HDTV-Based Digital Broadcasting in Japan

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24年12月7日

情報工学科

藤田欣裕

応用通信工学

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

はじめに

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  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

ディジタル放送の現状と今後

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

編成の自由度を増すマルチ編成

 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 野球放送 （ハイビジョン） 12:00 13:00 ニュース （標準テレビ） 野球放送 （標準テレビ） 映画 （ハイビジョン） 14:00 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

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

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

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

Frequency マルチキャリア

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）

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 有効シンボル長 ガード インターバル + f₁ f₂ f₃ f₄ + f_x

14

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nf₀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

cos(

2



   

1

f

₀

t



₁

)

f

T

0

1



とすると、

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3

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4

f

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5

f

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t



₅

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2

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6

f

₀

t



₆

)

ＨＤＴＶ映像の移動受信

デジタルとアナログの比較

時間インターリーブの効果

0

10

20

30

40

10

-7

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

10

0

BER

C/N [dB]

時間ｲﾝﾀｰﾘｰﾌﾞ無し 時間ｲﾝﾀｰﾘｰﾌﾞ有り fd = 7 Hz fd = 20 Hz fd = 70 Hz fd ：ドップラー 周波数

国際展開

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

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

2006.6 ブラジル (2007.12開始）

2009.4 ペルー (2010.3 開始）

2009.8 アルゼンチン(2010.4 開始）

2009.9 チリ

2009.10 ベネズエラ

2010.3 エクアドル

2010.5 コスタリカ

2010.6 パラグアイ

2010.6 フィリピン

2010.7 ボリビア

2010.12 ウルグアイ

2011.10 モルジブ

デジタル放送の今後

アナログTV放送終了後の電波利用

～V-LOW帯 ・ V-HIGH帯 ・ UHF帯～ 終了後 240MHz (40ch) アナログＴＶ放送 (1～3ch) ＶＨＦ 90～108MHz 終了前 370MHz (62ch) アナログＴＶ放送 (4～12ch) MM放送 （18MHz） 公共ﾌﾞﾛｰﾄﾞﾊﾞﾝﾄﾞ移動通 信ｼｽﾃﾑ（32.5MHz） MM放送 （14.5MHz） ＶＨＦ 170～222MHz アナログ／デジタルＴＶ放送 (13～62ch) デジタルＴＶ放送 (13～52ch) ITS ＵＨＦ 470～770MHz ：ガードバンド ・ 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。 ・ 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。 ラジオマイク/FPU 携帯電話 携帯電話 770～806MHz 90～108MHz 170～ 202.5MHz 222MHz 207.5～ 470～710MHz 710～803MHz

デジタル移行後 アナログTV デジタル移行前 _{アナログTV} 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 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 ISDB-Tmm : セグメント化OFDM Advanced ISDB-Tsb : セグメント化OFDM

108 MHz 170 MHz 222 MHz 90 MHz VHF TV band

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～ http://www.nottv.jp/nottv/

マルチメディア 放送

ビデオ再生

使用イメージ - 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 ダウンロード音楽 を楽しむ TVショッピングを 見ながらネットで 注文 電車内でスポット ゲームを見る 放送事業者 無線 インターネット 音声 データ 映像 コンテンツ形式 音声 データ 映像 サービス形式 ダウンロード リアルタイム チャンネル数 多数 チャンネルイメージ 特別チャンネル 総合チャンネル コンテンツの種類 ニュース ドラマ, スポーツ, 音楽, 映画 文化, 教育, 外国語 ゲームソフト 地図, 宣伝 通信経由での双方向コンテンツ インターネットアプリ 緊急情報 総合チャンネル 特別チャンネル 地域情報

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～

スペクトル 多重 OFDM セグメント ISDB-T HDTV 番組 映像/音声 番組 5.6 MHz インターリーブ 1.3 MHz ISDB-TSB 429 kHz 映像/音声 番組 映像/音声 番組 データ インターリーブ 統合受信機 車載受信機 (映像/音声およびデータ） 携帯受信端末 (映像/音声およびデータ) ISDB-TSBの特徴 より強い伝送耐性 より広いカバーエリア 多ch音声番組 ワンセグと互換 周波数混雑のためガ ードバンドを確保でき ない 未商品化

携帯端末向けモバイルマルチメディア放送

(V-LOW帯)～ISDB-TとISDB-TSB～

1セグメント受信機 3セグメント受信機 A階層 データ多重（階層合成） 伝送スペクトル データセグメント OFDM フレーミング、変調 部分受信 A階層 B階層 3セグメント形式 1セグメント形式 連結伝送の例

携帯端末向けモバイルマルチメディア放送(V-LOW帯)

～Advanced ISDB-TSBの伝送路符号化方式～

 地上デジタル音声放送に準拠した方式であり、３セグメント形式と1セグメント形式を14以下の任意個連 結することが可能  最小１セグメントから、１セグメントと３セグメントを自由に組み合わせ、柔軟に周波数帯幅を設定可能  受信機は、３セグメント、或いは、1セグメント単位で受信する

13セグメント形式 1セグメント形式 送出信号の例 最大33セグメントを結合(帯域幅は5.61MHz～14.2MHz) 222MHz 207.5MHz 14.5MHz ISDB-TSB 伝送に適合 ISDB-T伝送に適合 or _or or 受信機 ワンセグおよびISDB-T受信回路・ソフトウェアとの互換性、共通性  ISDB-Tによる伝送路符号化方式を拡張： 任意の数の13セグメン形式(ISDB-T形式)及び1セグメント形式(ISDB-TSB形式)を結合  可変な周波数帯域幅： 最小13セグメント(5.61MHz)～最大33セグメント(14.2MHz) 帯域幅のステップサイズは1セグメント(429kHz)  13セグメントまたは1セグメント形式の部分受信が可能

携帯端末向けモバイルマルチメディア放送(V-HIGH帯)

～ISDB-Tmmの伝送路符号化方式～

地上デジタル放送のハイビジョン移動受信技術

 １２セグメントの固定受信向けサービス（ハイビジョン、大容量データサービス ）の移動受信を可能にするダイバーシティ受信装置  受信レベルが変動する移動受信において、４つのアンテナで受信した信号から、 デジタル処理で安定した信号を作り出す ダイバーシティ 受信装置 受 信 レ ベ ル の 変 動 時間 スペクトル アンテナ #1 アンテナ #2 アンテナ #3 アンテナ #4 乗用車、バスなどに設置した ハイビジョンモニター ・ハイビジョン ・大容量データサービス ●移動受信で13セグメント すべて受信 4つのアンテ ナ

車向け通信連携サービスの研究開発

車両周辺の情報を取得 （シームレス通信経由） 災害情報の通知 （緊急警報スーパー） 広域災害情報を取得 （データ放送） サービスサーバー （駐車場情報など） 地上デジタル放送 “黄”ボタン “ｄ”ボタン

列車での受信実験



室内実験結果

 Mode 3, QPSK, FEC=1/2, GI=1/4で、最大速度４９４ｋｍ/ｈで受信可能



東北新幹線（平均速度２７５ｋｍ/ｈ）での実験結果

 Mode 2, FEC=1/2, GI=1/4, TI=0.43ms

ビデオ再生

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

34

放送通信連携

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

Hy bridcas t 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 NH K オ ン デ マ ン ド サ ー ビ ス 開 始 2008 コ ネ ク テ ッ ド_TV 概 念 提 唱 （NA B) 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

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個のｾｸﾞ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 携帯端末向けｾｸﾞﾒﾝﾄ ハイビジョン放送 標準放送 ×３ ← 地 上 デ ジ タ ル １ チ ャ ン ネ ル 分 の 帯 域 → 12ｾｸﾞﾒﾝﾄ 1ｾｸﾞﾒﾝﾄ 1ｾｸﾞﾒﾝﾄ 4ｾｸﾞﾒﾝﾄ 4ｾｸﾞﾒﾝﾄ 〃 4ｾｸﾞﾒﾝﾄ デジタルＧ デジタルＥ

Hybridcast™

39 ○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

Hybridcast™の概要

Hybridcast™の基本概念

41 ○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。

Hybridcast™の放送サービス例

Hybridcast™の基本概念

44

45

スマートテレビの動向（情報通信白書2012より）

46

スマートTV

47

想定するスマートＴＶサービス環境の概要

想定するスマートＴＶにおける連携の概要

次世代放送技術

51

放送メディアの展開

伝える情報の「質｣のイノベーション

52

スーパーハイビジョン

7680 画素 画角 ：水平約100°（縦横比 9：16） 視距離 ：画面高の約0.75倍 画面高 画面高×0.75 1080 画素 1920画素

＜ハイビジョン＞

画面高×3 4320 画素 画角 ：水平30°（縦横比 9：16） 視距離 ：画面高の3倍 視力1.0： 画角1度=約 60画素

映像システムの基本設計とは

“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 53

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）

観視画角と心理効果

半球ドームでの誘 導効果の測定

-3 -2 -1 0 1 2 3 30 40 50 60 70 80 90 100 水平画角（°） 力量感 画面幅 3m 画面幅 2.4m 画面幅 1.8m 画面幅 1.2m -3 -2 -1 0 1 2 3 30 40 50 60 70 80 90 100  ½ æ p i j õ K ´  æ Ê  3m  æ Ê  2.4m  æ Ê  1.8m  æ Ê  1.2m 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） HDTV

観視画角と心理効果

•視野角が大きいほど力量感が増加 •画面に近すぎると快適感が減少 （撮影画角によって変化）

話速変換機能内蔵のラジオ・テレビ



高齢者にとって放送の音声が早口に感じて、聞き取りにくい場合があ

ります。そこで番組全体の時間は延ばさずに、また音質も変えること

なく音声をゆっくり聞ける「話速変換技術」を研究。



放送されている番組の音声の速さを、声の高さや質は保ちつつ、リア

ルタイムでゆっくりに変換して聞くことができます。実時間からできるだ

け遅れないように、音声の話し始めを特にゆっくりとし、音声と次の音

声のすき間である“ま”の部分を違和感なく短縮することで、番組の放

送時間枠を保ちながらゆっくりと聞こえるよう工夫をしている。

58 人にやさしい技術を目指して

59

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。