QoolTornado QG70 ～非圧縮超高精細映像の高速 IP ネットワーク伝送で 切り開く映像新時代～ QoolTornado QG70: Uncompressed Ultra HD Video Transmission via a High Speed IP Network that Marks a New Era in Visual Media 鍋谷栄展 * 小林正之 ** 田中篤史 ** 山崎恭啓 *** Hidenobu Nabetani Masayuki Kobayashi Atsushi Tanaka Yasuhiro Yamazaki * ProDeS グループ エンベデッドプロダクト事業部 第二技術部 ** 放送映像ビジネス部 *** PFU テクノコンサル株式会社 技術センター PFU では，放送映像業界向け製品である映像伝送装置「QG70」を開発した．QG70 は非圧縮 4K 映像を 10Gbps の IP ネットワークでリアルタイムに伝送でき，これからの IP ネットワーク時代のライブ中継や映像制 作やビデオ会議など様々な利用シーンに不可欠な製品である．小型で高機能な QG70 の魅力とそれが実現する未 来について紹介し，本開発で PFU が取り組んだ技術について解説する． PFU developed QG70, a video transmission unit for broadcasting and visual media. QG70 can transmit uncompressed 4K Ultra HD videos via a 10Gbps IP network, making it an essential tool for live broadcasting, video production, and video conferencing in future IP networking environments. This paper introduces the benefits of using the QG70, with its compactness and high functionality as well as possible applications for its use. This paper also explains PFU's approach to technology through its development of the QG70. 1 まえがき あたって PFU が取り組んだ技術について解説する． まるでその場にいるかのような圧倒的な臨場感をもつ テレビ放送，まるで目の前に実在する人と会話している かのような現実感をもつビデオ電話，現実と区別がつか ないくらいの映像美が実現する未来は間近である． 注１） 2 放送映像業界のトレンド 地上デジタルテレビ放送への移行が 2012 年に完了 は大容量の映像データを高速 し，フル HD 注２）と呼ばれる高精細（HD）映像が一般家 に伝送する今までにない装置であり，そういう未来に 庭にまで普及した．放送映像業界ではより高画質な次世 不可欠なコンポーネントである．QoolTornado とい 代規格である 4K 注２）や 8K 注２）テレビ放送の実用化に向 う名には，トルネードのように放送映像業界を巻き込ん けた検討が進められており，2014 年にも試験放送が開 でクールで素晴らしい映像世界の実現を目指していく 始される見込みである．技術革新が進む放送映像業界の PFU の意志が込められている．本稿では，QG70 の特 トレンドを三つ挙げる． 新製品である QG70 長と利用シーンについて紹介し，QG70 を開発するに 注１）製品のお問い合わせは，株式会社 PFU 放送映像ビジネス部（電 話：044-520-6404，E-mail：[email protected]） まで． PFU Tech. Rev., 24, 1,pp.1-8 (05,2013) 注２）フル HD（High Definition）とは，走査線 1,080 本以上の映 像信号の方式または画面解像度 1,920 × 1,080 ピクセルのこ と．4K は 3,840 × 2,160 ピクセルで，フル HD の 4 画面分． 8K は 7,680 × 4,320 ピクセルで，フル HD の 16 画面分． 1 QoolTornado QG70 ～非圧縮超高精細映像の高速 IP ネットワーク伝送で切り開く映像新時代～ （１） テープからファイルベースへ （３） IP（Internet Protocol）化 近年，放送映像制作の現場ではテープ媒体からスト 従来，放送は放送時間と放送内容が固定されており， レージに記録するファイルベースへ移行してきている． 制作者側から一方的に提供されてきた．しかし，視聴者 テープでは映像や音声だけを記録していたが，ファイル のライフスタイルの変化とともに，視聴者側が時間や内 ベースでは映像の撮影日，撮影場所などの属性情報（メ 容を自由に選べる IP ネットワークを利用した映像配信 タデータ）も一体に記録できるため，映像の管理に適し サービス ( ビデオオンデマンド ) が普及してきた．また， ている．また，テープ媒体の場合と異なりファイルベー 映像制作ワークフローにおいても，ストレージから編集 注３） スで行うノンリニア編集 では映像データの頭出しが 機器への映像データの入出力や離れた拠点間の映像デー 必要なく複数の映像データを並行して扱えるため，作業 タの受け渡しなどに IP ネットワークが活用され始めて 効率が格段によくなった．更に，素材データから編集作 いる． 業用データへのコピーや編集に映像の実際の再生時間 このように放送と通信の融合が進んでおり，放送映像 と同じだけの時間をかける必要が無く，高性能なコン 業界において IP ネットワークは無くてはならないもの ピュータがあれば時間短縮できるようになった．このよ となってきている． うに映像を扱う現場においてもファイルの操作や管理な ど IT で使用されるコンピュータ技術が重要になってい る． （２） 超高精細映像を扱う業界環境整備 3 非圧縮映像の重要性と課題 放送局などで扱う非圧縮 HD 映像の転送レートは約 映像の解像度は，撮影対象をより忠実に再現すること 1.5Gbps 注６）であるが，地上デジタルテレビ放送ではそ ができる高精細化へと向かっている．地上デジタルテレ れをおよそ 100 分の 1 に圧縮して使用している．非可 ビ放送で一般化した HD から，Ultra HD と呼ばれる 逆変換により圧縮した映像は，情報量が削られてしまい 4K や 8K の普及が期待されている．3D 映像は立体視 元の品質の映像に戻すことができない．映像制作の現場 によってより現実に近い映像表現ができる手法として登 で行う編集作業では，圧縮された映像を加工したあとに 場したが，映画や一部の分野でのみ活用されるに留まり， 再び圧縮が行われる．こうして編集された映像を何度も 一般的に利用されるに至っていない．4K 映像は，3D 再利用していくうちに圧縮が繰り返されて次第に映像と 注４） 映像のようなクロストーク現象 やちらつきがなく， 自然な奥行き表現からくる立体感と臨場感が得られる． 4K 映像制作ワークフローも徐々に整備されてきてい る．4K 映像撮影用カメラは RED，ソニー，キヤノン 参１） 参２） しての品質が落ちていく．非圧縮映像は編集によって映 像が劣化しないため素材として優れ，映像制作において 非常に重要な価値をもつ． また，高い圧縮率で映像を圧縮するには通常数十フ などのメーカーより販売され レーム分の時間がかかり，映像に遅れが生じる．この遅 ている．収録機器には RED やソニーのようなカメラ れは，ライブ中継やインタラクティブなビデオ会議のよ ，JVC ケンウッド 参３） ，計測技術研 うな低遅延が要求される用途で問題となる．非圧縮映像 ，AJA Video Systems のようなサードベン は，圧縮に起因する遅延がないため，このような低遅延 メーカー製機器からアストロデザイン 参４） 究所 ダー機器まである．編集機器は Quantel，Apple 注５）， Adobe Systems などの製品が出揃ってきた．また， が要求される用途でその威力を発揮する． このように非圧縮映像は高画質で低遅延という利点を 視聴者側の環境も整いつつある．映画館などは 4K 対応 もつが，データ量が膨大になることが課題である．例え 機器で上映されており，一般家庭向けにも 4K 対応のテ ば， 非圧縮 4K 映像の転送レートは約 6.0Gbps であり， レビやレコーダーの販売が始まっている．一連の 4K 映 1 時間の映像データサイズは約 3TB（テラバイト）に 像の制作環境と視聴環境が整ったことで，放送映像業界 もなる． 非圧縮映像の利点を活かすには， 大容量映像デー 全体が盛り上がりをみせている． タをそのまま情報を削ることなくリアルタイムに処理す 注３）ノンリニア編集は，テープ媒体を使って編集するリニア編集 と異なり，ストレージにデジタルデータとして取り込んだ映像 を編集する手法． る必要があり，高度な映像処理技術とネットワーク技術 が要求される． 注４）左右の映像が他方に混入することで，映像が二重に見える 3D 映像特有の現象． 注５）Apple は，Apple Inc. の商標である． 2 注６）bits per second．ビット毎秒． PFU Tech. Rev., 24, 1, (05,2013) QoolTornado QG70 ～非圧縮超高精細映像の高速 IP ネットワーク伝送で切り開く映像新時代～ 4 開発の狙い PFU は，高性能，高品質，高信頼を特長とした組込 み製品を企画や設計から製造および保守までトータルで 提供している．長年にわたるサーバ，ストレージ，ネッ トワーク機器の開発や製造で培った高度な技術力とハー ドウェア，ソフトウェアも含めた幅広い開発リソースを 活かし，様々な分野の製品開発を行い，お客様のビジネ スを強力にサポートしている． 多くの 10 ギガビットイーサネット製品の開発経験か ら得たネットワーク技術，高性能なサーバ等の開発経験 ◆図 - １ QG70 外観◆ から得た組込み設計技術といったPFUの強みを活かし， （Fig.1-QG70 external view） 放送映像業界における映像の高精細化や IP 化といった 課題を解決する新たな製品を提案する． 5 QG70 の概要と特長 QG70 は，非圧縮超高精細映像を高速 IP ネットワー クでリアルタイムに伝送する装置である．各系列放送局 間，放送局と連携するポストプロダクション注７）などの 映像制作拠点， スタジオやロケ先， 中継現場などのフィー ルド間を IP ネットワークでつなぎ，映像を伝送するこ とができる．図 - １に装置外観，図 - ２に背面図を示す． QG70 の特長を以下に示す． ◆図 - ２ QG70 背面図◆ （１） 8 チャネルの SDI 注８）に対応 映像の入出力インターフェースとして，HD-SDI （Fig.2-QG70 rear view） 注９） や 3G-SDI 規格に準拠した SDI 入力 4 チャネル，SDI ◆表 - １ サポートフォーマット一覧◆ 出力 4 チャネルの計 8 チャネルをもつ．QG70 でサポー トする非圧縮 HD 映像のフォーマットを表 - １に示す． SDI タイプ 解像度 非圧縮 4K 映像を扱う場合は，SDI 入出力を複数チャ 25P 29.97P 30P 50P 59.94P 60P 1,280 × 720 ● ● ● 1,920 × 1,080 ● 2,048 × 1,080 ● Dual Link HDSDI 1,920 × 1,080 ● ● ● 2,048 × 1,080 ● ● ● ● 3G-SDI type A 1,920 × 1,080 ● ● ● ● 2,048 × 1,080 ● ● ● ● 3G-SDI type B （Dual Link） 1,920 × 1,080 ● ● ● ● ● 2,048 × 1,080 ● ● ● ● ● 3G-SDI type B 1,920 × 1,080 （Dual Stream） 2,048 × 1,080 ● ● ● ● ● ● ● ● ネル使う参５）． （２） 10 ギガビットイーサネット（10GbE）を採用 HD-SDI IP ネットワークへの接続には，10GBASE-LR 注１０） 規格の 10GbE インターフェースを使用する．SDI 入 （ポストプロダクションとは）放送，映像，映画の撮影後の作 注７） 業の総称．また，この作業を行うスタジオや制作会社のこと． 注８）Serial Digital Interface の略．ビデオ信号伝送規格のひとつ で，非圧縮デジタル映像とデジタル音声を 1 本の同軸ケーブル で送ることができる．高精細テレビ（HDTV）品質に対応した 規 格 と し て 約 1.5Gbps の HD-SDI と 約 3.0Gbps の 3G-SDI がある．主として放送局などの業務用映像機器で使用される． 注９）HD-SDI は SMPTE 292M，3G-SDI は SMPTE 424M で規定 される．SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineers，米国映画テレビ技術者協会）は，映像全般にわた る規格の策定などを行っている団体． フレームレート 23.98P 24P 23.98PsF 24PsF ※１ 50I 59.94I 60I ● ● ● ● ● ● ● ● ● ※１ PsF は Progressive Segmented Frame の略 注１０）10GBASE-LR は IEEE 802.3ae で規定される 10 ギガビッ トイーサネット規格のひとつ．伝送速度 10Gbps の光通信が できる． PFU Tech. Rev., 24, 1, (05,2013) 3 QoolTornado QG70 ～非圧縮超高精細映像の高速 IP ネットワーク伝送で切り開く映像新時代～ 力からの映像を IP ネットワークに送信し，IP ネッ トワークから受信した映像を SDI 出力に出力できる． 10Gbps の伝送帯域に，最大 4 ストリームの HD 映像 または 1 ストリームの 4K 映像を転送できる．QG70 は映像の圧縮伸長処理を行わないため，非常に低遅延な リアルタイム伝送ができる． SDI は通常太く重い同軸ケーブルを使い，伝送でき る距離は 100 メートルと限られる．10GBASE-LR であれば比較的細くて軽い光ファイバーケーブルを使 い，伝送距離を 10 キロメートルまで延ばすことができ る．屋外スタジオや競技場，スタジアムなどの広いイベ ◆図 - ３ QG70 外観（ラックマウントテーブル搭載時）◆ （Fig.3-External view of QG70s mounted on a rackmount table） ント会場でもケーブルの敷設が容易になるなどの利点が ある． （３） 多彩な Genlock 機能注１１） さを考慮した． 多彩な Genlock 機能をもち，SDI 出力 4 チャネル がそれぞれ以下の 9 種から同期信号を選択できる． また，プレビュー画面などの操作や各種設定は前面の スイッチを使う方法だけでなく，外部 PC から Web ブ ラウザ経由で行うWebインターフェースにも対応した． １） リファレンス入力 （６） 小型軽量で持ち運びが簡単 ２） SDI 入力 4 チャネル ３） SDI 出力 4 チャネルから自分自身を除く 3 チャ このように QG70 は映像伝送に必要な様々なイン ターフェースや機能をオールインワンにしつつ，小型で ネル ４） GPS 10MHz 軽量な可搬型筐体を実現した．重さは約 5.2kg と片手 これにより，同期信号が異なる複数の映像機器を 1 でも持ち運びができ，スタジオやフィールドなどの撮影 台のQG70に接続することもできる．4K映像の場合は， 現場でも機動力を活かすことができる． SDI 入力 4 チャネル間や出力 4 チャネル間を同期させ （７） 専用ラックマウントテーブルを用意 て複数チャネルで映像を伝送する． （４） 装置間同期によるタンデムオペレーション QG70 を 19 インチラックに搭載するために，専用 ラックマウントテーブルをオプションで用意した．放 最大 4 台の QG70 を装置間で同期させて映像を伝送 送映像機器用ラックは一般的に奥行きが 700mm 程 するタンデムオペレーションにより，4 倍の 40Gbps 度と短い．専用ラックマウントテーブルはこのような の映像を伝送することができる．例えば 4K 映像の場 奥行きの短いラックにも対応し，ラック高さ 3U（約 合，1 台の QG70 では 10Gbps の帯域が限界のため 133mm）に QG70 を 2 台搭載することができる．搭 までしか伝送できな 載時の外観を図 - ３に示す．QG70 はラックマウント い．2 台のタンデムオペレーションにより，2 倍の約 テーブルにバンド 2 本で固定され，簡単に取り外して 12Gbps の帯域が必要な 60P 注１２）を伝送できる． 持ち運ぶことができる．スタジオや中継車ではラックに 約 6Gbps の帯域が必要な 60I 注１２） （５） プレビューによる映像確認 液晶ディスプレイのプレビュー画面で，SDI 入出力 搭載して使用し，必要時に撮影機器の近くまで持ち出す といった柔軟な運用が実現できる． に伝送中の映像を確認できる．プレビュー画面では，入 力または出力の 4 チャネル全ての映像を 4 分割で同時 表示することもできる．モニタなどの外部機器を必要と せず，QG70 だけで映像の確認ができるという使い易 注１１）Generator locking の略で，複数の放送映像機器が同期す るための基準信号．ブラックバースト信号（SMPTE 170M 準拠）と 3 値同期信号がある． 注１２）60I は毎秒 60 フィールドのインターレース方式．60P は毎 秒 60 フレームのプログレッシブ方式．インターレース方式 はフィールド毎に奇数走査線と偶数走査線を交互に伝送する ため，データ量はプログレッシブ方式の半分である． 4 6 適用事例 QG70 の使用例やシステム構成例を以下に示す． （１） ライブ中継，映像配信 QG70 は映像をリアルタイム伝送できるため， 図 - ４に示すようなライブ中継にも活用できる．中継現 場に QG70 が 1 台あれば，最大 4 台のカメラを接続し て 4 ストリームの非圧縮 HD 映像を送信できる．コン PFU Tech. Rev., 24, 1, (05,2013) QoolTornado QG70 ～非圧縮超高精細映像の高速 IP ネットワーク伝送で切り開く映像新時代～ サートや講演，スポーツ中継，医療現場での手術中継な 拠点 A （中継現場） ど様々な利用シーンで活用できる． QG70 は双方向伝送ができるため，ライブ中継と同 SDI 時に映像の送信先であるスタジオの映像を中継現場に伝 送することもできる．これにより，中継現場ではスタジ オの状況や伝送した映像の状態を確認しながら柔軟な撮 SDI SDI SDI IP ネットワーク SDI 10GbE QG70 影が可能になる． また，QG70 は IP マルチキャストに対応し，1 拠 拠点 B （スタジオ） SDI SDI 10GbE QG70 SDI SDI SDI 点から複数拠点に映像を一斉配信することができる． 図 - ５に 4K 映像の配信システム例を示す．これにより， 複数の場所でパブリックビューイング注１３）を実施するこ ◆図 - ４ ライブ中継システム例◆ とができる．また，モニタ表示以外に 1 ストリームを （Fig.4-Live broadcasting system） 映像の蓄積に使うこともできる． （２） 映像制作ワークフロー QG70 は NTT アイティ社のメディアサーバ SHSXMS（以降，XMS）参６）との連携機能をもち，一緒に 使用することにより非圧縮映像制作ワークフローを構築 できる（図 - ６参照） ．XMS は非圧縮 HD 映像や非圧 SDI×4 10GbE 4K カメラ 拠点 B 10GbE （配信サーバ） ア編集機との接続機能を特長とする．QG70 に入力さ 4K 蓄積 QG70 は SDI 入出力をもち，1 台で映像・音声の双 SDI×4 4Kモニタ 10GbE QG70 10GbE SDI×4 4Kモニタ 拠点 E（ポストプロダクション） SDI×4 QG70 出力できる． （３） ビデオ会議，遠隔医療 QG70 拠点 D（パブリックビューイング） IP ネットワーク 映像蓄積と複数ストリームの映像同時入出力やノンリニ た XMS に蓄積した映像を QG70 に伝送してモニタに 10GbE QG70 縮 4K 映像の蓄積及び配信が可能なサーバで，大容量の れたカメラからの映像を XMS に伝送して蓄積でき，ま 拠点 C（パブリックビューイング） 拠点 A （中継現場） QG70 SDI×4 4K 蓄積 ◆図 - ５ 複数拠点への映像配信システム例◆ （Fig.5-Video distribution to multiple locations） 方向伝送ができる．IP ネットワークに接続された各拠 点に QG70 が 1 台あれば，高品位ビデオ会議が実現で きる．非圧縮 4K 映像を 1 回線，また非圧縮 HD 映像 拠点 A SDI であれば最大 4 回線の同時接続が可能である．図 - ７に QG70 日本電信電話 ( 株 ) 未来ねっと研究所様の活用事例であ 拠点 B る非圧縮 HD ビデオ会議システムを示す．細かな表情 まではっきりわかるリアルな映像は実際にその場で対面 しているかのように感じ， 低遅延な映像・音声伝送によっ てより自然な会話が可能になった． このような非圧縮で高精細なビデオ会議システムは， 医療現場でも遠隔診療に利用できる．医療行為に利用す 拠点 C 録画（蓄積） SDI 10GbE IP ネットワーク 10GbE 10GbE 再生（配信） XMS QG70 ◆図 - ６ 映像制作ワークフローにおける XMS 連携例◆ （Fig.6-Combined usage of QG70 and XMS in the video production workflow） る映像が圧縮により細部がつぶれてしまっては，正確な 画像診断や医療行為が困難になる．より正確な医療を行 うには細部まで忠実に再現できる非圧縮高精細映像が求 められる．また，遠隔手術のような遠隔操作を行う用途 にも，映像を低遅延で伝送できる QG70 が有効である． 注１３）特 定の場所で大画面モニタを使ってスポーツ中継などを観 戦するイベント PFU Tech. Rev., 24, 1, (05,2013) 5 QoolTornado QG70 ～非圧縮超高精細映像の高速 IP ネットワーク伝送で切り開く映像新時代～ 拠点 A （ビデオ会議室） 拠点 B （ビデオ会議室） SDI SDI 10GbE SDI プロセッサ部 プレビュー表示 「システム オン モジュール」 ユーザーインターフェース提供 QG70 IP ネットワーク 映像伝送処理 ・IP パケット化 ・同期制御 ・FEC 10GbE QG70 SDI 装置監視制御 TCP/IP 処理 SDI 出力 10GbE SDI 入力 ◆図 - ７ 非圧縮 HD ビデオ会議システム例◆ 専用ハードウェア 「QoolTornado エンジン」 （Fig.7-Uncompressed HD video conferencing system） ◆図 - ８ QG70 構成図◆ （Fig.8-QG70 configuration diagram） 7 QG70 の技術と開発における取り組 （2）プロセッサ み （3）映像 バッファ QG70 で使用している技術について解説する． QG70 の構成図を図 - ８に示す．QG70 で映像伝送を 実現するために，新開発の映像伝送処理専用ハードウェ SDI 入力 ア「QoolTornado エンジン」によるハードウェア処 理とプロセッサによるソフトウェア処理のハイブリッ ド方式を採用した．プロセッサ部には PFU の COM Express 規格注１４）準拠の小型 CPU モジュールである SDI 出力 （4） フレーム 同期 システム オン モジュール参７）を採用し，高性能な小型 ライブ中継やビデオ会議を実現するには，IP ネット ワークに送受信する 10Gbps の映像データを低遅延で （1）IP カプセル化 （5）FEC デコード （1）IP アン カプセル化 （3）映像 バッファ 筐体を実現した． （１） 映像伝送機能をもつ専用ハードウェア （5）FEC エンコード （2）IP フィ ルタリング 10GbE MAC ※1 10GbE 映像伝送処理専用ハードウェア 「QoolTornado エンジン」 ※1 MAC は Media Access Control の略 ◆図 - ９ ハードウェアエンジン処理フロー◆ （Fig.9-Processing flow of the hardware engine） リアルタイムに処理する必要がある．処理時間にばらつ きが発生しやすいソフトウェア処理では，一定時間内に ワークに送信し，10GbE から受信した IP パケットは データ処理ができなければ映像が途切れてしまう．それ IP アンカプセル部で映像データを取り出して SDI 出力 を防ぐには非常に高性能なプロセッサが要求され，小型 に出力する． 化や省電力化が難しくなる．このようなリアルタイム処 （２） ハードウェアを補完するソフトウェア処理 理には，特定の処理を高速に並列実行できる専用ハード IP ネットワークには映像データ以外にも様々なパ ウェアを用いた．専用ハードウェア QoolTornado エ ケットが飛び交っており，ハードウェアで全てのパケッ ンジンの処理フローを図 - ９に示す．専用ハードウェア トを処理することは難しい．10GbE から受信したパ では，SDI 入力から入力された映像データを IP カプセ ケットは IP フィルタリング部で振り分け，映像データ ル部で IP パケットに変換して 10GbE から IP ネット でないパケットはプロセッサに送ってソフトウェアで処 理した．これにより，リアルタイム性を要求されない 注１４）COM Express は，PICMG が制定した COM（Computer On Module）の標準規格で PCI Express やシリアル ATA 等 のテクノロジーを採用したもの． PICMG（PCI Industrial Computer Manufactures Group） は，高性能テレコミュニケーションと産業コンピュータの利 用促進のために，オープンな標準規格を開発している団体． 6 TCP/IP 処理などに対して既存のソフトウェア資産を活 かして柔軟な対応ができる． また，プロセッサでは TCP/IP 処理以外にもプレ ビュー画面の表示，各種設定を行うユーザーインター PFU Tech. Rev., 24, 1, (05,2013) QoolTornado QG70 ～非圧縮超高精細映像の高速 IP ネットワーク伝送で切り開く映像新時代～ フェースの提供，装置の状態監視や制御を行う． （３） 低遅延で多機能な映像バッファ 対応した．図 - １０にタンデムオペレーションの構成例 を示す． 注１５） IP ネットワークはベストエフォート方式 を特長 装置間同期の場合もチャネル間同期と同様に，装置間 とするため，パケットの到着順序が入れ替わる（パケッ で周波数同期とフレーム同期が必要である．図 - １１に トアウトオブオーダー） ，パケットの伝送遅延がばらつ タンデムオペレーションにおける装置間同期の接続例を いて一定の時間間隔で届かない（パケットジッタ） ，と 示す．周波数同期にはマスター装置からスレーブ装置に いった現象が起きる．このような現象は，SDI 出力か 同期信号を送り，フレーム同期にはマスター装置が次に ら一定速度で出力している映像データが 1 フレーム不 入出力するフレーム番号をスレーブ装置に送る方式を採 足したり，1 フレーム余ったりと映像の信頼性を低下さ 用した．これにより，各スレーブ装置はマスター装置に せる原因となる．QG70 の特長であるチャネル間同期 同期できる． や装置間同期によってより高精細な映像を伝送する場合 （５） FEC によるデータ信頼性の確保 も，各チャネル間や各装置間でパケットの到着時間のば IP ネットワークで発生するパケットロスは，映像デー らつきは各チャネル間の映像がずれる原因となる．これ タの欠落による映像の乱れの原因となり映像データの信 らを防ぐためには十分な映像バッファが必要である．ま 頼性を低下させる．IP ネットワークでパケットを再送 た，IP ネットワークでパケットが送信先に届かないパ することもできるが，再送待ち時間の分だけ映像バッ ケットロスへの対策のために後述のFEC機能をもつが， ファを多くもつ必要があるため遅延時間が大きくなる． その FEC 処理にも映像バッファが必要である．しかし， この対策として，QG70 は FEC（Forward Error 映像バッファを増やすと，伝送遅延が大きくなるデメ Correction，前方誤り訂正）機能をもつ．送信側で冗 リットがある． 長データである FEC パケットを生成し映像パケットと QG70 では映像バッファをひとつにまとめた統合 バッファ方式を採用し，必要なバッファ量を最小限にす ることで映像伝送の低遅延化を実現した．この統合バッ ファで，パケットアウトオブオーダーやパケットジッタ 拠点 A （中継現場） SDI×8 （４） 高精細映像を実現する同期制御 SDI×8 10GbE の補償，FEC 処理，装置内の各チャネル間同期，複数 装置間同期などのすべてのバッファ処理を行う． 拠点 B （パブリックビューイング） IP ネットワーク QG70 4K60P カメラ QG70 10GbE 10GbE 10GbE QG70 4K60P モニタ QG70 QG70 は，複数のチャネル間を同期させることによ り 4K 映像などの超高精細な映像フォーマットに対応す ◆図 - １０ タンデムオペレーションの構成例◆ る．このチャネル間同期を実現するには，チャネル間で （Fig.10-Tandem operation） 周波数同期とフレーム同期が必要である．この処理は， ハードウェアエンジンのフレーム同期部で行う． 周波数同期は，各チャネルの映像を出力する速度を合 わせることである．QG70 では各チャネルが独立して 同期入力 カスケード フレーム番号 同期出力 QG70 （マスター） 9 種の信号に同期できる多彩な Genlock 機能により， 各チャネルを同じ信号に同期させることで周波数同期を 実現した．フレーム同期は，各チャネルの映像フレーム 番号とフレーム先頭（つまり，フレーム位相）を合わせ ることである． QG70 は，複数の装置間を同期させて映像を伝送す カスケード フレーム番号 同期出力 QG70 （スレーブ） 注１５）サ ービスの品質が保証されず，最善の努力を行う方式．IP ネットワークにおいては，パケットが必ず目的地に届くと限 らず，ネットワークの混雑状況などによって通信速度が変動 する． PFU Tech. Rev., 24, 1, (05,2013) 同期信号 同期入力 カスケード フレーム番号 同期出力 QG70 （スレーブ） 同期信号 同期入力 るタンデムオペレーションにより 4K60P 映像などの QG70 が 1 台だけでは対応できない超高精細映像にも 同期信号 同期入力 QG70 （スレーブ） ◆図 - １１ タンデムオペレーションの同期構成例◆ （Fig.11-Tandem operation synchronization） 7 QoolTornado QG70 ～非圧縮超高精細映像の高速 IP ネットワーク伝送で切り開く映像新時代～ L=4 送信映像パケット D=4 受信映像パケット 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 F1 F2 F3 復元 F4 生成 1 2 3 4 5 6 7 8 送映像機器と接続してあらゆる映像フォーマットを IP 伝送することが理想である．接続可能な放送映像機器と サポートする映像フォーマットを増やしていくことで QG70 の利用シーンを広げていく． 9 10 11 12 また，QG70 の 8K 映像対応も計画中である．放送 13 14 15 16 映像業界では 4K 映像より更に高精細な 8K 映像の実用 F1 F2 F3 F4 化を進めており，2016 年には 8K テレビの実用化試験 送信 FEC パケット 受信 FEC パケット QG70 QG70 放送が計画されている．QG70 のタンデムオペレーショ ンは現在 4 台接続までサポートしているが，8 台接続 パケットロス IP ネットワーク ・・・ 6 F2 5 F1 4 3 2 まで拡張することで 8K60P 映像の非圧縮 IP 伝送が可 能になる． 1 ◆図 - １２ FEC パケットの生成と映像パケットの復元◆ （Fig.12-FEC packet generation and video packet recovery） 9 むすび 新製品 QG70 は，非圧縮超高精細映像を高速 IP ネッ トワークでリアルタイムに伝送でき，新しい映像世界の 実現に貢献できると確信している． 一緒に送信することで，受信側でパケットロスの検出と 「すべての映像伝送を IP 化する」という目標を掲げ パケットの復元ができる．連続してパケットロスする る PFU の技術とサービスによって，映像の IT 化，高 バーストロスに強い縦方向一次元 FEC を採用し，FEC 精細化が進む放送映像業界の更なる進化と発展を強力に パケットを生成する配列サイズは横方向 L が 4 ～ 512 支援していきたい． パケット，縦方向 D が 4 ～ 16 パケットの範囲をサポー トする．図 - １２に L ＝ 4，D ＝ 4 の場合の例を示す． QG70 は IP ネットワークの負荷に粗密がでないよう， FEC パケットを分散して送信し，またどのような順序 で FEC パケットを受信しても問題ないことを特長とす る． 8 参１）キヤノン株式会社：業務用映像機器 http://cweb.canon.jp/product/pro-img-sys/index.html 参２）株式会社 JVC ケンウッド：映像システム http://www3.jvckenwood.com/pro/visual_sys/index.html 参３）アストロデザイン株式会社 http://www.astrodesign.co.jp/ 参４）株式会社計測技術研究所：映像関連機器 http://www.keisoku.co.jp/vw/index.html 今後の展開 QG70 の機能追加を積極的に進めていく予定である． QG70 は放送映像機器と IP ネットワークの間で映像 データを橋渡しするゲートウェイ装置であり，様々な放 8 参考文献 参５）株式会社 PFU：2013 年 3 月 13 日プレスリリース 「非圧縮 4K60P 映像の IP ネットワーク伝送に NICT 実証実験 にて成功」 http://www.pfu.fujitsu.com/news/2013/new130313.html 参６）NTT アイティ株式会社：超高速 IP ビデオシステム http://www.shsipvs.com/ 参７）株式会社 PFU：システム オン モジュール http://www.pfu.fujitsu.com/prodes/product/som/ PFU Tech. Rev., 24, 1, (05,2013)
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