多重の変遷と規格化の歴史 解 説 木村武史 ■ 「多重」という言葉で，これまでさまざまな技術が表現されてきた。本稿では，アナログ 放送の時代からデジタル放送の現在まで， 「多重」の技術とその変遷をたどる。そして， 衛星・地上デジタル放送に関して，情報通信審議会，ARIB（Association of Radio Industries and Businesses：電波産業会）等における「多重」技術の規格化（標準化）の 歴史を振り返る。 １．まえがき 本特集号の表題は「８Kスーパーハイビジョン放送の多重技術」であるが，掲載された 解説や報告の中で，題名に「多重」という言葉が付いているのは本稿のみである。各記 事の題名を眺めてみると，代わりに「メディアトランスポート」 「MMT（MPEG Media Transport） 」というキーワードに気付く。これは，伝統的に「多重」という言葉で表さ れてきた役割が，今日では「トランスポート」という言葉で表されるレイヤー（階層） の役割に変化してきたことを示唆している。 本稿では，本特集号の表題に示された「多重」という言葉で表される技術について， その変遷を，わが国の放送が始まった時点から，アナログ放送の時代を経て，現在のデ ジタル放送までたどってみる。また，特にデジタル放送方式とその多重方式について， 規格化の歴史を振り返る。そして，今般の「高度広帯域衛星デジタル放送」の規格化に おいて，多重方式に大きな変化が訪れたことを述べる。 ２． 「多重」の種類と変遷 「多重」という言葉の意味を調べてみると， 「いくつも重なること。また，いくつも重ね ること。 （デジタル大辞泉） 」とある。では，放送ではどのようなことを「多重」という言 葉で表すのだろうか。まず， 「多重」と呼ばれる技術， 「多重放送」と呼ばれる放送が， ど のようなもので， どのように変遷してきたか歴史をひもといてみる（１図）３）∼５）。 2.1 アナログ放送における多重（１）∼多重を行った放送∼ アナログ放送における多重は，従来の放送があって，その電波の枠の中で新たな価値 を「重ねて」放送しようとするものであった。アナログ放送での「多重」は，まず既存 のサービスの付加価値を高めるために行われた。テレビジョン放送のカラー化，FM放送 のステレオ化がその良い例である。 カラーテレビジョン放送（1960年∼2011年）は，輝度信号（白黒信号）のスペクトル の山谷と，色差信号（カラー化用信号）のスペクトルの谷山が，ちょうどかみ合うよう 4 NHK技研 R&D/No.150/2015.3 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1925 1990 2000 2010 2020 1992 AM放送 AMステレオ 1969 FM放送 FMステレオ アナログ 1994 FM多重 1953 1960 テレビジョン放送 カラー 1982 1985 2011 1996 音声多重 文字多重 データ多重 1989 1991 衛星テレビジョン放送 有料放送 アナログ映像 ＋ デジタル音声 1994 衛星ハイビジョン放送 （実用化試験放送） 2011 2007 1996 狭帯域CSデジタル放送 デジタル 2000 2002 BSデジタル放送 110° CSデジタル 2003 地上デジタルテレビジョン放送 １図 放送と多重の歴史 映像キャリヤー 音声キャリヤー カラーサブキャリヤー 拡大 輝度信号 色差信号 3.58MHz 周波数 4.5MHz 周波数 15.734kHz 帯域幅6MHz ２図 アナログ放送における多重の例（NTSCカラー方式） に，周波数分割多重して行われた（２図） 。ここでは簡単に説明したが，詳細にはさまざ まな工夫がされている。これが有名なNTSC（National Television Standards Committee）方式のカラーテレビジョンである。 FM（Frequency Modulation）ステレオ放送（1969年∼）は，L＋R信号＊１（モノラ ル互換信号）の帯域の上方に，LR信号（ステレオ化用信号）でAM（Amplitude Modulation）変調したサブキャリヤーを周波数分割多重する（３図の②） 。この多重され ＊１ 左チャンネル用の音声信号と右 チャンネル用の音声信号を足し 合わせた信号。 た信号で主キャリヤーをFM変調したものがFMステレオ放送である。FM変調は，伝送 信号の帯域を広げて冗長性を持たせる操作であるため，ステレオ化用信号を多重できる 「電波の隙間」があったということである。 平成になって実用化されたAMステレオ放送（1992年∼）においても，冗長性という 隙間を利用して多重が行われた。AM放送は音声信号でキャリヤーをAM変調したもので あり，一般的なAM変調では両側波帯を持つ冗長性がある。AMステレオ放送では，この 冗長性を利用して，ステレオ化用信号を重ねることにより，ステレオ化が行われた。す なわちL＋R信号（モノラル互換信号）でキャリヤーをAM変調するのに加えて，LR 信号（ステレオ化用信号）でキャリヤーの直交成分を抑圧搬送波AM変調＊２することに ＊２ 搬送波を送らないAM変調方式。 より，ステレオ化が行われた。 NHK技研 R&D/No.150/2015.3 5 ① FMモノラル モノラル信号 0 周波数 ② FMステレオ パイロット信号 L+R信号 0 L−R信号 19kHz 38kHz 周波数 ③ FM多重 パイロット信号 L−R信号 L+R信号 0 LMSK信号 19kHz 38kHz 76kHz 周波数 ３図 アナログ放送における多重の例（FM放送） 2.2 アナログ放送における多重（２）∼「多重放送」と名乗った放送∼ 次に， 「…多重放送」と，名称に「多重」を付けた放送が現れた。 「…多重放送」におい ては，価値の追加といったサービスの改良だけでなく，新しいサービスの付加が行われ た。純粋なアナログ放送としては， 「テレビジョン音声多重放送」がその例である。 「テレビジョン音声多重放送」 （1982年∼2011年）は，テレビの音声に新規の音声チャ ンネルを多重し，新たに独立した音声サービスを付加したり，従来の音声チャンネル （L＋R信号）と新規の音声チャンネル（LR信号）とでステレオ音声を提供したりするも のである。技術的には，従来の音声チャンネルの帯域の上方に，新規の音声信号で狭帯 域FM変調したサブキャリヤーを周波数分割多重する。この多重された信号で音声キャリ ヤーをFM変調したものが， 「テレビジョン音声多重放送」の伝送信号になる。 後述の，アナログ放送にデジタル信号を多重した放送の多くも，この「…多重放送」 の例である。 2.3 アナログ−デジタル放送 ∼アナログ放送にデジタル信号を多重∼ 「テレビジョン文字多重放送」 （1985年∼2011年）は，アナログテレビの映像に文字情 報を多重し，テキストと簡単な図形を表示できる，今で言えばデータ放送のようなサー ビスを提供するものである。技術的には，テレビ映像信号の垂直ブランキング期間の走 査線に，符号化した文字や図形を時分割多重する。アナログ放送への多重技術であるが， 多重する情報はデジタル信号である。 「テレビジョンデータ多重放送」 （1996年∼2011年）は，テレビジョン文字多重放送と 同様の方法でデータを多重したものである。 「FM多重放送」 （1994年∼）は，FMステレオ放送の音声に新たなデジタルチャンネル を重ねて，データ放送サービスを提供するものである。技術的には，FMステレオ放送の L＋R信号とLR信号のさらに上方の周波数帯に，LMSK（Level controlled Minimum Shift Keying）という変調方式で変調したデータ信号を，周波数分割多重したものである 6 NHK技研 R&D/No.150/2015.3 ① ストラクチャー多重 1ch L R 2ch L R … 1ch L R 2ch L R … 伝送フレーム（伝送の単位） ② 固定長パケット多重（TS等） ヘッダー ペイロード（正味のデータ） … パケット（188バイト：TSの場合） ③ 可変長パケット多重（MMT，IP，TLV等） ヘッダー ペイロード … パケット（可変長） パケット（可変長） ４図 デジタル多重方式の変遷 （３図の③） 。LMSKとは，音声信号のレベルに応じてMSK信号の振幅を変化させる方式 であり，FMステレオ放送信号とLMSK信号との間の干渉を相互に制御しながら，MSK 信号を伝送する技術である。 2.1∼2.3節で述べたように，アナログ放送への「多重」は，既存の放送に新たな付加価 値や新たなサービスをプラスするために，既存の放送の隙間を見つけて，そこに新たな 信号を重ねる「多重」であった。 2.4 初期のデジタル放送 ∼ストラクチャー多重方式∼ 一般にデジタル放送は，その性能を極限まで使用するように設計する。アナログ放送 のように新たな情報を「重ねる」隙間はない。その代わり，デジタル放送は，最初から 信号が「重なった」ものとして作られた。 初期のデジタル放送における「多重」では，いくつかのメディアやサービスを重ねて 伝送するようになっていた。そして，メディアやサービスを重ねる場所は，あらかじめ 決められていた。このような多重の方法を，ストラクチャー多重方式と呼ぶ（４図の ①） 。デジタル放送では，方式があらかじめ備える，そうしたメディアやサービスを重ね る仕組みを「多重」と呼んでいる。 「衛星ハイビジョン放送 「衛星テレビジョン放送」 （1989年∼2011年）の音声信号＊３， 「PCM音声放送」 （MUSE放送） 」 （1994年∼2007年，実用化試験放送）の音声信号＊４， （1992年∼2011年）は，いずれも「ストラクチャー多重方式」であった。ただし，これら の方式は，それぞれ独立したものであった。 2.5 現在のデジタル放送 ∼MPEG2 Systems方式∼ 現在のデジタル放送における「多重」では，いくつものメディアやサービスを重ねて 放送できるようになっている。メディアやサービスを重ねる方法は，一定の大きさのコ ンテナ（固定長パケット）にデータを詰めて，必要な分だけ重ねる方法である。コンテ ＊３ 最終的な伝送信号は， デジタル信 号でDQPSK（Differential Quadrature Phase Shift Keying） 変調 したデジタルサブキャリヤーを， 主信号（映像信号）に周波数分 割多重した後，主キャリヤーを FM変調したものである。 ＊４ 最終的な伝送信号は，デジタル 信号を主信号（映像信号）に時 分割多重した後，主キャリヤー をFM変調したものである。 ナには各種メディアを柔軟に詰めることができる。また，メディアやサービスが重なっ NHK技研 R&D/No.150/2015.3 7 ている状態を示す仕組みを備え，こうした多重関連情報も「多重」の仕組みの一部とし て扱われている。 現在のデジタル放送においては，188バイトの固定長パケット（TSパケット：Transport Stream Packet）を用いるMPEG2（Moving Picture Experts Group 2）Systems 方式を採用している（４図の②） 。 「狭帯域CSデジタル放送」 （1996年∼） ， 「BSデジタル 放送」 （2000年∼） ， 「110°CSデジタル放送」 （2002年∼） ， 「地上デジタルテレビジョン放 送」 （2003年∼） ， 「地上デジタル音声放送」 （2003年∼2011年，実用化試験放送） ， 「地上 デジタルマルチメディア放送」 （2012年∼）は，いずれも多重方式にMPEG2 Systems 方式を用いている。 2.6 新しいデジタル放送 ∼MPEGH MMT方式∼ 次世代のデジタル放送における「多重」でも，いくつものメディアやサービスを重ね て伝送するようになっている。メディアやサービスを重ねる方法は，大きさが変化する コンテナ（可変長パケット）にデータを詰めて，必要な分だけ重ねる方法である（４図 の③） 。やはり，コンテナには各種メディアを柔軟に詰めることができて，メディアや サービスが重なっている状態を示す仕組みも備える。 これに加えて，次世代の「多重」では，１つのメディアやサービスを複数の伝送路に わたって重ねる仕組みを備える。つまり，１つの伝送路に重ねないで，複数の伝送路に 分担して重ねる多重が生まれたのである。 新たなデジタル放送においては，可変長パケットを用いるMPEGH MMT方式を採用 している。 「８Kスーパーハイビジョン（以下，８K）衛星放送」 （2018年∼（予定） ）は， この多重方式を用いて計画されている＊５。また，この多重方式を用いた次世代のハイブ ＊５ 詳細は，本特集号の報告「８K スーパーハイビジョン衛星放送 に向けたMPEGの新たなメディ アトランスポート方式MMT」を 参照。 リッドキャストも検討されている。 ３．デジタル放送の規格化の歴史 本章では，主なデジタル放送について，その伝送方式と多重方式の規格化の歴史を振 り返る（５図） 。なお，各放送の名称については，一般に広く用いられている名称を用い る。 3.1 狭帯域CSデジタル放送 最初の本格的なデジタル放送として登場したのが，狭帯域CS（Communications Satellite）デジタル放送である。1996年10月に，東経128°衛星を用いて， 「パーフェク ＊６ Digital Video Broadcasting Satellite：欧州で開発された衛 星デジタル放送の伝送方式の規 格。 ＊７ European Telecommunications Standards Institute：欧 州 電 気 通信標準化機構。 TV！」の名称で放送を開始した。現在は，東経124° /128°衛星を用いて， 「スカパー！プ レミアムサービス」の名称で放送が行われている。 ，多重方 式 に はMPEG2 Systems 伝送方式にはDVBS＊６（ETSI＊７EN 300 421） ，多重関連情報としてのSI（Service Information）については （ISO/IEC＊８138181） ＊８ International Organization for Standardization / International Electrotechnical Commission： 国際標準化機構／国際電気標準 会議。 ＊９ Digital Video Broadcasting Service Information：欧州で開 発された多重関連情報の規格。 8 NHK技研 R&D/No.150/2015.3 DVBSI＊９（ETSI EN 300 468）が採用された。これらは，国際標準（MPEG，ISO/ IEC）および欧州の標準（DVB，ETSI）の導入であり，日本独自の規格としては，受信 １） が1996年５月 機仕様（ARIB STD1「CSデジタル放送用受信装置（望ましい仕様） 」 ） に定められた。 ここで用いられた，MPEG2 Systemsの多重方式（188バイト固定長のTSパケットを 用いたパケット多重方式）や，多重関連情報方式は，その後の日本のデジタル放送にお ける多重方式の標準規格をつくる上で，その基となった。 3.2 BSデジタル放送 BS（Broadcasting Satellite）デジタル放送は2000年12月に開始され，その後，広く 1994 諮問 94/6 ・ ・ ・ 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 STD-B10,20 98/7,11 98/2 答申 諮問 94/6 放送開始 00/12 BSデジタル放送 99/10 TR-B15 STD-B20,10 放送開始 00/11,01/3 02/3 110°CSデジタル放送 00/2 01/7 答申 TR-B15 諮問 94/6 STD-B10,31 01/5 99/11 答申 放送開始 03/12 ワンセグ開始 06/4 地上デジタルテレビジョン放送 02/1 TRB-14 諮問 06/9 STD-B10,44 09/7 08/7 答申 高度広帯域 STD-B60,44 試験放送開始 実用放送開始 14/7 （予定） 2016 （予定）2018 衛星デジタル放送 14/3 2015 （予定） 答申 運用規定 （年/月） ５図 デジタル放送の規格化の歴史 普及した。 BSデジタル放送の多重方式にはMPEG2 Systemsが採用された。伝送方式の規格とし １） が1998年11月 ては， 「BSデジタル放送の送信・運用条件」＊10（ARIB STDB20 1.0版） ＊10 現在の題名は， 「衛星デジタル放 送の伝送方式」 。 に策定された。また，多重関連情報方式の規格として， 「デジタル放送に使用する番組配 １） が1998年７月に策定された。ARIB STDB10は， 列情報」 （ARIB STDB10 1.1版） DVBSIを基本にしながら，日本独自の要求に対応した規格である。さらに，運用規定と ２） が1999年10月に発行された。 して， 「BSデジタル放送運用規定」 （ARIB TRB15） 3.3 110° CSデジタル放送 110° CSデジタル放送は，2002年３月に開始された。BSと同じ東経110°に位置する衛 星を用いて，基本的にBSと共通の伝送方式により，BSとほぼ共通の環境で受信すること を実現した。 110° CSデジタル放送の多重方式には，BSデジタル放送と同じくMPEG2 Systems が採用された。伝送方式の規格としては，前述の「BSデジタル放送の送信・運用条 件」を改訂して， 「BS/広帯域CSデジタル放送の送信・運用条件」 （ARIB STDB20 2.0 １） が2000年11月に策定された。また，多重関連情報方式の規格として， 「デジタル放送 版） １） が2001年３月に策定された。ARIB に使用する番組配列情報」 （ARIB STDB10 2.0版） STDB10 2.0版は，110° CSデジタル放送に対応するように，それまでのARIB STD B10を追加規定したものである。さらに，運用規定として， 「BS/広帯域CSデジタル放送 ２） が2001年７月に発行された。 運用規定」 （ARIB TRB15 2.0版） 3.4 地上デジタルテレビジョン放送 地上デジタルテレビジョン放送は，基幹放送である地上アナログテレビジョン放送の 置き換えとして，2003年12月に東京・大阪・名古屋の３大都市圏で開始され，2006年12 月までに全都道府県で開始された。また，2006年４月には，携帯端末向けの「ワンセグ」 サービスも開始された。 地上デジタルテレビジョン放送も，多重方式にはMPEG2 Systemsを採用している。 NHK技研 R&D/No.150/2015.3 9 伝送方式の規格としては， 「地上デジタルテレビジョン放送の伝送方式」 （ARIB STD １） が2001年５月に策定された。また，多重関連情報方式の規格として， 「デジ B31 1.0版） １） が2001年５月に策定され タル放送に使用する番組配列情報」 （ARIB STDB10 3.0版） た。ARIB STDB10 3.0版は，地上デジタル放送に対応するように，それまでのARIB STDB10を追加規定したものである。このARIB STDB31 1.0版およびARIB STDB 10 3.0版は， 「ワンセグ」も想定した規格である。さらに，運用規定として， 「地上デジタ ２） が2002年１月に発行された。 ルテレビジョン放送運用規定」 （ARIB TRB14 1.0版） 3.5 高度BSデジタル放送（１） 衛星放送において，新たに使えることとなった周波数や，アナログ放送の終了で空く 周波数で実施するBSデジタル放送用として， 「高度BSデジタル放送」の方式が準備され た。この方式は，従来と同じ伝送条件で約1.3倍のビットレートの伝送を可能とし，高能 率の映像符号化方式であるH.264 /MPEG4 AVC（Advanced Video Coding）を用いる ことにより，１つの衛星中継器で４チャンネル以上のハイビジョン放送を可能とするも のである。また，変調方式にAPSK（Amplitude Phase Shift Keying）を用いて８K放 送が可能であることも，実験で示された。 この高度BSデジタル放送の技術方式について，2006年９月に情報通信審議会に諮問さ れ（諮問2023号） ，2008年７月に答申された。伝送方式には，従来より小さなロールオフ ＊11 帯域幅とノイズにより定まる通 信路容量の限界。 率（0.1）を採用するとともに，シャノン限界＊11に迫る誤り訂正能力を持つLDPC（Low Density Parity Check）符号を採用した。多重方式には，BSデジタル放送と同じMPEG2 Systemsとともに，新たにIP（Internet Protocol）等の伝送に適したTLV（Type Length ＊12 IPパケット等の可変長パケット を多重化するための枠組み。 Value）＊12方式を採用した。 伝送方式の規格としては， 「高度広帯域衛星デジタル放送の伝送方式」 （ARIB STD １） が2009年７月に策定された。また，多重関連情報方式の規格としては， 「デ B44 1.0版） １） が2009年７月に策定さ ジタル放送に使用する番組配列情報」 （ARIB STDB10 4.7版） れた。ARIB STDB10 4.7版は，高度BSデジタル放送に対応するように，それまでの ARIB STDB10を追加規定したものである。 結果的に，新規の衛星放送チャンネルで本方式を選択する事業者はなかったため，こ こで規格化された技術は直ちに使われることはなかった。 3.6 高度BSデジタル放送（２） ８K放送を実現するために，高度BSデジタル放送の技術方式に再び注目が集まり， 2013年５月に情報通信審議会で技術方式の検討が始まり，2014年３月に答申された。伝 送方式には，さらに小さなロールオフ率（0.03）を採用するとともに，新たな誤り訂正符 号化率7/9を追加した。多重方式は，MPEG2 TSまたはMMT/TLVとされた。そして， この答申を反映した省令・告示が，2014年６月に公布された。 伝送方式の規格としては，2009年に策定されていた1.0版を改訂して， 「高度広帯域衛星 １） が2014年７月に策定された。また， デジタル放送の伝送方式」 （ARIB STDB44 2.0版） 多重方式の規格として，MPEGH MMT（ISO/IEC 230081）を採用した「デジタル放 １） が，同 送におけるMMTによるメディアトランスポート方式」 （ARIB STDB60 1.0版） じく2014年７月に策定された。 このように，高度BSデジタル放送の多重方式としてはMPEGH MMTを選択するこ ととなり，長く続いたMPEG2 Systemsの時代から，MPEGH MMTの時代へと大き な変革が起こった。 2015年３月現在，高度BSデジタル放送の運用規定の検討が行われており，2016年には 10 NHK技研 R&D/No.150/2015.3 試験放送，2018年には実用放送が計画されている。 ４．まとめ 日本の放送とその技術方式の変遷を振り返ると， 「多重」という言葉は実に多様な意味 に用いられてきた。ここでもう一度， 「多重」の変遷を振り返り，本稿を締めくくる。 アナログ時代の多重技術は，既存の放送に付加価値を加えるものだった。そしてその 方法は，周波数や時間などさまざまな次元において，隙間を見つけてはそこに新たな信 号を送ろうとするものであった。その中で，新たなサービスを多重するものは， 「…多重 放送」という名称で呼ばれた。 デジタル時代になると，デジタル信号の伝送方式は限界まで最適化され，隙間のない 状態になった。その代わり，最初からさまざまな信号やサービスを重ねて伝送する仕組 みが組み込まれた。デジタル放送では「多重」が当たり前になり，デジタル放送の名称 からは「多重」という言葉は消えた。そして，地上デジタル放送，BSデジタル放送をは じめ，現在のほとんどのデジタル放送では，MPEG2 Systems多重方式が使われるよう になった。 そこへ，新たなデジタル放送の多重方式が現れた。MPEGH MMTである。従来 は，１つの伝送路に重ねることが「多重」であったが，MMTでは「複数の伝送路に重ね る多重」という新たな概念が生まれた。これにより， 「放送と通信」や「BSとCS」のよ うに，複数の伝送路を使ってサービスを提供することが可能になった。この多重技術を 用いて，現在， 「８K衛星放送」や「次世代ハイブリッドキャスト」が計画されている。 1964年10月の東京オリンピックは，アナログ多重技術を駆使した最初の多重放送とも 言えるカラーテレビジョンで放送された。そして2020年７月から開催される東京オリン ピック・パラリンピックでは，最新のデジタル多重技術MMTを採用した８K衛星放送に よる放送が計画されている。オリンピックを契機として，放送，多重は，新たな時代へ と入っていく。 参考文献 1）電波産業会： “放送規格（放送分野）一覧表”および規格文書， http：//www.arib.or.jp/tyosakenkyu/kikaku_hoso/hoso_kikaku_number.html 2）電波産業会： “技術資料（放送分野）一覧表”および資料文書， http：//www.arib.or.jp/tyosakenkyu/kikaku_hoso/hoso_gijutsu_number.html 3）日本放送協会： “NHK年鑑2013， ” http：//www.nhk.or.jp/bunken/book/regular/nenkan/nenkan_2013.html 4）衛星放送協会： “衛星放送の歴史， ” http：//www.eiseihoso.org/history/ 5）スカパーJSAT： “衛星放送クロニクル， ” http：//www.sptvjsat.com/sp_world/worldtop/history/chronicle/index.html きむらたけし 木村武史 1980年入局。大阪放送局を経 て，1983年から放送技術研究 所において，衛星テレビジョン 有料放送，BSデジタル放送， 地上デジタル放送， 高度BSデ ジタル放送などの研究に従事。 1997年から2000年まで （株） 次世代情報放送システム研究 所に出向。現在，放送技術研 究所伝送システム研究部上級 研究員。 NHK技研 R&D/No.150/2015.3 11
© Copyright 2024 ExpyDoc
