NHK技研公開2015 8K SHV スーパーハイビジョン

8Kスーパーハイビジョン　実用放送開始へ準備着々
NHK技術研究所公開

　２０１５年５月２８日から３１日まで、東京世田谷区砧にあるNHK技術研究所では、恒例の「技研公開２０１５」が行われている。公開初日には、１０時からの開場にもかかわらず、９時過ぎから大勢の参加者で玄関は埋まり、開場時間を１０分も早めるほど例年になく盛況であった。人気の理由は、“8K”、次世代の“4K”の次の世代を目指す、世界で最高水準の超高精細映像技術だ。
　NHKは、8Kの映像技術では、世界の中で、他社の追随を許さない“断トツのNO1”の座を確保している。
今年の講演、研究発表、展示は、まさに8K一色、２０１６年試験放送開始、２０１８年実用放送開始、そして２０２０年がまさに本番、東京オリンピック・パラリンピックでの本格放送開始というロードマップを踏まえて、その熱い意気込みが感じられる


技研公開2015　東京・世田谷・砧　2015年5月28日

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５G・第5世代移動体通信　“世界に先駆け”2020年東京オリンピックに向けて実現へ
5G NR標準仕様の初版策定が完了　3GPP


　8K超高精細映像サービスの実施に向けての放送設備のポイントは、（１）局外設備（ロケ撮影機材、中継車、伝送設備）、（２）局内設備（スタジオ設備、編集設備、送出設備、送信設備、アーカイブシステム［コンテンツ制作には重要なシステム］）、（３）送受信設備（衛星、受信地点に設置するデコーダー）などである。
　さらに受信側の設備も新たに必要になる。パブリックビューイングなら、8K対応のデコーダー、スクリーンやプロジェクター、音響設備、各家庭なら8K対応のデコーダーやテレビの必要である。
以上が全部揃わないと、8Kサービス開始とはいえないだろう。２０２０年東京オリンピック・パラリンピックまであと５年、時間の余裕はない。


““8K”制作機器の展示　技研公開2015　2015年5月28日


出典　4K8Kロードマップに関するフォローアップ会合第二次中間報告


総務省　4K/8Kロードマップに関するフォローアップ会合第二次中間報告


総務省　衛星・地域放送課


■ 8Kサービス実現の決め手は伝送
　8Kサービスの実現には、NHKなどの放送局側の設備はともかく、8Kコンテンツをどうやって“伝送”するかがポイントだ。“伝送路”の確保である。
とにかく8Kの映像音声データは、膨大なビット数である。
　現行のHD（2K）で使用されているHD-SDI 1080iの映像ビットレートは、1.5Gbps（非圧縮）、高画質の1080P60で約3Gbps（3D-SDI)、これが4Kになると2160P30で約6Gbps、2160P60で12Gbpsになる。 さらに8Kになると、4320P60（非圧縮・フルスペック　NHK規格）で約72Gbps、120P（非圧縮・フルスペック　NHK規格）で約144Gbps、HD-SDIの約100倍と飛躍的に増える。
　8Kの場合は、非圧縮・フルスペックでは余りにも膨大なビットレートになるので、デュアルグリーン方式と呼ばれる、色信号をフルスペックに比べて3分の１に削減すると共に、（G）の画素数を、青（B）や赤（R）の画素数の２倍とする方式を採用して、本来の8Kの解像度を余り損なわないで全体のデータ量の3分の１縮減を実現させている。この方式を使用すると24Gbps(60P)（映像信号のみでは約20Gbps）が実現され、現在使用されている8Kの主流になっている。


出典　NHKスーパーハイビジョンの伝送技術　NHK

■　8K非圧縮映像　100Gbps回線でIPマルチキャスト伝送実験に成功
　2014年2月、情報通信研究機構（NICT）は「さっぽろ雪まつり」の4Kと8Kの映像を非圧縮で、東京と大阪間に双方向でIPマルチキャスト伝送を行う実験を行い、世界で初めて成功した。
　実験に使用した通信基盤は、JGN-X（NICTのテストベッド[試験環境]）の100Gbps基幹回線を活用し、東京～大阪～北陸間で、8K映像及び4K映像の非圧縮データを複数拠点へIPマルチキャストで伝送できる仕組みを構築した。
　100Gbps基幹回線は、NTTコミュニケーションズが整備を進めている企業向けの100Gbpsのインターネットサービス網である。
伝送した映像素材は、8Kカメラと4Kカメラで撮影した「さっぽろ雪まつり」のライブ映像と、あらかじめ録画された8K映像と4K映像を使用した。
今回の実験では、8Kの伝送は24Gbps、4Kでは12Gbpsのビットレートで行われた。
　NICTでは、100Gbps回線上での大容量の送信を、安定的に運用できる仕組みをJGN-Xで構築している。今回の実験で、最大40Gbpsの大容量の送信を実現し、非圧縮8K映像のような20Gbpsを超える大容量通信と制御パケットを同時に高精度に監視することができるようになり、安定的な大容量伝送の道を開いた。
　8K試験放送や実用放送を実施するためには、放送局間や中継現場や取材拠点と放送局間で、8K映像音声素材を非圧縮で伝送可能な基盤整備が必要である。
　今回の実験では、24Gbpsの伝送ビットレート（デュアルグリーン方式）までは成功したが、今後は8Kの非圧縮・フルスペックの最大72Gbps(60P)の伝送や144Gbpsb（120P）の伝送路の確保に向けて開発を進める必要がある。

出典　情報通信研究機構（NICT）“さっぽろ雪まつり”の8K非圧縮映像IPマルチキャスト伝送実験

■ 100Mbpsに圧縮される8KBS衛星放送　その画質は？
　「伝送路を確かなものにする」、今年の「技研公開」のキーワードである。
　伝送ビットレート24Gbps（デュアルグリーン方式）という膨大なデータ量の映像音声信号は、そのままでは地上波や衛星やケーブルでは到底送信できない。
そこでどうやって視聴者に“8K” の映像音声信号を送り届けるかが8Kの技術開発の最大の課題なのである。

　8K放送のプラットフォームとしては、地上波では周波数帯域に空きがなく、衛星を使用せざるを得ない。
　総務省では、２０１６年に開始する8K試験放送の技術仕様（BS放送、東経110度CS放送）を定めている。
　それによると、新たな変調方式、16APSKを採用すると共に、次世代符号化方式、HEVC/H.265を使用して圧縮効率を高め、24Gbps（60P）を約100Mbpsに圧縮して衛星波に載せて送信しようとするものだ。
　NHKでは映像については、約85Mbpsにまで圧縮し、新たな装置の開発でリアルタイムの符号化/復号を実現した。音声については、22.2ch音声(約25Mbps)を、MPEG-4 AACで約1.4Mbpsに圧縮している。
　さらに、これらの映像と音声を束ねて伝送するために、MPEG-H MMTという多重化・多重分離機能も開発された。
　ちなみに遅延は、エンコーダー・デコーダー双方合わせて３．５秒である。
　“8K”サービスを実現するためには、ひとえに圧縮技術が決め手である。
　圧縮比を高めると、画質が低下したり、色調が劣化したり、被写体の動きが“ガクガク”するというデメリットが発生することが懸念される。超高精細画質を誇る“8K”映像の品質が確保できなければ“8K”の意味はない。
　２０２０年東京オリンピック・パラリンピックの競技中継を“8K”でサービスする場合には、陸上やサッカーなどの中継で、“動きの速い”映像を鮮明に表示できるかが勝負である。
　72Gbps（60P）の非圧縮映像で視聴すればなんの問題もないだろう。要は約85Mbpsにまで“超”圧縮して送信された映像がどうなるかである。
　今年の展示では、お台場に設置した中継カメラとNHK技術研究所内に設置したカメラの8K映像をNHK技術研究所内に設置された“制作システム”でスイッチィングして放送実験用の映像音声を制作した。その映像音声を符号化装置で圧縮し、さらにMMT（MPEG Media Transport）と呼ばれる次世代メディア伝送方式で多重化して、光ファイバーでNHK放送センターに伝送した。そして、NHK放送センター内の送信設備で、約100Mbpsに圧縮した“8K”映像音声を、BS衛星に送り、BS17chの放送波として実験放送を行った。その放送波をNHK技術研究所内のパラボラアンテナ（現在のBSアンテナ）で受信して“8K”テレビモニターで表示した。
　“8K”テレビモニターに映された映像は、見た目には解像度等は問題なく“きれいな”映像であった。しかし、肝要なのはスポーツの動きの速い映像で、スムーズな映像の表示が確保できるのか焦点だ。


出典　8K衛星放送実験の概要　NHK技術研究所

■　光ファイバーの8K非圧縮伝送
　次世代高速大容量化の幹線光ファイバーは、1chあたり100Gbpsが実現している。NTT Comの企業向けインターネット接続サービス「スーパーOCN 100ギガビットイーサーネットサービス」で、すでに商用化されている。さらに波長分割（WDM）多重光伝送装置を使用すると80ch以上の伝送が現在の技術でも可能になっている。
“8K”中継地点などから、次世代幹線光ファイバーを使用し、72Gbpsの8K非圧縮映像の伝送基盤の環境も整い始めている。

■　CATVの“8K”サービス
　CATVは、同軸ケーブルを使用して各家庭に100chを超える映画や番組、ニュースなどをサービスしている場合が多い。
　こうした既存の同軸ケーブルのインフラを利用して、“4K”や“8K”の次世代高精細映像の配信を行うには難問が多い。
“4K”サービスの場合は既存の設備最大限利用しながら、現状の地上波やBS波の“2K”サービスに影響を及ぼさないで実施できるように工夫している。“4K”1chは約33Mbpsだが、これを約29Mbpsと約4Mbpsの２つに分割し、約4Mbpsの残りの約24Mbpsで、現状の地上波やBS波を配信するという方式である。
「複数搬送波伝送方式」と呼ばれている。
競争が激化している映像マーケットで、“4Kも見れます”という付加価値サービスは、CATVオペレーターにとって有力なツールだろう。
　もっとも配信される“4K”コンテンツが魅力的かどうかによるが……。

“8K”サービスの場合は更に難題である。
“8K”は、1chで約100Mbps（4Kは約33Mbps）が必要となる。（いずれもBS試験放送のスペック）
100Mbpsを同軸ケーブルで送信するために、まず変調方式を現状の64QAMから256QAMにグレードアップして、CATV1chで約39Mbpsの送信を可能にし、これを2ch使用し、さらに64QAM1chを使用して約29Mbpsを送信しようとするスキームだ。
　つまり、256QAM×2と64QAM×1の3chを使用して、“8K”サービスを実施しようとするモデルだ。
そこまでしてサービスを実現しても、“8K”サービスのニーズが実際どれだけあるのか筆者は疑問を抱く。
勿論、“4K”や“8K”サービスを利用するためには、各家庭は専用のデコーダーやテレビモニターを設置しなければならない。

■ 地上波利用した“8K”放送
“8K”サービスの普及を加速するには、地上波でサービスするのが一番だろうが、地上波は衛星やCATVに比べて更にハードルが高い。
　今年の展示では、地上波を使用した“8K”サービスの伝送実験が公開されていた。昨年の熊本県人吉で実験したが、今回は大都会の真ん中で、現状の地上デジタル放送に影響を与えず、良好に受信できるかを実験した。UHF31chの帯域を使用し、10Wで送信、4096QAMという“超高度”な変調方式を使用するなどして、ビットレートは77Mbpsを確保し、砧－渋谷間の約8kmの距離で送受信を実施している。
　受信アンテナは、通常に使用されている地デジアンテナと比べて、大きさはそんなに違いはないが、輻射器や導波器の棒が。ギャップフィラーに対しても意外と強いと担当者は話していた。
　まだ研究段階だそうである。


8K受信用アンテナ　技研公開2015　2015年5月28日

■　受信側のコンパクトなデコーダーの開発
　当然のことながら、“8K”サービスを受信するためには、専用のデコーダー（セットボックス）が必要である。今回の展示で使用した“8K”のデコーダーはNHKが制作したラックタイプの装置だった。このラックタイプの大きさをコンパクトにして、現在使用されているセットボックス並みの大きさにしないと“8K”実用化段階にはふさわしくない。
　NHKの担当者は、「LSI化が可能なのでコンパクト化の問題はあまり心配していない」としている。要は技術的な仕様をきちんと作れれば大丈夫とのことである。
　さらに価格設定がどのくらいになるかも重要だ。セットボックスを販売するのは家電メーカーだが、価格が高いと普及の妨げになるだろう。
　勿論、“8K”テレビ受像機の開発も重要である。すでに市販モデルも登場しているし、小型化も進んでいるので技術的には問題はないだろう。
　これも要は価格水準である。


符号化・復号装置　技研公開2015　2015年5月28日

■　8Kは誰がどうのように利用するのか？　
8Kのサービスモデルは再考の余地
　8Kの映像を改めてみると、大画面で見ればその画質の素晴らしさは感心させられる。今回特に気が付いたのは、“発色”の良さである。色調の表現は素晴らしい。HDと比較するとその差は歴然だ。
　しかし、映像の素晴らしさの有意差が現れるのは、大スクリーンで視聴した場合だけと大半の人は思うだろう。
　筆者も、InterBeeなどで、３２インチクラスまでのモニターで、脇に置いてあるHD（2K）と比較して何回か見たことがあるが、画面に近づいてよく見ればその違いははっきりわかる。しかし、数メートル離れた場所で見てもほとんどその違いはわからない。さらに“4K”と比較したらその違いはまったくわからないであろう。
　　また解像度が良すぎて、見ていて目が疲れると感じるには筆者だけであろうか？　に解像度を上げて隅々まではっきり見えることで、余計な部分まで見えて、むしろ邪魔になると感じるむきもあるだろう。人間の生理的な“目配り”の能力を超えているのである。“そんなに細かい部分まで見えなくてもいい。現状で十分”、素直な感想だろう。
　また視聴者の立場から考えてみると、テレビに求めるコンテンツは、ニュース・バラエティ番組、情報番組が多い。それにスポーツ中継、ドラマにエンターテイメント、ドキュメンタリー番組が加わる。東京オリンピック・パラリンピックなどのスポーツ中継については、そのニーズは多少は理解できる。しかし通常のニュース・バラエティ番組、情報番組にそれほどの解像度の映像のニーズは必要か。

　放送サービスだけで“8K”サービスモデルの展開を考えるのは限界がある。
　サービスモデルの検討にはNHK以外の組織の積極的な参加が必要なのではないか。
　一方で、“8K”のパワーが遺憾なく発揮するのは、劇場公開やイベント、パブリックビューイングだ。この分野では可能性が果てしなく広がるだろう。
　また医療や環境、宇宙、科学技術の分野では超高精細映像技術は極めて重要なツールとなるだろう。
“8K”のサービスモデルは、テレビ放送、家庭へのサービスといった発想を捨てて、もっと幅広い、別の発想での展開を考えるべきだと考える。
　日本は、２０２０年東京オリンピック・パラリンピックに向けて“世界の最高水準”の“ICT立国”を目指している。　　“8K”は“ICT立国・日本”の大黒柱の技術の一つであることは間違いない。


出典　4K・8Kの推進に関する現状について　総務省

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国際メディアサービスシステム研究所　International Media Service System Research Institute(IMSSR)





2015年5月29日
Copyright(C) 2015 IMSR



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廣谷　　徹
Toru Hiroya
国際メディアサービスシステム研究所
代表
International Media Service System Research Institute
(IMSSR)
President
E-mail thiroya@r03.itscom.net / imssr@a09.itscom.net
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