デジタル放送における映像サービスの高度化技術 に関する研究 西田 幸博 電気通信大学大学院情報システム学研究科 博士（工学）の学位申請論文 2013 年 9 月 デジタル放送における映像サービスの高度化技術 に関する研究 博士論文審査委員会 主査 阪口 豊 教授 委員 末廣 尚士 教授 委員 岩舘 祐一 客員教授 委員 森田 啓義 教授 委員 野嶋 琢也 准教授 著作権所有者 西田 幸博 2013 年 Studies on technologies to enrich video services in digital broadcasting Yukihiro NISHIDA Abstract With High Definition Television (HDTV) currently the norm in digital broadcasting, higher definition 2DTV and 3DTV that provide enriched video services are needed. Video formats and coding schemes are the key enabling technologies, and systematic methods for designing these systems based on requirements are essential. This thesis presents technical specifications for higher definition 2DTV and stereoscopic 3DTV based on the design of system parameters for enriched video services in digital broadcasting. In addition, a recommended methodology for exploring enriched broadcasting systems in the future is also presented. First, in the study conducted on how to enrich 2DTV services in digital satellite broadcasting, the author proposes video formats with higher definitions and a wider color gamut for providing services with higher quality and a higher sense of presence than HDTV. A survey and prediction of the relevant technologies confirmed the feasibility of applying the MPEG-4 AVC coding scheme, the newest scheme available at the time of the study, for higher definition video. Subjective quality assessments conducted of coded pictures revealed the required bit rate for each video format. The accomplishment of the study has subsequently been reflected in the national standard. It was the first time in the world that a higher definition, wider color gamut video than HDTV has been adopted for a broadcasting system. Second, in the study conducted on how to introduce 3DTV into existing broadcast channels, the main issue was how to select a method to deliver the left and right pictures. Basic requirements for 3DTV broadcasting systems that affect the selection were identified: specifically, compatibility with 2DTV receivers, coding schemes, and 3DTV programs. Methods that met each set of requirements were chosen and the required bit rate for each method was estimated to determine if it could be delivered through the existing 2DTV channels. Subjective quality assessments of coded 3DTV pictures subsequently confirmed the feasible methods and conditions. Finally, on the basis of the above studies, a recommended process for introducing enriched video services is discussed. It is highly anticipated that the accomplishments discussed herein will in future aid in the introduction of new, enriched broadcasting systems. デジタル放送における映像サービスの高度化技術に関する研究 西田 幸博 概要 日本のテレビジョン放送は，2000 年に衛星デジタル放送，2003 年に地上デジタル放送がそれ ぞれ開始され，2011 年にはアナログテレビ放送からデジタル放送への移行が完了した．そして， 現在のデジタル放送における映像サービスは，HDTV を中心として提供されている．映像サービ スを今後さらに高度化しようとするとき，2DTV 放送のいっそうの高画質化・高精細化と 3DTV 放送 の導入が考えられるが，その実現において映像サービスの鍵となる要素技術は映像フォーマットと 映像符号化方式であり，そのためには要求条件に基づくシステム設計が必要となる． 本論文では，デジタル放送における映像サービスの高度化のための映像フォーマット，映像符 号化方式，所要ビットレート等のシステム設計を行うことを目的に，現在の HDTV 放送に比べてよ り高精細な 2DTV 放送，および，3DTV（二眼視差方式立体テレビ）放送を導入するための技術的 条件を明らかにしている．そして，今後さらなる高度化を検討しようとする際に考慮すべき課題と検 討方法を提言している． まず，衛星デジタル放送における 2DTV 映像サービスの高度化の検討においては，現在の衛 星デジタル放送で提供されている HDTV 以上の高画質・高臨場感サービスを実現するために， HDTV と比べて高精細化・広色域化した映像フォーマットを提案した．広色域化の方式としては， HDTV の表色系との互換性を備えつつ広色域化可能な方式を提案した．また，検討時点の最新 の映像符号化方式であった MPEG-4 AVC を高精細な映像フォーマットに適用するために，符号 化技術の動向を調査・予測し，目標とする導入時期においてその技術が実現可能であることを確 認したうえで仕様を決定した．さらに，マルチフォーマットテスト画像を用いた符号化画質の主観評 価実験によって，放送品質として十分な画質を得るための所要ビットレートを映像フォーマットごと に明らかにし，高度衛星デジタル放送の伝送容量の中で，高度化技術に基づくさまざまなサービ ス提供例を示した．これらの成果は，情報通信審議会答申や国の技術基準，ARIB 標準規格に反 映されている．HDTV を超える超高精細度映像ならびに広色域映像を放送方式に採用したのは， 国際的にも初めてのことである． 一方，3DTV 映像サービスを既存の放送伝送路に導入するための検討においては，3DTV の 左右両眼に対応する二つの映像をどのように符号化･伝送するかが放送方式選定の課題であった． そこで，本研究ではまず，3DTV に適用する映像符号化方式と 2DTV 放送との両立性の観点から， 種々の 3DTV 放送方式を分類した．そして，3DTV 放送方式の選択に関連する基本要求条件とし て，2DTV 受信機での受信・表示の必要性，3DTV 用符号化方式と 2DTV 用符号化方式の関係， 3DTV 番組制作と 2DTV 放送との関係の三つの条件を設定し，これらの基本要求条件に応じた 3DTV 放送方式を選定した．次に，要求条件に応じて選定した放送方式の所要伝送ビットレートを 推定し，既存の放送伝送路（地上放送，BS 放送，CS 放送）に対してそれぞれ導入が可能と考えら れる放送方式を選定した．さらに，符号化画質の評価実験によって，2DTV および 3DTV の放送 品質を確保しつつ既存の 2DTV 放送伝送路に導入可能な 3DTV 放送方式とその条件を明らか にした．本研究の検討結果に基づき，フレームコンパチブル方式による 3DTV 放送の運用ガイドラ インが ARIB 標準規格に追加規定されているほか，今後，シェアードキャスト方式や MPEG-4 MVC 方式による 3DTV 放送についても，事業者からの要望に応じて標準化が検討される予定で ある． 本論文ではさらに，以上の成果に基づいて，今後の映像サービス高度化の検討プロセスについ て議論した．今後さらにデジタル放送の映像サービスを高度化しようとする際には，新たな放送サ ービスが既存サービスからの移行を目的とするのか追加サービスなのか，導入しようとする伝送路 は既存の放送伝送路なのか追加チャンネルなのか，さらには，既存の放送受信機でも視聴可能な 後方互換性の要否が重要な前提条件となる．そして，これらの前提条件に基づき，方式選定に影 響する要求条件の設定，要求条件に適合する技術方式の検討，技術方式の実現性の検討，主観 評価実験による実証，の各ステップで順次検討する必要がある． 以上，本論文は，デジタル放送における映像サービスを高度化する具体的事例として高精細の 2DTV 放送と 3DTV 放送の二つについて主観評価実験を行ないつつ技術的条件を明らかにした とともに，今後高度化した新たな放送を導入しようとする際の検討方法を具体的に議論したもので あり，将来の放送の高度化の検討においても参照されることが期待される． 目次 第1章 1.1 序論 ...................................................................................................................... 1 本研究の背景 .............................................................................................................. 1 1.1.1 放送の発展の歴史 ................................................................................................ 1 1.1.2 放送方式の標準化 ................................................................................................ 2 1.1.3 衛星デジタル放送の高度化 ................................................................................. 3 1.1.4 3DTV 放送の導入 ................................................................................................ 3 1.2 本研究の目的 .............................................................................................................. 4 1.3 本論文の構成と概要 ................................................................................................... 4 第2章 2DTV 映像サービス高度化の技術的条件 ............................................................ 5 2.1 はじめに ..................................................................................................................... 5 2.2 デジタル放送の映像方式と高度化の課題 .................................................................. 5 2.2.1 映像フォーマット ................................................................................................ 5 2.2.2 映像符号化方式 ................................................................................................... 9 2.3 高度衛星デジタル放送の要求条件 ........................................................................... 10 2.4 方式提案 ................................................................................................................... 12 2.5 映像入力フォーマット ............................................................................................. 13 2.5.1 時空間フォーマット .......................................................................................... 13 2.5.2 信号方式 ............................................................................................................ 15 2.5.3 カラリメトリ ..................................................................................................... 17 2.6 映像符号化方式 ........................................................................................................ 23 2.6.1 プロファイルとレベル ...................................................................................... 23 2.6.2 MPEG-4 AVC の技術動向 ................................................................................. 25 2.7 映像符号化方式実証実験 ......................................................................................... 27 2.7.1 広色域システムの特性確認実験 ........................................................................ 27 2.7.2 MPEG-4 AVC 1080/60/I ハードウェアコーデックの性能確認実験 ................. 28 2.7.3 MPEG-4 AVC による超高精細度映像符号化の所要ビットレート評価............ 32 2.8 高度衛星デジタル放送におけるサービス提供例 ..................................................... 40 2.9 まとめ....................................................................................................................... 41 第3章 3DTV 放送方式の技術的条件 ............................................................................ 43 3.1 はじめに ................................................................................................................... 43 3.2 3DTV の放送方式..................................................................................................... 43 3.2.1 フレーム互換方式 .............................................................................................. 43 3.2.2 ストリーム互換方式 .......................................................................................... 45 i 3.3 3DTV 放送の基本要求条件 ...................................................................................... 47 3.3.1 2DTV 受信互換性 .............................................................................................. 47 3.3.2 制作条件 ............................................................................................................ 47 3.3.3 符号化方式 ......................................................................................................... 47 3.4 基本要求条件に適合する 3DTV 放送方式 ............................................................... 48 3.4.1 3DTV 放送方式候補の抽出 ............................................................................... 48 3.4.2 3DTV 放送方式候補の実現性............................................................................ 51 3.4.3 基本要求条件に適合する方式............................................................................ 55 3.4.4 放送事業者の意向 .............................................................................................. 56 3.5 3DTV 符号化画質の主観評価実験 ........................................................................... 56 3.5.1 3DTV テスト画像 .............................................................................................. 57 3.5.2 2DTV 符号化画質評価実験 ............................................................................... 58 3.5.3 3DTV 符号化画質評価実験 ............................................................................... 67 3.6 基本要求条件に応じた 3DTV 放送方式の推奨符号化条件...................................... 74 3.7 まとめ....................................................................................................................... 75 第4章 新たな放送方式の導入検討への提言 ................................................................. 77 4.1 まえがき ................................................................................................................... 77 4.2 放送における映像サービスの高度化 ....................................................................... 77 4.2.1 新たな映像サービスの導入形態 ........................................................................ 77 4.2.2 検討方法の提案 ................................................................................................. 78 4.2.3 映像サービスの高度化技術の考慮事項 ............................................................. 79 4.3 第5章 まとめ....................................................................................................................... 80 結論 .................................................................................................................... 81 謝辞 ....................................................................................................................................... 83 付録 ....................................................................................................................................... 85 付録 1 負 RGB 方式による広色域信号の信号処理 ........................................................ 85 付録 2 HDTV テスト画像 .............................................................................................. 91 付録 3 マルチフォーマットテスト画像 ......................................................................... 93 付録 4 3DTV 放送方式候補の構成（2DTV 放送を MPEG-2 で行う場合） ................. 95 付録 5 3DTV 放送方式候補の構成（2DTV 放送を MPEG-4 AVC で行う場合） ....... 103 付録 6 3DTV テスト画像 ............................................................................................. 107 付録 7 映像パラメータの心理物理的効果 .................................................................... 109 A7.1 空間解像度 ....................................................................................................... 109 A7.2 時間解像度 ........................................................................................................110 A7.3 階調 ...................................................................................................................113 A7.4 表色系 ...............................................................................................................113 ii 付録 8 超高精細度映像フォーマットの国際標準化動向 ...............................................115 参考文献 ..............................................................................................................................117 研究業績 ............................................................................................................................. 123 関連標準化 ...................................................................................................................... 123 関連文献 .......................................................................................................................... 124 標準化役職 ...................................................................................................................... 131 iii 第1章 1.1 序論 本研究の背景 1.1.1 放送の発展の歴史 白黒テレビ放送が 1953 年に始まって 60 年，この間，映像方式は，色彩情報を伝えるこ とができるカラーテレビ，高い臨場感を伝えることができる高精細度テレビ（HDTV: High Definition Television）へと発展した（図 1.1）．伝送方式についても，VSB-AM 1変調によ る地上アナログテレビ放送，FM 2変調による衛星(BS: Broadcasting Satellite)アナログ放 送，多値 PSK 3による BS デジタル放送，OFDM 4による地上デジタル放送へと，伝送路に 適した高効率な方式へと進化した．また，テレビ放送方式の発展に伴い，受像機もブラウ ン管(CRT: Cathode Ray Tube)から薄型・大画面・高精細の平面ディスプレイ（FPD: Flat Panel Display）へと進化した．そして，2011 年には，日本のテレビ放送は，地上放送， 衛星放送共にアナログ放送からデジタル放送への移行が完了した． 1925 Radio 1953 2011 Terrestrial Analog TV 1969 FM Radio 1984 2011 Satellite Analog TV 1989 2007 Satellite Analog HDTV 2000 Satellite Digital HDTV 2003 Terrestrial Digital HDTV 2006 Mobile 図 1.1 日本における放送の発展の歴史 アナログテレビ放送からデジタルテレビ放送への移行は，高効率なデジタル変調方式と 高効率な情報源符号化方式の開発に負うところが大きい．2000 年に始まった衛星デジタル 放送では，帯域幅 34.5MHz の中継器当たり 28.86Mbaud のシンボルレートとトレリス符 号化 8 値 PSK（TC8PSK）変調方式により，51.8Mbit/s の伝送容量が確保され，MPEG 5-2 1 2 3 4 5 残留側波帯振幅変調(Vestigal Sideband Amplitude Modulation) 周波数変調(Frequency Modulation) 位相偏移変調(Phase-Shift Keying) 直交周波数分割多重方式(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)． Moving Picture Experts Group．ISO（国際標準化機構）と IEC（国際電気標準会議） 1 Video 映像符号化方式と MPEG-2 AAC 6音声符号化方式，MPEG-2 Systems 多重化方式に よって，2 または 3 の HDTV 番組を伝送することができる．2003 年に始まった地上デジ タル放送では，1 チャンネル当たり 6MHz の帯域幅で，OFDM-64QAM7 符号化率 3/4 の 変調方式により，16.85Mbit/s の伝送容量が確保され，BS デジタル放送と同じ情報源符号 化および多重化方式により，一つの HDTV 番組を伝送することができる．さらに，同じチ ャンネル内で QPSK 8 符号化率 2/3 の変調方式による 416kbit/s の伝送容量を用いて，ワ ンセグ放送と呼ばれる携帯端末向けのサービスを同時に提供している． 1.1.2 放送方式の標準化 日本の放送方式の標準化は，国の技術基準，民間規格，事業者運用規定の三つのレベル で行われている．国の技術基準は，情報通信審議会 9による答申に基づいて総務省令およ び総務省告示が策定されている．民間標準規格は，電波産業会(ARIB: The Association of Radio Industries and Businesses)が標準規格を策定しており，放送方式についてはデジタ ル放送システム開発部会が担当している．事業者運用規定は，デジタル放送推進協会(Dpa: The Association for Promotion of Digital Broadcasting)が原案を作成し，ARIB 技術資料 として発行されている．一方，放送分野の国際標準化は，国際電気通信連合無線通信部門 (ITU-R)が担っており，勧告(Recommendation)が策定されている．日本の放送方式は，国 際基準にも準拠している． ARIB は，地上デジタル放送，BS デジタル放送，CS(Communication Satellite)デジタ ル放送に関する放送方式について，映像符号化，音声符号化，多重化，データ放送，伝送 路符号化などの技術分野毎に標準規格を策定している．映像符号化方式については，デジ タル放送システム開発部会映像符号化方式作業班が ARIB 標準規格 STD-B32「デジタル 放送における映像符号化，音声符号化及び多重化方式」第 1 部「映像信号と符号化方式」 を担当しており，2003 年以来筆者が作業班主任を務めている．また，3DTV 放送方式の標 準化を検討する 3DTV 放送方式検討作業班が 2011 年に設置され，筆者が作業班主任を務 めている． ITU-R では，第 6 研究委員会(SG 6: Study Group 6)が放送業務の標準化を担っており， 放送の撮像・収音－番組制作－伝送－受信・再生に亘る技術基準や運用基準を策定してい る．なお，衛星放送の伝送方式は，衛星通信を所掌する第 4 研究委員会(SG 4: Study Group 4)が担当している．筆者は，SG6 の副議長およびその傘下の作業部会(WP: Working Party) 6 7 8 9 の合同の，映像・音声の符号化・多重化方式の専門家グループ JTC1/SC29/WG11 の呼 称．同グループによって作成された規格が MPEG 規格と呼ばれる． Advanced Audio Coding．MPEG の音声符号化方式の一つ． 直角位相振幅変調(Auadrature Amplitude Modulation)． 四位相偏移変調(Quaternary PSK) 総務大臣の諮問に応じて，情報の電磁的流通や電波の利用に関する政策に関する重要事 項を調査審議し，総務大臣に意見を述べることを所掌． 2 6B の議長を務め，また，ITU-R での標準化に対応する国内審議の要職も担っている．放 送方式のうち，無線伝送方式や映像方式，音響方式は各国の提案に基づいて方式が勧告さ れているが，符号化方式や多重化方式は，ITU-T 勧告や ISO/IEC 規格を参照して，運用 基準を ITU-R 勧告として定める場合が多い．HDTV や UHDTV(Ultra High Definition Television)の映像フォーマットが ITU-R 勧告で定められているが，これらは日本からの寄 与に負うところが極めて大きい． 1.1.3 衛星デジタル放送の高度化 2000 年に始まった現行の衛星デジタル放送の放送方式は，1998 年に当時の電気通信技 術審議会（現，情報通信審議会）から「11.7GHz を超え 12.2GHz 以下の周波数の電波を 使用する衛星デジタル放送方式の技術的条件」が答申された．答申に基づき，総務省令･ 告示が制定され，さらに，国の技術基準に基づき，ARIB 標準規格が詳細な仕様を規定し ている． 2007 年の時点において，日本では八つの衛星放送チャンネルを用いてアナログ放送とデ ジタル放送が行われていた．国際的なチャンネル割当てに基づき 2011 年から新たに四つ のチャンネルが利用可能となることや，アナログ放送からデジタル放送への移行に合わせ て，BS デジタル放送の高度化に関する技術的条件を新たに取りまとめることが情報通信 審議会に諮問された．これを受けて，2007 年 3 月，情報通信審議会技術分科会放送シス テム委員会が高度衛星デジタル放送の技術的条件の検討を開始し，ARIB デジタル放送シ ステム開発部会が放送システム委員会への提案を行うこととなった．デジタル放送システ ム開発部会では，衛星デジタル放送高度化作業班が伝送路符号化方式を担当し，映像，音 声，多重化などの他の要素技術については，映像符号化方式作業班，音声符号化方式作業 班，多重化作業班などがそれぞれ担当した．筆者は，映像符号化方式作業班および多重化 作業班の主任として，また，方式提案者や実験実施者としてもこの審議に寄与した． 1.1.4 3DTV 放送の導入 立体テレビの方式として，人の立体視の要因のひとつである両眼視差を利用して立体画 像を表示する方式で，左目・右目に相当するカメラの画像をそれぞれ観察者の左目・右目 に与えることによって立体感をもたらす両眼視差方式がある．本論文では，両眼視差方式 において，視点数（撮影方向）がひとつで，左右それぞれの目に与える二つの映像を用い る二眼式立体テレビを 3DTV と呼ぶ． 3DTV によって高い臨場感を提供可能となることから，日本のデジタル放送においては， 日本 BS 放送が 2007 年 12 月 1 日の開局時から放送時間は限定的ながらも 3DTV 番組を提 供し，2009 年には主要メーカーから立体テレビ受信機が製品化され，民間放送局が BS デ ジタル放送や CS デジタル放送で 3DTV 番組を提供するようになった． しかしながら，現在使用されている 3DTV 放送方式には，既存の 2DTV 放送受信機では 3 通常の 2DTV サービスとして受信することができないという問題があり，専用サービスあ るいは時間限定サービスに留まっている．そのため，ARIB では，2011 年より，3DTV の 放送方式について，種々の要求条件に応じて最適な 3DTV 放送方式を明らかにするための 検討を行った．筆者は，この検討においても，ARIB デジタル放送システム開発部会 3DTV 放送方式検討作業班の主任として検討を主導し，また，実験実施者としても審議に寄与し た． 1.2 本研究の目的 本研究は，デジタル放送の高度化のための，映像フォーマット，映像符号化方式，所要 ビットレート等の映像方式のシステム設計および標準化を目的としている．第 1 に，現在 の HDTV 放送に比べてより高精細な映像によって，あたかもその場に居るかのような，実 物を見ているかのような高臨場感映像サービスを提供可能な 2DTV 放送を導入するための， 映像方式の技術的条件を明らかにする．第 2 に，2DTV 放送に比べて高い臨場感を提供可 能な 3DTV 放送を既存の放送伝送路に導入するための，要求条件に応じて最適な 3DTV 放 送方式の技術的条件を明らかにする．さらに，今後さらなる放送の高度化を検討しようと する際に考慮すべき課題ならびに検討方法を提言する． 1.3 本論文の構成と概要 本論文は 5 章から構成される． 第 1 章ではデジタル放送方式の標準化を背景とする本研究の位置付けおよび目的を述べ た．第 2 章では 2DTV 映像サービスの高度化のための技術的条件を示し，主観評価実験に よって十分な画質を得るための所要ビットレートを明らかにし，サービス提供例を示す． 第 3 章では 3DTV 映像サービスの要求条件に応じた放送方式を選定し，3DTV 映像の符号 化画質の主観評価実験によって，3DTV 放送を既存の放送伝送路に導入するための技術的 条件を示す．第 4 章では今後さらにデジタル放送の映像サービスの高度化を図ろうとする 場合に考慮すべき課題や検討方法を述べる．第 5 章では本研究を総括し，得られた成果を まとめるとともに，今後の研究課題や展望を述べる． 4 第2章 2.1 2DTV 映像サービス高度化の技術的条件 はじめに 本章では，衛星デジタル放送の方式に新たな技術を活用することによって 2DTV 映像サ ービスを高度化するための技術的条件を明らかにする．ここで述べる検討は，新たな高度 衛星デジタル放送方式に基づく放送を 2011 年に開始できることを目標として，2007 年か ら 2008 年にかけて，筆者が主任を務める ARIB デジタル放送システム開発部会映像符号 化方式作業班において行ったものを土台としている．筆者は，同作業班主任のほか，方式 提案者や実験実施者としてもこの検討に寄与した． ARIB 映像符号化方式作業班での検討に当たり，まず，要求条件を設定した．HDTV 放 送を基本とする現在の衛星デジタル放送を踏まえ，新たな高度衛星デジタル放送では， HDTV 以上の高画質・高臨場感サービスを実現できることを要求条件とした． 要求条件に基づき，映像サービスの技術的条件を構成する映像入力フォーマットおよび 映像符号化方式を検討した．検討にあたっては， 「現行のデジタル HDTV を基本とした高 画質サービスを可能とすること」および「現行のデジタル HDTV を超える高画質サービス にも対応すること」を基本とし，衛星デジタル放送および地上デジタル放送の状況，国際 動向，技術動向等を考慮した．現行のデジタル HDTV を超える高画質サービスを提供する ために，特に，映像の空間解像度の増大と色域の拡大，ならびに，最新の高効率な映像符 号化方式の採用を検討した． 2.2 デジタル放送の映像方式と高度化の課題 デジタル放送において映像サービスを提供するための技術的条件は，SDTV(Standard Definition Telvision)，HDTV，UHDTV(Ultra High Defintion Television)などの映像フ ォーマットと，映像信号を圧縮符号化してビットストリーム化する映像符号化方式に大別 される． 2.2.1 映像フォーマット デジタル放送における映像フォーマットは，映像符号化装置への入力信号フォーマット として定義され，放送局で制作される番組の信号規格（スタジオ規格）で定められる映像 フォーマットに相当する．映像フォーマットを決定するパラメータには，空間解像度，時 間解像度，走査方式，画面のアスペクト比，画素のビット数，表色系（カラリメトリ）が ある． 総務省令[1]および ARIB 標準規格[2]に定められている，日本の BS デジタル放送および 地上デジタル放送における映像フォーマットを表 2.1 に示す．これらの映像フォーマット は，2000 年に開始された衛星放送のデジタル化にあたり，HDTV を中心としつつ BS ア 5 ナログ放送 3 チャンネルをサイマル放送するとの基本方針に基づいて選定されたものであ る[3]．現在は，事実上 1080/60/I の HDTV を基本とする映像サービスが提供されている． 日本よりも早く放送のデジタル化が始まった欧州のデジタル放送では，HDTV による高画 質サービスよりも SDTV の多チャンネルサービスが重視され，SDTV(576/50/I)が先行して 導入されたが，その後，HDTV(1080/50/I)や 720/50/P も導入されるようになった．また， 北米・南米では，日本と同様に，放送のデジタル化に合わせて HDTV の導入が進んだ． 表 2.1 BS デジタル放送および地上デジタル放送における映像入力フォーマット 480/60/I 480/60/P 720/60/P 1080/60/I 映像フォーマット* 空間解像度（水平画素 720×480 720×480 1280×720 1920×1080 数×垂直画素数） 画面アスペクト比 4:3 または 16:9 16:9 16:9 16:9 走査方式 飛越し 順次 順次 飛越し フレーム周 29.97 Hz 59.94 Hz 59.94 Hz 29.97 Hz 波数 時間 解像度 フィールド － － 59.94 Hz 59.94 Hz 周波数 表色系 Rec. ITU-R BT.1361 に基づく RGB 三原色と基準白色 Y′, C′B, C′R, 4:2:2 信号形式 ビット数 8 または 10 ビット * 映像フォーマットの表記法[4]：垂直画素数/フレーム周波数（順次走査の場合）またはフィー ルド周波数（飛越し走査の場合）/P（順次走査）または I（飛越し走査） ． デジタル放送の映像サービスの高度化を図るに当たり，筆者らは，特に，空間解像度の 増大による臨場感や実物感の向上，および，広色域化による色再現性の向上を提案した． 2.2.1.1 空間解像度増大の必要性 空間解像度は，視力 1.0 の人が映像を見るときに画素構造が検知されないための最短視 距離や視角（画面を見込む角度）に関係する．表 2.2 に映像フォーマット毎の最適視距離 と最適水平視角を示す[5]． 6 表 2.2 映像フォーマットと最短視距離，視角 画 面 ア ス 画 素 ア ス 最適 ペクト比 ペクト比 水平視角 (a: b) (r) (θ) SDTV 4:3 0.89 11° 720 × 485 VGA 4:3 1 11° 640 × 480 SDTV 4:3 1.07 13° 720 × 576 XGA 4:3 1 17° 1 024 × 768 720/P 16:9 1 21° 1 280 × 720 SXGA+ 4:3 1 23° 1 400 × 1 050 HDTV (2K) 16:9 1 31° 1 920 × 1 080 UHDTV (4K) 16:9 1 58° 3 840 × 2 160 UHDTV (8K) 16:9 1 96° 7 680 × 4 320 ここで，最適視距離 d と最適水平視角 θ は以下により導出される． 映像システム 映像フォーマット (h × v) 最適 視距離 (d 10) 7H 7H 6H 4.5 H 4.8 H 3.3 H 3.2 H 1.6 H 0.8 H 1 1/𝑣 tan(1 arcminute) = tan � degree� = 60 𝑑 1 𝑑= 1 𝑣 · tan � degree� 60 a ( )/2 θ b tan � � = 𝑑 2 𝜃 = 2 · arctan � 𝑎 � 2𝑏𝑑 HDTV は，臨場感が水平視角 30°辺りから向上し始め，また，画面アスペクト比 5:3～ 6:3 で最大となるという心理物理実験の結果に基づいて設計されたものである．画面高の 3 倍の視距離（水平視角 30°）で視力 1.0 の人が走査線構造や画素構造を検知できないとい う条件を満たす画素密度 30 cpd(cycles per degree)（60 画素/度）という値に基づいて， HDTV の画素数は 1920×1080 とされた． 画素数の異なる 3 種類の映像システム，2K（HDTV：1920×1080） ，4K（3840×2160） ， 8K（7680×4320）における，水平視角と視距離に対する臨場感と実物感の関係を図 2.1 に示す[6]． 10 画面高(H)を基準とした比で記載． 7 高 高 -1 実物感 臨場感 5 8K -2 4K 実 物 -3 感 4 臨 場 感 2K -4 8K 4K -5 0 図 2.1 8 20 40 60 4 3 2 1.5 低 低 2K 3 80 1 100 0.75 2 視角（度） 視距離 (H) 映像システムが提供する臨場感と実物感 図 2.1 に示すように，臨場感は視角が広くなるほど高くなる．ただし，広い視角におい て画素構造を検知されないようにするために，画素数の多いシステムにする必要がある． 8K システムでは視角 100°以下（視距離 0.75H 以上） ，4K システムでは視角 60°以下（視 距離 1.5H 以上） ，2K システムでは視角約 30°以下（視距離 3H 以上）であれば画素構造 は検知されない．一方，実物感は，同じ視角では画素数が多いシステムほど高くなる．ま た，画素数が多いシステムほど，より短い視距離で高い実物感を与えることができる．す なわち，8K システムでは，視角が約 30°～100°（視距離 3H～0.75H）の範囲で，2K システムや 4K システムより高い臨場感と実物感を提供できる． このように，映像の空間解像度を HDTV よりもさらに増大させることによって，臨場感 や実物感を一層向上させることができる． 2.2.1.2 広色域化の必要性 現実の世界には，HDTV の色域外の彩度が高い被写体が多く存在する．図 2.2 に，実在 物体色の色域を表わすポインターカラー[7]と HDTV の色域を示す．HDTV によるポイン ターカラーの包含率は 74.4%である．平面ディスプレイの中には，HDTV の色域よりも広 い色域を再現できるものがあり，放送以外の分野では広い色域を扱う映像システムも使用 されている．また，広色域化によって実物に近い色再現が可能となり，質感の向上も期待 される． 8 図 2.2 ポインターカラーと HDTV の色域 2.2.2 映像符号化方式 デジタル放送の映像符号化方式は国際規格に基づいて規定されている．日本の衛星デジ タル放送および地上デジタル放送では，放送方式策定時に最新の国際規格であった ITU-T H.262|MPEG-2 Video 映像符号化方式[8]（以下，MPEG-2）が採用されている．2003 年 に始まった地上デジタル放送の「ワンセグ」では，ITU-T H.264|MPEG-4 AVC 映像符号 化方式[9]（以下，MPEG-4 AVC）が採用され，CS デジタル放送では 2006 年に MPEG-4 AVC が新たに採用された．MPEG-4 AVC の次の新たな映像符号化方式である ITU-T H.265|MPEG-H HEVC 映像符号化方式[10]は，MPEG-4 AVC を凌駕する圧縮性能の向上 と高精細度映像を効率的に符号化することを目的に 2010 年に標準化作業が開始され， 2013 年に初版が策定された． 2.2.2.1 MPEG-2 映像符号化方式 MPEG-2 規格は 1995 年に初版が策定された．MPEG-1 Video 映像符号化方式[11]が 1.5Mbit/s という低ビットレートのデジタル蓄積メディア用（Video CD 等）であったのに 対して，MPEG-2 は放送，通信，DVD などでの使用を目的とした汎用的な符号化方式と して開発された．MPEG-1 の技術を基に，放送で使用されている飛越走査映像を効率的に 符号化するための技術や階層符号化の技術が導入されている．また，色差信号の解像度や 階層符号化など求められる性能や機能に応じた種々のプロファイルが規定されている．デ ジタル放送では，色差信号形式 4:2:0，階層符号化機能を持たない Main プロファイルが採 用されている． 9 2.2.2.2 MPEG-4 AVC 映像符号化方式 MPEG-4 AVC 規格は，2003 年に初版が策定された．MPEG-2 Video よりも圧縮効率の 高い符号化技術として規格化された．なお，これに先だってマルチメディア（インターネ ット，モバイル，オブジェクト型コンテンツ制作等）符号化方式として MPEG-4 Visual[12] が開発されたが，放送には採用されていない．表 2.3 に，MPEG-2 と MPEG-4 AVC の要 素技術を比較して示す． 表 2.3 MPEG-2 と H.264 | MPEG-4 AVC の要素技術比較 MPEG-2 （Main プロファイル） 要素技術 MPEG-4 AVC （High プロファイル） 4×4 ブロックで 9 種類， 8×8 ブロックで 9 種類， 16×16 ブロックで 4 種類の 予測モード イントラ予測 なし インター予測 16×16 または 16×8 ブロック 16×16 を 7 種類のモードで分割 直前および直後のフレームより 最大 16 フレームより予測 予測 1/4 画素精度予測 1/2 画素精度予測 変換 8×8 離散コサイン変換 4×4 または 8×8 の整数変換 ハフマン符号 コンテクスト適応可変長符号 (CAVLC)またはコンテクスト適 応算術符号(CABAC) エントロピー符号化 デブロッキング・フィ なし ルタ あり MPEG-4 AVC には，フレーム内の画素間で予測するイントラ予測，コンテクスト適応 可変長符号(CAVLC)やコンテクスト適応算術符号(CABAC)，符号化ブロック間の境界の不 連続性を低減するデブロッキングフィルタ，予測や変換のブロックサイズの追加など，符 号化効率の向上や画質向上のための技術が導入されている．一方，これらの新たな符号化 技術は，符号化・復号化装置に必要な演算量やメモリー量を増加させる． MPEG-4 AVC のプロファイルとレベルは，ビットストリームに対する制約を規定する ものであり，それにより，デコーダがそのビットストリームを復号するために必要な能力 が定められる．プロファイルは，デコーダがサポートすべき符号化ツールを制限するもの で，レベルは，符号化対象の映像サイズやビットレートなどを制限するものである． 2.3 高度衛星デジタル放送の要求条件 HDTV 放送が広く普及している現状において映像サービスを高度化するに当たって，映 像フォーマットには，さらなる高画質や高臨場感などを視聴者に提供できる方式を検討す る必要がある．また，映像符号化方式には，情報量が増大する高精細度映像を，有限の周 10 波数帯域でより効率的に伝送できることが求められる． 現行のデジタル HDTV を基本とした高画質サービスを可能とするとともに，現行のデジ タル HDTV を超える高画質サービスにも対応することという基本方針に基づき，高度衛星 デジタル放送方式の映像サービスに関係する要求条件を表 2.4 に示すように設定した． 表 2.4 高度衛星デジタル放送方式の映像サービスに関する要求条件 項目 多機能化／高機能化 サービス 拡張性 システム アクセシビリティ 実時間性 放送品質 画質 映像入力フォーマット及び 符号化方式 技術方式 変調系 伝送路 符号化方式 伝送容量 要求条件 現行のデジタル HDTV を基本とした高画質 サービスを可能とすること．さらに，現行の デジタル HDTV を超える高画質サーピスも 提供可能であること． サービス形態，符号化方式，受信機，限定受 信方式などについて拡張性を有すること． チャンネル切り替えに要する時聞は，可能な 限り短いこと． 高い実時間性を要求される場合を考慮し，送 出から受信機出力までの遅延時聞をできる だけ短くすること． 現行のデジタル HDTV と同等又はそれ以上 の画質が望まれることを考慮し，できる限り 高い画質を保つこと．さらに，現行のデジタ ル HDTV を超える高画質サービスも可能で あること． 情報源符号化による画質劣化の時間率がで きるだけ小さいこと． サービスに応じて画像のピットレートを変 更できること． 現行のデジタル HDTV を考慮した方式であ ること．さらに，現行のデジタル HDTV を 超える高画質サービスも考慮すること． 国際標準と整合した方式を用いること． 将来の拡張性を考慮した符号化方式である こと． 現行設備や受信機への負担などを考慮して 選定される種々の映像入力フォーマットに 適用できること． 周波数有効利用，及び多様なサービス，特に 現行のデジタル HDTV やこれを超える高画 質な放送サービスなどを伝送できるように， できるだけ高い伝送容量を確保できる変調 方式であること． 周波数有効利用，隣接チャンネルへの妨害な どを考慮した上で，できるだけ高い伝送ピッ トレートを確保できること． 11 2.4 方式提案 前述の要求条件を基に，ARIB デジタル放送システム開発部会委員に方式の提案募集を 行った．その結果，放送事業社 2 社とメーカー2 社から提案があった．表 2.5 に各社から の提案の概要を示す．このうち，放送事業者 A の提案は，筆者が中心となってとりまとめ たものであり，特に，HDTV を超える解像度の映像入力フォーマットと広色域化に特徴が ある．映像符号化方式については，全ての提案が MPEG-4 AVC であった． 表 2.5 提案者 映像入力フォーマット 信号形式 サンプリング 量子化 (bit) カラリメトリ 映像符号化方式 プロファイル 提案された映像入力フォーマットおよび映像符号化方式 A（放送事業者） B（放送事業者） C（メーカー） 720×480/60/I 720×480/60/P 1280×720/60/P 1920×1080/60/I 1920×1080/60/I 1920×1080/60/P 3840×2160/60/P 7680×4320/60/P 1920×1080/60/I 1920×1080/60/P 3840×2160/60/P 7680×4320/60/P Y′C′BC′R Y′C′BC′R Y′C′BC′R 4:2:2 4:2:0 (2160/60/P, 4320/60/P) 8, 10 (1080/60/I, 1080/60/P) 10, 12 (2160/60/P, 4320/60/P) 従来色域 広色域システム MPEG-4 AVC 4:2:2 4:2:0 (2160/60/P, 4320/60/P) 8, 10 (1080/60/I, 1080/60/P) 10, 12 (2160/60/P, 4320/60/P) 4:2:2 High High 10 (2160/60/P, 4320/60/P) High High 10 (2160/60/P, 4320/60/P) 4.0 (1080/60/I) 4.2 (1080/60/P) TBD (2160/60/P, 4320/60/P) 4.0 (1080/60/I) 4.2 (1080/60/P) TBD (2160/60/P, 4320/60/P) レベル 12 1920×1080/60/I 1920×1080/60/P 3840×2160/60/P 7680×4320/60/P 60 Hz 以上 Y′C′BC′R XYZ 4:4:4 4:2:2 4:2:0 8, 10 従来色域 MPEG-4 AVC D（メーカー） 720×480/60/I MPEG-4 AVC Main High 3 (480/60/I) 3.1 (480/60/I) 3.2 (480/60/I) 4 (720/60/P, 1080/60/I) 従来色域 広色域システム MPEG-4 AVC High High 10 High 4:2:2 High 4:4:4 2.5 映像入力フォーマット 提案に基づき，ARIB デジタル放送システム開発部会映像符号化方式作業班は，映像サ ービスの高度化の要求条件ならびに現在のデジタル放送および将来の技術動向を考慮して， 採否を検討した． 2.5.1 時空間フォーマット 検討した映像入力フォーマットの時空間フォーマットを表 2.6 に示す．ここに掲げた映 像入力フォーマットそれぞれについて，その採否を検討した．なお，60 Hz を超えるフレ ーム周波数の提案については，高度化の趣旨には合致するが，検討時点では映像スタジオ 規格が存在しなかったため，検討から除外した． 表 2.6 検討対象とした映像入力フォーマット － 映像フォーマット* (1) 720×480/60/I 垂直画素 水平画 数（有効走 素数 査線数） 720 480 時空間フォーマット 画 面 ア ス 走査 ペクト比 方式 フ レ ー ム フィール 周 波 数 ド周波数 (Hz) (Hz) 30/1.001 60/1.001 4:3 また 飛越 は 16:9 (2) 720 480 16:9 720×480/60/P 順次 60/1.001 － (3) 1280 720 16:9 1280×720/60/P 順次 60/1.001 － (4) 1920 1080 16:9 1920×1080/60/I 飛越 30/1.001 60/1.001 (5) 1920×1080/60/P 1920 1080 16:9 順次 60/1.001 － (6) 3840×2160/60/P 3840 2160 16:9 順次 60/1.001 － (7) 7680×4320/60/P 7680 4320 16:9 順次 60/1.001 － * 映像フォーマットの表記法：水平画素数×垂直画素数/フレーム周波数（順次走査の場合） またはフィールド周波数（飛越し走査の場合）/P（順次走査）または I（飛越し走査） ． (1) 720×480/60/I この映像フォーマットは衛星デジタル放送の高度化の目的には合致しないとの考えから， 筆者らの提案には含めなかった．しかし，デジタル HDTV を中心とする衛星デジタル放送 および地上デジタル放送において，一つの割当て帯域内で複数の番組を同時に提供するマ ルチサービスあるいはアナログ放送とのサイマル放送で用いられており，高度衛星デジタ ル放送においても，マルチサービスでの使用は想定されるという放送事業者の意見があっ たため，マルチサービス専用の映像フォーマットと位置づけることとした． (2) 720×480/60/P 720×480/60/I と同様に，この映像フォーマットも衛星デジタル放送の高度化の目的には 合致しないとの考えから，筆者らの提案には含めなかった．衛星デジタル放送開始当初， 一部の事業者により使用されていたが，現在は HDTV への移行に伴い使用されていない． しかし，高度衛星デジタル放送において，マルチサービスでの使用は想定されるという放 送事業者の意見があったため，720×480/60/I と同様にマルチサービス専用の映像フォーマ 13 ットと位置づけることとした． (3) 1280×720/60/P この映像フォーマットは，現行デジタル放送の高精細度テレビジョン方式の一方式とし て採用され，一時使用されたことがあるが，現在は使用されていない．今後， 1920×1080/60/P や 3840×2160/60/P など，より精細度の高い順次走査フォーマットが普及 するとの考えから，筆者らの提案には含めなかった．この考えが合意され，高度衛星デジ タル放送の映像入力フォーマットとしては採用しないこととした． (4) 1920×1080/60/I この映像フォーマットは，ITU-R 勧告 BT.709[13]に規定され，デジタル HDTV を中心 とする衛星デジタル放送および地上デジタル放送において，高精細度テレビジョン方式と して専ら用いられており，高度衛星デジタル放送においても，引き続き使用することが適 当との考えから，筆者らの提案に含めていた．この考えに異論はなく，高度衛星デジタル 放送の基本映像フォーマットの一つとして位置付けることとした． (5) 1920×1080/60/P この映像フォーマットは，ITU-R 勧告 BT.709 に規定され，現行衛星デジタル放送の技 術的条件の策定に際しては，技術的実現性の確認を必要とする映像入力フォーマットとさ れた．現在は，本フォーマットによる制作機器や表示装置が実用化されている．また，平 面ディスプレイでは順次走査表示が一般的となっており，順次走査信号を放送することに より，ディスプレイでの飛越－順次走査変換の不完全性を排除できると共に，垂直解像度 の改善が期待される．このような考えから，筆者らの提案に含めていた．この考えに異論 はなく，高度衛星デジタル放送の基本映像フォーマットの一つとして位置付けることとし た． (6) 3840×2160/60/P この映像フォーマットは，ITU-R 勧告 BT.1769[14]に規定され，HDTV の縦・横各 2 倍 という高精細度を有することから，HDTV に比べて高い臨場感を提供できるため，放送の 高度化に相応しいフォーマットであるとの考えから，筆者らの提案に含めていた．既に制 作機器や表示装置が実用化段階にあった．本フォーマットに対応する映像符号化・復号化 装置の実用化時期が課題であったが，2011 年までに実用化可能との判断に至った（2.6.2 節参照） ．これらのことから，高度衛星デジタル放送の基本映像フォーマットの一つとして 位置付けることとした． (7) 7680×4320/60/P この映像フォーマットは，ITU-R 勧告 BT.1769 に規定され，HDTV の縦・横各 4 倍と いう極めて高い精細度を有し，HDTV に比べて極めて高い臨場感を提供できるため，放送 の高度化に最も相応しいフォーマットであるとの考えから，筆者らの提案に含めていた． しかし，2007 年の時点では，制作機器や表示装置は実用化に向けて開発が進められている 段階にあり，また，2011 年までに符号化・復号化装置の実用化は困難と判断した（2.6.2 14 節参照）．したがって，高度衛星デジタル放送の映像フォーマットとしては，今後，技術的 実現性の確認を経て採否を検討する必要があり，実験用の映像フォーマットと位置づける こととした． 以上より，高度衛星デジタル放送の基本映像フォーマット，高度衛星デジタル放送のマ ルチサービス専用映像フォーマット，高度衛星デジタル放送の実験用映像フォーマットを， それぞれ表 2.7，表 2.8，表 2.9 の通り採用した． 表 2.7 フォーマット 1920×1080/60/I 1920×1080/60/P 3840×2160/60/P 表 2.8 高度衛星デジタル放送の基本映像フォーマット 有効サン プル数 有効走査 線数 画面アス ペクト比 走査方式 フレーム周 波数(Hz) 1920 1920 3840 1080 1080 2160 16:9 16:9 16:9 飛越 順次 順次 30/1.001 60/1.001 60/1.001 フィール ド周波数 (Hz) 60/1.001 － － 高度衛星デジタル放送のマルチサービス専用映像フォーマット フィール ド周波数 (Hz) 720 483*1 16:9 30/1.001 60/1.001 720×480/60/I 飛越 720 483*2 16:9 60/1.001 720×480/60/P 順次 － *1 符号化するライン数は 480 であり，ライン番号 23～262 およびライン番号 286～525 を望ましい符号化領域とする． *2 符号化するライン数は 480 であり，ライン番号 45～524 を望ましい符号化領域とす る． 有効サン プル数 フォーマット 表 2.9 フォーマット 7680×4320/60/P 有効走査 線数 画面アス ペクト比 走査方式 フレーム周 波数(Hz) 高度衛星デジタル放送の実験用映像フォーマット 有効サン プル数 有効走査 線数 画面アス ペクト比 走査方式 フレーム周 波数(Hz) 7680 4320 16:9 順次 60/1.001 フィール ド周波数 (Hz) － 2.5.2 信号方式 検討対象とした映像入力フォーマットの信号方式を表 2.10 に示す．ここに掲げたそれぞ れの信号方式について，採否を検討した． 15 表 2.10 検討対象とした映像入力フォーマット － 信号形式 輝度・色差信号形式 11 量子化ビット数 信号方式 Y′C′BC′R XYZ 4:2:0 4:2:2 4:4:4 8 bit 10 bit 12 bit 輝度信号および色差信号からなる Y′C′BC′R の 4:2:2，8 bit または 10 bit の映像信号は， テレビジョン映像信号のスタジオインタフェース（Rec. ITU-R BT.656[15]，Rec. ITU-R BT.1120[16]）で広く使用されており，映像入力フォーマットの信号方式として適当であ ると判断した． 4:4:4 への色差信号帯域幅の拡大は，符号化画素数の増加による所要ビットレートの増加， あるいは同一ビットレートでは符号化歪の増加を伴う可能性がある．そこで，映像専門家 からなる作業班メンバーによる画質確認を行い，4:2:0，4:2:2，4:4:4 の画質や所要ビット レートを比較検討した．実験の結果，非圧縮映像では，4:4:4 とすることにより，限定的で あるが色エッジの再現性や質感の向上などの効果が認められる映像があった．一方，符号 化した映像では，色差信号帯域幅の差よりも符号化歪みが検知されやすい場合が多くあっ た．したがって，4:4:4 の使用が効果的なサービスは，原画像が極めて高画質であると共に， 符号化映像も極めて劣化が少ない高画質であることが必須であり，4:4:4 を採用することに よる効果は限定的であるため，4:4:4 は採用しないこととした． 放送・配信では 4:2:0 が広く用いられている．しかし，映像入力フォーマットとしての 4:2:0 は，3840×2160/60/P や 7680×4320/60/P のスタジオ信号としての規定はあるが，検 討時点ではこれらフォーマットのスタジオインタフェースの規定がないことから，採用し ないこととした． 12 bit 信号については，スタジオインタフェースでの使用例が少ないことから，採用し ないこととした． 信号形式としての XYZ は， 将来のカラリメトリのありかたも含めた検討が必要であり， 今後の研究開発課題であると判断した． 以上より，高度衛星デジタル放送の映像入力フォーマットの信号方式を表 2.11 の通りと した． 11 輝度信号サンプル数に対する色差信号サンプル数の比に応じて，色差信号サンプルを水 平方向に 2:1 サブサンプリングした形式を 4:2:2，水平方向と垂直方向に共に 2:1 サブサ ンプリングした形式を 4:2:0，サブサンプリングをしない形式を 4:4:4 と呼ぶ． 16 表 2.11 映像入力フォーマットの信号方式 Y′C′BC′R 4:2:2 8 bit または 10 bit 信号形式 輝度・色差信号形式 量子化ビット数 2.5.3 カラリメトリ 検討対象とした映像入力フォーマットのカラリメトリを表 2.12 に示す．最近のディスプ レイの広色域化の動向や，高度衛星デジタル放送の高画質化の要求を踏まえ，筆者らは放 送の広色域化を提案した． 表 2.12 現行色域方式 広色域方式 検討対象とした映像入力フォーマット － カラリメトリ Rec. ITU-R BT.1361[17] の 従 来 色 域 シ ス テ ム (Rec. ITU-R BT.709) Rec. ITU-R BT.1361 の拡張色域システムの一部修正案および IEC 61966-2-4[18] 2.5.3.1 広色域化の方法 放送の広色域化のためには，それぞれに性能，特性，特徴が異なる種々の方法があり， 要求条件に応じた適切な方法を採用する必要がある．表 2.13～表 2.17 に広色域化のため の五つの方法の特徴を示す[19]．大別すると，三原色の値を拡張する方法（方法(1) 表 2.13） ， 三原色の色度点を拡張する方法（方法(2) 表 2.14，方法(3) 表 2.15，方法(4) 表 2.16） ，4 色以上の多原色を用いる方法（方法(5) 表 2.17）がある．方法(1)は，既存の映像フォーマ ットと同じ RGB 三原色を用いるため，既存システムとの後方互換性があるが，色を管理 するための基準ディスプレイを別途規定する必要がある．方法(2)(3)(4)は，任意の三原色 で定まる色域を包含できるが，既存システムとの互換性がなく，既存システムとの間の変 換が必要となる．用いる三原色により，実在色を三原色とする方法(2)，実在しない虚色を 三原色に含む方法(3)，全ての色を表現可能な方法(4)に分類される．実在色を三原色とすれ ば，この三原色をディスプレイの三原色とすることが可能である．虚色を三原色とする場 合，ディスプレイの三原色を別途規定する必要がある． 17 表 2.13 広色域化の方法(1)－RGB 値の拡張 現行システムと同じ RGB 三原色を用いつつ，負あ るいは 1 を超える RGB 信号値を許容する．負ある 説明 いは 1 を超える RGB 信号値であっても，Y′C′BC′R 信号は通常の信号範囲で表現される． 実色（スペクトル軌跡の内側） 大部分の表面色を包含する． 色域 虚色（スペクトル軌跡の外側） 虚色を包含する． 実在色を表現するための符号化効率 虚色を包含するため，効率低下となる． Y′C′BC′R 信号は互換性あり 現行テレビとの互換性 RGB 信号は非互換 基準ディスプレイの原色 規定が必要． ディスプレイ固有の三原色への原色変換および色 実装 ディスプレイ 域のマッピングが必要． システム 既存システムへの導入が容易． Rec. ITU-R BT.1361 例 IEC 61966-2-4 (xvYCC) 表 2.14 広色域化の方法(2)－広色域 RGB 実在色である広い RGB 三原色を用いる． 実色のみを包含する．大部分の表面色を包含する． 実色（スペクトル軌跡の内側） 三原色の選択によって包含率が変わる． 色域 虚色（スペクトル軌跡の外側） 虚色を包含しない． 実在色を表現するための符号化効率 普通 現行テレビとの互換性 三原色の変換および色域マッピングが必要． 基準ディスプレイの三原色 システムの三原色と同じ三原色を使用可能． 規定に準拠したディスプレイであれば変換は不 実装 ディスプレイ 要． システム 新システムとみなされる． Adobe RGB 例 説明 表 2.15 広色域化の方法(3)－虚色を含む RGB 虚色を含む広い RGB 三原色を用いる． 実色の包含率が向上する．三原色の選択によって 実色（スペクトル軌跡の内側） 包含率が変わる． 色域 虚色（スペクトル軌跡の外側） 虚色の包含率が増加する． 実在色を表現するための符号化効率 虚色の包含率増加により，効率が低下する． 現行テレビとの互換性 三原色の変換および色域マッピングが必要． 規定が必要． 基準ディスプレイの三原色 ディスプレイ固有の三原色への原色変換および色 実装 ディスプレイ 域のマッピングが必要． システム 新システムとみなされる． ROMM RGB (Reference Output Medium Metric 例 RGB) 説明 18 表 2.16 広色域化の方法(4)－XYZ 説明 実色（スペクトル軌跡の内側） 色域 虚色（スペクトル軌跡の外側） 実在色を表現するための符号化効率 現行テレビとの互換性 基準ディスプレイの三原色 実装 ディスプレイ システム 例 表 2.17 CIE XYZ を三原色とする． すべての実色が包含される． 虚色の包含率が大幅に増加する． 虚色の包含率増加により，効率が低下する． 三原色の変換および色域マッピングが必要． 規定が必要． ディスプレイ固有の三原色への原色変換および色 域のマッピングが必要． 新システムとみなされる． SMPTE 428-1-2006 (D-Cinema distribution master) 広色域化の方法(5)－4 以上の多原色 4 以上の実原色を用いる．究極的にはスペクトルの 再現を目指す． 大部分の実色が包含される．原色の選択によって 実色（スペクトル軌跡の内側） 包含率が変わる． 色域 虚色（スペクトル軌跡の外側） 虚色を包含しない． 実在色を表現するための符号化効率 色コンポーネントの増加により，効率が低下する． 現行テレビとの互換性 原色の変換および色域マッピングが必要． 基準ディスプレイの三原色 システムの三原色と同じ三原色を使用可能． 実装 ディスプレイ 4 以上の原色を用いる異種システム． システム 新システムとみなされる． 例 ナチュラルビジョン 説明 検討時点においては，三原色を広色域 RGB とするテレビ映像フォーマットは標準化さ れていなかったが，RGB 値を拡張する方法(1)は，ITU-R 勧告 BT.1361 および IEC 規格 61966-2-4 で定められていた．この負 RGB 方式は，HDTV の基準三原色と同じ三原色を 用いるが，RGB 信号に負値や 1 を超える値を許容する．RGB 値を拡張しても，輝度・色 差信号 YCBCR では，従来方式と同じ信号ダイナミックレンジの範囲で，実効的に十分広 い色域を表現可能である．ポインターカラーを対象として，負 RGB 方式による広色域方 式の信号レベルを検証した結果によると，ポインターカラーを RGB 信号で表現した場合 には，負値や 1 を超える信号レベルが出現するが，RGB 信号を輝度･色差信号 YCBCR に 変換すれば，全てのポインターカラーが YCBCR 信号の所定のダイナミックレンジ内に収 まることが確認されている[17]． すなわち，負 RGB 方式は，現行放送方式との親和性が高く，後方互換性を備えた方式 である．さらに，他メディアの広色域映像を放送に使用する場合や，将来，広色域 RGB に基づく映像フォーマットが規定された場合にも，互換性を維持して広色域映像を放送で きる．また，RGB 値を 0 から 1 の範囲に制限すれば従来色域となる．これらのことから， 筆者らは広色域化の方式として負 RGB 方式を提案した． 19 ITU-R 勧告 BT.1361 と IEC 規格 61966-2-4 では，負の RGB 値に対する光－電気変換 特性（ガンマ特性）に相違があるが，IEC 61966-2-4 に準拠した正負対称の特性を提案し た．光－電気変換特性については，高画質化のため 12 bit 以上の量子化ビット数とする場 合でも，ガンマ特性の線形部分とべき乗部分の接続部分が不連続とならないよう，規定の 精度を高める提案を合わせて行った． 負 RGB 方式による広色域化の効果や従来システムとの互換性を確認するための実証実 験を行い（2.7.1 節参照） ，筆者らの提案が合意された．その結果，高度衛星デジタル放送 の映像入力フォーマットのカラリメトリを表 2.18 に示す通り採用した．ここで，三原色色 度点と基準白色は HDTV の規定と同じであるため， 輝度信号式および色差信号式も HDTV の規定と同じであり，RGB 値に負や 1 を超える値を許容していることが，広色域方式で あることを意味している． 20 表 2.18 映像入力フォーマットのカラリメトリ x 三原色色度点 赤(R) 緑(G) 青(B) 基準白色 D65 ( E R = EG = E B ) 色度座標(CIE, 1931) y 0.640 0.330 0.300 0.600 0.150 0.060 色度座標(CIE, 1931) x 0.3127 ( β ≤ L) y 0.3290 αL0.45 − (α − 1) (− β < L < β ) E ' = 4.50 L − α (− L) 0.45 + (α − 1) ( L ≤ − β ) 光－電気変換特性 4.5β = αβ 0.45 − α + 1 但し， α および β は連立方程式 4.5 = 0.45αβ −0.55 の解であり，α=1.09929682680944…， β=0.0180539685108078…． 量子化ビット数に応じて，下記の近似値を用いればよい． α β 量子化ビット数 8 – 11 bit 1.099 0.018 12 – 18 bit 1.0993 0.0181 L はカメラの各色チャンネルで検出される入力光強度に比例す る電圧値で，基準白色にて正規化した値である．E′ はこの非線 形処理によって得られる原色信号である． 広色域システムの場合にのみ，L<0 および 1<L を許容する． 輝度信号式 EY′ = 0.2126 E R′ + 0.7152 E G′ + 0.0722 E B′ 色差信号式 E B′ − E Y′ 1.8556 − 0.2126 E R′ − 0.7152 E G′ + 0.9278 E B′ = 1.8556 E R′ − EY′ ′ = E CR 1.5748 0.7874 E R′ − 0.7152 E G′ − 0.0722 E B′ = 1.5748 ′ = E CB 現行方式によって表現可能な色域を輝度 Y のレベル(0.1 間隔)毎に図 2.3 に，表 2.18 で 規定される広色域方式の輝度･色差信号によって表現可能な色域を図 2.4 に示す．この負 RGB 広色域方式においては，色度図上で RGB 三原色の色度点を頂点とする三角形の外側 も表現可能であることが分かる．RGB 信号を量子化する場合は，RGB 信号レベルの範囲 に制限を伴うが，量子化後の広色域方式 RGB 信号から輝度･色差信号を生成した場合に表 現可能な色域を図 2.5 に示す． 21 図 2.3 図 2.4 現行方式によって表現可能な色域 負 RGB 広色域方式によって表現可能な色域 22 図 2.5 負 RGB 広色域方式によって表現可能な色域 (量子化された RGB 信号から YCBCR 信号を生成する場合) 2.5.3.2 負 RGB 方式における信号処理 広色域映像信号を負 RGB 方式で伝送する場合の信号処理を付録 1 に示す．これは，筆 者らが ITU-R に提案し，ITU-R レポート BT.2250[20]に掲載されている．送信側では，広 色域映像信号を HDTV と同じ三原色 RGB に基づく表色系の R′G′B′信号に変換する．この とき，R′G′B′信号には負値や 1 を超える値が出現する．この R′G′B′信号を Y′C′BC′R 信号に 変換すると，ポインターカラーの色域内の色は，所定のダイナミックレンジの Y′C′BC′R 信 号で表現できる．受信側では，この Y′C′BC′R 信号を R′G′B′信号に変換する．ディスプレイ が広色域に対応していれば，R′G′B′信号をディスプレイ表色系に基づく RGB に変換して 表示する．一方，ディスプレイ表色系が HDTV に準拠している場合は，R′G′B′信号を 0～ 1 の値に制限することにより，表色系の変換をする必要なく HDTV の色域で表示される． 2.6 映像符号化方式 2007 年から 2008 年の検討時点において最新の映像符号化の国際規格であり，また，衛 星デジタル放送および地上デジタル放送の映像符号化方式である MPEG-2 に比べて圧縮 効率に優れた MPEG-4 AVC を，高度衛星デジタル放送の映像符号化方式として検討した． MPEG-4 AVC のプロファイルおよびレベルの選定にあたっては，前述の映像入力フォー マットに適用するために，MPEG-4 AVC コーデックの技術動向を調査・予測すると共に， 所要ビットレートの検証実験を基に検討した． 2.6.1 プロファイルとレベル MPEG-4 AVC のプロファイルとレベルは，ビットストリームに対する制約を規定する 23 ものであり，それにより，デコーダがそのビットストリームを復号するために必要な能力 が定められる．プロファイルは，デコーダがサポートすべき符号化ツールを制限するもの で，レベルは，符号化対象の映像サイズやビットレートなどを制限するものである． 2.6.1.1 プロファイル MPEG-4 AVC のプロファイルとして，Main，High，High 10，High 4:2:2，High 4:4:4 predictive が規定されており，上位のプロファイルが下位のプロファイルを包含している． 検討対象としたプロファイルを表 2.19 に示す 表 2.19 プロファイル 検討対象とした MPEG-4 AVC のプロファイル 対応する輝度・色差信号形式 Main High High 10 High 4:2:2 High 4:4:4 predictive 対応する量子化ビット数 4:2:0 8 bit 4:2:0 4:2:0 4:2:2, 4:2:0 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0 8 bit 8 – 10 bit 8 – 10 bit 8 – 14 bit Main プロファイルは，主に SDTV を対象に規定されたものであり，マルチサービス用 の 720×480/60/Ｉおよび 720×480/60/P に適当である．一連の High プロファイルは，高解 像度化や高画質化を目的に規定されたものであり，HDTV 以上の高解像度フォーマットに 適当である． 表 2.19 から分かるように，プロファイルによって対応する輝度・色差信号形式とビット 数が異なるため，高度衛星デジタル放送における最上位のプロファイルの選定が課題であ った．2.5.2 節で述べたように，映像入力フォーマットとしては輝度・色差信号形式 4:2:2， ビット数 8 bit または 10 bit を採用した．従来，放送・配信では 4:2:0 が用いられてきたが， 4:2:2 は，特に飛越走査信号において 4:2:2 と 4:2:0 の間の変換のための垂直フィルタ処理 に起因する画質劣化を排除できることから，4:2:2 も採用することとした．この結果，High 4:2:2 を最上位のプロファイルとした．なお，High 4:2:2 プロファイルは，量子化ビット 数 10 bit まで対応しているが，符号化時の 8 bit を超える量子化ビット数の必要性につい ては明確な根拠を見いだすに至らず，今後の検討に委ねることとした．制作から受信に亘 る放送チェインの各段階におけるクロマフォーマットや量子化ビット数の選定については， 今後体系的な検討が求められる． 2.6.1.2 レベル 符号化対象の映像サイズやビットレートなどを制限する MPEG-4 AVC のレベルは，映 像入力フォーマットに応じてそれに対応する最下位のレベルが定まる．なお，2007 年から 2008 年の検討時点において，規格化されていた最上位のレベル 5.1 は解像度 3840×2160 24 の 場 合 30/P ま で し か 対 応 し て い な か っ た ．し た が っ て ， 3840×2160/60/P お よ び 7680×4320/60/P に対応するレベルの追加規定が必要である．レベルは映像入力フォーマ ットに応じて表 2.20 に示す通りとした． 表 2.20 映像入力フォーマットと MPEG-4 AVC のレベル 映像入力フォーマット レベル 3 720×480/60/I 3.1 720×480/60/P 4 1920×1080/60/I 4.2 1920×1080/60/P TBD* 3840×2160/60/P TBD* 7680×4320/60/P * ITU-T H.264|ISO/IEC 14496-10 への追 加規定が必要． なお，その後の MPEG-4 AVC 規格の改定により，2012 年，2160/60/P をサポートする レベル 5.2 が規定されている． 2.6.2 MPEG-4 AVC の技術動向 2.6.2.1 2007 年の検討時点における MPEG-4 AVC ハードウェア HDTV（1080/60/I）用の Main あるいは High プロファイル，レベル 4 あるいは 4.1 に 対 応 し た コ ー デ ッ ク が 多 く の メ ー カ ー で 開 発 さ れ ， 商 品 化 さ れ て い る ． FPGA (Field-Programmable Gate Array)あるいは DSP (Digital Signal Processor)を数個使用す るものが多いが， 1-chip エンコーダ LSI (Large Scale Integration)の開発も行われている． また，HDTV 用の High 4:2:2 対応コーデックも開発されているほか，1080/50/P 用のプロ トタイプも発表されている． HDTV を超える解像度の 2160/60/P や 4320/60/P については，画面分割型で複数の HDTV 用コーデックを並列使用するプロトタイプが発表されている． 2.6.2.2 2011 年における MPEG-4 AVC ハードウェア予測 半導体プロセスの進歩やメモリーの大容量化，高速化，低価格化を背景に，より高性能 なハードウェアが開発される．特にコンシューマ向けのデコーダ開発は，市場要求に大き な影響を受ける． 1080/60/I 対応 MPEG-4 AVC コーデックが実用化された 2005 年から，高度衛星デジタ ル放送が開始予定の 2011 年まで 6 年間の半導体技術の進展を，半導体プロセスの集積度： 5 倍，動作周波数：1.8 倍，処理能力：9 倍と予測した[21]．一方，MPEG-4 AVC コーデ ックの所要処理量を，1080/60/I と比較して，1080/60/P エンコーダ：1.5 倍，デコーダ： 2 倍，2160/60/P エンコーダ：6 倍，デコーダ：8 倍，4320/60/P エンコーダ：24 倍，デコ 25 ーダ：32 倍と仮定した．これらより，1080/60/I を超える映像フォーマットへの対応を表 2.21 のように予測した． 表 2.21 対応コーデックの実現時期予測 1080/60/P エンコーダ，デコーダ共に 2009 年頃に実現可能． 2160/60/P エンコーダ，デコーダ共に 2011 年頃に実現可能． 4320/60/P エンコーダ，デコーダ共に 2011 年頃の実現は困難で，さらに 5 年程 度が必要．したがって，当面は並列処理が必須． 2160/60/P のクロマフォーマットおよび量子化ビット数について，DRAM (Dynamic Random Access Memory)バンド幅の観点からデコーダの実現性を検討した．DRAM 構成 として 2:1 interleave quantum=16 (dual 16 bit DDR(Double Data Rate)3 相当)を想定し たとき，4:2:0, 8 bit のバンド幅を約 14.5GB/s と見積もった． 検討時点で最も安価に入手可能な DRAM は最大バンド幅 3.2GB/s の DDR2-800(16 bit ×2)であり，2011 年頃に最も安価と予測される DDR3-1333(16 bit×2)の最大バンド幅は 5.3GB/s である．今後，DDR4 や XDR (Extreme Data Rate)2 などが開発される予定で あり，それぞれ最大バンド幅 12.8GB/s，19.2GB/s と予想される．したがって，2160/60/P の 4:2:0, 8 bit は，XDR2 を使用することにより実現可能と見込まれる．4:2:2 について は，上記見積もりに対してバンド幅が画素数比から約 1.3 倍(=19.3GB/s)となり，Page Overhead を若干抑えることにより XDR2 での実現の可能性がある．4:4:4 については， バンド幅が画素数比から約 2 倍(=29.0GB/s)になるため実現は不可能と考えられる．10 bit 対応は，汎用の PC 用 DRAM を用いた場合，8 bit に比べ 2 倍の帯域を使用することに なり，バンド幅が 2 倍（=29.0GB/s）となり，実現が不可能と考えられる．また専用に 10 bit 構成の DRAM を開発すれば，バンド幅の増加を防ぐことができるが，PC 用に用 いられる汎用 DRAM が使えず，コストの大幅な上昇が予想される．したがって，2011 年時点に入手可能な DRAM 1 個を用いて実現可能と考えられる 2160/60/P のフォーマッ トは，4:2:0 または 4:2:2 の 8 bit と予測した． 1080/60/I を超える映像フォーマット用のコーデックの実用化のためには，以下のよう な課題を解決する必要がある． ・算術符号化および動きベクトル検出の並列処理実装技術 ・専用のハード，ソフトによる高速処理技術と，コストとのバランス ・半導体プロセス微細化に伴う動作周波数向上の飽和 ・メモリアクセスのためのバンド幅 ・ベースバンド映像入出力インタフェース 26 2.7 映像符号化方式実証実験 2.7.1 広色域システムの特性確認実験 広色域化の効果，広色域システムと従来システムの映像信号の相違や互換性，広色域映 像信号を現行色域ディスプレイで表示する場合の互換性，広色域映像信号を圧縮符号化す ることによる影響の有無を確認することを目的に実験を行った．表 2.22 に実験の概要を， 図 2.6 に実験系統を，図 2.7 に実験の様子を示す．本実験は，ソニー（株）の協力を得て 行った． 表 2.22 フォーマット 映像 符号化 テスト画像 方式 エンコーダ デコーダ プロファイル ビットレート 確認方法 ディスプレイ 実施日 実施場所 広色域システムの実験概要 1920×1080/60/I, 10 bit, 4:2:2 広色域撮影映像およびテストチャート（SONY 提供） 現行色域映像は，広色域映像に対し RGB 値を 0 - 100%クリッ プすることにより生成 MPEG-4 AVC Scientific Atlanta D9054 Scientific Atlanta D9887 High (8 bit, 4:2:0) 13 Mbit/s 専門家の観視による映像確認 波形モニタによる信号レベル確認 32-inch 業務用 CRT（現行色域） 広色域システム対応 LCD（xvYCC 対応） 現行色域 LCD 2007 年 11 月 14 日 ARIB (1) 広色域映像から現行色域映像の生成 ・広色域撮影映像 ・テストチャート RGB クリップ (2) 接続系統 現行色域映像 業務用 CRT（現行色域） 広色域 LCD VTR 広色域および CODEC 現行色域映像 図 2.6 広色域システムの実験系統 27 現行色域 LCD 左から，業務用 CRT，広色域 LCD，現行色域 LCD 図 2.7 広色域システムの実験の様子 波形モニタにより，RGB および YCBCR の各信号レベルが所期の通りの信号レベルとな ったいることを確認した．すなわち，広色域システムの RGB 信号には負値や 1 を超える レベルが出現していること，そして，YCBCR 信号のレベルは所定のダイナミックレンジの 範囲にあり，所期の通りであることを確認した． 3 種類のディスプレイにより，色再現性を確認した．広色域システム対応 LCD では，広 色域信号を表示する場合には色再現範囲が拡大し，それに伴い画像ディテイルの再現性も 向上していること，現行色域信号は従来通り再現されることを確認した．一方，現行色域 に対応している業務用 CRT および民生用 LCD では，広色域信号と現行色域信号の両者に 対して同等の色再現がなされ，互換性が確保されていることを確認した． 広色域映像信号を MPEG-4 AVC で符号化・復号化処理することによる特段の問題・異 状は観察されなかった． 2.7.2 MPEG-4 AVC 1080/60/I ハードウェアコーデックの性能確認実験 高度狭帯域 CS デジタル放送方式に MPEG-4 AVC が採用されているが，その審議が行 われた 2006 年春の時点では，実時間で動作するハードウェアエンコーダの性能が不十分 であったため，ソフトウェアエンコーダを用いて，放送の所要画質を満足するビットレー ト（所要ビットレート）を求めるための主観評価実験が行われた．その結果，1080/60/I の所要ビットレートとして 13Mbit/s が導出された[22][23]．ハードウェアコーデックは， 実時間で動作する必要のないソフトウェアエンコーダとは異なり，ソフトウェアエンコー ダと同等の機能・ツールを実装することは容易ではない．その実験から 1 年半を経た時点 で，MPEG-4 AVC ハードウェアエンコーダの性能が向上しているかどうかを確認するこ とを目的に符号化画質の主観評価実験を行った． 28 2.7.2.1 実験計画 実験系統を図 2.8 に， 符号化実験および画質評価実験の条件を表 2.23～表 2.26 に示す． (1)テスト画像 テスト画像には，衛星デジタル放送の放送方式の検討以来デジタル放送方式の検討に用 いられてきた ITE ハイビジョン･システム評価用標準動画像を使用した． (2)符号化・復号化 MPEG-4 AVC の High プロファイルに対応する，リアルタイム符号化・復号化が可能な ハードウェアコーデックを使用した．ビットレートは，高度狭帯域 CS デジタル放送方式 の審議の際の実験と同じとした． (3)主観評価 ITU-R 勧告に示されている放送画質の要求条件[24]は，非専門家を評価者とし，二重刺 激連続品質尺度(DSCQS: Double Stimulus Continuous Quality Scale)法を用いた評価結 果に基づき，75%の画像で原画像との品質差が 12%以内，全ての画像で 30%以内の品質差 であることとされている．今回の評価実験では，短時間で効率的かつ信頼性の高い実験を 行うために，ARIB 映像符号化方式作業班委員およびその関係者，すなわち，映像符号化 技術の専門家を評価者として，非圧縮の原画像を基準画像とする劣化尺度(DSIS: Double Stimulus Impairment Scale)法を用いることとした．非専門家であっても，デジタル放送 の視聴を継続しているうちに『目が肥えて』 ，デジタル放送の画質劣化を容易に検知・識別 できるようになると考えられ，専門家を評価者とすることは，目の肥えた視聴者による評 価であるとも言える． 所要ビットレートを推定するにあたり，5 段階劣化尺度による平均評点(MOS: Mean Opinion Score)4.5 を検知限，平均評点 3.5 を許容限とするのが一般的であること，専門家 による評価は非専門家よりも厳しくなることを考慮し，全ての映像で許容限を満足するビ ットレートを所要ビットレートとみなすこととした． HD-SDI Disk Recorder Source ENC DEC HD-SDI Bit-rate Reference 図 2.8 実験系統 29 CRT 表 2.23 映像 符号化 フォーマット テスト画像 方式 エンコーダ デコーダ プロファイル ビットレート GOP 12 ツール 1920×1080/59.94/I, 8 bit, 4:2:2 (Rec. ITU-R BT.709) ITE 標準動画像（15 秒× 10 種，表 2.24 参照） （高度狭帯域 CS デジタル放送の審議における実験で使用した ものと同じ．従来色域． ） MPEG-4 AVC Scientific Atlanta D9054 Tandberg Rx1290 High (8 bit, 4:2:0) 7, 9, 11, 13, 15, 17Mbit/s IBP 可変 プリフィルタなし，MBAFF 13, CABAC 14 表 2.24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 テスト画像(付録 2 参照) European Market Harbor Scene Whale Show Opening Ceremony Soccer Action Green Leaves Japanese Room Crowded Crosswalk Bronze with credits Chromakey (Sprinkling) 表 2.25 評価方法 提示順序 観視条件 評価者 ディスプレイ 視距離 実施日 実施場所 符号化実験条件 画質評価実験条件 二重刺激劣化尺度(DSIS)法 5 段階劣化尺度（表 2.26 参照）, 小数点付（1.0～5.0 の連続尺度） ビットレート毎にまとめて 10 個のテスト画像を提示 評価者グループ毎にビットレートの提示順序を変更 Rec. ITU-R BT.500[25], Rec. ITU-R BT.710[26] 専門家 22 人 スタジオ用 CRT 型 32-inch 画面高さの 3 倍(3H) 2007 年 12 月 12 日 NHK 放送技術研究所 Group of Pictures．符号化モードの異なる I(Intra)ピクチャ，P(Predictive)ピクチャ， B(Bi-directional)ピクチャの複数フレームから構成されるグループ． 13 Macroblock Adaptive Field Frame．インターレース映像信号を符号化するためのツー ル． 14 Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding． 算術符号化を用いるエントロピー 符号化のツール． 12 30 表 2.26 評点 5 4 3 2 1 5 段階劣化尺度 評価語 劣化が分からない 劣化が分かるが気にならない 劣化が気になるが邪魔にならない 劣化が邪魔になる 劣化が非常に邪魔になる 2.7.2.2 評価結果 (1) 評価者のスクリーニング ITU-R 勧告 BT.500[25]に示されている評価者のスクリーニング方法は，評価者間の平均 値よりも高かったり低かったりと安定性に欠ける評価をした評価者を除外する方法であり， 平均値から外れた評価をする傾向があっても，全体的に平均値よりも高く，あるいは低く 評価をする評価者は除外対象とはならない． 本実験では，安定性に欠けた評価や，平均値から大きく外れた評価を行った評価者を除 外するため，符号化条件とテスト画像毎の評価者間の平均評価値と各評価者の評価値との Pearson 相関を求め，相関が 0.6 未満の評価者の評価結果を除外することとした．図 2.9 に評価者全 22 名の評点と平均評点との相関を示す．この結果，2 名の評価結果が除外され た． 1.0 Correlation 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Subjects 図 2.9 評価者 22 名の評点と平均評点との相関 スクリーニング後の有効評価者の評点に基づく統計処理の結果を図 2.10 に示す．評価画 像毎の平均評点(MOS: Mean Opinion Score)および 95%信頼区間を示している． 31 図 2.10 評価結果 (2) 所要ビットレート 全ての映像で平均評点 3.5 以上という条件を満足するには 13Mbit/s 以上が必要であり， 所要ビットレートを 13Mbit/s と判断した．ビットレートを低減すると，特に，スーパー インポーズされた文字が画面全体をスクロールする「Bronze with credits」と，人物の横 に水撒きが現れる「Chromakey (Sprinkling)」の画質が大きく低下し，放送品質を満足し なくなる．この所要ビットレート 13Mbit/s という結果は，高度狭帯域 CS デジタル放送方 式の審議においてソフトウェアエンコーダを用いて得た所要ビットレートと一致する． 2.7.3 MPEG-4 AVC による超高精細度映像符号化の所要ビットレート評価 高度衛星デジタル放送の基本映像フォーマットとして採用した 1080/60/I，1080/60/P， 2160/60/P の三つの映像フォーマットについて， MPEG-4 AVC による所要ビットレート を確認するための画質評価実験を行った．マルチフォーマットの映像を用いた符号化画質 の評価については，Hoffman[27]や中須[28]による報告があるが，HDTV を超える解像度 の超高精細度映像を含むマルチフォーマットの映像を用いた符号化画質の評価は初めての ことであった． 2.7.3.1 実験計画 (1)テスト画像 2160/60/P 映像を基に，これを 1080/60/P および 1080/60/I にダウンコンバートした同 一絵柄の 3 種類の解像度・走査方式のマルチフォーマット映像をテスト画像として用いた． 32 表 2.27 にテスト画像の一覧を示す．2160/60/P 映像は，スーパーハイビジョン[29]の映像 からダウンコンバートした 8 種類，および，Swedish Television (SVT)が公開しているフ ィルムカメラで撮影した 2160/50/P 映像[30]から 5 種類を用いた．なお，SVT の 2160/50/P 映像は 60 Hz で再生して使用した．また，表色系については，いずれのテスト画像も従来 色域である．スーパーハイビジョン映像から多様な符号化難易や絵柄を含むテスト画像セ ットを選定するため，SHV 伝送用 MPEG-2 コーデック[31]で様々なスーパーハイビジョ ン映像を符号化し，画質を確認して選定した． 表 2.27 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 名称 Whale Intersection Aerial Horse Race Singing Children Portable Shrines Sunflowers Times Square Crowd Run Park Joy Ducks Take Off Into Tree Old Town Cross マルチフォーマットテスト画像（付録 3 参照） 内容 シャチのジャンプと水飛沫 交差点を横断する人々 湾岸の空撮 疾走する競走馬 大勢の子供たち 神輿を担ぐ群衆 ひまわりの群生 街角の車の往来 クロスカントリーランナー 川岸を散策する仲間たち 水面を飛び立つ水鳥 森と建物の空撮 街並みの空撮 備考 スーパーハイビジョン映像 SVT の 2160/50/P 映像 (2)符号化・復号化 符号化実験の条件を表 2.28 に示す．実験を実施した 2008 年 3 月の時点では，1080/60/P や 2160/60/P に対応した MPEG-4 AVC ハードウェアコーデックを入手できず，また， MPEG-4 AVC 規格の最大レベル 5.1 は 2160/60/P をサポートしていなかったため，ソフト ウェアエンコーダ・デコーダを用いた． 評価するビットレートの選定は，高度狭帯域 CS デジタル放送の検討で非専門家を評価 者として二重刺激連続品質尺度法（DSCQS 法）で求められ[22][23]，また，2.7.2 節の実 験や今回の実験に先立って行った予備実験で専門家を評価者として二重刺激劣化尺度法 （DSIS 法）で再確認された 1080/60/I の MPEG-4 AVC による所要ビットレートである 13Mbit/s を基準とした． 33 表 2.28 入力フォーマット 映 像 テスト画像 エンコーダ デコーダ プロファイル 符 号 化 ビットレート GOP ツール 符号化実験条件 1920×1080/60/I, 1920×1080/60/P, 3840×2160/60/P 4:2:2, 8 bit, 従来色域 SHV 映像からダウンコンバートしたマルチフォ ーマットテスト画像 （8 種, 60 Hz ビデオ素材, 表 2.27 No. 1 – 8． ） SVT マルチフォーマットテスト画像 （5 種, 50 Hz フィルム素材, 表 2.27 No. 9 – 13． ） ソフトウェアエンコーダ(Fraunhofer HHI 製) ソフトウェアデコーダ(JM Reference Software) High (8 bit, 4:2:0) 1080/60/I 10, 15 Mbit/s 1080/60/P 10, 15, 20 Mbit/s 2160/60/P 30, 40, 60, 80 Mbit/s 1 sec, IBBP..., 参照フレーム 2 プリフィルタなし MBAFF（1080/60/I の場合） CABAC 1080/60/I のビットレートは，13Mbit/s を挟む 10Mbit/s と 15Mbit/s とした．1080/60/P のビットレートは，1080/60/I のビットレートと同じ 10Mbit/s と 15Mbit/s のほか，60/P の符号化画素レートが 60/I の 2 倍であることや，順次走査の方が飛越走査よりも符号化効 率が高いことを考慮し，20Mbit/s を追加した．2160/60/P のビットレートは，2160/60/P の画素数が 1080/60/P の 4 倍であること，2160/60/P の方が 1080/60/P よりも画素間相関 が高いため符号化効率が高くなること，一方，信号帯域幅が広い方が雑音量が多くなるこ とを考慮し， 1080/60/P のビットレートの 3～4 倍に相当する 30Mbit/s～80Mbit/s とした． (3)主観評価 主観評価実験の条件を表 2.29 に示す．前述のように，専門家を評価者として DSIS 法で 行った実験によって，非専門家を評価者として DSCQS 法で求められた所要ビットレート と同等の結果が得られていることから，本実験でも同じ DSIS 法を用いた． 評価尺度は，表 2.30 の 5 段階劣化尺度で，小数点を許容した 1～5 の連続尺度で評価さ せた． 基準画像は，各映像フォーマットの原画像とした．すなわち，1080/60/I，1080/60/P， 2160/60/P それぞれの評価値は，当該映像フォーマットの原画像を基準とした劣化尺度に よる画質である． 一人の評価者は 1080/60/I，1080/60/P，2160/60/P のすべての評価実験に参加した．た だし，実験の順序やビットレートの提示順序は，評価者グループ毎に変えた． 34 表 2.29 評価方法 提示順序 観視条件 評価者 ディスプレイ 視距離 実施日 実施場所 画質評価実験条件 二重刺激劣化尺度(DSIS)法 5 段階劣化尺度（表 2.30 参照）, 小数点付（1.0～5.0 の連続尺度） ビットレート毎にまとめて 13 個のテスト画像を提示 評価者グループ毎にビットレートの提示順序を変更 家庭での視聴と同程度の明るさ 専門家 16 人 1080/60/I 50-inch PDP 1080/60/P 2160/60/P 56-inch LCD 1080/60/I 画面高の 3 倍(3H) 1080/60/P 2160/60/P 画面高の 1.5 倍(1.5H) 2008 年 3 月 14 日 NHK 放送技術研究所 表 2.30 評点 5 4 3 2 1 5 段階劣化尺度 評価語 劣化が分からない 劣化が分かるが気にならない 劣化が気になるが邪魔にならない 劣化が邪魔になる 劣化が非常に邪魔になる (4)観視条件 画質評価室内およびディスプレイの明るさは，家庭での視聴を想定したものとした．視 距離は，ディスプレイ上の画素間隔が視力 1.0 の人が弁別できる最小の視角 1.0 分に相当 する視距離，すなわち，1080/60/I および 1080/60/P は画面高の 3 倍(3H)，2160/60/P は 画面高の 1.5 倍(1.5H)とした．1080/60/I はディスプレイ内蔵の飛越走査-順次走査変換に よって 1080/60/P で表示した． 2.7.3.2 評価結果 (1)評価者のスクリーニング 1080/60/I，1080/60/P，2160/60/P の実験毎に評価者のスクリーニングを行った．図 2.11 に実験毎の各評価者の評価結果と評価者間の平均値の Pearson 相関を示す．相関が 0.6 未 満の評価者の評価結果を除外することとし，16 名の評価者のうち，1080/60/I で 2 名， 1080/60/P と 2160/60/P で各 1 名の評価結果が除外された． ここで， 1080/60/P と 2160/60/P で除外された各 1 名の評価者は，1080/60/I で除外された 2 名であった． 35 1.0 Correlation 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Subjects (a) 1080/60/I 1.0 Correlation 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Subjects (b) 1080/60/P 1.0 Correlation 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Subjects (c) 2160/60/P 図 2.11 評価者の評点と評価者間平均評点との相関 (2)評価結果の解釈 テスト画像によって符号化の難易は異なり，同じビットレートであっても異なる画質評 価値となり得る．本実験のマルチフォーマットテスト画像は，1080/60/I の所要ビットレ ート 13Mbit/s が導出された評価実験で使用されたテスト画像とは異なることから， 1080/60/I の所要ビットレート 13Mbit/s を既知とし，13Mbit/s におけるテスト画像毎の平 均評価値(MOS: Mean Opinion Score)の分布を基準として，これと同程度の平均評価値分 布となるビットレートを 1080/60/P，2160/60/P それぞれの所要ビットレートと見なすこ 36 ととした．あるビットレートにおける画質分布として，テスト画像 13 種類の平均評価値， および，評価値 4.0，3.5，3.0 をそれぞれ満足したテスト画像の数を用いた．また，実験 条件にはないビットレートについては，その上下のビットレートの評価結果から線形回帰 した評価値に基づいて推定した． (3)1080/60/I のビットレート対画質 図 2.12 に 1080/60/I のビットレート対平均評価値(MOS: Mean Opinion Score)を示す． また，表 2.31 に実験条件とした 10Mbit/s および 15Mbit/s ならびに既知の所要ビットレ ートとした 13Mbit/s における画質分布を示す． 10Mbit/s において約半数(6/13)のテスト画像で MOS 3.5 以上，15Mbit/s においてほぼ すべて(12/13)のテスト画像で MOS 3.5（許容限）以上が得られた．13Mbit/s では，13 種 のテスト画像の平均評価値が 3.8，約半数(6/13)のテスト画像で MOS 4.0 以上，約 70%(9/13)のテスト画像で MOS 3.5 以上，すべてのテスト画像で MOS 3.0 以上である． 以下， 1080/60/P および 2160/60/P の所要ビットレートの導出においては，この 13Mbit/s における画質分布を基準とした． 5 Ave. Mean Opinion Score 4 Park Joy 3 2 1 0 9 10 図 2.12 表 2.31 11 12 13 Bitrate (Mbit/s) 14 15 16 1080/60/I のビットレートと画質 1080/60/I のビットレートと画質分布 ビットレート 10Mbit/s 13Mbit/s 15Mbit/s 平均 MOS 3.5 (3.8) 4.0 各画質を満足する 4.0 以上 4 (6) 6 テスト画像数 3.5 以上 6 (9) 12 （母数=13） 3.0 以上 12 (13) 13 * ( )は推定値 37 (4)1080/60/P の所要ビットレート 図 2.13 に 1080/60/P のビットレート対 MOS を，表 2.32 に各ビットレートにおける画 質分布を示す．MOS 3.5 以上が得られたテスト画像の割合は，10Mbit/s において約 30%(4/13)，15Mbit/s において約半数(6/13)，20Mbit/s において 100%(13/13)であった． 1080/60/I の 13Mbit/s と同程度の画質が得られる 1080/60/P のビットレートは 15Mbit/s と 20Mbit/s の間にあると考えられる．15Mbit/s と 20Mbit/s の評価結果を用いた線形回帰 により，17Mbit/s において，13 種のテスト画像の平均評価値 3.8，約半数(6/13)のテスト 画像で MOS 4.0 以上，ほぼすべてのテスト画像(12/13)で MOS 3.5 以上，すべてのテスト 画像で MOS 3.0 以上が得られると推定され，17Mbit/s が 1080/60/P の所要ビットレート であると判断した． 5 Ave. Mean Opinion Score 4 Intersection 3 2 1 0 8 10 図 2.13 表 2.32 12 14 16 Bitrate (Mbit/s) 18 20 22 1080/60/P のビットレートと画質 1080/60/P のビットレートと画質分布 1080/60/I ビットレート 10Mbit/s 15Mbit/s 17Mbit/s 20Mbit/s 平均 MOS 3.2 3.6 (3.8) 4.1 3.8 各画質を満足す 4.0 以上 0 3 (6) 10 6 るテスト画像数 3.5 以上 4 6 (12) 13 9 （母数=13） 3.0 以上 7 12 (13) 13 13 * @13Mbit/s ( )は推定値 (5)2160/60/P の所要ビットレート 図 2.14 に 2160/60/P のビットレート対 MOS を，表 2.33 に各ビットレートの画質分布 を示す．MOS 3.5 以上が得られたテスト画像の割合は，30Mbit/s で約 20%(3/13)，40Mbit/s 38 で約 30%(4/13)，60Mbit/s で約 70%(9/13)，80Mbit/s で約 90%(12/13)であった．一つの テスト画像(Horse race)の評価結果が他と離れて低いが，表 2.33 に示すように，60Mbit/s の評価結果が 1080/60/I の 13Mbit/s の評価結果と同様の画質分布を示していることから， 60Mbit/s が所要ビットレートであると判断した． Mean Opinion Score 5 4 Ave. 3 Horse Race 2 1 20 40 図 2.14 表 2.33 60 Bitrate (Mbit/s) 80 2160/60/P のビットレートと画質 2160/60/P のビットレートと画質分布 1080/60/I ビットレート 30Mbit/s 40Mbit/s 60Mbit/s 80Mbit/s 平均 MOS 3.1 3.4 3.8 4.0 3.8 各画質を満足す 4.0 以上 1 2 6 8 6 るテスト画像数 3.5 以上 3 4 9 11 9 （母数=13） 3.0 以上 6 11 12 12 13 * @13Mbit/s ( )は推定値 (6)テスト画像と映像フォーマット 各映像フォーマットの所要ビットレートにおけるテスト画像毎の画質を比較して図 2.15 に示す．映像フォーマット毎の所要ビットレートにおける同一の絵柄のテスト画像の 画質が，映像フォーマットによって大きく異なる場合がある．特に，Aerial，Horse Race， Times Square の三つのテスト画像では，1080/60/I，1080/60/P，2160/60/P の順に MOS が顕著に低くなっている．これら三つのテスト画像は，2160/60/P の原画像に含まれる雑 音が多いという特徴がある．また，Horse Race は大きな動きを含むという特徴がある．映 像信号帯域幅が広くなることで，原画像に含まれる雑音や高周波成分の影響や，動き補償 予測の追従範囲の影響を受けた結果，符号化効率が低下したものと考えられる． 39 Mean Opinion Score 5 1080/60/I@13M 1080/60/P@17M 2160/60/P@60M 4 3 2 1 図 2.15 2.8 符号化画質の映像フォーマット依存性 高度衛星デジタル放送におけるサービス提供例 高度衛星デジタル放送方式は，映像方式の高度化のほか，伝送方式についても高度化が なされ，現行の衛星デジタル放送と同等のサービス時間率となる変調方式 8PSK，符号化 率 3/4 において，52Mbit/s から約 70Mbit/s へと 30%以上の伝送容量の増加が可能となっ た．伝送方式の高度化による大容量化と映像方式の高度化によって，多チャンネル HDTV 放送や高精細度映像放送が可能となった．また，音声サービスや多重化方式についても， マルチチャンネル音響，ロスレス(lossless)の高音質サービス，TLV(Type-Lengh-Value) 多重化方式 15による蓄積型放送などの高度化がなされた[32]．前節で示した各基本映像フ ォーマットの所要ビットレーに基づき，高度衛星デジタル放送における種々のサービス提 供例を図 2.16 に示す．ここで，高度衛星デジタル放送の伝送方式においては，一つの衛星 中継器当たりの伝送信号は，スロット(slot)と呼ばれる 120 の処理単位で構成され，サービ ス毎にスロット数を割り当てることができる． 15 TS(Transport Stream)パケットのような固定長のパケットに多重する方式ではなく， IP(Internet Protocol)パケットのような可変長パケットを効率よく多重できる方式．放 送サービスの中で IP パケットを伝送可能することによって，通信系コンテンツ配信や ホームネットワークとの親和性が図られた． 40 (a) 「1080/60/I + 5.1 AAC」× 4 チャンネル 1080/60/I 5.1 AAC 17.4 Mbit/s (30 slot) 1080/60/I 5.1 AAC 17.4 Mbit/s (30 slot) 1080/60/I 5.1 AAC 17.4 Mbit/s (30 slot) (b) 1080/60/I, 1080/60/P, lossless/PCM 音声, TLV, 低階層 1080/60/I 5.1 lossless/PCM 20.3 Mbit/s (35 slot) 1080/60/P 5.1 AAC 20.3 Mbit/s (35 slot) TLV 11.6 Mbit/s (20 slot) 1080/60/I 5.1 AAC 17.4 Mbit/s (30 slot) 1080/60/I 5.1 AAC 17.4 Mbit/s (25 slot) (c) 「2160/60/P + 22.2 AAC」× 1 チャンネル 低階 層 16 1.3Mbps （5slot） 2160/60/P 22.2 AAC 69.6 Mbit/s (120 slot) (d) リアルタイム型放送と蓄積型放送 1080/60/I 5.1 AAC 17.4 Mbit/s (30 slot) 図 2.16 2.9 1080/60/I 5.1 AAC 17.4 Mbit/s (30 slot) TLV TLV 17.4 Mbit/s (30 slot) 17.4 Mit/s (30 slot) 高度衛星デジタル放送におけるサービス提供例 まとめ 衛星デジタル放送における 2DTV 映像サービスを高度化するための技術的条件を検討し た．デジタル放送における映像サービスの技術的条件を構成する要素として，映像フォー マットと映像符号化方式がある．HDTV 放送を基本とする現在の衛星デジタル放送を踏ま え，HDTV 以上の高画質・高臨場感を提供可能な映像サービスを実現できることを要求条 件とし，要求条件を満足するための映像フォーマットおよび映像符号化方式について，選 定理由および詳細な技術的条件を示した． HDTV 以上の高画質・高臨場感を提供可能な映像フォーマットとして，特に，空間解像 度の増大と色域の拡大を提案した．検討の結果，映像フォーマットには，HDTV および HDTV を超える高精細度映像を採用すると共に，広色域化のために，現行方式と互換性の ある負 RGB 広色域方式を採用した． デジタル放送の映像符号化方式は，放送方式策定時の最新の国際規格に準拠した方式が 16 大雨や大雪による大きな降雨減衰によってサービスが遮断することを避けるために，伝 送路誤りに対する耐性の高い変調方式で最小限の情報を伝送． 41 採用されてきた．最新の高効率な映像符号化方式の採用により，有限の電波資源を有効に 利用することが可能となり，新たなサービス提供の可能性も生じる．そこで，映像符号化 方式には，検討時点での最新の符号化規格である MPEG-4 AVC 映像符号化方式を採用し た．本方式を採用するにあたり，符号化技術の動向を調査・予測し，目標とする導入時期 においてその技術が実現可能であることを確認したうえで仕様を決定した．さらに， MPEG-4 AVC による HDTV および超高精細度映像の符号化画質の主観評価実験により， 十分な画質を得るための所要ビットレートを映像フォーマットごとに明らかにした．そし て，高度衛星デジタル放送の伝送容量を考慮して高度化技術に基づくさまざまなサービス 提供例を示した． 本検討結果は，情報通信審議会技術分科会放送システム委員会における審議の土台とな り，情報通信審議会答申[33]に掲載され，その後，総務省令[34]，総務省告示[35]，ARIB 標準規格[36]に反映された．また，関連技術を ITU-R に提案し，ITU-R 勧告[37]や ITU-R レポート[20]に反映されているほか，採用した技術の中には，日本からの提案によって策 定されていた ITU-R 勧告[13][14][17]に基づくものもある．HDTV を超える解像度の超高 精細度映像ならびに広色域映像を放送方式に採用したのは，国際的にも初めてのことであ る． 42 第3章 3.1 3DTV 放送方式の技術的条件 はじめに 二眼式 3DTV の放送方式（映像符号化方式）には様々な方式がある．一方，放送事業者 の要求条件も様々である．2DTV 放送を実施している放送事業者が新たに 3DTV 放送を導 入しようとするとき，既存の 2DTV 放送伝送路の伝送容量の中で導入可能である必要があ る．そこで，本章では，3DTV 放送方式の選定に影響する基本要求条件を設定し，要求条 件に応じて，既存の 2DTV 放送伝送路に導入することが可能と考えられる方式を明らかに する．ここで述べる検討は，2011 年から 2013 年にかけて，筆者が主任を務める ARIB デ ジタル放送システム開発部会 3DTV 放送方式検討作業班において行ったものを土台として いる．筆者は，同作業班主任として検討を主導するとともに，実験実施者としてもこの検 討に寄与した． 3DTV 放送方式の選定に影響を与える基本的な要求条件として，2DTV 受信機での受信･ 表示の要否，新たな映像符号化方式の要否，3DTV 番組制作が 2DTV としての表示を想定 しているか否かを設定する．これらの基本要求条件の組合せ毎に要求条件に適合する方式 を選定する．各基本要求条件の組合せを満足する放送方式について，所要伝送ビットレー トを推定し，既存の放送伝送路での伝送の可能性と得られる画質（解像度）を検討し，さ らに，放送局の送出装置や受信機への実装の難易，国際標準化の状況を考慮し，基本要求 条件の組み合わせ毎に最適な方式を選定する．そして，3DTV 符号化画質の主観評価実験 によって，3DTV 放送を既存の放送伝送路に導入しようとするときの実現可能性ならびに 導入の条件を明らかにする． 3.2 3DTV の放送方式 3DTV 放送方式の技術的条件は，2DTV 放送の要素技術に加えて，左右両眼に対応する 二つの映像をどのように符号化･伝送するかが課題となる．3DTV 放送方式を，映像符号化 方式および 2DTV 放送との両立性の観点から分類する． 3.2.1 フレーム互換方式 フレーム互換方式は，2DTV 放送の映像フレームとの互換性を備え，3DTV 放送を 2DTV 放送信号として伝送する方式である．フレーム互換方式は，以下の 2 種類に分類される． 3.2.1.1 フレームコンパチブル方式(FC: Frame Compatible) フレームコンパチブル方式は，3DTV 映像の左右両眼に対応する二つの映像を，一つの 映像フレームに合成して伝送する方式である．図 3.1 に送受信の構成を示す．左右両眼の 二つの映像の画素数をそれぞれ 1/2 にサブサンプリングして一つの映像フレームに配置し 43 て合成する．二つの映像のサブサンプリングの方法には，水平方向，垂直方向，クインカ ンクスがあり，それぞれ，水平解像度，垂直解像度，斜め解像度を原画像の半分に低減さ せて伝送することになる．二つのサブサンプリングした映像を一つの映像フレームに合成 する方法には，左右に配置するサイドバイサイド(Side-by-Side)，上下に配置するトップア ンドボトム(Top and Bottom)，ライン交互に配置する方法など種々の方法がある．2DTV 受信機では，左右二つの映像が一つの画面に同時に表示される．例えば，サイドバイサイ ドの場合には左右映像が横に並んで表示される． MPEG では，MPEG-2 および MPEG-4 AVC でこの方式を用いるための規定が定められ ている．現在の BS デジタル放送や CS デジタル放送では，サイドバイサイド方式が用い られている． L 3D Program ↓ ↓ 2D-ENC 3D 2D-DEC ↑ ↑ R 2D Display 放送伝送路 送信システム 図 3.1 3.2.1.2 3D Display 受信機 フレームコンパチブル(FC)方式 フ レ ー ム コ ンパ チ ブ ル ・ コ ン パ チ ブル 方 式 (FCC: Frame Compatible - Compatible) フレームコンパチブル・コンパチブル方式は，フレームコンパチブル方式との互換性を 備えつつ解像度を向上させる方式であり，フレームコンパチブル方式による 3DTV 放送信 号とフレームコンパチブル信号の解像度を補償する情報を同時に伝送する．図 3.2 に送受 信の構成を示す．MPEG では MFC(Multi-resolution Frame Compatible)と呼ばれ， MPEG-4 AVC ベースの方式の標準化が進められている． 44 3D Program L FCC -ENC Delta R FC-ENC 3D FCC-DEC 3D Display FC-DEC 3D Display 放送伝送路 送信システム 図 3.2 受信機 フレームコンパチブル・コンパチブル(FCC)方式 3.2.2 ストリーム互換方式 ストリーム互換方式は，2DTV 放送信号（ビットストリーム）との互換性を備え，3DTV 放送を構成する放送信号の一部を受信することで 2DTV としての受信・表示が可能な方式 である．ストリーム互換方式は，以下の 4 種類に分類される． 3.2.2.1 サービスコンパチブル方式(SC: Service Compatible) サービスコンパチブル方式は，3DTV 符号化方式が既存の 2DTV 符号化方式と互換性を 持ち，3DTV の片眼映像と左右両眼映像間の差分情報を同時に伝送する方式である．図 3.3 に送受信の構成を示す．2DTV 受信機は，2DTV 互換ビットストリームを受信することに より，2DTV として受信・表示が可能である．番組制作者が，3DTV 番組を 2DTV として 受信することを許容する場合に適用可能である．サービスコンパチブル方式に分類される 3DTV 符号化方式として， MPEG-2 MVP (Multiview Profile)や MPEG-4 MVC (Multiview Video Coding)がある． 3D Program 2D Program Delta (R) 3D-ENC 2D (L) 3D-DEC 3D Display 2D-DEC 2D Display 放送伝送路 送信システム 図 3.3 受信機 サービスコンパチブル(SC)方式 45 3.2.2.2 シェアードキャスト方式(Sharedcast) 3DTV の片眼映像を既存の 2DTV 放送信号として伝送し，3DTV のもう一方の片眼映像 を別の 2DTV 放送信号として同時に伝送する方式である．図 3.4 に送受信の構成を示す． 片眼映像を既存の 2DTV 放送と共用することにより，2DTV 受信機は 3DTV 放送を 2DTV として受信することができる．サービスコンパチブル方式と同様に，3DTV 番組を 2DTV として受信することが許容される必要がある．例えば，2DTV 放送を MPEG-2 で行ってい る場合，左眼映像を MPEG-2 で， 右眼映像を MPEG-4 AVC で伝送する方式が考えられる． 3D Program 2D-ENC R 2D-DEC 3D Display 2D Program 2D-ENC L 2D-DEC 2D Display 放送伝送路 送信システム 図 3.4 受信機 シェアードキャスト(Sharedcast)方式 3.2.2.3 サイマルキャスト方式(Simulcast) サイマルキャスト方式は，3DTV 符号化により 3DTV 放送信号を伝送すると共に，同一 番組の 2DTV 放送信号を同時に伝送する方式である．図 3.5 に送受信の構成を示す．例え ば，2DTV 番組を既存の 2DTV 用符号化方式を用いて伝送しながら，3DTV 番組を高効率 な 3DTV 用符号化方式を用いて伝送する方式が考えられる． 3D Program 3D-ENC 3D 3D-DEC 3D Display 2D Program 2D-ENC 2D 2D-DEC 2D Display 放送伝送路 送信システム 図 3.5 受信機 サイマルキャスト(Simulcast)方式 3.2.2.4 デュアルストリーム方式(Dual) シェアードキャストと同じ構成で二つの 2DTV 放送信号を伝送する方式であるが， 46 2DTV との互換性を意図したものではない方式をデュアルストリーム方式と呼んで区別す る．例えば，新たな高効率の 2DTV 符号化方式を左右映像にそれぞれ適用する方式が考え られる． 3.3 3DTV 放送の基本要求条件 放送伝送路や番組の種類･性質，導入の難易，視聴者への配慮事項等により 3DTV 放送 方式に求められる要求条件が異なり，要求条件を満足する最適な 3DTV 放送方式も異なる． そこで，3DTV 放送方式の選択に関連する基本要求条件として，2DTV 受信互換性，制作 条件，符号化方式を設定した． 3.3.1 2DTV 受信互換性 3DTV 放送を実施する際に，3DTV 放送に対応した受信機のみで 互換性不要 受信･表示できれば良く，2DTV 受信機で同じ番組を受信･表示で きる必要はない． 3DTV 放送を実施する際に，3DTV 放送に対応していない受信機 互換性必要 は 2DTV として，3DTV 対応受信機は 3DTV として受信･表示で きる必要がある． 3.3.2 制作条件 3DTV 専用制作 2DTV，3DTV 共通制作 番組の演出上，3DTV 向けに考慮した制作（カメラワーク等）を 行い，2DTV としての受信･表示を想定しない． 2DTV と 3DTV で共通の制作を行う．この場合，3DTV 映像を構 成する一方の映像を 2DTV 用とすることが想定される． 3.3.3 符号化方式 MPEG-2 のみ 2DTV，3DTV ともに MPEG-2 で符号化する． MPEG-2＋他の符号化 2DTV を MPEG-2，3DTV のために他の符号化方式*1 を使用する． MPEG-4 AVC のみ 2DTV，3DTV ともに MPEG-4 AVC で符号化する． MPEG-4 AVC＋他の符 2DTV を MPEG-4 AVC，3DTV のために他の符号化方式*1, *2 を 号化 使用する． *1 将来的には HEVC など新たな高効率符号化方式に基づく 3DTV 符号化方式を使用する ことが想定されるが，本研究では，未だ具体的な方式が存在しない HEVC 等に基づく 3DTV 符号化方式は考慮しない． *2 MPEG-4 AVC よりも符号化性能が劣る MPEG-2 ベースの方式を使用することは想定 しない． 47 3.4 基本要求条件に適合する 3DTV 放送方式 3.4.1 3DTV 放送方式候補の抽出 3.4.1.1 基本要求条件に適合する 3DTV 放送方式 3.3 節に示した各基本要求条件へ適合する 3DTV 放送方式は以下の通りとなる．シェア ードキャストおよびデュアルストリームについては，左右両眼映像それぞれの符号化方式 の組み合わせに複数の選択肢がある．サイマルキャストについては，3DTV 符号化方式に 複数の選択肢がある． (1) 2DTV 受信互換性 2DTV 受信互換性の要否に応じて適合する方式を表 3.1 に示す．3DTV 放送を 2DTV 受 信機で 2DTV として受信・表示可能な方式は，サービスコンパチブル，シェアードキャス ト，サイマルキャストである． 表 3.1 2DTV 受信互換性の要件と 3DTV 放送方式 要件 適合する方式 ・フレームコンパチブル(MPEG-2 FC, MPEG-4 AVC FC) ・フレームコンパチブル・コンパチブル(MPEG-2 FCC, MPEG-4 互換性不要 AVC FCC) ・サービスコンパチブル(MPEG-2 MVP*2, MPEG-4 MVC*1) ・デュアルストリーム(Dual) ・2DTV 用符号化方式以外の方式 ・サービスコンパチブル(MPEG-2 MVP*1, MPEG-4 MVC*2) 互換性必要 ・シェアードキャスト(Shared) ・サイマルキャスト(Simul) *1 2DTV 放送を MPEG-2 で行っている場合に該当． *2 2DTV 放送 MPEG-4 AVC で行っている場合に該当． (2) 制作条件 3DTV の制作条件に応じて適合する方式を表 3.2 に示す．サービスコンパチブルとシェ アードキャストは，2DTV と 3DTV の番組が共通制作の場合にのみ使用可能である．他の 方式は，いずれの制作条件にも適合する． 48 表 3.2 制作条件の要件と 3DTV 放送方式 要件 適合する方式 ・フレームコンパチブル(MPEG-2 3DTV 専用制作 FC, MPEG-4 AVC FC) 2DTV，3DTV 共通制作 ・サービスコンパチブル ・フレームコンパチブル・コンパチ (MPEG-2 MVP, ブル(MPEG-2 FCC, MPEG-4 AVC MPEG-4 MVC) FCC) ・シェアードキャスト ・サイマルキャスト(Simul) (Shared) ・デュアルストリーム(Dual) (3) 符号化方式 符号化方式の要件に応じて適合する方式を表 3.3 に示す． 表 3.3 符号化方式の要件と 3DTV 放送方式 要件 適合する方式 フレームコンパチブル(MPEG-2 FC) MPEG-2 のみ シェアードキャスト(Shared: MPEG-2 + MPEG-2) サイマルキャスト(Simul: MPEG-2 + MPEG-2 FC) デュアルストリーム(Dual: MPEG-2 + MPEG-2) フレームコンパチブル・コンパチブル(MPEG-2 FCC) サービスコンパチブル(MPEG-2 MVP) シェアードキャスト(Shared: MPEG-2 + MPEG-4 AVC) MPEG-2＋他の符号化 サイマルキャスト(Simul: MPEG-2 + MPEG-2 MVP) サイマルキャスト(Simul: MPEG-2 + MPEG-4 MVC) サイマルキャスト(Simul: MPEG-2 + MPEG-4 AVC FC) サイマルキャスト(Simul: MPEG-2 + MPEG-4 AVC FCC) デュアルストリーム(Dual: MPEG-2 + MPEG-4 AVC) フレームコンパチブル(MPEG-4 AVC FC) MPEG-4 AVC のみ シェアードキャスト(Shared: MPEG-4 AVC + MPEG-4 AVC) サイマルキャスト(Simul: MPEG-4 AVC + MPEG-4 AVC FC) デュアルストリーム(Dual: MPEG-4 AVC + MPEG-4 AVC) フレームコンパチブル-コンパチブル(MPEG-4 AVC FCC) MPEG-4 AVC＋他の符 号化 サービスコンパチブル(MPEG-4 MVC) サイマルキャスト(Simul: MPEG-4 AVC + MPEG-4 MVC) サイマルキャスト(Simul: MPEG-4 AVC + MPEG-4 AVC FC) サイマルキャスト(Simul: MPEG-4 AVC + MPEG-4 AVC FCC) 49 これらを基に，三つの基本要求条件の組み合わせの 16 通り（2×4×2=16）の要求条件に 対して，各要求条件に適合可能と考えられる 3DTV 放送方式の候補を抽出した．要求条件 によっては複数の方式が候補となる． 3.4.1.2 2DTV 放送を MPEG-2 で行う場合の 3DTV 放送方式 表 3.4 に，2DTV 放送を MPEG-2 で行う場合に，各要求条件に適合する 3DTV 放送方 式候補の抽出結果を示す．抽出された 3DTV 放送方式候補の構成を付録 4 に示す． 2DTV 互換性が不要で， 3DTV 符号化が既存 2DTV と同じであることを要求する場合(No. 1, 2)，フレームコンパチブルのみが適合する．一方，3DTV 符号化が既存 2DTV と同じで ある必要がない場合(No. 3, 4)，多くの方式が候補となる． 2DTV 互換性が必要で， 3DTV 符号化が既存 2DTV と同じであることを要求する場合(No. 5, 6)，3DTV 符号化にフレームコンパチブルを用いるサイマルキャストのみが適合する． 一方，3DTV 符号化が既存 2DTV と同じである必要がない場合(No. 7, 8)，多くの方式が候 補となる． 表 3.4 2DTV 放送を MPEG-2 で行う場合の 3DTV 放送方式候補 No. 2DTV 受信 7 必要 8 必要 独立 共通 独立 共通 独立 共通 独立 FC ○ ○ － － － － － SC MP2 ベース － － ○ ○ － － － FCC － － ○ ○ － － － FC － － ○ ○ － － － SC AVC ベース － － ○ ○ － － － FCC － － ○ ○ － － － FC － － － － ○ ○ － SC － － － － － － ○ MP2 FCC － － － － － － ○ Simul FC － － － － － － ○ SC － － － － － － ○ AVC FCC － － － － － － ○ MP2 － － － － － － － Shared AVC － － － － － － － MP2 － － ○ ○ － － － Dual AVC － － ○ ○ － － － MP2: MPEG-2，AVC: MPEG-4 AVC， MP2+α: 2DTV で使用されている MPEG-2 とは異なる方式， FC: フレームコンパチブル，SC：サービスコンパチブル， FCC：フレームコンパチブル－コンパチブル，Simul: サイマルキャスト， Shared: シェアードキャスト，Dual: デュアルストリーム 共通 － ○ － － － － － － ○ ○ ○ ○ ○ ○ － － 基本要求条件 (1) (2) (3) (4) 3 (5) D (6) T (7) V (8) 符 (9) 号 化 (10) 方 (11) 式 (12) (13) (14) (15) (16) 凡例 3DTV 符号化方式 1 不要 MP2 2 不要 MP2 2D/3D 制作 50 3 不要 MP2 +α 4 不要 MP2 +α 5 必要 MP2 6 必要 MP2 MP2 +α MP2 +α 3.4.1.3 2DTV 放送を MPEG-4 AVC で行う場合の 3DTV 放送方式 表 3.5 に，2DTV 放送を MPEG-4 AVC で行う場合に，各要求条件に適合する 3DTV 放 送方式候補の抽出結果を示す．抽出された 3DTV 放送方式候補の構成を付録 5 に示す． 2DTV 互換性が不要で， 3DTV 符号化が既存 2DTV と同じであることを要求する場合(No. 9, 10)，フレームコンパチブルのみが適合する．一方，3DTV 符号化が既存 2DTV と同じ である必要がない場合(No. 11, 12)，MPEG-4 AVC ベースのサービスコンパチブル (MPEG-4 MVC)，フレームコンパチブル・コンパチブル，デュアルが候補となる． 2DTV 互換性が必要で， 3DTV 符号化が既存 2DTV と同じであることを要求する場合(No. 13, 14)， 3DTV 符号化にフレームコンパチブルを用いるサイマルキャストのみが適合する． 一方，3DTV 符号化が既存 2DTV と同じである必要がない場合(No. 15, 16)，MPEG-4 AVC ベースのサービスコンパチブル(MPEG-4 MVC)，サイマルキャスト，シェアードキャスト が候補となる． 表 3.5 2DTV 放送を MPEG-4 AVC で行う場合の 3DTV 放送方式候補 No. 2DTV 受信 基本要求条件 3DTV 符号化方式 2D/3D 制作 9 不要 AVC 10 不要 AVC 独立 ○ － 共通 ○ － 11 不要 AVC +β 独立 － ○ ○ － － － － 12 不要 AVC +β 共通 － ○ ○ － － － － 13 必要 AVC 14 必要 AVC 独立 － － － ○ － － － 共通 － － － ○ － － － 15 必要 AVC +β 独立 － － － － ○ ○ － 3 FC (17) D (18) AVC ベース SC T (19) FCC V (20) FC － － 符 SC － － (21) Simul AVC 号 FCC － － (22) 化 AVC － － (23) Shared 方 Dual AVC － － ○ ○ － － － 式 (24) 凡例 AVC: MPEG-4 AVC， AVC+β: 2DTV で使用されている MPEG-4 AVC とは異なる方式， FC: フレームコンパチブル，SC：サービスコンパチブル， FCC：フレームコンパチブル－コンパチブル，Simul: サイマルキャスト， Shared: シェアードキャスト，Dual: デュアルストリーム 16 必要 AVC +β 共通 － ○ － － － ○ ○ － 3.4.2 3DTV 放送方式候補の実現性 抽出した 3DTV 放送方式の候補について，既存の放送伝送路での放送の可能性と得られ る画質（解像度）を検討した．さらに，各方式を放送局の送出設備や受信機に実装する際 の難易に関する専門家へのアンケートや標準化の状況も考慮して，方式の実現性を総合的 に評価した． 51 3.4.2.1 所要ビットレートの推定 所要ビットレートは水平符号化画素数に比例するものとし，MPEG-2 による HDTV フ ル画素（水平 1920 画素）の所要ビットレートを基準(1.0: 20Mbit/s)として，これまでの ARIB での評価実験，放送の実態，MPEG や Blu-ray の情報を参考に表 3.6 のように仮定 した． 表 3.6 検討の前提とした符号化画素数と相対ビットレートの関係 符号化方式 MPEG-2 MPEG-4 AVC 水平符号化画素数 3/4 (1440) 2/3 (1280) 0.75 0.67 0.75 0.67 1.35 1.2 1.35 1.2 0.45 0.4 0.45 0.4 0.68 0.6 0.68 0.6 1 (1920) 1.0 1.0 1.8 1.8 0.6 0.6 0.9 0.9 2DTV FC SC (MVP) FCC 2DTV FC SC (MVC) FCC 1/2 (960) 0.5 0.5 0.9 0.9 0.3 0.3 0.45 0.45 3.4.2.2 放送伝送路の伝送容量 地上デジタル放送，BS デジタル放送および CS デジタル放送の伝送容量は，現行 2DTV 放送の映像符号化方式および映像ビットレートを参考に，BS デジタル放送の伝送容量を 基準(1.0: 20Mbit/s)として，表 3.7 のように仮定した． 表 3.7 放送伝送路 地上デジタル放送 BS デジタル放送 CS デジタル放送 放送伝送路と想定とした伝送容量 現行 2DTV 放送 映像符号化方式 水平符号化画素数 MPEG-2 1440 MPEG-2 1920 MPEG-4 AVC 1920 伝送容量 0.75 1.0 0.6 3.4.2.3 伝送可能性の判断基準 所要ビットレートが表 3.7 に示した放送伝送路毎の所定の伝送容量以下となり，かつ， 現在の放送サービス品質を確保するため， 2DTV の解像度が HDTV フル画素の 3/4 以上（水 平 1440 画素以上） ， 3DTV の左右各映像の解像度が 1/2 以上（サイドバイサイド方式の 960 画素以上）であることを伝送可能と判断する条件とした．なお，2DTV 受信を不要とする 要求条件の場合は 3DTV の解像度のみを考慮した． また， 解像度の条件を満足する範囲で， 3DTV の左右映像の解像度を等しくしない場合についても考慮した． 3.4.2.4 伝送可能な方式と条件 既存の放送伝送路で伝送可能性があると判断した方式と条件を表 3.8 に示す．要求条件 52 によって，一つの放送方式のみが選定された場合と複数の方式が選定された場合がある． 一方，基本要求条件 No. 5, No. 6, No. 7, No. 13. No. 14. No. 15 に対しては，既存の放送 伝送路で伝送可能な 3DTV 放送方式を選定することができなかった．新たな放送伝送路や 通信伝送路などによって追加伝送容量を確保することが可能な場合には，これらの要求条 件に適合する 3DTV 放送方式を選定可能となる． 表 3.8 要 求 条 件 No. 1, 2 3, 4 8 9, 10 11, 12 16 要求条件に適合し，伝送可能性のある 3DTV 放送方式と符号化条件 (1)MPEG-2 FC (2)MVP (3)MPEG-2 FCC 符号化 画素数 2D 3D 1 － 1/2 － 1/2 － (4)AVC FC － (5)MVC (6)AVC FCC (15)Dual: MP2+MP2 (16)Dual: MP2+AVC (14)Shared: MP2+AVC (17)AVC FC (18)MVC (19)AVC FCC (18)MVC － － － － 3/4 － － － － 3DTV 放送方式 （表 3.4, 3.5 参照） ビットレート 解像度 2D － － － 3D 1.0 0.9 0.9 計 1.0 0.9 0.9 2D － － － 3D 1/2 1/2 1/2 1 － 0.6 0.6 － 1/2 1 1 1/2 1/2 1/2 1 3/4 3/4 3/4 － － － － 0.75 － － － － 0.9 0.9 1 0.8 0.3 0.6 0.68 0.68 0.68 0.9 0.9 1 0.8 1.05 0.6 0.68 0.68 0.68 － － － － 3/4 － － － 3/4 1 1 1/2 1/2 3/4, 1/2 1/2 3/4 3/4 3/4 伝 送 路 BS BS BS 地上, BS BS BS BS BS BS CS CS CS CS 3.4.2.5 実装難易 送出設備および受信機の実装難易について，表 3.9 および表 3.10 の評価基準によってメ ーカーへのアンケートを実施した．送出設備について 8 社，受信機について 6 社から回答 を得た． 表 3.9 送出設備の評価基準 評価 説明 ◎ 現状の設備・運用でサービス可能． ○ 現状の設備・運用に手を入れる必要があるが，改修程度ですむ． △ 大幅な設備更新・追加で対応する必要がある． 53 表 3.10 評価 ◎ ○ △ × 受信機の評価基準 説明 現状製品の受信機実装で対応可能． 現状製品では対応できないが，ハードウェア上は対応可能と想定される．具体的 には，ソフトウエア（ファームウェア）の機能追加により対応可能，あるいは上 記に加えハードウェアの一部変更により対応可能 現状製品ではハード・ソフトともに対応困難． 但し数年後に想定している受信 機性能でリーズナブルに対応可能と判断できる． 数年後に想定している受信機性能で，リーズナブルに対応可能と判断できない． ◎～×への回答数を基に，A（難度が低い）～D（難度が高い）に分類した結果を表 3.11 に示す．大部分の回答が◎の場合を A，大部分の回答が○の場合を B，大部分の回答が○ または△の場合を C，大部分の回答が△または×の場合を D とした．なお，MPEG- 2 FCC は標準化の予定がないため検討から除外した．3DTV 放送方式が同じであっても，2DTV 用の符号化方式の違いによって導入の難易が異なっている． 表 3.11 2DTV 符号化方式 MPEG-2 MPEG-4 AVC 実装難易の評価結果 3DTV 放送方式 (1) MPEG-2 FC (2) MVP (3) MPEG-2 FCC (4) AVC FC (5) MVC (6) AVC FCC (14) Shared: MP2+AVC (15) Dual: MP2+MP2 (16) Dual: MP2+AVC (17) AVC FC (18) MVC (19) AVC FCC 送出設備難度 A D － B D D C C C A D D 受信機難度 A D － B C D C C C B C D 3.4.2.6 総合評価 以上の評価結果を基に，各要求条件に適合し，既存の放送伝送路で伝送可能な方式とし て特に有望と考えられる方式・条件を選定した．まず表 3.8 に基づき，ある要求条件に適 合する方式の中で，伝送可能な解像度が最も高い方式を選定し，同等の性能が期待される 場合は表 3.11 の実装難易の評価や標準化状況を考慮して絞り込んだ．表 3.12 に総合評価 結果を示す． 要求条件 No. 1 および No. 2 に対しては，(1)MPEG-2 FC が BS デジタル放送での伝送 可能性がある． 要求条件 No. 3 および No. 4 に対しては，ハーフ解像度となる(4)AVC FC が地上デジタ ル放送での伝送可能性があり，フル解像度が得られる(5)MVC が BS デジタル放送での伝 54 送可能性がある． 要求条件 No. 8 に対しては，(14) Shared: MP2+AVC が BS デジタル放送での伝送可能 性がある． 要求条件 No. 9 および No. 10 に対しては，(17)AVC-FC が CS デジタル放送での伝送可 能性がある． 要求条件 No. 11 および No. 12 に対しては，(18)MVC が CS デジタル放送での伝送可能 性がある． 要求条件 No.16 に対しては，(18)MVC が CS デジタル放送での伝送可能性がある． 表 3.12 要求条 件 No. 1, 2 3, 4 8 9, 10 11, 12 16 要求条件に適合し，伝送可能な方式（総合評価） 方式 2D － － － － － － － － 3/4 － － － 1 (1)MPEG-2 FC (2)MVP (3)MPEG-2 FCC (4)AVC FC (5)MVC (6)AVC FCC (15)Dual: MP2+MP2 (16)Dual: MP2+AVC (14)Shared: MP2+AVC (17)AVC FC (18)MVC (19)AVC FCC (18)MVC 解像度 3D-L 1/2 1/2 1/2 1/2 1 1 1/2 1/2 3/4 1/2 1 1 1 3D-R 1/2 1/2 1/2 1/2 1 1 1/2 1/2 1/2 1/2 1 1 1 実装難易 送出 受信機 A A D D － － B B D C D D C C D D C C A B D C D D D C ○ 伝送 路 BS ○ ○ 地上 BS ○ ○ ○ BS CS CS ○ CS 総合 3.4.3 基本要求条件に適合する方式 以上より，3DTV 放送の基本要求条件の組み合わせに適合し，既存放送伝送路で伝送可 能性がある方式は，表 3.13 および表 3.14 の通りとなる． 表 3.13 要 求 条 件 2DTV 受信 3DTV 符号化 3DTV 制作 No. 方式 放送伝送路 2DTV 放送を MPEG-2 で行う場合 不要 必要 2DTV と 同じ 2DTV と 同じ 2DTV と異なる方式 － 1, 2 3, 4 MP2 FC AVC FC MVC BS 地上 BS 55 2DTV と共通 独立 － 8 Shared (MP2+AVC) BS 7 5, 6 なし － 表 3.14 2DTV 受信 3DTV 符号化 3DTV 制作 No. 要 求 条 件 2DTV 放送を MPEG-4 AVC で行う場合 不要 必要 2DTV と同じ － 9, 10 AVC FC CS 方式 放送伝送路 2DTV と 同じ 2DTV と異なる方式 11, 12 2DTV と共通 独立 － 16 15 13, 14 MVC CS なし － 3.4.4 放送事業者の意向 基本要求条件の 16 通りの組み合わせに対し，放送事業者の重要度・優先度に関する意 向を調査した．重要度・優先度が特に高い，高い，高くも低くもない，低いの 4 段階で， 7 社からの回答に基づき，A（高い）～E（低い）に分類し，表 3.15 および表 3.16 に示す． 要求条件 No. 1, No. 8, No. 9 が特に重要視されている．すなわち，2DTV 受信が不可であ っても 2DTV と同じ符号化方式を使用できること，一方で，2DTV 用の符号化方式とは異 なる方式により 2DTV 受信が可能となることが重要視されている． 表 3.15 2DTV 放送を MPEG-2 で行う場合の放送事業者の意向 No. 2DTV 受信 基本要求条件 3DTV 符号化方式 2D/3D 制作 重要度・優先度 表 3.16 3DTV 符号化方式 2D/3D 制作 重要度・優先度 3.5 2 不要 3 不要 4 不要 5 必要 6 必要 7 必要 8 必要 MP2 MP2 MP2 +α MP2 +α MP2 MP2 MP2 +α MP2 +α 独立 A 共通 C 独立 E 共通 E 独立 E 共通 E 独立 B 共通 A 15 必要 AVC +β 独立 D 16 必要 AVC +β 共通 C 2DTV 放送を MPEG-4 AVC で行う場合の放送事業者の意向 No. 2DTV 受信 基本要求条件 1 不要 9 不要 AVC 10 不要 AVC 独立 A 共通 C 11 不要 AVC +β 独立 B 12 不要 AVC +β 共通 D 13 必要 AVC 14 必要 AVC 独立 D 共通 D 3DTV 符号化画質の主観評価実験 3.4 節で，基本要求条件に適合し，既存の放送伝送路での伝送可能性があると判断した 3DTV 放送方式について，符号化画質の評価実験によってその実現性や条件を確認した． 2DTV 受信可能な方式は，2DTV のビットストリームを 3DTV と共用し，3DTV 用の追 加情報を同時に伝送するストリーム互換型の方式である．既存の放送伝送路にストリーム 互換型の方式を導入するためには，2DTV 放送のビットレートを低減し，これによって空 56 いた伝送容量を用いて 3DTV 用の追加情報を伝送する必要がある．このため，まず，現行 2DTV 放送のビットレート低減の可能性を確認するための実験を行い，次いで，2DTV 放 送画質を確保できる条件で 3DTV 放送を行う場合の 3DTV 画質を確認するための実験を行 った． 3.5.1 3DTV テスト画像 HDTV ベースの 3DTV の標準動画像は存在しないため，ARIB 3DTV 放送方式検討作業 班委員にテスト画像素材の提供を要請した．その結果，NHK メディアテクノロジー，テ レビ朝日，TBS テレビの 3 社から 3DTV テスト画像素材が提供された．実験に用いる各 10 秒（300 フレーム）のクリップを選定するに当たり，絵柄の重複がなく，様々な絵柄が 含まれること，3DTV テスト画像として適切であること，符号化の難易分布が 2DTV テス ト画像（第 2 章の実験でも使用）と類似することを条件とした． 符号化難易を示す指標として，左眼映像を MPEG-4 AVC で符号化した時（High プロフ ァイル，水平符号化画素数 1920，映像ビットレート約 10.5Mbit/s）の輝度信号 PSNR (Peak-Signal to Noise Ratio)を用いた．提供された映像の中から，符号化が容易でなく比 較的 PSNR が低くなる映像を中心に，各 10 秒，全 35 個のクリップを候補としてまず選 定した．さらに，2DTV テスト画像の PSNR を参考に，35 個のクリップを PSNR の高低 で分類し，最終的に表 3.17 に示す 10 個のテスト画像を選定した．図 3.6 に，各テスト画 像の PSNR 平均値 （フィールド毎の輝度信号 rms 誤差の 10 秒間平均値から算出）を 2DTV テスト画像と比較して示す．選定した 3DTV テスト画像の PSNR の分布が，2DTV テス ト画像の PSNR 分布と似ていることが分かる．付録 6 に 3DTV テスト画像の左眼映像の サムネイルを示す． 表 3.17 3DTV テスト画像（付録 6 参照） 1 名称 木漏れ日～子供 2 樺太マスの川上り 3 踊り・花笠 4 山笠中州流 2 疾走 5 割れる風船 6 桜 7 ビルとキューブ 8 街路の人々 9 紅葉と湖沼 10 棒高跳び 提供 NHK メディアテクノロジー テレビ朝日 TBS テレビ 57 40 PSNR (dB) 35 30 25 20 15 #5 #2 #4 #1 #3 #6 #8 #9 #10 #7 3DTVテスト画像 図 3.6 #6 #10 #4 #3 #5 #9 #2 #1 #8 #7 2DTVテスト画像 テスト画像の符号化難易（輝度信号 PSNR） 3.5.2 2DTV 符号化画質評価実験 現行 2DTV 放送のビットレート低減の可能性を調べるために，2DTV 符号化画質の評価 実験を行った．ビットレート低減の手段としては，符号化画素数の削減および MPEG-2 でフレームピクチャとフィールドピクチャを適応的に選択する方法（Frame/field 適応ピ クチャ）[1]を試みた．本実験で求めた所要ビットレートを，ストリーム互換型の 3DTV 放 送方式における左眼映像あるいはベース映像に適用し，所定の伝送容量の中で余った容量 を，右眼映像あるいは追加情報に割り当てる． 3.5.2.1 実験計画 (1) テスト画像 テスト画像には，デジタル放送方式の検討で用いられてきた ITE ハイビジョン･システ ム評価用標準動画像（第 2 章 2.7.2 参照）および 3.5.1 節で選定した 3DTV テスト画像の 左眼映像を使用した．デジタル放送の所要ビットレートが ITE ハイビジョン･システム評 価用標準動画像を用いて導出されていることから，このテスト画像を用いて画質の主観評 価実験を行い， 客観的な符号化劣化量(PSNR)については， 両テスト画像について測定した． (2) 符号化・復号化 実験系統を図 3.7 に，符号化条件を表 3.18～表 3.20 に示す．映像の符号化・復号化に は，MPEG-2 および MPEG-4 AVC の放送用コーデックを用いた．表 3.20 に水平符号化画 素数とビットレートの設定を示す．BS デジタル放送，地上デジタル放送，狭帯域 CS デジ タル放送をそれぞれ想定した符号化条件のほか，ビットレート低減の可能性を確認するた めの条件を設定した．ビットレートを低減する場合の条件としては，水平符号化画素数 1920 のままの場合，水平符号化画素数を 1440 に削減する場合，MPEG-2 Frame/field 適 応ピクチャを用いる場合について評価した． 58 HD-SDI MP2 Disk ENC Recorder HD-SDI SDI to HDMI MP2 DEC Bit-rate, H-samples Pic-structure AVC ENC PDP HDMI PDP Switch AVC DEC Bit-rate, H-samples Reference 図 3.7 表 3.18 フォーマット 映像 テスト画像 MPEG-2 符号化 MPEG-4 AVC 符号化実験条件 1920×1080/59.94/I, 8 bit, 4:2:2 (Rec. ITU-R BT.709) ITE ハイビジョン標準動画像（15 秒×10 種，表 3.19 参照） 主観評価および PSNR 測定に使用 3DTV テスト画像の左眼映像（10 秒×10 種，表 3.17 参照） PSNR 測定に使用 NEC VC-5350, VD-7350 コーデック Main (8 bit, 4:2:0) プロファイル Frame-picture ピクチャ構造 Frame/field-picture 符号化画素数 1920, 1440 ビットレート GOP コーデック プロファイル 8～20Mbit/s（表 3.20 参照） GOP=15 フレーム, GOP 構造=IBBP NEC VC-7300, VD-7350 High (8 bit, 4:2:0) 符号化画素数 1920, 1440 ビットレート GOP 10, 13Mbit/s（表 3.20 参照） GOP=15 フレーム, GOP 構造=IBBP 表 3.19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 実験系統 2DTV テスト画像（付録 2 参照） European Market Harbor Scene Whale Show Opening Ceremony Soccer Action Green Leaves Japanese Room Crowded Crosswalk Bronze with credits Chromakey (Sprinkling) 59 表 3.20 符号化方式 MPEG-2 Frame ピクチャ MPEG-2 Frame/field ピクチャ MPEG-4 AVC 水平符号化画素数とビットレートの設定 略称 FR FR/fi AVC 画素数 1920 1440 1920 1440 1920 1440 ビットレート(Mbit/s) 8 11 11 9 10 13 15 15 15 20 13 (3) 主観評価 主観画質評価実験の条件を表 3.21 に示す．第 2 章 2.7.2 節や 2.7.3 節の評価実験と同様 に，専門家を評価者として，二重刺激劣化尺度(DSIS)法を用いた． 表 3.21 評価方法 提示順序 観視条件 評価者 ディスプレイ 視距離 実施日 実施場所 画質評価実験条件 二重刺激劣化尺度(DSIS)法 5 段階劣化尺度（表 3.22 参照）, 小数点付（1.0～5.0 の連続尺度） 符号化条件毎にまとめて 10 個のテスト画像を提示 評価者グループ毎に符号化条件の提示順序を変更 Rec. ITU-R BT.500, BT.710 専門家 24 人 50-inch PDP (1920x1080) 画面高の 3 倍(3H) 2012 年 11 月 27 日 NHK 放送技術研究所 表 3.22 評点 5 4 3 2 1 5 段階劣化尺度 評価語 劣化が分からない 劣化が分かるが気にならない 劣化が気になるが邪魔にならない 劣化が邪魔になる 劣化が非常に邪魔になる 3.5.2.2 評価結果 (1) 評価者のスクリーニング 符号化条件（11 条件）とテスト画像（10 個）の組み合わせ（110）に対する評価結果に 基づき，24 名の評価者の評点の平均値と各評価者の評点の Pearson 相関を求めた結果を 図 3.8 に示す．相関 0.6 を下回る評価者 1 名をこの後の集計から除外した． 60 1.0 0.9 0.8 Correlation 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Subjects 図 3.8 24 名の平均値と各評価者評点の相関（降順で記載） (2) 主観評価結果 符号化条件とテスト画像毎の平均評点(MOS: Mean Opinion Score)と 95%信頼区間を 図 3.9 に示す．また，MPEG-2 で水平符号化画素数 1920 の場合，同じく水平符号化画素 数 1440 の場合，MPEG-4 AVC の場合に分けて，評価結果を図 3.10～図 3.12 に示す． 図 3.9 符号化条件とテスト画像毎の平均評点と 95%信頼区間 各符号化条件における 10 個のテスト画像の MOS 平均値，MOS 4.0，3.5，3.0 を基準 としたテスト画像の数を表 3.23 に示す．すべてのテスト画像で MOS 3.5 以上を満足した の は ， [FR-1920-20M] ， [FR-1920-15M] ， [FR-1440-15M] ， [FR/fi-1920-15M] ， [AVC-1920-13M]，[AVC-1440-10M]であった．このうち，[FR-1920-20M]は全てのテスト 画像で MOS 4.0 以上を満足し，[AVC-1920-13M]は 1 つのテスト画像を除いて MOS 4.0 以上を満足した． 61 表 3.23 平均評点とテスト画像の数 MOS 平均値 [FR-1920-20M] 4.3 [AVC-1920-13M] 4.3 [AVC-1440-10M] 4.1 [FR-1440-15M] 4.0 [FR-1920-15M] 3.8 [FR/fi-1920-15M] 3.9 [FR/fi-1920-13M] 3.7 [FR/fi-1440-11M] 3.5 [FR/fi-1920-11M] 3.5 [FR/fi-1440-9M] 3.2 [FR/fi-1440-8M] 2.8 * [方式-画素数-ビットレート] 方式･符号化条件* 5.0 4.0 以上 10 9 7 4 3 5 3 2 2 1 0 FRAME/fi eld Adaptive 4.5 テスト画像の数(母数=10) 3.5 以上 3.5 未満 3.0 以下 10 0 0 10 0 0 10 0 0 10 0 0 10 0 0 8 2 0 7 3 1 5 5 1 4 6 1 4 6 4 1 9 6 FRAME Harbor Scene 4.0 Whale Show MOS 3.5 Opening Ceremony 3.0 Soccer Action 2.5 Green Leaves 2.0 Japanese Room 1.5 Crowded Crosswalk 1.0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Bitrate (Mbit/s) 図 3.10 5.0 Bronze with credits Chromakey (Sprinkling) MPEG-2, 水平符号化画素数 1920 の場合の評価結果 FRAME/fi eld Adaptive 4.5 FRAME European Market Harbor Scene 4.0 Whale Show 3.5 MOS European Market Opening Ceremony 3.0 Soccer Action 2.5 Green Leaves 2.0 Japanese Room 1.5 Crowded Crosswalk 1.0 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Bitrate (Mbit/s) 図 3.11 Bronze with credits Chromakey (Sprinkling) MPEG-2, 水平符号化画素数 1440 の場合の評価結果 62 5.0 1920 1440 4.5 European Market Harbor Scene 4.0 Whale Show MOS 3.5 Opening Ceremony 3.0 Soccer Action 2.5 Green Leaves 2.0 Japanese Room 1.5 Crowded Crosswalk 1.0 8 9 10 11 12 13 14 15 Bitrate (Mbit/s) 図 3.12 Bronze with credits Chromakey (Sprinkling) MPEG-4 AVC の評価結果 3.5.2.3 主観評価結果に対する考察 (1) 現行放送の画質 BS デ ジ タ ル 放 送 を 想 定 し た MPEG-2 Frame ピ ク チ ャ ， 1920 画 素 ， 20Mbit/s [FR-1920-20M]，地上デジタル放送を想定した MPEG-2 Frame ピクチャ，1440 画素， 15Mbit/s [FR-1440-15M]， 狭帯域 CS デジタル放送を想定した MPEG-4 AVC，1920 画素， 13Mbit/s [AVC-1920-13M]は，いずれもすべてのテスト画像で許容限（平均評点 3.5 以上） を満足し，放送画質として適当であることが確認された． BS デジタル放送を想定した[FR-1920-20M]は，全てのテスト画像で MOS 4.0 以上であ ったのに対して，地上デジタル放送を想定した[FR-1440-15M]は，MOS 4.0 を超えたテス ト画像数が 4 に留まり，BS デジタル放送と比べると画質が低下する． 狭帯域 CS デジタル放送を想定した[AVC-1920-13M]は，テスト画像による優劣はある が全体的に BS デジタル放送を想定した[FR-1920-20M]と同程度の画質であった． (2) MPEG-2 Frame/field 適応ピクチャの効果 実験で設定した Frame/field 適応ピクチャのビットレートでは，現行 BS デジタル放送 相当の画質（Frame ピクチャ，水平符号化画素数 1920，20Mbit/s）あるいは地上デジタ ル放送相当の画質（Frame ピクチャ,水平符号化画素数 1440，15Mbit/s）を得ることはで きなかった．そこで，符号化 PSNR の測定結果に基づいて，Frame/field 適応ピクチャの 効果を推定した． 水平符号化画素数 1920 の場合，MPEG-2 Frame ピクチャで 20Mbit/s[FR-1920-20M] と同じ符号化 PSNR が得られる MPEG-2 Frame/field 適応ピクチャのビットレートを推定 （11M, 13M, 15Mbit/s） した結果を図 3.13 に示す． MPEG-2 Frame/field 適応ピクチャの 3 点 の線形近似直線から[FR-1920-20M]と同じ PSNR が得られるビットレートを求めた．その 結果，テスト画像 10 種の平均値で 18Mbit/s（2DTV テスト画像） ，17.7Mbit/s（3DTV テ 63 スト画像） ，最大値は 19.2Mbit/s（2DTV テスト画像） ，19.0Mbit/s（3DTV テスト画像） と推定された． 同様に，水平符号化画素数 1440 の場合，MPEG-2 Frame ピクチャの 15Mbit/s [FR-1440-15M]と同じ符号化 PSNR が得られる MPEG-2 Frame/field 適応ピクチャのビッ トレートを推定した結果を図 3.14 に示す． MPEG-2 Frame/field ピクチャの 3 点 （8M, 9M, 11Mbit/s）の線形近似直線から[FR-1440-15M]と同じ PSNR が得られるビットレートを求 めた．その結果，テスト画像 10 種の平均値で 13.2Mbit/s（2DTV テスト画像） ，12.9Mbit/s （3DTV テスト画像） ，最大値は 14.3Mbit/s（2DTV テスト画像） ，14.2Mbit/s（3DTV テ スト画像）と推定された． これらの結果から，MPEG-2 Frame/field 適応ピクチャによって，MPEG-2 Frame ピク チ ャ よ り も 所 要 ビ ッ ト レ ー ト を 平 均 約 10%削 減 可 能 と 言 え る ． た だ し ， MPEG-2 Frame/field 適応ピクチャの効果は映像に依存することに留意する必要がある． FRAME FR/fi Adaptive FRAME FR/fi Adaptive 40 40 ●推定値 ●推定値 3D#2 #3 3D#3 #4 #5 30 #6 3D#4 30 3D#5 3D#6 #7 3D#7 #8 3D#8 #9 25 3D#1 #2 Y-PSNR (dB) Y-PSNR (dB) 35 #1 35 3D#9 25 #10 20 3D#10 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 Bitrate (Mbit/s) 12 13 14 15 16 17 18 19 Bitrate (Mbit/s) (a) 2DTV テスト画像 図 3.13 11 (b) 3DTV テスト画像 水平符号化画素数 1920 の場合の MPEG-2 Frame/field 適応ピクチャの所要ビットレート推定 64 20 40 FRAME 40 FRAME FR/fi Adaptive FR/fi Adaptive 35 ●推定値 ●推定値 35 #1 3D#1 #3 #4 30 #5 #6 3D#2 30 3D#3 Y-PSNR (dB) Y-PSNR (dB) #2 3D#4 3D#5 3D#6 25 #7 3D#7 #8 3D#8 #9 25 3D#9 #10 3D#10 20 20 15 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 7 8 9 Bitrate (Mbit/s) 11 12 13 14 15 16 Bitrate (Mbit/s) (a) 2DTV テスト画像 図 3.14 10 (b) 3DTV テスト画像 水平符号化画素数 1440 の場合の MPEG-2 Frame/field 適応ピクチャの所要ビットレート推定 (3) MPEG-2 を用いる 2DTV のビットレート低減の可能性 すべてのテスト画像で画質の許容限を満足しつつ，現行 BS デジタル放送よりもビット レートを低減可能な方式・条件は，[FR-1920-15M]，[FR-1440-15M]，[FR/fi-1920-15M] であった．これら三つの方式・条件は，BS デジタル放送相当の[FR-1920-20M]よりは画 質が低下し，地上デジタル放送相当の画質であるが，画質の許容限は満足している．すな わち，現行 BS デジタル放送よりも画質が低下し，地上デジタル放送相当の画質となるこ とを許容すれば，20Mbit/s から 15Mbit/s にビットレートを低減可能である． 上記の３方式・条件のうち，MPEG-2 Frame ピクチャにおいて，水平符号化画素数が 異なる[FR-1920-15M]と[FR-1440-15M]の比較を図 3.15 に示す．MPEG-2 Frame ピクチ ャの 15Mbit/s においては，水平符号化画素数 1920[FR-1920-15M]よりも，水平符号化画 素数 1440[FR-1440-15M]の方が良い画質が得られる．また，3.5.2.3 節(2)の結果から， MPEG-2 Frame/filed 適応ピクチャを用いれば約 10%のビットレート低減が可能であるこ と か ら ， 水 平 符 号 化 画 素 数 1440 の 場 合 ， ビ ッ ト レ ー ト を 13Mbit/s に 低 減 し た [FR/fi-1440-13M]によって[FR-1440-15M]と同程度の画質が得られると考えられる． 65 5.0 FR-1440-15M 4.5 4.0 3.5 3.0 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 FR-1920-15M 図 3.15 15Mbit/s における水平符号化画素数の比較 （[FR-1920-15M]と[FR-1440-15M]） 上記の３方式・条件のうち，水平符号化画素数 1920 で 15Mbit/s とする場合において， MPEG-2 Frame ピ ク チ ャ [FR-1920-15M] と MPEG-2 Frame/field 適 応 ピ ク チ ャ [FR/fi-1920-15M] の 比 較 を 図 3.16 に 示 す ． こ の 場 合 ， MPEG-2 Frame ピ ク チ ャ [FR-1920-15M]よりも，MPEG-2 Frame/field 適応ピクチャ[FR/fi-1920-15M]の方が良い 画質が得られる． 5.0 FR/fi-1920-15M 4.5 4.0 3.5 3.0 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 FR-1920-15M 図 3.16 15Mbit/s における Frame ピクチャと Frame/field 適応ピクチャの比較 （[FR-1920-15M]と[FR/fi-1920-15M]） 66 (4) MPEG-4 AVC を用いる 2DTV のビットレート低減の可能性 狭 帯 域 CS デ ジ タ ル 放 送 を 想 定 し た MPEG-4 AVC ， 1920 画 素 ， 13Mbit/s [AVC-1920-13M]の水平符号化画素数を 1440 に削減し，ビットレートを 10Mbit/s に低減 した[AVC-1440-10M]は，[AVC-1920-13M]よりは画質が低下するが，すべてのテスト画像 で許容限（平均評点 3.5 以上）を満足し，また，地上デジタル放送相当の[FR-1440-15M] と同程度の画質が得られた． 3.5.2.4 2DTV のビットレートレート低減の条件 以上の結果から，3DTV 放送を既存の 2DTV 放送伝送路の伝送容量の範囲で行おうとす る場合に，放送品質を満足する一定水準の 2DTV 互換画質を確保しつつ 2DTV 放送のビッ トレートを低減可能な条件は，表 3.24 の 4 通りとなる． 表 3.24 2DTV のビットレートレート低減の条件 想定 伝送容量 符号化画素数等 ビットレート 伝送路 (Mbit/s) (Mbit/s) FR-1440 15 MPEG-2 BS 20 FR/fi-1920 15 FR/fi-1440 13 MPEG-4 CS 13 1440 10 AVC 2DTV 符号化 (1) (2) (3) (4) 空容量 (Mbit/s) 5 5 7 3 3.5.3 3DTV 符号化画質評価実験 3DTV 放送方式の候補について，既存放送伝送路での放送を想定した条件における 3DTV 画質の主観評価実験を行った．ストリーム互換型の 3DTV 放送方式については，左 眼映像あるいはベース映像に 2DTV 符号化画質評価実験の結果に基づく符号化条件を適用 し，所定の伝送容量の中で，残りの伝送容量を右眼映像あるいは追加情報に割り当てる場 合の 3DTV 画質を評価した． 3.5.3.1 実験計画 実験系統を図 3.17 に示す． 67 HD-SDI HD-SDI x2 L Disk S-by-S MP2 Recorder R pack ENC Through/SbyS S-by-S Bit-rate, H-samples, Pic-structure AVC ENC (A) Through/SbyS AVC DEC Through/SbyS Bit-rate, H-samples L R S-by-S de-pack MP2 DEC S-by-S Switch Through/SbyS MVC-1/MVC-2/Reference L R L R (A) 図 3.17 Stereo Composer Frame packing LCD HDMI LCD 実験系統 (1) テスト画像 3.5.1 節に示した 3DTV テスト画像を使用した． (2) 符号化・復号化 符号化実験の条件を表 3.25 に示す．MPEG-2 および MPEG-4 AVC については放送用コ ーデックを用いた．MPEG-4 MVC については，ハードウェアコーデックを入手できない ためソフトウェアコーデックを用いた．3DTV 放送方式および符号化条件は，2DTV 符号 化画質評価実験の結果に基づき，表 3.26 に示す通り設定した．画質評価実験のローアンカ ー(low anchor)として，MPEG-2 Frame ピクチャ，1440 画素，15Mbit/s でフレームコン パチブル方式の[MP2FC-1440-15M]を加えた． 68 表 3.25 映像 左右入力映像フ ォーマット テスト画像 MPEG-2 符号化 AVC MVC 3DTV 符号化実験条件 1920×1080/59.94/I, 8 bit, 4:2:2 (Rec. ITU-R BT.709) 3DTV テスト映像（10 秒×10 種，表 3.17 参照） NEC VC-5350, VD-7350 コーデック Main (8 bit, 4:2:0) プロファイル Frame-picture, Frame/field-picture ピクチャ構造 水平符号化画素数 1920, 1440（表 3.26 参照） GOP=15 フレーム, GOP 構造=IBBP GOP ビットレート 13, 15, 20Mbit/s（表 3.26 参照） NEC VC-7300, VD-7350 コーデック High (8 bit, 4:2:0) プロファイル 水平符号化画素数 1920, 1440（表 3.26 参照） GOP=15 フレーム, GOP 構造=IBBP GOP ビットレート 5, 7, 13Mbit/s（表 3.26 参照） NTT-AT MVE100, MVD100 (SDK) コーデック High (8 bit, 4:2:0) プロファイル 水平符号化画素数 1920, 1440（表 3.26 参照） GOP=15 フレーム, GOP 構造=IBBP GOP 13Mbit/s(Base)+7Mbit/s(Depend.), 10Mbit/s(Base)+3Mbit/s(Depend.) ビットレート （表 3.26 参照） 表 3.26 符号化条件 略称 方式 L (Base) R (Sup.) 1 MP2FC-1920-20M MP2 FC ― ― 2 AVCFC-1920-13M AVC FC ― ― 3 Shared-1-20M 4 Shared-2-20M 5 Shared-3-20M Shared (MP2+AVC) Shared (MP2+AVC) Shared (MP2+AVC) MP2-FR1440-15M MP2-FR/fi1920-15M MP2-FR/fi1440-13M AVC1440-5M AVC1440-5M AVC1440-7M 6 MVC-1920-20M MVC (13M) (7M) 7 MVC-1440-13M MVC (10M) (3M) 8 MP2FC-1440-15M MP2 FC ― ― L+R MP2-FR1920-20M AVC1920-13M Total bitrate 20Mbit/s 13Mbit/s ― 20Mbit/s ― 20Mbit/s ― 20Mbit/s MVC1920-20M MVC1440-13M MP2-FR1440-15M 20Mbit/s 13Mbit/s 15Mbit/s (3) 主観評価 主観評価実験の条件を表 3.27 に示す．2DTV の符号化画質評価実験と同じく，専門家を 評価者として，二重刺激劣化尺度(DSIS)法を用いた．3DTV ディスプレイは，民生用 69 HD-3DTV 対応の LCD を用い，評価者は専用ゴーグル（アクティブシャッター式）を着 用して観視した． 表 3.27 評価方法 画質評価実験条件 二重刺激劣化尺度(DSIS)法 5 段階劣化尺度（表 3.28 参照）, 小数点付（1.0～5.0 の連続尺度） 符号化条件毎にまとめて 10 個のテスト画像を提示 評価者グループ毎に符号化条件の提示順序を変更 Rec. ITU-R BT.2021[2], BT.2022[3] 専門家 22 人 民生用 3D-HDTV 対応 46-inch LCD×1 台，54-inch LCD×1 台 専用ゴーグル（アクティブシャッター式）着用 1 台当たり 3 名が評価 画面高の 3 倍(3H) 2013 年 1 月 29 日 NHK 放送技術研究所 提示順序 観視条件 評価者 ディスプレイ 視距離 実施日 実施場所 表 3.28 評点 5 4 3 2 1 5 段階劣化尺度 評価語 劣化が分からない 劣化が分かるが気にならない 劣化が気になるが邪魔にならない 劣化が邪魔になる 劣化が非常に邪魔になる 3.5.3.2 画質評価結果 (1) 評価者のスクリーニング 符号化条件（8 条件）とテスト画像（10 個）の組み合わせ（80）に対する評価結果に基 づき，22 名の評価者の評点の平均値と各評価者の評点の相関を求めた（図 3.18） ．その結 果，相関 0.6 を下回る評価者 4 名をこの後の集計から除外した． 1.0 0.9 0.8 Correlation 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Subjects 図 3.18 2 名の平均値と各評価者評点の相関（降順で記載） 70 (2) 主観評価結果 図 3.19 に符号化条件とテスト画像毎の平均評点(MOS: Mean Opinion Score)と 95%信 頼区間を示す． 図 3.19 平均評点と 95%信頼区間 3.5.3.3 主観評価結果に対する考察 各符号化条件における 10 個のテスト画像の MOS 平均値，MOS 4.0，3.5，3.0 を基準 としたテスト画像の数を表 3.29 に示す．[AVCFC-1920-13M]は狭帯域 CS デジタル放送， [MP2FC-1920-20M]は BS デジタル放送でそれぞれ提供されている 3DTV 放送に相当する． 表 3.29 方式･符号化条件* [MVC-1920-20M] [Shared-3-20M] [Shared-1-20M] [AVCFC-1920-13M] [Shared-2-20M] [MP2FC-1920-20M] [MVC-1440-13M] [MP2FC-1440-15M] * 表 3.26 参照 MOS 平均値 3.9 3.7 3.5 3.5 3.5 3.5 3.3 2.5 平均評点とテスト画像の数 4.0 以上 5 3 1 1 1 1 1 0 テスト画像の数（母数=10） 3.5 以上 3.0 以上 3.0 未満 9 10 0 7 9 1 7 8 2 6 8 2 6 8 2 5 7 3 4 7 3 0 2 8 2.5 未満 0 0 1 0 0 1 0 4 (1) BS デジタル放送を想定した方式 現行 BS デジタル放送を想定した伝送容量 20Mbit/s における， フレームコンパチブル （水 平符号化画素数 1920）[MP2FC-1920-20M]，シェアードキャスト（左目映像を MPEG-2， 71 右目映像を MPEG-4 AVC で符号化） ，MVC（水平符号化画素数 1920，ベース 13Mbit/s， 追加 7Mbit/s） [MVC-1920-20M]の比較を図 3.20 に示す． シェアードキャストの各方式は， テスト画像による優劣はあるが全体的にフレームコンパチブル方式と同程度かやや良い． 特に，フレームコンパチブル方式で低画質であったテスト画像で画質改善が見られる．シ ェアードキャストの方式間で顕著な画質差はないが，全体的には[Shared-3-20M]（左眼： MP2-FR/fi-1440-13M, 右眼：AVC-1440-7M）が他よりもやや良い．[Shared-2-20M]（左 目：MP2-FR/fi-1920-15M, 右目：AVC-1440-5M）は，全体的には[Shared-1-20M]と同程 度であるが，一部のテスト画像（割れる風船）で画質が低下した．[MVC-1920-20M]は， 全体的に[MP2FC-1920-20M]よりも高画質であり，特に，[MP2FC-1920-20M]で低画質で あったテスト画像で顕著な画質改善がある． これらの結果から，フレームコンパチブル方式[MP2FC-1920-20M]と同程度以上の 3DTV 画質を提供でき，かつ，2DTV 受信可能な方式として，左眼映像を地上デジタル放 送と同程度の画質で MPEG-2 符号化し，右眼映像を MPEG-4 AVC で符号化するシェアー ドキャスト方式が推奨される．2DTV 互換画質と 3DTV 画質のどちらを重視するかによっ て，[Shared-1-20M]または[Shared-3-20M]が選択肢となる．ただし，2DTV 受信画質は現 行 BS デジタル放送画質よりも低くなることに留意が必要である． 5.0 Shared-1-20M Shared-3-20M MVC-1920-20M Shared-2-20M 5.0 4.5 4.0 4.0 3.5 3.5 MOS MOS (Other systems) 4.5 MP2FC-1920-20M 3.0 2.5 3.0 Shared-1-20M 2.5 Shared-2-20M 2.0 Shared-3-20M 1.5 MVC-1920-20M 1.0 2.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 MOS (MP2FC-1920-20M) 図 3.20 BS デジタル放送を想定した 3DTV 放送方式の画質比較 (2) CS デジタル放送を想定した方式 現行狭帯域 CS デジタル放送を想定した伝送容量 13Mbit/s におけるフレームコンパチブ ル （ 水 平 符 号 化 画 素 数 1920 ） [AVCFC-1920-13M] と ， 2DTV 放 送 画 質 を 満 足 す る [AVC-1920-13M]と同じトータルビットレートで水平 1440 画素の 3DTV 左右映像を伝送 する[MVC-1440-13M]の比較を図 3.21 に示す．[MVC-1440-13M]は，フレームコンパチブ ル方式の[AVCFC-1920-13M]よりも画質が低下し，使用を推奨できない． 72 5.0 AVCFC-1920-13M 5.0 4.5 4.0 4.0 3.5 MOS MOS (MVC-1440-13M) 4.5 MVC-1440-13M 3.5 3.0 2.5 3.0 2.0 1.5 2.5 1.0 2.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 MOS (AVCFC-1920-13M) 図 3.21 CS デジタル放送を想定した 3DTV 放送方式の画質比較 (3) 地上デジタル放送を想定した方式 評価実験のローアンカーとして使用した MPEG-2 フレームコンパチブル方式で水平符 号化画素数 1440，ビットレート 15Mbit/s の[MP2FC-1440-15M]は，地上デジタル放送の 2DTV 放送環境にフレームコンパチブル方式を導入する場合に相当する．BS デジタル放 送でのフレームコンパチブル方式に相当する[MP2FC-1920-20M]との画質の比較を図 3.22 に示す．[MP2FC-1440-15M]は大部分のテスト画像で MOS 3.0 を下回り，また， [MP2FC-1920-20M]よりも平均 1-grade の画質低下があり，満足な放送画質を得ることが できないため，使用を推奨できない． 5.0 MP2FC-1440-15M 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 MP2FC-1920-20M 図 3.22 MPEG-2 フレームコンパチブル方式の画質比較 一方，CS デジタル放送の MPEG-4 AVC フレームコンパチブル方式[AVCFC-1920-13M] 73 は，地上デジタル放送の伝送容量で伝送可能である．この方式と BS デジタル放送の MPEG-2 フレームコンパチブル方式[MP2FC-1920-20M]の画質の比較を図 3.23 に示す． [AVCFC-1920-13M]は[MP2FC-1920-20M]と同等以上の画質であり，2DTV 受信を必要と しない場合の推奨方式となる． MP2FC-1920-20M 5.0 AVCFC-1920-13M 5.0 4.5 4.0 4.0 3.5 MOS MOS (AVCFC-1920-13M) 4.5 3.5 3.0 2.5 3.0 2.0 1.5 2.5 1.0 2.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 MOS (MP2FC-1920-20M) 図 3.23 3.6 MPEG-2 と MPEG-4 AVC のフレームコンパチブル方式の画質比較 基本要求条件に応じた 3DTV 放送方式の推奨符号化条件 3.5 節に示した 3DTV 符号化画質の評価実験結果より，3.4.3 節に示した基本要求条件に 適合し既存の放送伝送路で伝送可能性のある 3DTV 放送方式の推奨符号化条件は，表 3.30 および表 3.31 の通りとなる．2DTV 放送を MPEG-4 AVC で行う場合については，現在の 狭帯域 CS デジタル放送における 2DTV 放送の伝送容量の中でストリーム互換型の方式を 導入可能な条件は見いだせなかった． 74 表 3.30 要求 条件 2DTV 放送を MPEG-2 で行う場合の 3DTV 放送方式の推奨符号化条件 No. 2DTV 受信 3DTV 符号化 3DTV 制作 2DTV と 同じ 3, 4 2DTV と異なる方式 － AVC FC MVC 符号化 － － － 水平画素数 ビットレート 960 － 960 － 1920 13Mbit/s 符号化 － － － 960 － 20Mbit/s BS 960 － 13Mbit/s 地上 1920 7Mbit/s 20Mbit/s BS 右眼 水平画素数 ビットレート 総ビットレート 想定放送伝送路 表 3.31 2DTV と共通 Shared (MP2+AVC) MPEG-2 MPEG-2 FR FR/fi 1440 1440 15Mbit/s 13Mbit/s MPEG-4 MPEG-4 AVC AVC 1440 1440 5Mbit/s 7Mbit/s 20Mbit/s 20Mbit/s BS 2DTV 放送を MPEG-4 AVC で行う場合の 3DTV 放送方式の推奨符号化条件 No. 2DTV 受信 3DTV 符号化 3DTV 制作 方式 符号化 左眼 水平画素数 ビットレート 符号化 右眼 水平画素数 ビットレート 総ビットレート 想定放送伝送路 要求 条件 3.7 8 必要 不要 MP2 FC 方式 左眼 1, 2 9, 10 不要 2DTV と同じ － AVC FC － 960 － － 960 － 13Mbit/s CS まとめ 現在 2DTV 放送が提供されている放送伝送路に導入可能な 3DTV 放送方式を検討した． 3DTV 放送方式を選定する上で，左右両眼に対応する二つの映像をどのように符号化･伝送 するかが課題であり，要求条件に適合し，かつ，既存の放送伝送路の伝送容量で伝送可能 な方式を明らかにする必要があった． まず，3DTV に適用する映像符号化方式と 2DTV 放送との両立性の観点から，種々の 3DTV 放送方式を分類した．3DTV 放送方式には，2DTV 放送の映像フレームとの互換性 を備え，3DTV 放送を 2DTV 放送信号として伝送するフレーム互換型の方式と，2DTV 放 送信号（ビットストリーム）との互換性を備え，3DTV 放送を構成する放送信号の一部を 75 受信することで 2DTV としての受信・表示が可能なストリーム互換型に大別できる．フレ ーム互換型とストリーム互換型は，さらに複数の方式に分類できる． 放送伝送路や番組の種類･性質等により 3DTV 放送方式に求められる要求条件が異なり， 最適な 3DTV 放送方式も異なる．そこで，3DTV 放送方式の選択に関連する基本要求条件 として，2DTV 受信機での受信・表示の必要性，3DTV 用符号化方式と 2DTV 用符号化方 式の関係，3DTV 番組制作と 2DTV 放送との関係の三つの条件を設定した．基本要求条件 の組合せのそれぞれに対し， 基本要求条件を満足する 3DTV 放送方式を選定した． さらに， 各方式の所要ビットレートを推定し，既存放送伝送路での伝送可能性を検討した． 基本要求条件に適合し，既存の放送伝送路での伝送可能性があると判断した 3DTV 放送 方式について，符号化画質の評価実験によってその実現性を確認した．既存の放送伝送路 に 2DTV としての受信も可能なストリーム互換型の方式を導入するためには，2DTV 放送 のビットレートを低減し，これによって空いた伝送容量を用いて 3DTV 用の追加情報を伝 送する必要がある．このため，まず，現行 2DTV 放送のビットレート低減の可能性とその 条件を主観評価実験によって明らかにし，次いで，2DTV 放送画質を確保できる条件で 3DTV 放送を行う場合の 3DTV 画質を評価し，導入可能な 3DTV 放送方式とその条件を明 らかにした． その結果，BS デジタル放送や CS デジタル放送で既に実施されているフレームコンパチ ブル方式は，3DTV 放送を 2DTV として受信することが不要で，2DTV 放送と同じ符号化 方式を使用することを要求条件とする場合に推奨される方式であることを示した．また， 3DTV 放送を 2DTV として受信することが不要で，2DTV 放送と同じ符号化方式とする必 要がない場合には，MPEG-4 MVC によって，BS デジタル放送で従来よりも高画質な 3DTV 放送を提供可能であることを示した．一方，3DTV 放送を 2DTV 受信機で 2DTV と して受信できることを要求条件とする場合，BS デジタル放送において，左眼映像を MPEG-2 で，右眼映像を MPEG-4 AVC でそれぞれ符号化するシェアードキャスト方式に よって，フレームコンパチブル方式と同程度以上の画質で 3DTV サービス提供が可能とな ることを示した． 要求条件の組合せによっては，推奨方式を見いだすことができなかった．これは，現在 の 2DTV 放送の伝送容量の中で伝送できることを条件としたことに起因する．新たな放送 伝送路や通信伝送路などによって追加伝送容量を確保することができれば，それらの要求 条件に適合する 3DTV 放送方式を選定できる可能性はある． 本検討結果に基づき，フレームコンパチブル方式については，ARIB 標準規格に運用ガ イドラインを追加する改訂を行った[4]．BS デジタル放送でのシェアードキャスト方式や MPEG-4 MVC 方式，地上デジタル放送での MPEG-4 AVC ベースのフレームコンパチブ ル方式については，今後，事業者から導入の要望があれば，標準化が検討される予定であ る． 76 第4章 4.1 新たな放送方式の導入検討への提言 まえがき 第 2 章および第 3 章では，デジタル放送の映像サービスに新たな方式・技術を導入して 高度化しようとする場合の技術的条件の検討に関して，高度化した 2DTV 映像サービスを BS デジタル放送の追加チャンネルに導入する場合，および，3DTV 放送を既存の放送伝 送路に導入しようとする場合について述べた．本章では，今後，さらにデジタル放送の映 像サービスの高度化を図ろうとする場合に考慮すべき課題や検討の方法を述べる． 4.2 放送における映像サービスの高度化 4.2.1 新たな映像サービスの導入形態 白黒テレビから高度衛星デジタル放送に亘る映像サービスの導入事例と特徴を表 4.1 に 示す． 表 4.1 映像サービスの導入事例と特徴 放送伝送路 伝送 映像 受信機 目的 導入方策 新 新 新 新伝送路 同 新 新／旧 移行 後方互換性 － 同 新 新／旧 改善 後方互換性 － 新 新 同 新／STB 追加 新伝送路 衛星デジタル放送 － 追加 新 新 新／STB 移行 同時放送 地上デジタル放送 追加 － 新 同 新／STB 移行 同時放送 － 追加 新 新 新／STB 追加 追加周波数 地上 衛星 方式 方式 新 － 新 カラーテレビ 既存 － クリアビジョン 既存 衛星アナログ放送 白黒テレビ 高度衛星デジタル放送 STB: Set top box カラーテレビジョン放送は，白黒テレビジョンとの後方互換性を確保しつつ，新たな方 式に移行するものであった．後方互換性を備えた方式であったため，従来方式から新方式 に移行するための期間を設定する必要が無く，放送事業者の一存で新方式に切り替えるこ とが可能であった．そして，新方式に対応した受信機が家庭に普及することで，新方式へ の移行が進んだ．同様に，クリアビジョンや EDTV (Extended Definition Television)と呼 ばれる NTSC カラーテレビジョンの画質を改善する放送も，カラーテレビジョンとの後方 互換性を備えた方式であった． 衛星アナログ放送は，放送伝送路が従来の地上放送伝送路とは異なり，また，伝送方式 （変調方式）も，衛星伝送路の特性に適した方式が採用され，地上放送との後方互換性は なかった．ただし，復調後の映像信号は，従来の地上カラーテレビジョン放送と互換性が 77 あり，視聴者は，衛星放送受信チューナー(STB: Set top box)を用意することで，従来の受 像機を用いて衛星放送を視聴することができた．また，従来の地上アナログ放送も継続し て提供された． デジタルテレビジョン放送は，伝送方式自体が従来のアナログ放送とは異なり，アナロ グテレビ受信機では受信することができない．さらに，信号のデジタル化と圧縮符号化技 術により，アナログテレビよりも高精細化した HDTV 放送が導入された．そのため，視聴 者はデジタル放送に対応した受信機やチューナーを用意する必要があった．衛星デジタル 放送も地上デジタル放送も，従来のアナログ放送をデジタル放送に置き換え，周波数の有 効利用やサービスの高度化を図ることが目的であった．そのため，アナログ放送とデジタ ル放送を一定期間に亘って同時に放送し，デジタル放送対応受信機の普及を促した．地上 デジタル放送の場合，アナログ放送とデジタル放送を同時に提供するために，全国で多く のチャンネルが必要であり，周波数帯の移行も伴う大事業であった． このように，新たな放送サービスの導入には，それまでのサービスを新たなサービスで 置き換える場合と，既存のサービスを継続しつつモアサービスとして追加する場合がある． 伝送路についても，第 2 章で述べたような新たな伝送路（チャンネル）を使用する場合と， 第 3 章で述べたような既存の放送伝送路を使用する場合がある．新たな伝送路を使用する 場合，従来方式の放送は継続されるため，視聴者は，従来放送の視聴を継続することがで きる．この場合，将来，新方式によるサービスに移行する可能性が無いわけではないが， 導入段階においてはモアサービスと位置付けられるため，後方互換性を重要視せずに自由 度の高い方式検討が可能である．一方，既存の放送伝送路を使用する場合，従来方式の放 送を継続するのか新方式の放送に移行するのか，言い換えれば，従来方式の受信機しか持 たない視聴者が新方式の放送を視聴できることを要件とするかどうかが，方式検討の重要 な前提条件となる． 前述のように，BS デジタル放送も地上デジタル放送も，アナログ放送からの移行に当 たっては，一定期間の移行期間を設けて，アナログ放送とデジタル放送の同時放送を行う ことによって，円滑に移行することができた．これは，アナログ放送の時代には使用され ていなかった空き周波数帯が存在したために，この空き周波数を活用することができたか ら成し得たたことである．しかし，デジタル放送への移行後は，アナログ放送を行ってい た周波数を，新たなデジタル放送や携帯電話など他の無線業務で使用することとなり，今 後，空き周波数帯を見いだすことは極めて困難となった．このような周波数利用状況の中 で，いかに放送に新技術を導入して高度化していくかは，極めて重要な課題である． 4.2.2 検討方法の提案 デジタル放送における映像サービスの高度化を検討するにあたり，以下の手順・手法を とることを提案する． 78 4.2.2.1 要求条件の設定 放送サービスの現状を踏まえ，高度化（改善）すべき事項と目標とする導入時期を明確 化する．また，高度化した新たなサービスが，従来方式の置き換えを目的とするものなの か，モアサービスの提供を目的とするものかを設定する．さらに，従来方式の受信機しか 持たない視聴者が新方式の放送を視聴できることを要件とするかどうかを設定する．これ らの前提条件に加えて，方式の選定に関係する要求条件を明確化する． 4.2.2.2 要求条件に適合する技術方式の検討 要求条件を基に，高度化の目的に合致し，要求条件を満足する映像フォーマットの映像 パラメータを検討し，選定する．映像符号化方式については，最新の国際標準規格を参照 し，映像フォーマットに適用可能な条件を検討し，選定する． 4.2.2.3 実現性の検討 選定した映像フォーマットと映像符号化方式を目標導入時期に実現可能かどうかを，関 連技術動向の調査や予測に基づいて検討する．実現が危ぶまれる場合には，実現するため の課題も含めて検討する．さらに，後方互換性を確保した段階的な実現の可能性について も検討することにより，技術の陳腐化を避けることが可能となる． 4.2.2.4 主観評価実験による実証 選定した映像フォーマットと映像符号化方式に基づき，符号化画質の主観評価実験によ って，目標とする放送品質を得るための所要ビットレートを明らかにする．複数の候補方 式・条件がある場合は，方式・条件の優劣を評価実験で明らかにすることにより，方式を 絞り込む．そして，高度化したサービスを導入しようとする放送伝送路の伝送容量の中で 導入可能な方式・条件を明確化する． 4.2.3 映像サービスの高度化技術の考慮事項 デジタル放送において，HDTV を基本とする映像サービスが広く提供されていることか ら，今後の映像サービスの高度化の方向としては，2DTV 放送の映像パラメータや符号化 方式の見直し，二眼式 3DTV 放送の導入，さらに，多眼式 3DTV 放送の導入が考えられる． 二次元動画像の空間解像度，時間解像度，階調，色の各映像パラメータに関する心理物 理的研究の概要を付録 7 に示す．第 2 章で述べた 2DTV 映像サービスの高度化の検討では， 空間解像度の増大と広色域化は取り入れられたが，検討時点において 60 Hz を超えるフレ ーム周波数の映像フォーマットは研究途上にあり，時間解像度の向上が残された課題であ った．その後，当該研究成果に基づき，フレーム周波数を従来の 2 倍の 120 Hz とする超 高精細度テレビの映像フォーマットが標準化された[1][2][3]（付録 8 参照） ．そして，フレ ーム周波数 120 Hz に対応する超高精細度テレビカメラやディスプレイが開発されつつあ 79 り[4]，時間解像度も改善した映像フォーマットをデジタル放送に導入するための環境は整 いつつある． 映像符号化方式については，目標導入時期に実用可能な最新の方式を採用する必要があ る．特に，超高精細度映像のような極めてデータ量の多い映像を放送伝送路で提供するた めには，高効率な圧縮符号化技術が不可欠である．MPEG-4 AVC の 2 倍の符号化効率を 持つと言われている ITU-T H.265|MPEG-H HEVC (High Efficiency Video Coding)[5]が 2013 年 4 月に国際規格化された．本映像符号化方式は，超高精細度テレビの映像フォー マットにも対応しており，スーパーハイビジョン用の符号化装置の試作も行われている[6]． 二眼視差方式 3DTV の放送方式については，第 3 章で述べた種々の方式のほか，左右映 像をそれぞれ 2DTV 符号化するシェアードキャスト方式においては，前述の HEVC など のより高効率な新たな映像符号化方式を片眼映像に適用する方式も 3DTV 放送方式の候補 となる．そのほか，3DTV 映像を構成する複数映像を効率よく圧縮する方式の標準化が MPEG で検討されており，2DTV 放送との後方互換性を必要としない要件の場合には候補 となる．また，放送と通信を連携させた新たなサービス形態においては，通信伝送路を追 加伝送路として利用することによって，第 3 章の検討では適合する方式を示し得なかった 要求条件に対しても 3DTV 放送を提供可能となる可能性がある．さらには，二眼立体方式 から多視点立体方式への展開も視野に入ってくる． 4.3 まとめ これまでの放送の発展・高度化の歴史を踏まえ，また，第 2 章および第 3 章で述べた成 果に基づき，今後，さらにデジタル放送の映像サービスの高度化を図ろうとする場合に考 慮すべき課題や検討の方法を述べた． 今後さらにデジタル放送の映像サービスを高度化しようとする際には，新たな放送サー ビスが既存サービスからの移行を目的とするのか追加サービスなのか，導入しようとする 伝送路は既存の放送伝送路なのか追加チャンネルなのか，さらには，既存の放送受信機で も視聴可能な後方互換性の要否が重要な前提条件となる．そして，これらの前提条件に基 づき，方式選定に影響する要求条件の設定，要求条件に適合する技術方式の検討，技術方 式の実現性の検討，主観評価実験による実証，の各ステップで順次検討する必要がある． 今後，映像サービスの高度化を検討する場合，2DTV 放送については，超高精細度・広 色域に加えて高フレーム周波数化した映像フォーマットと，最新の映像符号化方式の採用 を考慮する必要がある．一方，3DTV 放送については，3DTV 用の新たな符号化方式や通 信伝送路を活用した方式の可能性がある． 80 第5章 結論 本論文では，デジタル放送における映像サービスの高度化のための映像フォーマット， 映像符号化方式，所要ビットレート等のシステム設計を行うことを目的に，現在の HDTV 放送に比べてより高精細･高臨場感を提供可能な 2DTV 放送および 3DTV を導入するため の技術的条件を明らかにした． 本研究の概要を以下にまとめる． 第 1 章では本研究の背景と目的と述べ，本研究の位置付けを示した．本研究は，放送方 式の標準化の基礎となるものである． 第 2 章では衛星デジタル放送の方式に新たな技術を活用することによって 2DTV 映像サ ービスを高度化するための技術的条件を示した．HDTV 放送を基本とする現在の衛星デジ タル放送を踏まえ，HDTV 以上の高画質・高臨場感サービスを実現できることを要求条件 とした．この要求条件に対し，HDTV デジタル放送と比べてより高精細な映像フォーマッ トで，HDTV 放送の表色系との互換性を備えつつ広色域映像を放送可能な方式を提案し， 高度化に相応しい方式であるとして採用された．そして，検討時点の最新の映像符号化方 式であった MPEG-4 AVC を高精細な映像フォーマットに適用するための条件を示すと共 に，符号化画質の主観評価実験によって映像フォーマットごとの所要ビットレートを明ら かにし，高度衛星デジタル放送のサービス提供例を示した．これらの成果は，情報通信審 議会答申や国の技術基準，ARIB 標準規格に反映されている． 第 3 章では 3DTV 映像サービスの要求条件に応じた放送方式を選定し，3DTV 映像の符 号化画質の主観評価実験によって，現在 2DTV 放送が提供されている既存の放送伝送路へ の導入の可能性およびその技術的条件を示した．3DTV の左右両眼に対応する二つの映像 をどのように符号化･伝送するかという課題に対し，3DTV 放送方式の選択に関連する基本 要求条件として，2DTV 受信機での受信要否，3DTV 用符号化方式，3DTV 制作の三つの 観点から基本要求条件を設定した．これらの基本要求条件を満足する 3DTV 放送方式を選 定し，選定した各方式の所要伝送ビットレートを推定して既存放送伝送路での伝送可能性 を検討した．さらに，符号化画質の評価実験によって，導入可能な 3DTV 放送方式とその 条件を明らかにした． 第 4 章ではデジタル放送の映像サービスを高度化しようとする際に考慮すべき事項や検 討の方法を述べた． 新たな放送サービスの位置付けや導入しようとする伝送路， さらには， 視聴者への考慮が重要な前提条件となることを指摘し，要求条件の設定，要求条件に適合 する技術方式の検討，実現性の検討の各ステップにおける考慮事項を示した．本研究の手 法が，新たな放送方式の検討においても活用されることが期待される． 本論文における 2DTV 放送の高度化の研究は，MPEG-2 映像符号化を用いた HDTV 放 送が BS デジタル放送および地上デジタル放送で始まり，MPEG-2 映像符号化方式の次世 代の映像符号化方式である MPEG-4 AVC 規格が策定されて間もない時期に行ったもので 81 ある．その後，MPEG-4 AVC の次世代の映像符号化方式である MPEG-H HEVC 規格が 策定され，また，超高精細度テレビジョンの映像フォーマットが ITU-R で勧告され，これ ら最新の国際規格に基づく放送の高度化の検討が始まろうとしている．この高度化の検討 では， 高精細度化と広色域化に加えフレーム周波数を高くした映像フォーマットと， HEVC 映像符号化方式の採用が期待される． 一方，3DTV 放送については，3DTV に対応する受像機が増えてはいるが，現在のフレ ーム互換型の方式では，2DTV 受信機では通常の 2DTV として表示できない問題があるほ か，二眼式立体テレビの方式に起因する視覚的な疲労や眼鏡を装着する必要があるなどの 問題もあり，普及しているとは言い難い状況にある．しかし，本研究で明らかとなった技 術的条件により，2DTV 受信機では通常の 2DTV として表示可能な方式の導入が期待され る．また，眼鏡を装着する必要のない 3DTV 方式の研究開発も進んでおり，将来の放送の 実現が期待される． 82 謝辞 本論文の作成にあたり，ご指導，ご鞭撻を賜りました電気通信大学大学院情報システム 学研究科 阪口豊教授，末廣尚士教授，岩舘祐一客員教授に深く感謝いたします．また，電 気通信大学大学院情報システム学研究科 森田啓義教授，野嶋琢也准教授からは，数々の有 益なご助言ならびにご示唆をいただきました．ここに，心から感謝いたします． 本論文は，筆者が日本放送協会放送技術研究所に在勤中，電波産業会(ARIB)デジタル放 送システム開発部会映像符号化方式作業班および 3DTV 放送方式検討作業班において，作 業班主任としてとりまとめた研究成果を土台としてまとめたものです．前開発部会委員長 （現愛媛大学教授）藤田欣裕氏，現開発部会委員長 黒田徹氏，両作業班委員の皆さま， ARIB 事務局の皆さまに厚く感謝いたします． マルチフォーマットテスト画像を用いた映像符号化画質の主観評価実験には，NHK 放 送技術研究所 井口和久氏および松尾康孝氏に多大の協力をいただきました．3DTV 符号化 画質の評価実験には，株式会社 NHK メディアテクノロジー 西田泰章氏，日本電気株式会 社 大島勝也氏に多大の協力をいただきました．ここに厚く感謝いたします． NHK 放送技術研究所 正岡顕一郎氏には，広色域表色系を始めとする研究を進める上で 有益なご教示，ご討論をいただくととともに，3DTV に関する実験を実施する上でも多大 な協力をいただきました．ここに厚く感謝いたします． 以上の方々をはじめとして，日頃より筆者を支えて下さった日本放送協会放送技術研究 所の方々ならびに関係各位に心から感謝申し上げます． 83 84 付録 付録 1 負 RGB 方式による広色域信号の信号処理 （本文 2.5.3.2 節関連） 図 A1.1 に，広色域映像信号を負 RGB 方式に基づいて送信，受信，表示するための信号 処理の流れを示す． 広色域映像信号 RSGSBS 原色変換 リニアマトリクス 現行テレビ信号 RGB（負値や 1 を超える値を許容） Y′C′BC′R 信号への変換 現行テレビ信号 Y′C′BC′R 配信 現行テレビ信号 Y′C′BC′R RGB 信号への変換. 現行テレビ信号 RGB（負値や 1 を超える値を許容） 三原色変換 リニアマトリクス ディスプレイの映像信号 RDGDBD （負値や 1 を超える値を許容） 調整（マッピング） （負値や 1 を超える値を 0～1 の範囲に調整） ディスプレイ映像信号 RDGDBD （0～1 の範囲の値） （注）リニアマトリクス前後の非線形変換は図示していない． 図 A1.1 広色域映像を現行テレビ互換信号として伝送するための信号処理の流れ 85 (1) 広色域映像信号 広色域映像の基準白色および基準三原色が，表 A1.1 のように，CIE xy 色度座標系の三 原色値 RsGsBs で表わされるものとする． 表 A1.1 広色域映像信号の基準白色と RGB 三原色 Chromaticity coordinates x y (CIE, 1931) xSW ySW zSW = 1− (xSW+ySW) Red xSR ySR zSR = 1− (xSR+ySR) Green xSG ySG zSG = 1− (xSG+ySG) Blue xSB ySB zSB = 1− (xSB+ySB) Reference white Primaries z 広色域映像の RGB 三原色の正規化ファクタ CSR, CSG , CSB は式(1)で定義される． C SR x SR C = y SG SR C SB z SR x SG y SG z SG x SB y SB z SB −1 x SW / y SW 1 z SW / y SW (1) 正規化原色マトリクス(NPM: Normalized Primary Matrix) NPMS は式(2)で定義され る． x SR NPM S = y SR z SR x SG y SG z SG x SB C SR y SB 0 z SB 0 0 C SG 0 0 0 C SB (2) (2) 放送信号 現行 HDTV の基準白色および基準三原色は表 A1.2 に示す通りである． 表 A1.2 HDTV の基準白色と RGB 三原色 Chromaticity coordinates x y (CIE, 1931) Reference white (D65) Primaries 0.3127 0.3290 Red 0.640 0.330 Green 0.300 0.600 Blue 0.150 0.060 正規化マトリクス NPMHDTV およびその逆マトリクスはぞれぞれ式(3)および式(4)の通 りである． 86 NPM HDTV NPM HDTV 0.4124 0.3576 0.1805 = 0.2126 0.7152 0.0722 0.0193 0.1192 0.9505 −1 (3) 3.2410 − 1.5374 − 0.4986 = − 0.9692 1.8760 0.0416 0.0556 − 0.2040 1.0570 (4) (3) RGB 三原色の変換 広色域映像システムの規定に従って線形 RGB 値に変換し， 広色域映像の RsGsBs 値は， 式(5)により HDTV 表色系の RGB 値に変換する．得られた RGB 値には，負値や 1 を超え る値が含まれ得るが，そのまま維持する． RS R −1 G = NPM HDTV ⋅ NPM S GS BS B HDTV (5) (4) 非線形変換 線形 RGB 値は，式(6)～(14)により，非線形 R′G′B′ 値に変換する． If R, G , B ≥ β , R' = αR 0.45 − α + 1 G ' = αG 0.45 − α + 1 B' = αB 0.45 − α + 1 If − β < R, G , B < β , (6) R ' = 4 .5 R G ' = 4.5G B' = 4.5 B If R, G , B ≤ − β , (9) (7) (8) (10) (11) R' = −α (− R) 0.45 + α − 1 (12) G ' = −α (−G ) + α −1 (13) + α − 1, (14) B ' = −α (− B ) 0.45 0.45 ここで，α および β は式(15)の連立方程式の解であり， α = 1.09929682680944 ..., β = 0.018053968510807 ... である．映像信号ビット数が 11 bit 以下であれば，α = 1.099 , β = 0.018 を用いて差し支 えない． 87 4.5β = αβ 0.45 − α + 1 4.5 = 0.45αβ −0.55 (15) (5) 輝度・色差信号 非線形 R′G′B′ 信号を，式(16)により輝度・色差信号 Y′C′BC′R に変換する． 0.2126 0.7152 0.0722 R' Y' G ' (16) C ' = − 0.2126 / 1.8556 − 0.7152 / 1.8556 0.5000 B C ' R HDTV − 0.7152 / 1.5748 − 0.0722 / 1.5748 B' 0.5000 (6) 輝度・色差信号の量子化 輝度・色差信号 Y′C′BC′R を式(17)～(19)により量子化する． [ DY′ = INT (219 Y '+16 ) ⋅ 2 n −8 ] (17) [ ] (18) [ ] (19) ′ = INT (224 C ' B +128) ⋅ 2 n −8 DCB ′ = INT (224 C ' R +128) ⋅ 2 n −8 DCR ここで，n は Y′C′BC′R 信号のビット数，INT[]は最近接整数を与える関数であり，Y′C′BC′R 信号値は，2n–8 −1 から 254 × 2n–8 の範囲に制限される． この量子化後の Y′C′BC′R 信号は，通常の HDTV 信号と同様に扱うことができる． (7) ディスプレイ側の処理 広色域映像から生成された量子化 Y′C′BC′R 信号をディスプレイに入力する場合，式（20） ～(35)に示す一連の処理を行う．これらは，上述の処理の逆の処理に相当する． ・逆量子化 D' Y ' = n −Y8 − 16 / 219 2 (20) D′ C ' B = nCB − 128 / 224 −8 2 (21) D′ C ' R = nCR − 128 / 224 −8 2 (22) 88 ・非線形 R′G′B′への変換 0.0000 1.5748 R' 1.0000 Y ' G ' = 1.0000 − 0.0722 × 1.8556 / 0.7152 − 0.2126 × 1.5748 / 0.7152 C ' B B' HDTV 1.0000 C ' R 1.8556 0.0000 (23) ・線形 RGB への変換 If R ' , G ' , B ' ≥ 4.5β , 1 R'+α − 1 0.45 R= α (24) 1 G '+α − 1 0.45 G= α (25) 1 B'+α − 1 0.45 B= α (26) If − 4.5β < R ' , G ' , B ' < 4.5β , R = R' / 4.5 (27) G = G ' / 4.5 B = B' / 4.5 If R ' , G ' , B ' ≤ −4.5β , (28) (29) 1 R'−α + 1 0.45 R = − −α (30) 1 G '−α + 1 0.45 G = − −α (31) 1 B'−α + 1 0.45 B = − −α (32) ・ディスプレイの RGB 三原色への変換 最後に，RGB 値をディスプレイの三原色 RDGDBD に変換する．ディスプレイの基準白 色と基準三原色を表 A1.3 のように表わす． 89 表 A1.3 ディスプレイの基準白色と RGB 三原色 Chromaticity coordinates (CIE, 1931) Reference white Red Primaries Green Blue x y z xDW xDR xDG xDB yDW yDR yDG yDB zDW = 1− (xDW+yDW) zDR = 1− (xSR+yDR) zDG = 1− (xSG+yDG) zDB = 1− (xDB+yDB) 式(1)，(2)と同様に，正規化ファクタ CDR, CDG, CDB および正規化マトリクス NPMD は， ぞれぞれ式(33)，(34)で表わされる． C DR x DR C DG = y DR C DB z DR x DR NPM D = y DR z DR x DG y DG z DG x DG y DG z DG x DB y DB z DB −1 x DW / y DW 1 z DW / y DW x DB C DR y DB 0 z DB 0 0 C DG 0 (33) 0 0 C DB (34) ディスプレイの RGB 値は，式(35)により得られる， RD R −1 G = NPM ⋅ NPM HDTV G D D BD B HDTV (35) ディスプレイで再現可能な色域は，ディスプレイの三原色で制限される．すなわち， RDGDBD の値が負または 1 を超える値はディスプレイでは再現できない．このような場合 は，何らかの調整（マッピング）が必要となる． 90 付録 2 HDTV テスト画像 （本文 2.7.2 節関連） (1) European Market (2) Harbor Scene (3) Whale Show (4) Opening Ceremony (5) Soccer Action (6) Green Leaves (7) Japanese Room (8) Crowded Crosswalk 91 (9) Bronze with credits (10) Chromakey (Sprinkling) 92 付録 3 マルチフォーマットテスト画像 （本文 2.7.3 節関連） (1) Whale (2) Intersection (3) Aerial (4) Horse Race (5) Singing Children (6) Portable Shrines (7) Sunflowers (8) Times Square 93 (9) Crowd Run (10) Park Joy (11) Ducks Take Off (12) Into Tree (13) Old Town Cross 94 付録 4 3DTV 放送方式候補の構成（2DTV 放送を MPEG-2 で行う場合） （本文 3.4.1.2 節関連） (1) MP2 FC 2D MP2 2D-Rx FC 3D 3D-Rx MP2 (2) MP2 SC (MVP) （2DTV 受信互換性が不要の場合） 2D MP2 SC(MVP) 3D MP2+ 2D-Rx MP2 2D-compatible signal 3D-Rx （2DTV 受信互換性が必要な場合） 2D-Rx 2D-compatible signal SC(MVP) 3D 3D-Rx MP2+ 95 (3) MP2 FCC 2D MP2 2D-Rx 3D-Rx (FC) FCC 3D MP2+ FC-Compatible signal FC-enhancement signal 3D-Rx (4) AVC FC 2D MP2 2D-Rx FC 3D AVC 3D-Rx MP2 2D-Rx (5) AVC SC (MVC) 2D 3D SC(MVC) MP4 2D-compatible signal AVC+ 96 3D-Rx (6) AVC FCC 2D MP2 2D-Rx 3D-Rx (FC) FCC 3D AVC+ FC-Compatible signal 3D-Rx FC-enhancement signal (7) Simul: MP2+MP2 FC （2D/3D 独立制作の場合） 2D MP2 2D-Rx FC 3D 3D-Rx MP2 （2D/3D 共通制作の場合） MP2 2D-Rx FC 3D 3D-Rx MP2 97 (8) Simul: MP2+MP2 SC (MVP) MP2 2D 2D-Rx SC(MVP) 3D 3D-Rx MP2+ (9) Simul: MP2+MP2 FCC （2D/3D 独立制作の場合） 2D MP2 2D-Rx 3D-Rx (FC) FCC 3D MP2+ FC-Compatible signal 3D-Rx FC-enhancement signal （2D/3D 共通制作の場合） MP2 2D-Rx 3D-Rx (FC) FCC 3D MP2+ FC-Compatible signal FC-enhancement signal 98 3D-Rx (10) Simul: MP2+AVC FC （2D/3D 独立制作の場合） 2D MP2 2D-Rx FC 3D 3D-Rx AVC （2D/3D 共通制作の場合） MP2 2D-Rx FC 3D 3D-Rx AVC (11) Simul: MP2+AVC SC (MVC) （2D/3D 独立制作の場合） 2D MP2 SC(MVC) 3D AVC+ 2D-Rx MP4 2D-compatible signal 3D-Rx （2D/3D 共通制作の場合） MP2 2D-Rx 2D-Rx SC(MVC) 3D MP4 2D-compatible signal 3D-Rx AVC+ 99 (12) Simul: MP2+AVC FCC （2D/3D 独立制作の場合） 2D MP2 2D-Rx 3D-Rx (FC) FCC 3D AVC+ FC-Compatible signal 3D-Rx FC-enhancement signal （2D/3D 共通制作の場合） MP2 2D-Rx 3D-Rx (FC) FCC 3D AVC+ FC-Compatible signal 3D-Rx FC-enhancement signal (13) Shared: MP2+MP2 3D MP2 2D-Rx MP2 3D-Rx 100 (14) Shared: MP2+AVC 3D MP2 2D-Rx AVC 3D-Rx (15) Dual: MP2+MP2 （2D/3D 独立制作の場合） 2D 3D MP2 2D-Rx MP2 3D-Rx MP2 （2D/3D 共通制作の場合） 3D MP2 2D-Rx MP2 3D-Rx 101 (16) Dual: MP2+AVC （2D/3D 独立制作の場合） 2D 3D MP2 2D-Rx MP2 3D-Rx AVC （2D/3D 共通制作の場合） 3D MP2 2D-Rx AVC 3D-Rx 102 付録 5 3DTV 放送方式候補の構成（2DTV 放送を MPEG-4 AVC で行う場合） （本文 3.4.1.3 節関連） (17) AVC FC 2D AVC 2D-Rx FC 3D 3D-Rx AVC (18) AVC SC (MVC) （2D/3D 独立制作の場合） 2D AVC SC(MVC) 3D AVC+ 2D-Rx MP4 2D-compatible signal 3D-Rx （2D/3D 共通制作の場合） 2D-Rx SC(MVC) 3D MP4 3D-Rx AVC+ 103 (19) AVC FCC 2D AVC 2D-Rx 3D-Rx (FC) FCC 3D AVC+ FC-Compatible signal 3D-Rx FC-enhancement signal (20) Simul: AVC+AVC FC （2D/3D 独立制作の場合） 2D AVC 2D-Rx FC 3D 3D-Rx AVC （2D/3D 共通制作の場合） AVC 2D-Rx FC 3D 3D-Rx AVC 104 (21) Simul: AVC+AVC SC (MVC) 2D AVC SC(MVC) 3D AVC+ 2D-Rx 2D-compatible signal 3D-Rx (22) Simul: AVC+AVC FCC （2D/3D 独立制作の場合） 2D AVC 2D-Rx 3D-Rx (FC) FCC 3D AVC+ FC-Compatible signal 3D-Rx FC-enhancement signal （2D/3D 共通制作の場合） 2D-Rx AVC 3D-Rx FCC 3D AVC+ (FC) FC-Compatible signal FC-enhancement signal 105 3D-Rx (23) Shared: AVC+AVC 3D AVC 2D-Rx AVC+ 3D-Rx (24) Dual: AVC+AVC （2D/3D 独立制作の場合） 2D 3D AVC 2D-Rx AVC 3D-Rx AVC （2D/3D 共通制作の場合） 3D AVC 2D-Rx AVC+ 3D-Rx 106 付録 6 3DTV テスト画像 （本文 3.5.1 節関連） (1) 木漏れ日～子供 (2) 樺太マスの川上り (3) 踊り・花笠 (4) 山笠中州流 2 疾走 (5) 割れる風船 (6) 桜 (7) ビルとキューブ (8) 街路の人々 107 (9) 紅葉と湖沼 (10) 棒高跳び 108 付録 7 映像パラメータの心理物理的効果 （本文 4.2.3 節関連） 本付録では，高臨場感を提供するための映像システムパラメータの研究概要[1]を示す． 空間解像度，時間解像度，階調，色の各映像パラメータと心理物理的要因の関係を表 A7.1 に示す． 表 A7.1 映像パラメータと心理物理的要因 映像パラメータ 空間解像度 画素数 時間解像度 フレーム周波数 階調 ビット数 色 原色（色域） A7.1 心理物理的要因 臨場感，実物感 動きぼやけ，ストロボ効果，フリッカー 輝度弁別閾 色知覚 空間解像度 A7.1.1 臨場感 視角が大きくなるにしたがって臨場感が向上する．水平視角に対する「その場に居るよ うな感じ」(sense of being threre)の関係を 4 種類の映像を用いた主観評価実験（被験者間 計画）で求めた結果を図 A7.1 に示す[2]．それぞれの評価者はいずれか 1 種類の視角につ いてのみ評価し，評点は 0（全く臨場感がない）から 10（非常に臨場感がある）のスケー ルで採点した．この実験により，視角が大きくなるにしたがって「その場に居るような感 じ」は増加するが，80-100°で飽和する傾向が示された．この結果から，超高臨場感映像 システムでは視角 80°程度を実現することが目標となる． Sense of ‘being there’ 7 Statue Bay Path Warehouse 6 5 4 3 2 0 20 40 60 80 100 Horizontal field-of-view angle (deg) Statue Bay Path 図 A7.1 水平視角と「その場に居るような感じ」 109 Warehouse A7.1.2 実物感 空間解像度は，実物と映像とを区別できずに「実物を見ているような感じ」(sense of realness)を与えることに関係する．図 A7.2 に，画素密度（角解像度）に対する「実物を 見ているような感じ」の主観評価実験の結果を示す[3]．この実験では，26–155 cpd(cycles per degree)の 6 種類の角解像度の映像とその被写体（実物）の任意の対を評価者に提示し， 評価者はどちらが実物に近く見えるかを一対比較法によって評価した．実験では，両眼視 差，画像の大きさ，輝度，色など，解像度以外の要因が実験結果に影響しないように厳密 に実験装置を構成し，必要な信号処理が施されている．実験の結果，角解像度が増すにつ れて「実物を見ているような感じ」が増加し，約 60 cpd（120 画素/度）以上の解像度では 増加が緩やかになることが示された． Sense of realness ln(p) 0 -1 -2 -3 Plaster Bust Model Ship Butterflies -4 -5 -6 -7 20 20 40 60 80 100 140 (real) Angular resolution (cpd) Plaster bust Model ship Butterflies 図 A7.2 角解像度と「実物を見ているような感じ」 目標とする視角と画素密度から映像フォーマットの画素数が定まる．例えば，水平視角 80°，画素密度 60 cpd（120 画素/度）を両立させようとすると，必要な水平画素数は 80 × 120 = 9,600 画素となる． A7.2 時間解像度 高臨場感映像には，被写体やカメラの動きが滑らかに再現され，動きに関する不自然さ や妨害のないことも必要である．すなわち，高臨場感映像システムを実現するためには， 大画面映像や超高精細度映像に適した時間解像度の検討も必要である．時間解像度に関係 する動画像の画質劣化として，動きぼやけ，ストロボ効果，フリッカーがある． 110 A7.2.1 動きぼやけ 動きぼやけは，カメラの撮像素子で一定時間光を蓄積することによるより生じる蓄積ぼ やけと，ディスプレイのホールド型表示での追従視と視覚の時間積分効果による動きぼや けである．いずれも，蓄積時間（時間開口）が空間周波数レスポンス（動的レスポンス） に影響し，動き速度の増加とともに sinc 関数にしたがって低下する．カメラとディスプレ イのカスケード接続を想定したシステムの動的レスポンスの改善のためには，時間開口を 小さくして両者の動的レスポンスの改善が必要である．動きぼやけに関するいくつかの画 質評価結果が報告されている．静止画と比較した動画蓄積ぼやけの評価結果[4]から，動き ぼやけの許容限を与える時間開口と被写体速度の関係を図 A7.3 に示す．ハイビジョン番 組での被写体速度分布を考慮して 30°/sec を想定すると[5]，時間開口を 3 ms(1/300 s)～5 Temporal aperture (ms) ms (1/200 s)以下にする必要がある． 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Woman Yacht Harbour 0 10 20 30 Velocity (deg/s) Woman Yacht Harbour 図 A7.3 動きぼやけ許容限に対応する動き速度と時間開口 A7.2.2 ストロボ効果 フレーム周波数を高くすることによって時間開口を短くできるが，カメラ側のシャッタ ーやディスプレイ側の黒挿入などによっても時間開口を短くできる．しかし，動きが不連 続で多重像のように見えるストロボ効果と呼ばれる画質劣化が生じる．図 A7.4 に，時間 開口 1/240 s の場合の，フレーム周波数に対するストロボ効果の主観評価実験の結果を示 す[6]．時間開口 1/240 s は，動きぼやけの許容限を与える条件である．この結果より，ス トロボ効果の許容限（評価値 3.5）以上の画質を得るには，フレーム周波数を 120 Hz にす れば十分である． 111 Mean Opinion Score (5-grade impairment scale) 5 Pitcher Stadium 4 Tennis Runner 3 2 1 0 20 40 60 80 120 100 Frame frequency (Hz) Pitcher Stadium Tennis Runner 図 A7.4 フレーム周波数とストロボ効果の画質 A7.2.3 フリッカー 映像のフレーム周波数で画面の明滅が知覚されるフリッカーは，周辺視で敏感であるの で，大画面化によって視角が大きくなるとフリッカーが検知されやすくなる．また，ホー ルド型表示のホールド時間を短くすることもフリッカーの知覚に影響する．時間開口率 30%における視角 30°と 100°の臨界融合周波数 (CFF: Critical Fusion Frequency)を図 A7.5 に示す[7]．視角が大きくなると CFF が高くなり，広視野表示で 50%以下の開口率と Frame frequency (Hz) する場合は 80 Hz 以上のフレーム周波数が必要である． 480cd/m2 315cd/m2 169cd/m2 90 80 70 60 50 0 20 40 60 80 100 Horizontal visual angle (deg.) 図 A7.5 視角と臨界融合周波数(CFF) 112 120 これらのほか，広視野映像では追従視できる範囲が広がるため動体視力が向上し，広視 野での観視を前提とするシステムでは，より高いフレーム周波数が必要となる可能性があ る[8]． A7.3 階調 高臨場観や高実物感の再現のためには階調の不連続性が視覚的に検知されないことが求 められる．デジタルシネマの映像信号ビット数は，Barten の輝度弁別閾式[9]に基づく理 論検討と評価実験により定められた[10]．デジタルシネマの検討では映画館のような暗環 境が想定されたが，テレビジョンでは明環境あるいは薄明環境を想定する必要がある．薄 明環境を想定した 0.1 cd/m2～100 cd/m2 の輝度範囲での輝度弁別閾と，10 bit，11 bit，12 bit 精度のべき関数の表示伝達関数の関係を図 A7.6 に示す．表示伝達関数が輝度弁別閾よ りも下にあれば階調の不連続性は検知されない．したがって，11 bit 以上であれば，0.1 cd/m2～100 cd/m2 の輝度範囲全体で階調の不連続性が検知されない． 図 A7.6 輝度弁別閾および量子化ビット数と表示伝達関数の関係 A7.4 表色系 被写体の色や質感，光沢などを忠実に再現するための研究が進められている．ナチュラ ルビジョンでは，色をスペクトル情報として扱い，マルチスペクトル画像入力と多原色表 示を採用している[11]． デジタルシネマの配信マスタ DCDM(Digital Cinema Distribution Master)では，将来の拡張性を考慮してデバイスに依存しない CIE XYZ による表色系を採 用しつつ，現在のディスプレイ技術に基づく基準ディスプレイを規定している[12]．次世 代テレビジョンとして研究開発が進められているスーパーハイビジョンでは，HDTV など 既存の主要映像システムの色域を包含しつつ実在するほぼ全ての表面色を表現するために， スペクトル軌跡上に RGB 三原色をもつ広色域表色系が提案されている[13]．実在する最も 113 彩度の高い表面色の集合として，ポインターカラー[14]と呼ばれる色集合があり，10 度毎 36 の色相と 16 の輝度レベルについて整理されている．図 A7.7 に，ポインターカラーと 共に，DCDM，超高精細度テレビ(UHDTV)，デジタルシネマ基準プロジェクタ，Adobe RGB，HDTV の各映像システムの三原色を CIE xy 色度図に示す． 図 A7.7 ポインターカラーと各種映像システムの三原色 114 付録 8 超高精細度映像フォーマットの国際標準化動向 （本文 4.2.3 節関連） 超高精細度映像の国際標準化が国際電気通信連合無線通信部門(ITU-R)や映画テレビ技 術者協会(SMPTE)で行われている．表 A8.1 に ITU-R および SMPTE で規定されている超 高精細度映像の基本パラメータを示す．図 A8.1 に，種々の映像システムの空間-時間解像 度を示す． 表 A8.1 超高精細度映像の基本パラメータ ITU-R BT.1769 BT.2020 2006 2013 拡張 LSDI UHDTV 3840×2160 7680×4320 * * 24 , 25, 30 , 50, 24*, 25, 30*, 50, 60* 60*, 120 HDTV と同じ RGB（負値 RGB 表色系 広色域 RGB による広色域化 を含む） * 1000/1001 倍を含む． 標準化機関 勧告・規格 制定年 名称 空間解像度 (水平×垂直) フレーム 周波数(Hz) SMPTE 2036-1 428-1, 428-11 2013 2009 UHDTV DCDM 3840×2160 2048×1080 7680×4320 4096×2160 * * 24 , 25, 30 , 50, 24, 25, 30 60*, 120 広色域 RGB （3840×2160 は XYZ HDTV と同じ RGB を許容） 100 M 空間解像度 (Pixels/frame) UHDTV (8K) UHDTV (4K) 10 M HDTV (2K) 1M 0.1 M SDTV 20 D-Cinema 720/P 40 60 80 100 120 時間解像度 (Frames/second) 図 A8.1 映像システムの空間-時間解像度 ITU-R では，HDTV を超える超高精細度映像全般を超高解像度映像(EHRI: Extremely 115 High Resolution Imagery)と称し，そのテレビジョン応用を超高精細度テレビジョン (UHDTV: Ultra High Definition Television)としている．別のカテゴリーとして大画面デ ジタル映像(LSDI: Large Screen Digital Imagery)があり，このうち解像度が HDTV を超 えるものを拡張 LSDI と称している．これらの関係を図 A8.2 に示す． 空間解像度 UHDTV LSDI 7680×4320 EHRI-3 5760×3240 EHRI-2 拡張LSDI 3840×2160 HDTV 1920×1080 EHRI-1 EHRI-0 SDTV 画面サイズ 図 A8.2 EHRI，LSDI，UHDTV の関係 EHRI の ITU-R 勧告 BT.1201-1 では，EHRI の解像度に HDTV の解像度 1920×1080 の整数倍の関係を求めている[1]．拡張 LSDI の ITU-R 勧告 B.1769 では，3840×2160 と 7680×4320 の二つのシステムが規定されている[2]．UHDTV の ITU-R 勧告 BT.2020 で は， 空間解像度 3840×2160 および 7680×4320，フレーム周波数 24, 25, 30, 50, 60, 120 Hz （24, 30, 60 Hz はその 1000/1001 倍を含む）が規定され，カラリメトリについては，単 波長光源 630nm, 532nm, 467nm に相当する三原色色度点と基準白色 D65 が採用されて いる[3]．ARIB では，ITU-R 勧告 BT.2020 が規定している映像フォーマットのうち，国 内で使用される可能性が高いフレーム周波数 60, 120 Hz（60 Hz はその 1000/1001 倍を含 む）のサブセットが規格化された[4]． SMPTE では，デジタルシネマの配信マスタ(DCDM: Digital Cinema Distribution Master)と UHDTV の映像フォーマットが規格化されている．DCDM の映像信号は，空間 解像度が 4,096×2,160 と 2,048×1,080 が規定されている[5][6]．UHDTV については， SMPTE 2036-1 に UHDTV1(3840×2160)と UHDTV2(7680×4320)が規定されており， フレーム周波数と表色系について ITU-R 勧告 BT.2020 と整合するよう改訂された[7]． 116 参考文献 ＜第 2 章＞ [1] 平成 23 年総務省令第 87 号, “標準テレビジョン放送等のうちデジタル放送に関する送 信の標準方式” (2011) [2] ARIB STD-B32, “デジタル放送における映像符号化，音声符号化及び多重化方式標準規 格,” 2.8 版 (2012) [3] 平成 9 年度電気通信技術審議会答申, “諮問 74 号 「デジタル放送方式に係る技術的条件」 のうち「11.7GHz を超え 12.2GHz 以下の周波数の電波を使用する衛星デジタル放送方 式の技術的条件」” (1998) [4] Recommendation ITU-R BT.1846, “Notations for video systems” (2008) [5] Recommendation ITU-R BT.1845-1, “Guidelines on metrics to be used when tailoring 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Nishida, M. Masaoka, K. Ohmura, M. Emoto, M. Sugawara, E. Nakasu, “Super Hi-Vision system offering enhanced sense of presence and new visual experience,” The Best of IET and IBC, Vol.3, 2011, pp.5-10 (2011) [7] M. R. Pointer, “The gamut of real surface colours,” COLOR research and application, Vol. 5, No. 3, Fall (1980) [8] ITU-T Recommendation H.262|ISO/IEC 13818-2, “Information technology – Generic coding of moving pictures and associated audio: Video” (2012) [9] ITU-T Recommendation H.264, “Advanced video coding for generic audiovisual services” (2003) | ISO/IEC 14496-10, “Information technology, coding of audio-visual objects – Part 10: Advanced video coding” (2003) [10] Recommendation ITU-T H.265, “High efficiency video coding” (2013) | ISO/IEC 23008-2, "Information technology – High efficiency coding and media delivery in heterogeneous environments – Part 2: High efficiency video coding” (2013) [11] ISO/IEC 11172-2, “Information Technology – Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/s – Part 2: Video” (1993) [12] ISO/IEC 14496-2, “Information Technology – Coding of audio-visual objects – Part 2: Visual” (2004) [13] Recommendation ITU-R BT.709-5, “Parameter values for the HDTV standards for production and international programme exchange” (2002) 117 [14] Recommendation ITU-R BT.1769, “Parameter values for an expanded hierarchy of LSDI image formats for production and international programme exchange” (2006) [15] Recommenadtion ITU-R BT.656-5, “Interface for digital component video signals in 525-line and 625-line television systems operating at the 4:2:2 level of ecommendation ITU-R BT.601” (2007) [16] Recommendation ITU-R BT.1120-8, “Digital interfaces for HDTV studio signals” (2012) [17] Recommendation ITU-R BT.1361, “Worldwide unified colorimetry and related characteristics of future television and imaging systems” (1998) [18] IEC 61966-2-4, “Multimedia systems and equipment - Colour measurement and management – Part 2-4: Colour management - Extended-gamut YCC colour space for video applications – xvYCC” (2006) [19] Japan, “Proposed draft new Recommendation ITU-R BT.[COLOUR] Approaches of extended colour representation for television image systems,” Document 6C/407-E (2010) [20] Report ITU-R BT.2250, “Delivery of wide colour gamut image content through SDTV and HDTV delivery systems” (2012) [21] 経済産業省, “技術戦略マップ 2006” (2006) [22] 平成 18 年度情報通信審議会答申, “諮問第 2019 号「CS デジタル放送方式（広帯域伝 送方式を除く． ）の高度化に関する技術的条件」” (2006) [23] 馬場俊明, 水野勝成, 三木豊, “次世代 CS デジタル放送 DVB-S.2/H.264|MPEG4 AVC 実証 : HDTV 画像評価実験報告,” 信学技報, Vol. 106, No. 446, SAT2006-56, pp.35-38 (2006) [24] Recommendation ITU-R BT.1122-2, “User requirements for codecs for emission and secondary distribution systems for SDTV and HDTV” (2011) [25] Recommendation ITU-R BT.500-13, “Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures” (2012) [26] Recommendation ITU-R BT.710-4, “Subjective assessment methods for image quality in high-definition television” (1998) [27] H. Hoffman, T. Itagaki, D. Wood, A. Bock, “Studies on the bit rate requirements for a HDTV format with 1920×1080 pixel resolution, progressive scanning at 50 Hz frame rate targeting large flat panel displays,” IEEE Trans. Broadcasting, 52, 4, pp.420 - 434 (2006) [28] 中須英輔, 神田菊文，市ヶ谷敦郎，黒住正顕，西田幸博, “異種符号化映像フォーマッ トの総合画質評価,” 映情学誌, 62, 2, pp.262-270 (2008) 118 [29] M. Sugawara, M. Kanazawa, K. Mitani, H. Shimamoto, T. Yamashita, “Ultrahigh-definition video system with 4000 scanning lines,” SMPTE Motion Imaging Journal, Vol. 112, No. 10&11, 2003, pp.339-346 (2003) [30] The SVT High Definition Multi Format Test Set, http://tech.ebu.ch/webdav/site/tech/shared/hdtv/svt-multiformat-conditions-v10.pdf [31] 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 MPEG-2 コーデ ックの開発,” 2006 年電通学総大, D-11-26, 2006, p.26 (2006) [32] S. Tanaka, Y. Nishida, J. Urano, Y. Fujita, J. Katto, “Advanced satellite broadcasting system with enhanced performance and features,” IBC 2008 Conference Publication, pp.30-37 (2008) [33] 平成 20 年度情報通信審議会答申, “諮問第 2023 号「放送システムに関する技術的条 件」のうち「衛星デジタル放送の高度化に関する技術的条件」” (2008) [34] 平成 15 年総務省令第 26 号（一部改正：平成 21 年総務省令第 11 号）, “標準テレビ ジョン放送等のうちデジタル放送に関する送信の標準方式” (2009) [35] 平成 21 年総務省告示第 89 号, “映像信号のうち PES パケットによるものの圧縮手順 及び送出手順並びに音声信号のうち PES パケットによるものの圧縮手順及び送出手順 を定める件” (2009) [36] ARIB STD-B32, “デジタル放送における映像符号化，音声符号化及び多重化方式,” 2.2 版 (2009) [37] Recommendation ITU-R BT.2020, “Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange” (2012) ＜第 3 章＞ [1] 黒住正顕, 神田菊文, 杉本智彦, 中須英輔, 大塚吉道, “画像構造適応選択による MPEG-2 低ビットレート符号化の検討,” 映情学技報, Vol. 25, No. 31, BCS2001-12, pp.13-18 (2001) [2] Recommendation ITU-R BT.2021, “Subjective methods for the assessment of stereoscopic 3DTV systems” (2012) [3] Recommendation ITU-R BT.2022, “General viewing conditions for subjective assessment of quality of SDTV and HDTV television pictures on flat panel displays” (2012) [4] ARIB STD-B32, “デジタル放送における映像符号化，音声符号化及び多重化方式,” 2.8 版 (2012) 119 ＜第 4 章＞ [1] Recommendation ITU-R BT.2020, “Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange” (2012) [2] ARIB STD-B56, “超高精細度テレビジョン方式スタジオ規格,” 1.0 版 (2013) [3] SMPTE 2036-1-2013, “Ultra high definition television — Image parameter values for program production” (2013) [4] H. Shimamoto, K. Kitamura, T. Watabe, H. Ootake, N. Egami, Y. Kusakabe, Y. Nishida, S. Kawahito, T. Kosugi, T. Watanabe, T. Yanagi, T. Yoshida, H. Kikuchi, “120 Hz frame-rate Super Hi-Vision capture and display devices,” SMPTE Motion Imaging Journal, Vol.122, No.2, pp.55-61 (2013) [5] Recommendation ITU-T H.265, “High efficiency video coding” (2013) | ISO/IEC 23008-2, "Information technology – High efficiency coding and media delivery in heterogeneous environments – Part 2: High efficiency video coding” (2013) [6] NHK 報道発表, “世界初！スーパーハイビジョン（8K）HEVC 符号化装置を開発,” http://www9.nhk.or.jp/pr/marukaji/pdf_ver/349.pdf (2013) ＜付録 7＞ [1] Y. Nishida, M. Masaoka, K. Ohmura, M. Emoto, M. Sugawara, E. Nakasu, “Super Hi-Vision system offering enhanced sense of presence and new visual experience,” The Best of IET and IBC, Vol.3, 2011, pp.5-10 (2011) [2] K. Masaoka, M. Emoto, M. Suagwara, Y. Nojiri, "Contrast effect in evaluating the sense of presence for wide displays," Journal of the SID, 14, pp.785-791 (2006) [3] K. Masaoka, Y. Nishida, M. Sugawara, E. Nakasu, Y. Nojiri, “Sensation of realness for high-resolution images of real objects,” IEEE Trans. Broadcasting, Vol. 59, No. 1, pp.72-83 (2013) [4] 大村耕平, 菅原正幸, 野尻裕司, “静止画との比較による動画蓄積ぼやけの評価,” 2008 年信学総全大, DS-3-3 (2008) [5] T. Fujine, Y. Kikuchi, M. Sugino, Y. Yoshida, "Real-life in-home viewing conditions for flat panel displays and statistical characteristics of broadcast video signal," Jpn. J. Appl. Phys., 46, 3B, pp.1358-1362 (2007) [6] 大村耕平, 菅原正幸, 野尻裕司, “撮像のフレーム周波数・開口率をパラメータとしたジ ャーキネスの主観評価,” 信学技報, HI2009-3, pp.7-11 (2009) [7] M. Emoto, M. Sugawara, "Flicker perception for wide-field-of-view and hold-type image presentations," IDW’09, VHF6-3L, pp.1233-1234 (2009) [8] 江本正喜, 松尾康孝, "広視野映像システムに必要なフレーム周波数に関する検討－横 方向動体視力の視角依存性－," 2008 年映情学年次大, 22-6 (2008) 120 [9] P. G. J. Barten, “Contrast sensitivity of the human eye and its effects on image quality,” SPIE Optical Engineering Press, Washington, USA (1999) [10] M. Cowan, G. Kennel, T. Maier, B. Walker, "Contrast sensitivity experiment to determine the bit depth for digital cinema," SMPTE Motion Imaging J., 113, pp.281-292 (2004) [11] M. Yamaguchi, Y. Murakami, T. Uchiyama, K. Ohsawa, N. Ohyama, "Natural vision: Visual telecommunication based on multispectral technology," IDW '00, 3D2-1, pp. 1115-1118 (2000) [12] SMPTE EG 432-1-2007, “Digital source processing — Color processing for D-Cinema” (2007) [13] K. Masaoka, Y. Nishida, M. Sugawara, E. Nakasu, "Design of primaries for a wide-gamut television colorimetry," IEEE Trans. Broadcast., 56, 4, pp.452-457 (2010) [14] M. R. Pointer, “The gamut of real surface colours,” COLOR research and application, Vol. 5, No. 3, Fall (1980) ＜付録 8＞ [1] Recommendation ITU-R BT.1201-1, “Extremely high resolution imagery” (2004) [2] Recommendation ITU-R BT.1769, “Parameter values for an expanded hierarchy of LSDI image formats for production and international programme exchange” (2006) [3] Recommendation ITU-R BT.2020, “Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange” (2012) [4] ARIB STD-B56, “超高精細度テレビジョン方式スタジオ規格,” 1.0 版 (2013) [5] SMPTE 428-1-2006, “D-Cinema distribution master — Image characteristics” (2006) [6] SMPTE 428-11-2009, “Additional frame rates for D-Cinema” (2009) [7] SMPTE 2036-1-2013, “Ultra high definition television — Image parameter values for program production” (2013) 121 研究業績 関連標準化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 題名 策定年月 番号 発行者 諮問第 2023 号「衛星放送システ ムに関する技術的条件」のうち 「衛星デジタル放送の高度化に 関する技術的条件」 標準テレビジョン放送等のうちデ ジタル放送に関する送信の標準 方式 2008 年 7 月 平成 20 年度情報通信 審議会答申 情報通信審議会 2009 年 2 月 総務省 映像信号のうち PES パケットによ るものの圧縮手順及び送出手順 並びに音声信号のうち PES パケ ットによるものの圧縮手順及び送 出手順を定める件 デジタル放送における映像符号 化，音声符号化及び多重化方式 デジタル放送に使用する番組配 列情報 Worldwide unified colorimetry and related characteristics of future television and imaging systems Parameter values for an expanded hierarchy of LSDI image formats for production and international programme exchange Delivery of wide colour gamut image content through SDTV and HDTV delivery systems Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange 2009 年 2 月 平成 15 年総務省令第 26 号（一部改正：平成 21 年総務省令第 11 号） 平成 21 年総務省告示 第 89 号 総務省 2009 年 7 月 2012 年 12 月 2008 年 7 月 STD-B32 2.2 版 STD-B32 2.8 版 STD-B10 4.7 版 1998 年 2 月 Recommendation ITU-R BT.1361 2006 年 7 月 Recommendation ITU-R BT.1769 国際電気通信連 合無線通信部門 (ITU-R) 2012 年 5 月 Report ITU-R BT.2250 2012 年 8 月 Recommendation ITU-R BT.2020 国際電気通信連 合無線通信部門 (ITU-R) 国際電気通信連 合無線通信部門 (ITU-R) 123 電 波 産 業 会 (ARIB) 電 波 産 業 会 (ARIB) 国際電気通信連 合無線通信部門 (ITU-R) 関連文献 題名 論文 1 120 Hz frame-rate Super Hi-Vision capture and display devices 発表年月 発表掲載誌 2013 年 3 月 SMPTE Motion Imaging Journal, Vol.122, No.2, pp.55-61, March 2013 2 Sensation of realness for high-resolution images of real objects 2013 年 2 月 IEEE Transactions on Broadcasting, Vol.59, No.1, pp.72-83, 2013 3 SUPER Hi-VISION for the next generation television Determination of system parameters 2013 年 1 月 4 Super Hi-Vision video parameters for next-generation television 2012 年 5 月 ITE Transactions on Media Technology and Applications, Vol.1, No.1, pp.27-33, 2013 SMPTE Motion Imaging Journal, Vol.121, No.4, pp.63-68, 2012 5 Super Hi-Vision system offering enhanced sense of presence and new visual experience 2012 年 9 月 The Best of IET and IBC, Vol.3, pp.5-10, 2011 6 Design of primaries for a wide-gamut television colorimetry 2010 年 11 月 IEEE Transactions on Broadcasting, Vol.56, No.4, pp.452-457, 2010 124 連名者 H. Shimamoto K. Kitamura T. Watabe H. Ootake N. Egami Y. Kusakabe Y. Nishida S. Kawahito T. Kosugi T. Watanabe T. Yanagi T. Yoshida H. Kikuchi K. Masaoka Y. Nishdia M. Suagwara E. Nakasu Y. Nojiri M. Suagwara M. Emoto K. Masaoka Y. Nishdia Y. Shishikui T. Yamashita K. Masaoka K. Ohmura M. Emoto Y. Nishida M. Sugawara Y. Nishida K. Masaoka K. Ohmura M. Emoto M. Sugawara E. Nakasu K. Masaoka Y. Nishida M. Sugawara E. Nakasu 題名 発表年月 発表掲載誌 7 Super Hi-Vision ― London-Amsterdamlive contribution link the 2009 年 1 月 EBU Review, 2009 8 異種符号化映像フォーマットの 総合画質評価 2008 年 2 月 映像情報メディア学会 誌 , Vol.62, No.2, pp.262-270, 2008 9 Current status of studies on ultra high definition television 2007 年 9 月 SMPTE Motion Imaging Journal, Vol.116, No.9, pp.377-381, 2007 10 Technical development toward implementation of ultra high-definition TV system 2007 年 7 月 SMPTE Motion Imaging Journal, Vol.116, No.7-8, pp.279-286, 2007 11 Future prospects of HDTV ― technical trends toward 1080p 2006 年 1 月 SMPTE Motion Imaging Journal, Vol.115, No.1, pp.10-15, 2006 2012 年 12 月 Proceedings of the 19th International Display Workshops in conjunction with Asia Display 2012 (IDW/AD '12, VHF8-1, pp.1951-1954, 2012 国際学会 1 SUPER Hi-VISION format and standardization image its 125 Technical 2009-Q0, 連名者 J. Zubrzycki T. Davies P. Smith P. Styles B. Whiston Y. Nishida M. Kanazawa 中須英輔 神田菊文 市ヶ谷敦郎 黒住正顕 西田幸博 K. Mitani M. Manazawa K. Hamasaki Y. Nishida K. Shogen M. Sugawara E. Nakasu Y. Nishida M. Maeda M. Kanazawa S. Yano M. Sugawara K. Mitani K. Hamasaki Y. Nojiri M. Sugawara K. Mitani M. Kanazawa F. Okano Y. Nishida M. Suagwara K. Masaoka M. Emoto Y. Nishdia Y. Shishikui 題名 発表年月 発表掲載誌 2 SUPER Hi-VISION projectors used in public viewing of London 2012 Olympics 2012 年 12 月 3 "Super Hi-Vision” as next-Ggeneration television and its video parameters 2012 年 12 月 Proceedings of the 19th International Display Workshops in conjunction with Asia Display 2012 (IDW/AD '12, DES1-4, pp.279-282, 2012 Information Display, Vol.28, No.11-12, pp.12-17, 2012 4 120 Hz-frame-rate SUPER Hi-Vision capture and display devices 2012 年 10 月 SMPTE 2012 Annual Technical Conference & Exhibition 5 "Super Hi-Vision" video parameters for next-generation television 2011 年 10 月 SMPTE 2011 Annual Technical Conference & Exhibition 6 Super Hi-Vision system offering enhanced sense of presence and new visual experience 2011 年 9 月 International Broadcasting Convention [IBC 2011] Conference 126 連名者 Y. Kusakabe Y. Nishida T. Yamashita H. Masuda K. Masaoka K. Ohmura M. Emoto Y. Nishida M. Sugawara H. Shimamoto K. Kitamura T. Watabe H. Ootake N. Egami Y. Kusakabe Y. Nishida S. Kawahito T. Kosugi T. Watanabe T. Yanagi T. Yoshida H. Kikuchi T. Yamashita K. Masaoka K. Ohmura M. Emoto Y. Nishida M. Sugawara Y. Nishida K. Masaoka K. Ohmura M. Emoto M. Sugawara E. Nakasu 題名 発表年月 発表掲載誌 7 Designing a wide-gamut system colorimetry for UHDTV 2009 年 12 月 8 Advanced satellite broadcasting system with enhanced performance and features 2008 年 9 月 9 Technical development toward implementation of Super Hi-Vision system 2007 年 10 月 Proceedings of the 16th International Display Workshops (IDW'09), VHF6-5L, pp.1237-1238, 2009 IBC 2008 Conference Publication [International Broadcasting Convention], IBC, pp.30-37, 2008 第 4 回ナノビジョンサイ エンス国際シンポジウ ム［第 9 回高柳健次郎 記念シンポジウム共 催］ 10 The Super Hi-Vision codec 2007 年 9 月 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP 2007), MA-L1.6, pp.I.21-I.24, 2007 11 Live prodcution and transmission of large-scale musical TV program using 22.2 multichannel sound with ultra high definition video 2007 年 9 月 International Broadcasting Convention 2007] 127 連名者 [IBC K. Masaoka Y. Nishida M. Sugawara S. Tanaka Y. Nishida J. Urano Y. Fujita J. Katto K.Tanioka E. Nakasu Y. Nishida M. Maeda M. Kanazawa S. Yano M. Sugawara K. Mitani K. Hamasaki Y. Nojiri S. Sakaida N. Nakajima A. Ichigaya M. Kurozumi K. Iguchi Y. Nishida E. Zakasu S. Gohshi Y. Nakayama T. Nishiguchi T. Sugimoto R. Okumura A. Imai M. Iwaki K. Hamasaki A. Ando Y. Nishida K. Mitani M. Kanazawa S. Kitajima 題名 発表年月 発表掲載誌 12 Technical development towards implemantation of extremely high resolution imagery system with more than 4000 scanning lines 2006 年 9 月 IBC 2006 Conference Publication [International Broadcasting Convention], IBC, pp.345-352, 2006 13 Future prospects of HDTV ― technical trends toward 1080p 2005 年 9 月 International Broadcasting Convention [IBC 2005], IBC, London, pp.79-86, 2005 2013 年 6 月 映像情報メディア学会 技 術 報 告 , Vol.37, No.23, BCT2013-61, 2013 映像情報メディア学会 技 術 報 告 , Vol.37, No.23, BCT2013-62, 2013 映像情報メディア学会 技 術 報 告 , Vol.37, No.14, BCT2013-55, pp.49-54, 2013 映像情報メディア学会 技 術 報 告 , Vol.36, No.9, ME2012-62, HI2012-24, AIT2012-24, pp.245-250, 2012 映像情報メディア学会 技 術 報 告 , Vol.35, No.45, ME2011-130, AIT2011-84, pp.83-86, 2011 国内研究会 3DTV 放送方式の検討(1) ～要 1 求条件に応じた方式選定～ 2 3DTV 放送方式の検討(2) ～符 号化画質の主観評価実験～ 2013 年 6 月 3 マルチフォーマットテスト画像を 用いた超高精細映像の所要ビッ トレート評価 2013 年 3 月 4 スーパーハイビジョン 85 インチ LCD を用いた好ましい視距離と 臨場感・実物感の主観評価 2012 年 2 月 5 スーパーハイビジョン広色域カメ ラの分光感度設計と色再現評価 2011 年 11 月 128 連名者 E. Nakasu Y. Nishida M. Maeda M. Kanazawa S. Yano M. Sugawara K. Mitani K. Hamasaki Y. Nojiri M. Sugawara K. Mitani M. Kanazawa F. Okano Y. Nishida 西田幸博 西田幸博 西田幸博 日下部裕一 正岡顕一郎 近藤いさお 西田幸博 菅原正幸 正岡顕一郎 西田幸博 菅原正幸 加藤真一 斎田有宏 題名 発表年月 発表掲載誌 6 スーパーハイビジョンの映像パラ メータと心理物理効果 2011 年 11 月 7 スーパーハイビジョンの広色域表 色系 ―高い臨場感と実物感を 提供する次世代テレビジョン― 2011 年 5 月 8 高臨場感・高質感を目指したス ーパーハイビジョンの広色域表 色系 2011 年 3 月 9 実物との比較による高解像度画 像の実物感 2011 年 3 月 10 放送分野の品質評価技術の標 準化動向 2010 年 9 月 11 スーパーハイビジョン信号の 21GHz 帯室内伝送実験 2006 年 2 月 映像情報メディア学会 技術報告［高臨場感デ ィスプレイフォーラム 2011 ］ , Vol.35, No.43, AIT2011-77, IDY2011-62, 3DIT2011-92, pp.13-18, 2011 電子情報通信学技術 会研究報告 IMQ イ メージ・メディア・クオリ ティ, Vol.111, No.35, IMQ2011-4, pp.19-24, 2011 電子情報通信学会技 術研究報告 IMQ イ メージ・メディア・クオリ ティ ［第二種研究会］, IMQ2011-005, pp.23-28, 2011 映像情報メディア学会 技 術 報 告 , Vol.35, No.16, HI2011-62, 3DIT2011-50, pp.133-135, 2011 電子情報通信学会技 術研究報告 CQ コミ ュニケーションクオリテ ィ , Vol.110, No.198, CQ2010-38, MoMuC2010-32, pp.47-52, 2010 映像情報メディア学会 技 術 報 告 , Vol.30, No.12, BCT2006-23, pp.13-16, 2006 129 連名者 西田幸博 正岡顕一郎 西田幸博 菅原正幸 西田幸博 正岡顕一郎 菅原正幸 正岡顕一郎 西田幸博 菅原正幸 中須英輔 西田幸博 筋誡久 鈴木陽一 山形和弘 田中祥次 西田幸博 菅原正幸 題名 国内大会 1 Super Hi-Vision system Signal standard for better visual experience 発表年月 発表掲載誌 2010 年 11 月 第 12 回高柳健次郎記 念シンポジウム予稿集, p.S.5.1.1-S.5.1.6, 2010 2 スーパーハイビジョン広色域表色 系画像の表示実験 2010 年 8 月 2010 年映像情報メデ ィア学会年次大会講 演予稿集 3 スーパーハイビジョンの広色域表 色系の提案 2009 年 11 月 4 スーパーハイビジョン衛星放送シ ステムの研究 2006 年 9 月 カラーフォーラム JAPAN 2009 論文集 ［光学四学会幹事会主 催］ 2006 年電子情報通信 学会通信ソサイエティ 大 会 講 演 論 文 集 ， 1, BS-2-5, pp.S.27-S.28, 2006 解説記事 スーパーハイビジョンの映像パラ 1 メータと国際標準化 スーパーハイビジョンの国際標準 2 化 超高精細映像 3 2013 年 4 月 2012 年 11 月 2011 年 5 月 130 情 報 処 理 , Vol.53, No.4, pp. , 2012 VIEW, Vol.31, No.6, pp.4-5, 2012 映像情報メディア学会 誌 , Vol.65, No.5, pp.598-603, 2011 連名者 M. Sugawara K. Masaoka K. Ohmura Y. Nishida M. Emoto 正岡顕一郎 大村耕平 西田幸博 菅原正幸 野尻裕司 中須英輔 香川周一 長瀬章裕 久野徹也 杉浦博明 正岡顕一郎 西田幸博 菅原正幸 正源和義 田中祥次 筋誡久 西田幸博 菅原正幸 西田幸博 西田幸博 西田幸博 山下誉行 標準化役職 ○ 国際電気通信連合無線通信部門 (ITU-R) Study Group 6，副議長，2007 年～ Working Party 6B, 議長，2008 年～ ○ 情報通信審議会 ITU 部会 放送業務委員会, 専門委員，2009 年～ 同 放送業務 WG, 主任，2009 年～ 周波数管理・作業計画委員会, 専門委員，2009 年～ ○ 情報通信審議会技術分科会 放送システム委員会 超高精細度テレビジョン放送システム作業班, 構成員，2013 年～ ○ 電波産業会 (ARIB) 放送国際標準化ワーキンググループ, 座長，2001 年～ デジタル放送システム開発部会 映像符号化方式作業班, 主任，2003 年～ 多重化作業班, 主任，2003 年～ 3DTV 放送方式検討作業班, 主任，2011 年～ 品質評価法調査研究会，委員長，2012 年～ 同 モニタリング評価法作業班, 主任，2003 年～ （2013 年 9 月現在） 131
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