社会基盤としてのマルチメディア通信

ネットワーク構成運用論



マルチメディアとは何か

2004/07/12
芸術情報設計学科
藤村 直美



文字や数値などのテキスト情報と音声、画像といった異なる形式の情報をデジタル化して一つにまとめ、蓄積、検索、加工などの対話型処理を可能にして人間の思考やコミュニケーションを助ける技術

パッケージ型マルチメディア(CD-ROM、DVD）

ＴＶは片方向通信
 距離や空間の制約を克服

マルチメディアサービス

マルチメディアサービス(続） 電子新聞、電子書籍

 CSCW (Computer Supported Cooperative 画像通信 （携帯電話など）

Work) インターネット上の情報流通

 CATV

電子商取引（オンラインショッピング、オンラインバンキング、オンライントレーディング他）
 仮想企業、仮想商店


ペイパービュー

 VOD(詳細は後述） ネットワークゲーム

ＣＳＣＷ

CSCW(2)

 遠隔会議 情報フィルタリング

 在宅勤務 ワークフロー管理システム


出張伝票
物品購入伝票 情報共有システム


電子メールや新聞記事から必要な情報を抽出

 在宅検診、遠隔診療
 仮想学校、遠隔教育
 金融相談、取り引き 個人のスケジュール管理、事務ソフト

文書のデータベース

1

デスクトップ会議システム

新しい技術 机上のPCにカメラ、マイク、スポーカ

 各種メディアの入力、出力、蓄積、検索、編集、伝送 ビットマップデータ共有（ホワイトボード）
 アプリケーション共有（ワープロ、表計算）
 遠隔会議システムの例

ネットワーク技術
通信プロトコル 情報の圧縮 データベース
 マルチメディア端末
DVTS ViaVideo文字、静止画、動画、味、触覚、香り、．．．

 これからの研究課題



各種商品

インターネットとマルチメディア

仮想商店街

 マルチメディア情報を扱える

 ＶＲＭＬによる仮想商店街

 発信も受信もできる

 Ｒｅａｌ 始ったばかり→急速に普及し始めている
 ＷｏｒｌｄＷｉｄｅ Ｗｅｂ

ＡＵｄｉｏでレコードを聞き Ｓｔｒｅａｍ Ｗｏｒｋｓで映画を鑑賞
 決済方法ハイパーテキスト、リンク

 会社案内、仮想展示会、電子ショッピングなど



クレジット
電子マネー（Edy、Mobile Edy、）

クレジットカード

デビットカード（J-Debit）

 普通、ゴールドなどの種類

支払い可能金額の上限が異なる（信用による） 通常は年会費がある




 カードを提示し、署名をすることで後払い


例えば１５日締めで、翌月１０日に支払い 利息、手数料

一回と２回払いは無利子、手数料なし（加盟店が負担）
 ３回以上は金利・手数料がかかる
 リボ払いは金利が高い（９〜１５％）

金融機関のキャッシュカードをそのまま利用可
能
支払いはキャッシュカードを提示、暗証番号を入力ュするだけ
買い物や支払いのために、事前に現金を引き出す必要がない
多額の現金を持ち歩く不安やお金の使い過ぎの心配がない
手数料、年会費、金利が不要 クレジットの偽造が増えている（スキミング）2電子マネーについてプリペイドカードと電子マネー

 現金や預金の前払いと引換えに電子的なデータ

 プリペイドカードを取得し、これでモノを買ったり、サービスを受けることができるとき、この電子的データのことを『電子マネー』と呼ぶ」
①⑤

発行体
④

②
消費者


換金性、汎用性がない
特定の店舗や自動販売機でしか使えない 電子マネー

換金性、汎用性がある
ネットワークを経由してでも使える 新しい概念の支払い手段、単なる小銭の代わりではない



販売店
③

電子マネーの影響

音声伝送（具体例）

 少額の決済を利用した新しい市場創設

 ＷＷＷの音声／音楽データ

ネットワークを活用した情報の切り売り

辞書などの知識、音楽、動画などのエンターテイメント

銀行の決済システムに取って代わる可能性

もっと大きな金額を使えるようになりセキュリティが向上し、大金でも現金のようにかさばらない
安全・確実に持ち運べるようになったら

IP電話相互接続関係例

 インターネットラジオ

RealAudio、AudioLink Acoustic Player インターネット電話
Internet Phone、CoolTalk、NeVoＴ

音声伝送の問題点
 通信線の太さが様々 多人数で共用↓
 データ伝送量が不安定に変動
 伝達時間が変動

http://www.khibi.com/denwa/2003/index.htm

3音声伝送における圧縮

音声伝送における圧縮（続） 独自方式

 ＧＳＭ

 ＰＣＭ (8ビット×８ＫＨｚ=64Kbps）(The Global System for Mobile
telecommunication)
 MPEG1-Audio（1.4Mビット/秒のCD品質）
 ＴｗｉｎＶＷ（ＡＭやＦＭのラジオ品質）

 ＡＤＰＣＭ(Adaptive Differential PCM)(G.721)
 Ｈ．３２３（ＬＡＮ対応のTV会議システムの国際標準）

静止画像の伝送 絵は大きいX線画像＝４〜１６ＭＢ
これを10枚程度で１００ＭＢ
 病理画像＝2500×2500のフルカラーで１９ＭＢ
これを3枚程度で５０ＭＢ


静止画像の圧縮方式
ＪＰＥＧ(Joint Photographic-Experts Group)(ISO10918)
数分の１〜十数分の１に圧縮（可逆、非可逆） ＧＩＦ (Graphics Interchange Format)
CompuServeが開発、数分の１、２５６色
 ＴＩＦＦ (Tag Image File Format)
米アルダス社が開発、ビットマップで24ビットカ
ラー、ＧＩＦと同じ圧縮 ＰＩＣＴ （ＰＩＣＴｕｒｅ）
Ｍａｃの標準フォーマット、１０分の１程度
 PNG


静止画像圧縮の仕組み

動画像の圧縮 人間は穏やかな変化(低周波）より細かな変化

 フレームを連続して表示（高周波）に敏感 自然画像には低周波成分が多い
 ＪＰＥＧの圧縮例で説明
離散コサイン変換（ＤＣＴ）
８×８画素
 量子化（値をまるめる）
 符号化（ハフマン符号化）

映画は２４フレーム／秒
ＮＴＳＣ方式は３０フレーム／秒
 ＰＡＬ方式は２５フレーム／秒 圧縮方式

ＱｕｉｃｋＴｉｍｅ
Ｈ．２６１
 ＭＰＥＧ

4

ＱｕｉｃｋＴｉｍｅ

Ｈ．２６１

 米アップル社が開発

 ＩＴＵ−Ｔが標準化したＴＶ電話／会議用

 画像と音声の同期が可能

 リアルタイム性を重視する分野

 ６種類の圧縮アルゴリズム

 ｐ×６４ｋビット／秒の伝送速度を想定

 ＭＰＥＧほど画像解像度が高くない

ＭＰＥＧ
 Ｍｏｖｉｎｇ

動画像圧縮の仕組み
Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ ＭＰＥＧ−１、ＭＰＥＧ−２、ＭＰＥＧ−４
 ＭＰＥＧ−１の画質はＶＨＳの３倍速録画程度、１．

５Ｍビット／秒以下
 ＭＰＥＧ−２はＨＤＴＶまでの高品質画像、１５Ｍビット／秒程度
 ＭＰＥＧ−４は６４ｋビット／秒以下、無線による携帯情報端末など

 静止画と同様の圧縮（ＤＣＴ）→Ｉピクチャ
 フレーム間の類似性に着目

列車と背景の例
動き補償（動きを表現するベクトルを付加）
 Ｐピクチャ（一つ前の画像＋動き補償）
 Ｂピクチャ（前後の画像＋動き補償）

リアルタイム伝送の課題

リアルタイム通信への対応

 リアルタイムな画像、音声、データの通信 ＬＡＮやインターネット上で安定した通信 遅延時間の問題

 伝送路の帯域、圧縮による遅延 音には敏感だが、画像には鈍感
 回線種別

ＩＳＤＮ，アナログ電話、イーサネット、ＡＴＭ 画像と音声、データ操作の同期（口と声）

高速で転送処理を保証可能なネットワーク技術
サービス品質を保証できるプロトコル

 ＩＰｖ６ではフローラベルと優先度フィールド
暗号化されたパケットでも識別可能
種類が異なるフローを同一宛先へ転送する時にデー
タタイプ別に優先転送や帯域確保

5リアルタイム通信用プロトコル

ＲＳＶＰ(Resource Reservation Protocol)
送信端末が経路を設定
 受信端末が逆向きに必要な帯域を確保


ＲＴＰ／ＲＴＣＰ(Real time Transport Protocol/RTPControl Protocol)
ＴＣＰの代わり端末間で適切に処理する機能 パケットにタイムスタンプ
 再生時間の同期、ゆらぎの通知


リアルタイム通信プロトコル（続） ＲＴＳＰ

ネットスケープとプログレッシブネットワークス
マルティメディアサーバとクライアント間の通信
 ＷＷＷのマルチメディアアプリケーションの相互接続性を保証
 シスコ、３Ｃｏｍ、ＩＢＭなど、４０社程度がサポートを表明

ＩＰマルチキャスト

ＬＡＮのＱｏＳ １対Ｎの通信

 スループットや遅延時間のサービス品質

 クラスＤを使用

 ＣＳＭＡ／ＣＤ方式ではＱｏＳの保証が困難

 Ｍ−Ｂｏｎｅ
 リアルタイムな配信（坂本龍一）

途切れないこと メディアスケーリング トークンリング方式では遅延時間を予測可能 スイッチング方式（ＡＴＭ−ＬＡＮ）では帯域予約可能、遅延時間も一定に設定可能

 電子新聞、教材、ゲームソフト


正確な伝送が必要

ＶＯＤ

ＶＯＤの方式

 Ｖｉｄｅｏ 要求に応じて人がテープを探してセット

Ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ 希望のビデオを見たいときに見るサービス、仕組み 双方向性が特徴 価格、時間、顧客の要望、内容、利用形態
 要求に応じて機械的にテープをセット
 同じ内容を少しずつ時間（例えば10分）をずらして多チャンネルで放送
 圧縮された情報を大記憶装置から配送

映画、カタログ、ニュース、カラオケ、料理番組

6多重アクセスの仕組み

公衆サービス向けＶＯＤサーバ

 クライアントの再生速度より高速に配送

 構成要素映像記憶部
システム制御部 ネットワーク接続部

 複数利用者からの要求 ディスクからの読み出し速度が重要

ＮＦＳでも何とかなる 読み出し速度と再生速度の比率で多重度が決 専用システム

シリコングラフィックスのＣｈａｌｌｅｎｇｅ (1995)
コンカレント コンピュータ社のMediaHawk ビデオ
サーバ OKI MediaServerまる
 専用装置もある（例 ＳｔａｒＷｏｒｋｓ）
Streaming RAID

 汎用システムを利用

海外の例
 ＦＳＮ（Ｆｕｌｌマイクロソフトのパソコンをベースにしたもの

日本の例
Ｓｅｖｉｃｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）

 ＮＴＴのマルチメディア通信の共同利用実験の例

千葉県浦安市（96年１月から）
専用サーバ（Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ）
 横須賀市（96年3月から）
パソコンシステム（ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ）

 米国フロリダ州オーランド 94年12月から開始
 米タイムワーナー、 シリコングラフィックスのＣｈａｌｌｅｎｇｅ 「けいはんな」で実用試験

ＶＯＤのための技術

RAID

 ＲＡＩＤなどの記憶装置構成技術

 ＭＰＥＧなどの映像圧縮技術
 マルチメディアデータベースのアクセス技術
 プロセッサの性能向上
 ビデオサーバ用ＯＳ
 互換性の問題

Redundant Arrays for Inexpensive/IndependentDisks 高速・大容量かつ高信頼性のディスクサブシステムを構築する技術
 大容量化で壊れた時の被害が大きくなった 動画などではできるだけ高速の入出力が必要
 OSなどによるソフトウェア方式と専用のハードウェア方式がある
LinuxWindows 2000

7

RAID 0RAID 1

 ストライピングで、複数のディスクをまとめて1台

 ミラーリングをして、同一データを複数のディスクのディスクに見せる 大容量ディスクを実現 アクセスの高速化が可能
 冗長性はない
 どれか一台が壊れると全滅するへ書き込み
 少なくとも2台のディスクが必要 一方のディスクが壊れてももう一台で続行可能
 ディスクの使用効率は悪い

RAID 5

RAIDの仕組み 複数のディスクにデータとパリティを記録
 ストライピングを行う
 ディスクが1台故障しても、残りのディスクから情報を再構成できる
 ミラーリングよりもディスクの使用効率がよい 読み込みは複数ディスクから読むので早いが、書き込みはパリティの計算に時間がかかる ホットスタンバイを準備していると1台壊れてもそのままで、活性挿抜で回復できる
http://www.atmarkit.co.jp/icd/root/29/5785729.html

画像データの3次元化

Ｑｕｉｃｋ Ｔｉｍｅ ＶＲ

 ＷＷＷサーバで3次元画像を扱う

 パノラマムービー

 ＶＲＭＬ、ＱｕｉｃｋＴｉｍｅ

ＶＲ、Ｊａｖａ 有名なＶＲＭＬブラウザ


ＳＧＩのＣｏｓｍｏ Ｐｌａｙｅｒ
Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ Ｐｌａｃｅ Ｂｒｏｗｓｅｒ

 ＶＲＭＬ文書では3次元グラフィックスの作り方だ

利用者の視点を中心に360度の映像
マウス操作で周囲を見渡せる

 オブジェクトムービー


物体を動かして色々な角度から見る タグをつけて、詳しい情報を提供

けを伝送（データ量を減らす）

8

既存ＤＢＭＳのマルチメディア化

マルチメディア端末 これまでのＤＢＭＳでは文字や数値だけ パソコン データの一貫性の保持、障害復旧、トランザク

 セットトップボックス

ションの監視など
 従来は音や映像を保存し、管理情報をデータベース化
 音や映像で検索する技術

似ているものを検索
特定の人物のシーンを検索パソコン
２Ｄ／３Ｄアクセラレータ
ポリゴン処理（３Ｄグラフィックスで物体を表現する際に単位となる図形）
 テクスチャ処理（物体の表面に模様を貼り付ける処理）

 簡易端末サウンド機能マイクからのサンプリング機能
サンプリング音の再生機能
 効果音のための音源機能

パソコンのＣＰＵ DSP

モデムやサウンド機能をソフトで実行
価格低下に貢献

 ＭＭＸ

ＭｕｌｔｉＭｅｄｉａ Ｅｘｔｅｎｔｉｏｎ
マルチメディアアプリで良く使われる演算をまとめて実行 複数データを一括して処理

セットトップボックス

簡易端末 ＶＯＤ対応で高度化

 携帯型パソコン（小型、軽量、薄型）

マルチメディア通信に必要なすべての機能

圧縮画像の復元
暗号化信号の復元

低廉化、小型化
 操作性、耐久性
 保守性
 ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏａｎｌ

Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）
ザウルス、Ｐａlm、Windows CE、Pocket PC
 個人情報管理機能（ＰＩＭ）
 通信機能（赤外線、モデム、携帯電話、ＰＨＳ等）

9

簡易端末(続）小型記憶装置 長時間使用のための低消費電力設計

 CF

 すばやい起動 SDメモリカード

 ＰＣカードスロット（ＰＣＭＣＩＡ）、CF マルチメディアカード

 ペン入力、手書き入力

 メモリスチック ＯＳ（Ｂ−Ｔｒｏｎ）

 スマートメディア
 カード型ハードディスク、マイクロドライブ

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