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映像符号化方式H.266|VVC対応リアルタイムコーデックを用いた4K/60fpsの映像伝送に成功

~従来方式の半分以下のビットレートで高臨場感のある映像サービスの提供が可能に~

2021年12月23日
株式会社KDDI総合研究所

株株式会社KDDI総合研究所(本社:埼玉県ふじみ野市、代表取締役所長:中村 元、以下「KDDI総合研究所」)は、最新の国際標準映像符号化方式H.266|VVC(Versatile Video Coding、以下「VVC」)に対応したリアルタイムコーデックシステム(以下「本システム」)を用い、ビットレート12Mbps(メガビット/秒)、フレームレート60fps(フレーム/秒)での4K映像伝送の実証実験に成功し、現行放送の半分以下のビットレートに圧縮しても安定した映像品質を維持できることを確認しました。
現在の4K放送の映像は60fpsのフレームレートで放送されており、本システムを利用することで4K放送に匹敵する高臨場感の映像サービスを、視聴者に向けて、放送はもとよりモバイル回線も含めたより柔軟なネットワーク構成で提供することが可能になります。

 

 

図 HEVCとVVCの画質比較(一部分を拡大しています)
半分以下のビットレートにしても同程度の主観品質が実現できます。
【映像協力 関西テレビ放送(株)】

 

 

【背景】
KDDI総合研究所は、映像を視聴するユーザーの状況にあわせて最適な伝送手段を提供することで、高臨場感を維持したコンテンツ体験を実現することを目指し、圧縮技術の研究開発に取り組んでいます。

 

1.本実証実験は、2020年9月と12月にKDDI総合研究所から発表したVVCに関する以下2つの研究成果に続く取り組みです。
世界初 最新の映像符号化方式H.266|VVCに対応した4Kリアルタイムエンコーダを開発(2020年9月1日)
世界初 最新の映像符号化方式H.266|VVC対応のリアルタイムコーデックを用いた4Kライブ伝送の実証実験に成功(2020年12月23日)

 

2.VVCは最新の映像符号化方式であり、現行の4K/8K放送やインターネット経由の映像配信サービスで広く使用されている国際標準の映像符号化方式H.265|HEVC(High Efficiency Video Coding、以下「HEVC」)に対して、2倍の映像圧縮性能を実現します。国際標準化機関であるITU-TとISO/IECにより2020年8月に規格化されました。また、国内では総務省において検討が行われている地上デジタルテレビジョン放送の高度化における映像符号化方式の1つとして採用が検討されています(注1)。

 

3.4K放送の映像は、60fpsのフレームレートを有しており、インターネット動画配信で一般的に利用されている30fpsに比べて、高速な動きを伴うシーンの再現性に優れ、特にスポーツシーンでは体感品質の向上に寄与します。これまでの実験においては30fpsを対象としており、放送用途での利用は困難でした。

 

【実証実験の概要と成果】
2021年12月21日に、KDDI総合研究所が開発した本システムを用い、関西テレビ放送(大阪市北区)からKDDI research atelier(東京都港区)へネットワーク回線を経由して映像伝送の実証実験を実施しました。

 


<実証実験のイメージ>

 

 

実証実験では、ビットレート12Mbps、フレームレート60fpsでの4K映像伝送に成功し、現行放送の半分以下のビットレートに圧縮しても安定した映像品質を維持できることを確認しました。
マルチコアCPUプラットフォームにおいてVVCエンコーダの実現に有効な高速化処理および並列化処理を改善し、30fpsのフレームレートだけでなく、60fpsにまでスケールさせる技術を考案し実現しました。また、現行放送の半分以下のビットレートを実現するため、入力映像に応じた適切な分割サイズ・形状を、フレームレートを含む入力映像の事前解析により予め決定し、符号化処理を最適な1種類のみで完了する工夫をしました。

 

関西テレビ放送 並川 巌様(放送推進部)のコメント
高圧縮低ビットレート伝送であっても60fpsというなめらかな動きを再現できており、4K解像感とともに被写体がより自然な動きになっています。今回は特に動きの良さが分かりやすい映像素材を提供しており、60fpsならではの顕著な効果があり、実用化に向けた進捗を確認できました。

 

【今後の展望】
今後は、8Kも含めて、120fpsなどさらにフレームレートの高い映像への対応を視野に、処理速度のさらなる改善を進めていきます。

 

なお、本実証実験は、総務省の「戦略的情報通信研究開発推進事業(SCOPE)国際標準獲得型」(JPJ000595)における「多様な用途、環境下での高精細映像の活用に資する次世代映像伝送・通信技術の研究開発」の委託を受けて実施した研究開発の成果を活用した取り組みです。

 

 

■ KDDI総合研究所の取り組み
KDDIとKDDI総合研究所は、2030年を見据えた次世代社会構想「KDDI Accelerate5.0」を策定し、その具体化に向け、イノベーションを生むためのエコシステムの醸成に必要と考えられる「将来像」と「テクノロジー」の両面についてBeyond 5G/6Gホワイトペーパーにまとめました。両社は新たなライフスタイルの実現を目指し、7つのテクノロジーと、それらが密接に連携するオーケストレーション技術の研究開発を推進します。
今回の成果は7つのテクノロジーの中の「XR」に該当します。

 

(注1)情報通信審議会 情報通信技術分科会 放送システム委員会(第74回)、資料74-2

 

 

【用語説明】
➢ビットレート:単位時間あたりに伝送されるビット数。ビットパーセカンド(bps:bit per second)は1秒あたりに伝送されるビット数。

 

➢エンコーダ:映像符号化を担うシステムを指します。映像符号化は、動画像信号を限られた帯域や容量で伝送や蓄積するために利用する圧縮方法で、画像内や画像間の類似性を利用してデータ量を削減しています。例えば2018年から開始されている新4K/8K衛星放送では国際標準符号化方式であるH.265|HEVCが利用されており、もともと約72Gbps必要とされる8K映像を85Mbpsまで圧縮して伝送しています。

 

➢デコーダ:エンコーダが出力した圧縮データを受信し、映像に復号するシステムを指します。映像符号化方式に対応した復号処理を用意する必要があり、一般に方式を跨いだ相互接続性は保証されません。

 

➢H.265|HEVC:ITU-TとISO/IECの各下部組織の合同により2013年に規格化された映像圧縮符号化標準で、国内の放送用途ではARIB STD-B32第3部で規定されており、新4K/8K衛星放送などの運用規定にも採用されています。

 

➢リアルタイムエンコーダ:たとえば60fps(frame per second)の4K映像を対象とする場合、60fps以上の速度で4K映像を符号化処理できるものを指し、映像のライブ伝送に必須の機器となります。

 

➢マルチコアCPUプラットフォーム:複数のプロセッサ・コアから構成されるCPUを搭載したワークステーションを複数結合して構成した、コーデックが動作するための土台です。

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