スーパーハイビジョンコーデックの開発と衛星伝送実験

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招待論文

スーパーハイビジョンコーデックの開発と衛星伝送実験

井口

和久

†a)

_中島

_奈緒

†

_境田

_慎一

†

_合志

_清一

†∗

筋誡

久

†

鈴木

陽一

†

伊藤

隆

††

中川

章

††

数井

君彦

††

Development and Satellite Transmission Experiments of Super Hi-Vision

Codec Sysytem

Kazuhisa IGUCHI

†a)

, Nao NAKAJIMA

†

, Shinichi SAKAIDA

†

, Seiichi GOHSHI

†∗

,

Hisashi SUJIKAI

†

, Yoichi SUZUKI

†

, Takashi ITOH

††

, Akira NAKAGAWA

††

,

and Kimihiko KAZUI

††

あらまし MPEG-4 AVC/H.264 方式を用いたスーパーハイビジョンコーデックを開発した．スーパーハイビジョンは_{7680 画素 × 4320 ラインを有する，現在最も解像度の高いテレビシステムである．この超高解像度} 映像をリアルタイム処理するため，スーパーハイビジョンコーデックは映像を時空間に分割して符号化を行う．分割符号化を実現するため，分割画面間の同期機構と分割境界線の低視認化を行うポストフィルタを併せて開発した．本論文では，スーパーハイビジョンコーデックの詳細と_{2008 年 9 月に実施した国際衛星伝送実験につい} て述べる．キーワード映像符号化，MPEG-4 AVC，H.264，超高解像度映像，スーパーハイビジョン

1. まえがき

近年，ハイビジョンを越える解像度をもつ様々な動画システムが提案・開発されている．デジタルシネマで利用される2 K/4 Kや，イベントのために用意されたシステム[1]など多岐にわたる．これらの超高精細映像の中でも，スーパーハイビジョン[2]は7680画素× 4320ラインの映像を用いる現在最も解像度の高いシステムである．スーパーハイビジョンは視聴者に高い臨場感，没入感を与えるため，22.2マルチチャネル音声による三次元音響も有している．特に映像の解像度が高いため，スーパーハイビジョンの情報量は極めて大きい．放送サービスを実現するためには，高画質・高 †_NHK_{放送技術研究所，東京都}

Science & Technical Research Laboratories, NHK, 1–10–10 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo, 157–8510 Japan

††_{（株）富士通研究所，川崎市}

FUJITSU LABORATORIES LTD., 1–1, Kamikodanaka 4-chome, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, 211–8588 Japan

∗_{現在，シャープ株式会社} a) E-mail: [email protected] 圧縮の符号化装置が必須となる．我々はスーパーハイビジョンを衛星放送が可能なビットレートに圧縮することを目指し，映像をMPEG-4 AVC/H.264方式[3] で圧縮，音声をAAC方式[4]で圧縮するスーパーハイビジョンコーデック[5]を開発した．本装置の開発と衛星伝送実験の成功によりスーパーハイビジョン放送の展望が開けた．開発したコーデックは，通常のハイビジョン用符号化装置を複数用い，同期機構などの改修を加えて実現したものである．複数の符号化装置を組み合わせてより高い解像度の符号化を行う手法は，初期のハイビジョン用符号化装置を開発する際にも広く用いられた．最近では，複数のハイビジョン用コーデックを組み合わせて最大4 K× 2 K（3840画素× 2160ライン）サイズまで符号化可能なフレキシブルコーデック[6]が開発されている．このコーデックはハイビジョン用符号化装置を4台組み合わせたもので，4 Kサイズまでの様々な映像を符号化することが可能である．しかし符号化方式にMPEG-2を使用しているため，ハイビジョン用符号化装置4台でビットレートが60∼

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表 1 スーパーハイビジョン諸元 Table 1 Speciﬁcation of Super Hi-Vision. 画面のアスペクト比 16:9 画素数 7680画素× 4320 ライン （約 3300 万画素）標準的な視野角 100度フレームレート 59.94 Hz 走査線構造プログレッシブ音声 22.2チャネル 160 Mbit/s（1/100∼1/38）と圧縮率が高くない．筆者らの開発したコーデックはスーパーハイビジョン映像をリアルタイムに約1/200（映像のエレメンタリーストリームを118 Mbit/s以下）に圧縮可能な性能を有する．このような高圧縮を実現する超高精細映像用のコーデックは他に存在しない．本論文では開発したスーパーハイビジョンコーデックの映像処理について，画素構造，画面分割の方式，分割画面間の同期，分割境界線の後処理を述べるとともに，開発したコーデックを用いた符号化実験及び国際衛星伝送実験について述べる．

2. スーパーハイビジョンの画素構造

スーパーハイビジョンの諸元を表 1に示す．スーパーハイビジョンは視野角100度[7]を実現するために，ハイビジョンの16倍となる約3300万画素をもつ．現在，RGBそれぞれ約3300万画素をもつカメラ及び表示装置の開発を行っているが，現在のスーパーハイビジョンカメラ[8], [9]は，800万画素CMOSを 4板（G1/G2/B/R）用い，Gチャネルの斜め画素ずらし[10]によりベイヤー配列と等価な撮影を行っている．スーパーハイビジョンプロジェクター[11]も，現在はカメラと同様にGチャネルの斜め画素ずらしにより映像を表示している．Gチャネルの斜め画素ずらしによるスーパーハイビジョン映像の画素構造を図 2 に示す．輝度信号に最も大きな影響を与えるG信号は，水平方向と垂直方向については約3300万画素と等しい解像度をもつが，斜め方向に関しては半分の解像度となる．この現在の画像構造はRGBの全画素を合計して約3300万画素を有しており，情報量はハイビジョンの16倍（空間方向に8倍，時間方向に2倍）となる．スーパーハイビジョンコーデックは，この画素構造の映像を圧縮符号化する．

3. スーパーハイビジョンコーデック

スーパーハイビジョン映像のビットレートは，非圧縮伝送時は24 Gbit/sに達する．そのため，スーパーハイビジョンの素材伝送や放送を実現するためには，圧縮符号化が必須である．一般に素材伝送では，極めて高い画質を維持する必要があるため，高ビットレートの符号化を行う．このような用途に，既にMPEG-2 4:2:2プロファイルを利用したコーデックを開発[12]した．このコーデックはスーパーハイビジョン映像を180∼600 Mbit/s程度に圧縮可能である．素材伝送に必要な画質を得るために，このコーデックは通常は600 Mbit/s程度で利用する．このコーデックにより，映像・音声を合わせて 640 Mbit/sに圧縮し，1 Gbit/sの専用IP回線を利用したライブ伝送[13]も実現した．しかし，このコーデックを放送に利用する場合は， 180 Mbit/sを超える高ビットレートの回線を各家庭まで確保する必要があり，実現が容易ではない．放送については，より安価な伝送路を用いる必要がある． 50∼100 Mbit/sを超える比較的大きなビットレートを安価に実現可能な伝送路の一つに衛星放送がある．衛星放送は，一つの衛星で全国にサービスが可能であるとともに，既に放送に利用されている実績ももつ優れた伝送路である．衛星放送のビットレートは，周波数帯や使用するトランスポンダ数，変調方式や符号化率により様々に考えられるが，今回は高度衛星デジタル放送の暫定方式[14]として提案されていた32APSK （符号化率4/5）伝送時の1トランスポンダ当りのペイロードビットレートである126 Mbit/sの伝送路を想定した．スーパーハイビジョンの映像・音声を126 Mbit/sで伝送するためには，映像のエレメンタリーストリームを 118 Mbit/s以下に圧縮する必要がある．そのため我々は最新の映像符号化方式であるMPEG-4 AVC/H.264 方式を用いたコーデックを開発した．このコーデックはスーパーハイビジョンの映像・音声を約1/200の 126 Mbit/sに圧縮可能である．スーパーハイビジョンのような超高精細映像のコーデックで，1/200の高い圧縮率をもつものは他に類がない． MPEG-4 AVC/H.264方式に準拠した様々な符号化装置が製品化されているが，処理可能な映像はハイビジョンサイズにとどまっている．現在の技術レベル及びコストの面から，スーパーハイビジョンのように高精細な映像をリアルタイムに処理する符号化装置を単体の動画像処理系として製作することは極めて困難である．また，スーパーハイビジョン映像は，MPEG-4

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図 1 スーパーハイビジョンコーデックの全体構成 Fig. 1 Super Hi-Vision codec system.

図 2 現在のスーパーハイビジョンの画素構造 Fig. 2 Pixel structure of current Super Hi-Vision.

AVC/H.264方式で規格化されている映像サイズの上限を超えている．そこで，ハイビジョン用符号化装置を複数用いることで，スーパーハイビジョンのリアルタイムコーデックを実現した．図1に，スーパーハイビジョンコーデックの全体図を示す．送信側では，最初に映像フォーマット変換装置によりスーパーハイビジョン映像を16組のハイビジョン信号に変換し，この信号をスーパーハイビジョン符号化装置で圧縮符号化し，最後にストリームを多重化し1本のDVB-ASI として出力する．受信側では，ストリーム分配装置によりスーパーハイビジョン復号装置にストリームを分配し，復号した16組のハイビジョン映像をポストフィルタ装置によりスーパーハイビジョン映像に変換して出力する． 3. 1 映像フォーマット変換装置映像フォーマット変換装置は，スーパーハイビジョン映像を通常のハイビジョン用符号化装置で処理可能図 3 Y1/Y2/Cb/Crに変換した画素 Fig. 3 Pixel structure of Y1/Y2/Cb/Cr.

な16組のハイビジョン映像に変換・分割する装置である．この装置は，MPEG-2 4:2:2プロファイルコーデック[12]開発時に製作したものである．この装置では図2に示したG1/G2/B/R信号を，変換マトリックスを用いてY1/Y2/Cb/Cr信号に変換する．変換後の画素構造を図3に示す．映像フォーマット変換装置は，この画像を空間的に8分割する．8分割の方法は，図4に示すように，水平に4分割する方法（H分割と呼ぶ）と，垂直に4分割する方法（V分割と呼ぶ）の 2通りが可能である．次に，分割した各画面をハイビジョンサイズに変換する．H分割の場合は図5に示すように，Y1/Y2画素を上下に移動することで，1920画素× 1080ラインの画像が得られる．このとき画素位置の仮想的な移動を行うだけで画素値は変更しない．V分割の場合は図6 に示すようにY1/Y2信号を左右に移動する． Cb/Cr信号についても同様に画素位置を仮想的に移動

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図 4 空間分割 Fig. 4 Spatial dividion.

図 5 H分割時の画素移動 Fig. 5 Pixel shift for “H” division.

図 6 V分割時の画素移動 Fig. 6 Pixel shift for “V” division.

する．この処理の結果，分割した画面はそれぞれ1920 画素× 1080ラインのYCbCr 4:2:2，フレーム周波数 59.94 Hzのプログレッシブ映像になる．この映像を更に時間的に2分割（図7）することで， 16組のハイビジョン映像（1920画素× 1080ライン，図 7 時間分割 Fig. 7 Temporal dividion.

図 8 エンコーダ間の同期機構

Fig. 8 Synchronization mechanism between encoders.

YCbCr 4:2:2，フレーム周波数29.97 Hz，プログレッシブ）が得られる． 3. 2 スーパーハイビジョン符号化装置スーパーハイビジョン符号化装置は，ハイビジョン用MPEG-4 AVC/H.264符号化装置16台を用いて開発した．映像の符号化にはディレーが伴うため，単純に16台の符号化装置を使用しただけでは，分割画面間に同期ずれが発生する．これを防ぐために，1台目の符号化装置が他の15台すべてを制御する同期機構を新たに開発した．同期機構を実装するために，内部プログラムが変更可能なFPGAとDSPで構成されているハイビジョン用符号化装置を用いた．同期は，1台目の符号化装置が27 MHzクロック，符号化パラメータ，符号化開始シグナル等を他の装置に供給することで実現している．これにより，16組の出力ストリームの

PTS（Presentation Time Stamp），DTS（Decoding Time Stamp），PCR（Program Clock Reference），

GOP（Group Of Picture）構造が同期し，分割画面間の同期が実現される．同期信号は，図8 に示すようにデイジーチェーンで各符号化装置に伝達される．1台目の符号化装置は，この信号を用いて制御すべき符号化装置の台数を自動的に取得する．これにより16台未満の構成によるテスト動作も可能である．

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また，スーパーハイビジョンの符号化画像の主観的な画質を向上するため，映像の特徴に応じてビットレートを制御するレート制御方式を新たに開発した．輝度の低い領域では，輝度の高い領域と比較して画質劣化が見えやすい傾向がある．そこで，開発した符号化装置では，入力画像の統計的性質を求め輝度の低い領域に対して，QP値を通常より小さくすることでビットレートを多く割り当てる処理を行う．これにより，輝度の低い領域の画質を改善する．なお，この処理は1台のハイビジョン用符号化装置それぞれの画面内で行うものである．各分割画面のビットレートは常に映像全体のビットレートの1/16 に制御される．またMPEG-4 AVC/H.264方式では予測方式の異なるフレームの間に画質の差が発生し，フリッカのような画質劣化が発生する場合がある．このような劣化が目立ちやすいフレームに関しては，フレームの間で画質変化が小さくなるようにビットレートの制御を行っている．このようなレート制御方式により，スーパーハイビジョン映像を120 Mbit/s程度（1分割当り7.3 Mbit/sに圧縮し，合計で117 Mbit/s）に圧縮可能とした．音声はAAC方式を用い，ハイビジョン用符号化装置1台当り2チャネルを圧縮する．16台の符号化装置で合計32チャネルを伝送可能である．通常はこのうち24チャネルを用いスーパーハイビジョンの音声を伝送する．音声は22.2チャネル合計で約2 Mbit/sに圧縮可能（2チャネルごとに160 kbit/sに圧縮し，合計で1920 kbit/s）である．圧縮された映像と音声のストリームはストリーム多重化装置により一つのストリームに多重化され出力される．図9に開発した符号化装置を示す．右側のラックの上部が映像フォーマット変換装置，下部がスーパーハイビジョン符号化装置を構成する16台のハイビジョン用符号化装置である．入力映像切替装置は複数の入力映像の切換に用いる装置であり，この装置の有無が符号化装置に与える影響はない．左側のラックはストリーム多重化装置である． 3. 3 スーパーハイビジョン復号装置スーパーハイビジョン復号装置は通常のハイビジョン用復号装置16台から構成される．1台目の復号装置の出力をもとに同期信号を生成し，受信側に接続される他のすべての機器への同期信号を供給する．これにより，受信側で用いる機器群についても分割画面間図 9 スーパーハイビジョン符号化装置 Fig. 9 Super Hi-Vision encoder.

で正確な同期を保つことが可能である．なお，開発したコーデックは分割画面ごとのストリームを1本に多重化して伝送することを前提としている．ストリームを分割して伝送することも可能だが，分割ストリーム間に大きなディレーが発生した場合に，それを吸収する機構は特に設けていない．ストリーム間のディレー差は伝送路側で調整する必要がある．ただし，多少のディレー差であれば，ハイビジョン用復号装置が有する出力フレームロックで吸収されるため出力に同期ずれが発生することはない． 3. 4 ポストフィルタ装置開発したコーデックは，スーパーハイビジョン映像を空間的に8分割して符号化するため，分割の境界線が検知される場合がある．分割画面ごとに符号化を独立に行っているため，分割境界の左右（上下）に現れる符号化劣化が異なる場合があり，これが分割境界線が検知される原因である．この分割境界線を目立たなくするためにポストフィルタ装置を新たに開発した．分割境界線が目立つ画像は，大別して分割の左右（上下）で1.輝度が大きく異なる場合，2.テクスチャが大きく異なる場合，の2種類がある．特に，分割境界線の左右（上下）で輝度差が大きく，双方のテクスチャが少なく平たんな絵柄の場合分割境界線は目立つ傾向がある．これを軽減するために，ポストフィルタ処理では分割画面間の境界にLPF（Low Pass Filter）

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を適用する．ただしすべての分割境界に同じLPFを適用すると，ぼやけが生じる場合がある．ぼやけは細かいテクスチャがあるときほど目立つ．そこで，分割境界に隣接する領域を小ブロックに分割し，各ブロックの輝度の平均と分散を求め，これらに基づきLPF の強度（係数）を制御する． LPFの制御は，まず分割境界を挟んで隣接する小ブロックの平均輝度差が大きいほど，強いLPFを選択する．次に，上記のテクスチャとぼやけの関係を考慮しLPF強度の補正を行う．テクスチャの細かさの検出には，小ブロック内の輝度の分散を用い，分散が大きいほどテクスチャが細かいと判定する．二つの小ブロックの輝度の分散がともに大きい場合は，1段弱いLPFを選択する．細かいテクスチャがあるときに LPFによるぼやけが目立つことを低減するためである．二つの小ブロックの輝度の分散がともに小さい場合は，1段強いLPFを選択する．平たんな領域では分割境界線が目立つためである．それ以外の場合（輝度の分散の大小が二つの小ブロックで異なる場合）は，補正は行わない． LPFは，ハードウェアの規模を考慮して，分割境界線に直交する向きの一次元フィルタで実現した．このポストフィルタ処理により，ぼやけの発生を抑制しつつ分割境界線を目立たなくすることが可能である．ポストフィルタ装置は映像フォーマットの逆変換の機能も有し，3. 1で述べた処理の逆の変換により16 組のハイビジョン映像をスーパーハイビジョン映像に変換することが可能である．

4. 符号化実験

開発したコーデックを用い，2種類の映像フォーマット変換による画質の差の測定と，ポストフィルタの効果，レート制御の効果，分割画面間の同期について確認する符号化実験を行った． 4. 1 フォーマット変換による画質の差 3. 1で述べたH分割とV分割が符号化画質に与える影響を測定する実験を行った．映像のエレメンタリーストリームのビットレートを128 Mbit/s，208 Mbit/s， 288 Mbit/sの3種類に変化させ符号化を行い，符号化装置の入力と復号装置の出力との間で輝度信号の PSNRを測定した．実験は31種類のカットに対して行った．その中の4 カットの結果を図10に示す．グラフは横軸がビットレート，縦軸がPSNRである．ここに示した“cherry”，図 10 分割ごとの符号化結果 Fig. 10 Results of divisions.

“rocket”を含む24カットでV分割がH分割のPSNR を上回り，“cell”を含む5カットがほぼ同等のPSNR であった．H分割がV分割を上回るカットは“clouds” を含む2カットのみで，どちらもビットレートによっては同等またはV分割のPSNRの方が高かった．この実験の結果から，多くの画像でV分割が適していると考えられる．図11に，画像“rocket”の1フレームの水平及び垂直方向の周波数特性を示す．画像“rocket”は，垂直方向の高周波成分が水平方向比較して高いエネルギーをもっている．その他のV分割の方がPSNRが高い画像でも，同様の傾向が多く見られた．このような例として，画像“house”と画像“moon”の周波数特性を図12，図13に示す． H分割では，図5に示すように上下に画素を移動するため，フォーマット変換後の画像に水平方向の高周波成分が発生しやすい．特に，もとの画像に垂直エッジが多く含まれる場合，垂直エッジが上下に移動されることにより，フォーマット変換後の画像に水平方向の高周波成分が新たに発生し，符号化効率が低下する．図 17に，垂直エッジと分割の関係を模式的に示す．一方，V分割では画素は左右に移動されるため，垂直エッジが多く含まれる画像をV分割した場合は， H分割のような高周波エネルギーが新たに発生することは少ないと考えられる．そのため，垂直方向の高周波成分が水平方向の高周波成分より高いエネルギーをもつ画像はV分割の方が適していると考えられる． H分割とV分割でPSNRの差がほとんどない画像 “cell”と画像“clouds”の周波数特性を図14と図15

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図 11 画像 “rocket” の周波数特性 Fig. 11 Frequency responce of “rocket”.

図 12 画像 “house” の周波数特性 Fig. 12 Frequency responce of “house”.

図 13 画像 “moon” の周波数特性 Fig. 13 Frequency responce of “moon”.

に示す．これらの画像では，水平方向と垂直方向の周波数特性に大きな差はなかった．このような周波数特性をもつ画像は，分割により発生する高周波成分のエ

図 14 画像 “cell” の周波数特性 Fig. 14 Frequency responce of “cell”.

図 15 画像 “clouds” の周波数特性 Fig. 15 Frequency responce of “clouds”.

図 16 画像 “cherry” の周波数特性 Fig. 16 Frequency responce of “cherry”.

ネルギーがV分割でもH分割でも大きな違いがなく，

PSNRにも差が現れないと考えられる．

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図 17 垂直エッジをもつ画像の分割 Fig. 17 Pixel shift for vertical edge.

図 18 復号画像 Fig. 18 Decoded image.

図 19 ポストフィルタ処理画像 Fig. 19 Post ﬁltered image.

近いPSNRの差があるにもかかわらず，図 16 に示す周波数特性は，水平方向と垂直方向で大きな差がなかった．このような例外もあるため，もとの画像の水平方向及び垂直方向の周波数特性以外にも，分割の適性を決める要因が存在すると考えられる． 4. 2 ポストフィルタの効果ポストフィルタの効果を確認する実験を行った．実図 20 輝度ごとの PSNR 差 Fig. 20 PSNR diﬀerence per luminance level.

験は映像のエレメンタリーストリームのビットレート 128 Mbit/sで行った．図18に復号画像，図19に復号画像にポストフィルタを適用した画像のそれぞれ分割境界近傍の画像を示す．復号画像では水平に顕著な境界線が現れているが，ポストフィルタ後の画像では境界線が抑制されている．このほかの多数の画像で実験を行い，ポストフィルタの効果により，分割境界線が目立たなくなることを確認した．ただし，画像に適応して強度を可変にしているとはいえ，常に同じ空間位置にLPFがかかるため，動画として表示すると固定的な位置にぼやけた領域として視認される場合があることも確認した． 4. 3 レート制御の効果 3. 2で述べた輝度の低い領域にビットレートを多く割り当てるレート制御の効果を確認する実験を行った．実験は，映像のエレメンタリーストリームビットレート128 Mbit/sで行った．図20は，提案方式によるレート制御による符号化画像のPSNRと，このレート制御を行わなかった場合（従来方式）のPSNRの差を，マクロブロックの輝度レベルごとに集計したグラフである．提案方式では輝度レベルの低い部分にビットを多く割り当てるため，輝度レベルの低い部分ではPSNRが向上する一方，輝度レベルの高い部分ではPSNRが低下する．図21に，符号化画像の輝度レベルの低い部分を示す．従来方式ではテクスチャがつぶれてぼやけているが，提案方式ではテクスチャ感が保持されており，提案手法の方が主観的な画質が高い．図22は，輝度レベルの高い部分である．従来方式の方がPSNRは高

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図 21 暗部の符号化画像 Fig. 21 The dark part of decoded image.

図 22 明部の符号化画像 Fig. 22 The bright part of decoded image.

いが，主観的な画質の差はほぼない．このように，輝度の低い領域にビットレートを多く割り当てることにより，主観的な画質が向上した． 4. 4 分割画面間の同期 3. 2で述べた同期機構の効果を明らかにするため，ハイビジョン用符号化装置の入力とハイビジョン用復号装置の出力の間のディレー量を測定し，分割画面間のディレー差を求めた．同期機構を使用しない場合，16分割画面間のディレー差は平均6.4 msで，最大33.3 msに逹する場合があった．これは1フレーム分の時間に相当する．同期機構を使用しない場合，ポストフィルタ装置が出力するスーパーハイビジョン映像の一部に1フレームずれた画像が表示されることがある．同期機構を使用した場合は，ディレー差は平均0.7 ms，最大10.1 msになる．このディレー差は復号装置の出力フレームロックにより吸収可能であり，出力されるスーパーハイビジョン映像にフレームずれは発生しない．この実験により，符号化装置に付加した同期機構が分割画面間のフレームずれを抑制する効果をもつことが明らかになった．また，ストリームを分割して伝送する場合に，分割ストリーム間に発生するディレー差が同期に与える影響についても測定を行った．この実験ではストリームを2分割し，片方のストリームにディレーを加えた．その結果，分割ストリーム間のディレー差が15.5 ms 以下では出力画像に影響はなく，15.6 ms以上のディレー差があるとスーパーハイビジョン映像の一部に1 フレームずれた画像が表示されることがあった．この実験により，ストリームを分割して伝送する場合，分割したストリーム間のディレー差を15.5 ms以下に抑える必要があることが明らかになった．

5. 国際衛星伝送実験

2008年9月12日∼16日に開催されたIBC2008 [15] において，スーパーハイビジョンの国際衛星伝送実験を行った．この伝送実験は，RAI（Radio televisione Italiana：イタリア放送協会）と共同で実施した．イタリア・トリノにあるRAIの研究所CRIT（Centro Ricerche e Innovazione Tecnologica）から衛星に送信し，オランダ・アムステルダムのIBC2008会場で受信した．この伝送実験の系統図を図23に示す．この実験では開発したコーデックを用いてあらかじめ符号化したストリームを伝送した．伝送には2台のDVB-S2変調器を用い，8PSK，符号化率5/6，変調シンボルレート30 Mbaudで変調した．衛星のトランスポンダを二つ用い，ペイロードは合計で約145 Mbit/sである．これに合わせ映像・音声合わせて140 Mbit/sのビットレートのストリームを作成した．このストリームをトリノに置いたストリームレコーダから再生し，ストリーム分割装置により2台のDVB-S2変調器にストリームを分配し衛星に送信した．受信側のアムステルダムでは，2台のDVB-S2復調器で復調した二つのストリームをストリーム結合装置で一つのストリームに結合した後に，スーパーハイビジョン復号装置による復号を行い，ポストフィルタ装置を経てスーパーハイビジョン映像と音声を得た．なお，復調した二つのストリーム間のディレー差は 256µsと小さく，2分割して伝送した影響はなかった．この伝送実験は，2箇所で展示を行った．片方の展示では縦横半分のサイズ（3840画素× 2160ライン）にダウンコンバートした映像を4 Kモニタに表示し，もう一方の展示ではスーパーハイビジョンプロジェクタ及び4 Kモニタを4台用いて映像を縮小せずに7860 画素× 4320ラインで表示した．

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図 23 衛星伝送実験系統図

Fig. 23 Diagram of satellite transmission experiment.

図 24 スーパーハイビジョン復号装置 Fig. 24 Super Hi-Vision decoder.

図24は会場に設置した復号装置（中央付近，一番奥）の写真である．図25はダウンコンバートして4 K モニタに表示した復号画像である．従来のスーパーハイビジョンの伝送は，光ファイバや専用IP回線で行っており，衛星を利用したスーパーハイビジョンの国際伝送は今回が初めての試みである．この実験の成功により，衛星を利用したスーパーハイ図 25 復号画像の展示 Fig. 25 Display of decoded image.

ビジョン放送の実現可能性を示すことができた．

6. むすび

スーパーハイビジョンの映像・音声を符号化するコーデックの開発について述べた．このコーデックはスーパーハイビジョンの映像を16分割し，16台のハイビジョン符号化装置で符号化を行う．分割画面を同期させるため，ハイビジョン符号化装置に同期機構を付加した．また，分割画面の境界線を目立たなくするポストフィルタ装置を開発し，実験により効果を確認した．本コーデック開発の意義は，衛星を利用したスーパーハイビジョンのリアルタイム伝送を可能にした点にある．シミュレーションによる非リアルタイム符号化でも部分的な画質の確認は可能である．しかしながら，伝送実験を行うためにはリアルタイムコーデックが必要であり，本装置はその条件を満たすものである．

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開発したコーデックは，スーパーハイビジョン映像を120 Mbit/s程度に圧縮可能だが，このような高い圧縮率では絵柄によっては符号化劣化が目立つ場合がある．ポストフィルタ装置についても，一次元LPF を用いているため斜めエッジで画質劣化が発生したり，分割境界線のぼやけが目立つ場合がある．このような画質劣化を改善するため，今後は符号化装置の更なる改善やポストフィルタ装置のフィルタ構成の改善を行う．また，フォーマット変換時の分割が符号化画質に与える影響についても引き続き検討する．文献 [1] 大場省介，“愛・地球博レーザードリームシアター，”信学技報，EID2005-26, 2005. [2] 野尻裕司，“スーパーハイビジョン概要，”映情学誌，vol.61, no.5, pp.596–598, 2007.

[3] ISO/IEC 14496–10/ITU–T Rec. H.264. [4] ISO/IEC 13818–7.

[5] S. Sakaida, N. Nakajima, K. Iguchi, S. Gohshi, K. Kazui, A. Nakagawa, and K. Sakai, “Development of AVC/H.264 codec system for Super Hi-Vision,” IWAIT, P3–3, 2008.

[6] T. Yoshitome, K. Nakamura, J. Naganuma, and Y. Yashima, “A ﬂexible video CODEC system for super high resolution video,” IEICE Trans. Inf. & Syst., vol.E91-D, no.11, pp.2709–2717, Nov. 2008. [7] T. Hatada, H. Sakata, and H. Kusaka,

“Psychophys-ical analysis of the “sensation of reality” induced by a visual wide-ﬁeld display,” SMPTE J., vol.89, no.8, pp.560–569, 1980.

[8] H. Shimamoto, T. Yamashita, N. Koga, K. Mitani, M. Sugawara, F. Okano, M. Matsuoka, J. Shimura, I. Tsukamoto, and S. Yahagi, “An 8 k× 4 k ultrahigh-deﬁnition color video camera with 8 M-pixel CMOS imager,” SMPTE Motion Imaging J., vol.114, no.7-8, pp.260–268, 2005. [9] 山下誉行，三谷公二，菅原正幸，島本洋，岡野文男，“走査線 4000 本級 4 板式超高精細動画カメラ，”映情学誌， vol.58, no.3, pp.383–391, 2004. [10] 菅原正幸，三谷公二，斉藤敏紀，藤田欣裕，末次圭介，“4 板撮像方式における画素ずらし効果についての検討，”テレビ誌，vol.49, no.2, pp.212–218, 1995.

[11] M. Kanazawa, K. Hamada, I. Kondoh, F. Okano, Y. Haino, M. Sato, and K. Doi, “An ultrahigh-deﬁnition display using the pixel oﬀset method,” J. Society for Information Display, vol.12, no.1, pp.93–103, 2004. [12] 西田幸博，市ヶ谷敦郎，黒住正顕，中須英輔，“スーパーハイビジョンの MPEG-2 コーデックの開発，” 2006信学総大，情報・システム 2, D-11-26, 2006. [13] 黒住正顕，西田幸博，田中廉暁，深澤勝彦，岩津茂太郎， “スーパーハイビジョンの長距離ライブ IP 伝送実験，” 2007年映像情報メディア学会年次大会，2007. [14] 電波産業会，“高度衛星デジタル放送の暫定方式案に関する中間報告，”情報通信審議会情報通信技術分科会放送システム委員会（第 11 会），2008. [15] http://www.ibc.org/ （平成 20 年 11 月 28 日受付，21 年 2 月 24 日再受付）井口和久（正員） 1993東京工業大学大学院理工学研究科修士課程了．同年 NHK に入局．現在，同放送技術研究所に勤務．HDTV 方式変換の研究，映像圧縮符号化の研究に従事．中島奈緒（正員） 2002横浜国立大学大学院修士課程了．同年，NHK 入局．2005 より放送技術研究所勤務．映像符号化の研究に従事．境田慎一（正員） 1991早稲田大学大学院理工学研究科修士課程了．同年 NHK に入局，同放送技術研究所において映像圧縮符号化方式，画像処理などの研究に従事．MPEG-4 標準化活動に寄与．現在，同所人間・情報副部長．博士（工学）．合志清一（正員） 1981早稲田大学大学院理工学研究科博士前期課程了．同年 NHK に入局．1984 より放送技術研究所において，映像信号のディジタル処理・伝送の研究に従事．1995，同技術局に転じ，ディジタル伝送機器の開発・整備に従事．現在，同所人間・情報主任研究員．工博．筋誡久（正員） 1993早稲田大学大学院理工学研究科通信工学専攻修士課程了．2001 NHK 入局．技術局を経て，2005 から放送技術研究所にて将来の衛星放送技術に関する研究に従事．

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鈴木陽一（正員） 2003東北大学大学院工学研究科電子工学専攻修士課程了．同年，NHK 入局．2003 から放送技術研究所にて衛星電波伝搬における降雨減衰の研究及び伝送路符号化方式の研究に従事．伊藤隆（正員） 1983東京大学大学院工学系研究科修士課程了．同年，（株）式会社富士通研究所に入社．以来，主として動画像の符号化方式， LSI，装置，システムの開発に従事．現在，同社画像・バイオメトリクス研究センター主席研究員．中川章 1991東京大学大学院工学系研究科修士課程了．同年，（株）富士通研究所に入社．以来，主として動画像の符号化方式，動画像標準化（H.263/H.264），LSI，システムの開発に従事．『H.264 対応ハイビジョン伝送装置の開発』により第 56 回電気科学技術奨励会会長賞を受賞．現在，同社画像・バイオメトリクス研究センター主任研究員．数井君彦（正員） 1993東京工業大学大学院総合理工学研究科修士課程了．同年，（株）富士通研究所に入社．以来，動画像符号化及びその応用の研究開発に従事．

スーパーハイビジョンコーデックの開発と衛星伝送実験

招待論文