
一 度 も 改 定 されていないため 昨 今 の 4K2K などの 新 しい 機 能 にも 対 応 できていない そのような 背 景 もあり PC 業 界 では 2015 年 までに DVI を 廃 する 方 向 である 以 上 から DVI は 近 々にレガシーインターフェースとなることは 明 白 であり マルチメディアシ ステムでの 採 用 は 避 けるべきである 3.2.HDMI (High-Definition Multimedia Interface) 技 術 的 には DVI をベースとしつつも 前 述 の 内 容 も 含 めて 各 種 課 題 を 改 善 したインターフェース として 2002 年 に 制 定 された 規 格 である AV 機 器 が 標 準 的 に 採 用 し 今 日 では 一 部 の PC 機 器 にも 採 用 されており コンシューマ 市 場 では 事 実 上 の 標 準 インターフェースである 規 格 も 2013 年 5 月 にはバージョン 1.4b まで 進 んでおり 新 しい 機 能 にも 対 応 可 能 である 3.3.DisplayPort PC 機 器 のデジタル 映 像 インターフェースとして 登 場 した DVI には 前 述 のようにいくつかの 課 題 があったため その 問 題 を 改 善 したものとして 2006 年 に 制 定 された 規 格 である PC 機 器 では 従 来 のアナログインターフェースや DVI に 替 わるものとして 普 及 が 始 まっている 規 格 のバージョン も 2012 年 にはバージョン 1.2a まで 進 み 新 しい 機 能 にも 対 応 している 3.4.HDMI と DisplayPort の 比 較 マルチメディアシステムのデジタル 映 像 インターフェースとして DVI を 採 用 することは 現 実 的 ではない そこで ここでは HDMI は ver.1.4b DisplayPort は ver.1.2a の 仕 様 をもとに 両 者 を 比 較 検 討 する HDMI の 伝 送 レートは 10.2Gbps で 昨 今 の FHD 映 像 に 対 しては 十 分 な 帯 域 を 持 つが 今 後 主 流 になるであろう 4K2K 8K4K や 3D 映 像 に 対 しては 十 分 とはいえず 21.6Gbps の 伝 送 レートを 持 つ DisplayPort のほうが 将 来 性 がある また HDMI が 変 動 レートであるのに 対 して DisplayPort は 固 定 レートであり 設 計 が 簡 単 である さらには HDMI はライセンス 料 が 発 生 するが DisplayPort のはライセンス 料 が 発 生 しない 以 上 から 技 術 的 観 点 では 明 らかに DisplayPort に 一 日 の 長 がある しかし 市 場 を 見 渡 してみると AV 機 器 のインターフェースには DisplayPort は 採 用 されておら ず HDMI が 事 実 上 の 標 準 である PC 機 器 においても ビジネス 向 け PC では DisplayPort の 採 用 もあるが コンシューマ 向 け PC では HDMI が 中 心 である インテル 社 など PC 業 界 の 中 核 を 担 う 企 業 が DisplayPort を 支 持 しているため 今 後 は PC 機 器 での 採 用 も 増 えると 見 込 まれるが 現 時 点 においては HDMI が 明 らかに 優 位 である そのことは 両 規 格 のコンソーシアム [2][3] への 加 盟 103
計 算 機 センター Vol. 34 2013 数 でも 明 らかで HDMI が 1300 社 を 超 えるのに 対 して DisplayPort は 約 200 社 となっている(2012 年 現 在 ) HDMI DisplayPort 比 較 バージョン 1.4b 1.2a 技 術 的 将 来 性 ライセンス 料 ( 有 料 ) ( 無 料 ) AV 機 器 での 採 用 PC 機 器 での 採 用 表 1:HDMI と DisplayPort の 比 較 3.5.マルチメディアシステムでのインターフェース 現 時 点 ではマルチメディアシステムのデジタル 映 像 インターフェースとしては HDMI を 採 用 す ることが 現 実 的 である その 場 合 DisplayPort を 持 つソース 機 器 は DisplayPort-HDMI 変 換 アダプタを 使 用 することに なるが HDMI に 関 してもコネクタ 形 状 としてタイプ A C D が 混 在 しているため 状 況 に 応 じ て 変 換 アダプタの 必 然 性 があり DisplayPort のソース 機 器 が 変 換 アダプタを 必 須 となることは 大 きな 不 利 益 になるとは 言 えない 4. マルチメディアシステムの 簡 素 化 4.1. 概 要 2010 年 頃 までの 音 声 / 映 像 コンテンツとしては カセットテープ CD VHS ビデオテープ DVD などの 媒 体 と PC が 中 心 である この 中 でもカセットテープや VHS ビデオテープは 一 般 家 庭 では CD/DVD に 置 き 換 わっているが 教 育 現 場 では 過 去 の 資 産 として 活 用 され 続 けている さ らに 広 く 普 及 はしなかったが MD MiniDV LD などの 媒 体 も 存 在 していた そのような 状 況 下 では 教 室 のマルチメディア 設 備 としては これらの 媒 体 に 対 応 する 必 要 があ り 図 2のようなマトリックススイッチャーを 利 用 したシステムが 組 まれてきた 図 2: 従 来 のマルチメディアシステム(イメージ 図 ) 104
しかし 昨 今 の 教 育 現 場 では ソース 機 器 の 中 心 は PC である 映 像 媒 体 としては BD/DVD に 絞 られてきている 極 論 を 言 えば BD/DVD は PC で 再 生 することにすれば ソース 機 器 は PC の みで 事 足 りる そうでなくても マトリックススイッチャーを 廃 したシステム 構 築 も 可 能 である 図 3は HDMI 入 力 端 子 と 今 後 衰 退 するとしても 現 時 点 では 利 用 されているアナログ 入 力 を 備 えたシステムの 概 念 図 である このシステムでは それぞれの 映 像 入 力 を 直 接 表 示 装 置 に 接 続 して 表 示 装 置 の 入 力 系 統 を 切 り 替 えている この 概 念 で 構 築 したマルチメディア 教 室 の 実 例 を 図 4 図 5に 示 す 図 3:マトリックススイッチャーを 廃 したマルチメディアシステム(イメージ 図 ) 図 4: 操 作 パネル 図 5: 教 室 全 景 4.2.プラグアンドプレイでの 誤 認 識 の 問 題 図 3 の よ う な シ ス テ ム で は ソ ー ス 機 器 と 表 示 装 置 が 直 接 EDID (Extended Display Identification Data) [3] のやり 取 りを 行 う 規 格 上 は 何 の 問 題 もないことであるが 経 験 的 にはこれ が 正 常 動 作 しない 多 くの 実 例 が 報 告 されている ここではその 実 情 を 検 証 する 表 2は ソース 機 器 表 示 装 置 ともに 複 数 の 実 機 を 用 いて ソース 機 器 の 出 力 信 号 に 対 する 表 示 105
計 算 機 センター Vol. 34 2013 装 置 の 認 識 を 表 したものである ここで 分 かる 通 り ソース 機 器 と 表 示 装 置 との 間 の 食 い 違 いが 散 見 される この 原 因 は 表 示 装 置 の 誤 認 識 というよりも ソース 機 器 の 出 力 信 号 の 不 正 確 さに 起 因 し ている この 問 題 の 根 本 的 解 決 はソース 機 器 の 出 力 信 号 を 正 すことであるが 製 品 としての PC などでは その 要 求 は 無 理 である 利 用 されるソース 機 器 が 特 定 のものに 定 まっていればフレームシンクロナ イザーを 介 することにより 解 決 できるが 不 特 定 多 数 のソース 機 器 が 持 ち 込 まれるマルチメディア システムではその 手 法 も 取 れない ここでは プラグアンドプレイエミュレーターを 活 用 することにより この 問 題 を 解 消 すること に 成 功 した その 結 果 は 表 2のとおりである プラグアンドプレイエミュレーターは 本 来 は EDID データを 代 替 するものであるが それに 起 因 してソース 機 器 の 振 る 舞 いが 変 わったものと 考 えられる 1 ソース 機 器 ソース 機 器 と 表 示 装 置 を 直 結 2 出 力 解 像 度 1 3 表 示 装 置 の 認 識 解 像 度 4 出 力 解 像 度 2 PnP エミュレータ 経 由 5 表 示 装 置 の 認 識 解 像 度 ノート PC(1) 1920 1200 1920 1200 1080p 1080p ノート PC(2) 1366 768 1440 900 1080p 1080p ノート PC(3) 1920 1200 1920 1200 1080p 1080p ノート PC(4) 1920 1200 1920 1200 1080p 1080p ノート PC(5) 1920 1200 1920 1200 1080p 1080p ノート PC(6) 1920 1200 1920 1200 1080p 1080p タブレット(1) 720p 720p 720p 720p タブレット(2) 1920 1080 1920 1200 1080p 1080p BD プレーヤー 1080p 1080p 1080p 1080p デジタルカメラ 1080i 1080i 1080i 1080i DV カメラ 1080i 1080i 1080i 1080i 表 2:ソース 機 器 の 出 力 解 像 度 と 表 示 装 置 の 認 識 解 像 度 図 6:ソース 機 器 と 表 示 装 置 を 直 結 106
図 7: PnP エミュレータ 経 由 で 接 続 1 出 力 解 像 度 は EDID により 得 られる 表 示 装 置 の 情 報 に 従 う ここでは 1920 1200 の 最 大 解 像 度 を 持 ち PC 系 信 号 としては 640 480 ~ 1920 1200 を AV 系 信 号 としては 480i(D1)~ 1080p(D5)を 表 示 可 能 な 表 示 装 置 を 用 いて 検 証 した 2 プラグアンドプレイエミュレーターは 1080p(D5)に 設 定 した 表 示 装 置 の 最 大 解 像 度 は 1920 1200 であるが 昨 今 のコンテンツやノート PC が 16:9 のアスペクト 比 を 持 つことと AV 系 ソース 機 器 との 親 和 性 を 考 慮 した 5. 今 後 とまとめ プラグアンドプレイエミュレーターを 活 用 することによりマルチメディア 教 室 のデジタル 化 にお ける 懸 案 を 解 消 することができた そのプラグアンドプレイエミュレーターであるが デジタル 映 像 信 号 に 対 応 した 代 表 的 な 製 品 としては イメージニクス 株 式 会 社 の DM-C2 株 式 会 社 アイ ディ ケイの DDC-02-A Extron Electronics の EDID 101H がある いずれも 本 来 の 目 的 は EDID データ の 代 替 だが 信 号 処 理 に 関 しては 完 全 スルーのもの DDC をバッファするものなど メーカー 色 が 存 在 する また HDCP の 処 理 に 関 しても 同 様 である それが 故 に 組 み 合 わせによっては 動 作 が 不 安 定 になることがあるため 安 定 したシステムを 構 築 するにあたり さらなる 実 証 が 必 要 であ る また 新 しいインターフェースとして Intel Corp. の WiDi Apple Inc. の AirPlay Wi-Fi Alliance の Miracast といったワイヤレス 伝 送 の 技 術 が 開 発 されている スマートフォンやタブレッ ト 端 末 の 普 及 に 伴 い これらのインターフェースへの 対 応 も 検 討 していく 必 要 がある 参 考 [1]Digital Content Protection LLC, http://www.digital-cp.com/ [2]HDMI Licensing LLC, http://www.hdmi.org/ [3]VESA, http://www.vesa.org/ 107