2012年12月20日 第1回スマートディスプレイ研究会セミナー

スーパーハイビジョンのＮＨＫにおける開発状況

日本放送協会 放送技術研究所
奥井 誠人

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ＮＨＫ技研の研究開発目標Ⓡ

頃All Rights Reserved, Copyright ©2012 NHK

2012～2014年度NHK技研３か年計画
http://www.nhk.or.jp/strl/120530.pdf

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ｽｰﾊﾟｰﾊｲﾋﾞｼﾞｮﾝ(SHV)の開発目標
２０２０年に２１Ｇ帯放送衛星によるＳＨＶの試験放送を実現するため、ロードマップに沿ってより実用的なＳＨＶ機器の研究開発を進める
伝送技術 （衛星、地上、CATV）：
開発（～2015）、標準化（～2019）
開発（2015）、標準化（ 2019）
符号化技術
制作機器開発・カメラ、小型化
・インタフェース
< 現在 (2012年) >

家庭用
受信機

・映像機器（DG）
・プロジェクタ、ＬＣＤ、ＰＤＰ
・映像スタジオ規格
家庭用音響機器All Rights Reserved, Copyright ©2012 NHK

家庭用ディスプレイ（120fps 広色域100インチ級）
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ロンドン五輪のSHV公開上映 （１）• 五輪は放送技術の発展の場• ロンドン五輪でＳＨＶが初登場（公開上映(PV) ） オリンピック放送機構(OBS)、英国放送協会(BBC) と共同
 IPネットワークにより国際伝送 英国（４会場）、米国（１会場）、日本（４会場）
 17日間（日本は16日間）、開・閉会式、５競技を配信
 ディスプレイはプロジェクタ（300-520インチ）、LCD、PDP• 結果
 制作・伝送・上映を安定に運用
 海外２万、国内20万の来場者
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ロンドン五輪のSHV公開上映 （２）ＮＨＫ福島放送局

渋谷

SHV中継車22.2ch音声専用中継車

ベルサール秋葉原

NHKふれあいホール
NHKスタジオパーク

球形ワンポイントマイク

SHVカメラ(デュアルグリーン）

福島秋葉原

五輪会場
非圧縮BBCグラスゴー
ワシントン, DCブラッドフォード
ロンドンIBCAll Rights Reserved, Copyright ©2012 NHK5

スーパーハイビジョンのめざす性能（フルスペック仕様）
映像

音響

空間解像度
(画素数)

7680×4320

時間解像度((フレーム周波数)
周波数)

120 Hz *階調（ビット数）

12 bit

表色系

広色域 *方式

22.2 マルチチャネル

サンプル周波数48, 96ｋＨｚ

ビット数

16, 20, 24 bit* 現時点では機器の多くは60Hz、HDTV色域を使用

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国際標準(ITU‐R勧告 BT.2020) （2012.8）“Parameter values for ultra‐high definition television systems forproduction and international programme exchange”の主要パラメータ
Pixel count(H x V)

Picture aspect
ratio

Frame frequency [Hz]Scan mode

7680 x 4320
3840 x 2160

16:9

120, 60, 60/1.001, 50, 30,30/1.001, 25, 24, 24/1.001

ProgressiveSystem
colorimetry

Signal format

Codingformat

Codedsignal

Sampling lattice

12‐bit10‐bitR', G', B‘
Y', C'B, C'R
Y'C, C'BC, C'RC

(広色域)
xy
R 0.708 0.292
G 0.170 0.797
B 0.131 0.046

Constant
luminance

Non‐constantluminance

Y’CC’ B CC’R C

Y’C’BC’R(輝度・色差信号式略)

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4:4:4
4:2:2
4:2:07

スーパーハイビジョン と ハイビジョン＜SHV ＞＜HDTV ＞ 200万画素

3300万画素（33M pixels）（2 M pixels）

1920 pixels
1080 pixxels

画面高 Screen hheight4320 pixels

7680 pixels
視野角:水平 30°

視距離 3H

視野角: ～ 水平 100°
視距離 0.75H
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8臨場感（広視野効果）の評価
7

76

Score
(Sense of Presence)

Score(Sense of Presence)

statuebay
pathwarehouse

54
32654
3
2

20406080100

水平視角 Visual angle (deg.)

被験者間要因statuebay
pathwarehouse

2040

60

80

100

水平視角 Visual angle (deg.)

被験者内要因、臨場感 の評価結果 （撮影画角６０度）
臨場感： あたかもその場にいるような感じ（sense of being there）(2006, Masaoka, K ほか)
All Rights Reserved, Copyright ©2012 NHK9実物感の評価Sensation of realness (ln(p))

0Plaster bust

‐1‐2‐3‐4

PLASTER BUST‐5MODEL SHIP

‐6

BUTTERFLIES‐7All Rights Reserved, Copyright ©2012 NHK2020406080 100

140(2011, 正岡ほか)
実物Real object

角解像度 (cpd)

Butterfly

Model ship10

映像システムの比較“その場にいるような感じ”と“実物を見ているような感じ”はＳＨＶ(８Ｋ)では広い範囲の視距離で実現できる実物感

Sense of realneessスーパーハイビジョン
8K x 4K

4K x 2K SHV

ハイビジョン(8K x 4K)

4K x 2KHDTV(2K x 1K)

020
8All Rights Reserved, Copyright ©2012 NHK40
4 360
21.5801

Sense of being theere臨場感

100 Viewing angle (degree)
0.75 Viewing distance (H)H: screen height11

ＳＨＶの表色系 （広色域）
Green(532nm)
SHV
D‐Cinema
AdobeRGBHDTV

三原色と基準白色
SHVHDTV
AdobeRGB
D‐Cinema

RGB
D65x
0.708
0.170
0.131
0.3127y0.2920.797
0.046
0.3290

Red(630nm)

Blue(467nm)

各方式の三原色とポインターカラー
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ポインターカラーの再現性比較
SHV:
99.9%
HDTV:
74.4%
Adobe RGB: 90.3%
D‐Cinema: 91.4%

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ＳＨＶの時間解像度
撮像

評価実験結果 ‐> 高い周波数で効果

フレーム周波数
蓄積時間
表示
フレーム周波数
ホールド型表示（時間開口、追従視）・動きぼやけ1/200-1/300 s 以上
(30deg/s, 60p)

・ストロボ効果

100Hz以上（時間開口1/240秒）

・フリッカ

厳しい条件では８０Hz以上
時間開口60コマ／秒

時間

フレーム周期・・・
時間120コマ／秒
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ＳＨＶの音響システム (22.2 マルチチャネル)♪ＳＨＶの音響方式に求められる条件– スクリーン上の任意の位置に音像が定位可能なこと– 視聴位置を取り囲む全方位から到来する音が再現可能なこと– 自然で高品質な三次元空間音響を再現できること– 最適な聴取範囲が広いこと– 既存のマルチチャンネル音響方式との互換性を有すること– ライブ収音および生放送に対応できること

全方位からの音の再現

スクリーン上の音像定位
視聴範囲

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ＳＨＶの音響システム (22.2 マルチチャネル)
上層： 9 channels

中層: 10 channels

下層: 3 channels
LFE (低音効果チャネル):上層(Front)

8ch (45º) + 1ch (真上)All Rights Reserved, Copyright ©2012 NHK

2 channels

中層下層(Front)(Front)10ch (前方30º, 後方45º)

3ch (前方 45º)
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デュアルグリーン（ＤＧ）方式
G1G2

G1 + G2

８００万画素デバイス

３３００万画素相当＋８００万画素デバイス

４板式

Imagerg for B
G1

CameraStacked projectors
2 LCDs
(G1 and G2)

G2
2 LCDs(R and B)

R

単板式
G B
R G

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R/B

Time‐multiplexed (e‐Shift)
3 LCDs (R, B, and G)

Display
ベイヤー配列R/B

R/B

G -> G1/G2 (time-multiplexed)16

ＳＨＶ機器の開発

<カメラ>
実用型装置

初期の実験装置

小型軽量カメラ(2010)
フル解像度カメラ(2010)
試作DGカメラ (2002)‐ 4板 2.5 in. 8M‐pixel CCD ‐ 4板DG 1.25 in. 8M‐pixel CMOS ‐ 2.5 in.33M‐pixel CMOS 3板‐ 20 kgk （カメラヘッド）‐6565 kkg （カメラヘッド）（カメラヘ ド）‐ 80 kg （カメラヘッド）
最近の開発装置（技研公開2012）

従来機（1.25インチ／ＤＧ）

今回開発

SHV用小型カメラヘッド(単板カラー）

120 Hz SHVイメージセンサー
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DG プロジェクタ (2001)‐ 2板 8M‐pixel LCOS×2台‐ 92kg x 2<ディスプレイ>

小型プロジェクタ (2010)‐ ３素子 8M‐pixel (e‐Shift)
50 5 kg‐ 50.5フル解像度プロジェクタ(2009)‐ 33M‐pixel LCOS 3板‐ 明るさ：9000
明るさ 9000 lumensl

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フル解像度85 inch LCD (2011)‐ 画素ピッチ0.25mm
145インチSHV PDP (2012)‐ 輝度： 300cd/m2‐ 画素ピッチ 0.417 mm

120 Hz SHVプロジェクタ-

フレーム周波数120 Hz
e-shift RGB画素ずらし
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ＳＨＶの応用
 博物館
 九州国立博物館（2005.10 ‐）ＳＨＶシアター常設 万博展“愛・地球博”（2005） 常設展示

 スポーツなどのパブリックビューイング
 ３Ｄ映像に超高精細映像を応用
 インテグラル立体テレビ
 その他、産業応用
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まとめ◆ 開発状況
・実験による基本パラメータの裏付け
・特徴や画面効果の検証
・制作機器、表示・音響システム、符号化・伝送技術が着実に進捗◆ 今後に向けて・２０２０年の試験放送に向け開発を推進
・フルスペック化
・番組制作・公開展示を通じた技術検証。様々な応用の開拓
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