通信と放送の融合

1. 通信と放送の融合 DMC機構　石田剛朗

2. 今日の狙い • 目標： • 通信と放送の融合について考えるきっかけを作ること。 • 講義内容 • デジタルとアナログの違い • インターネットの仕組み • デジタル放送の仕組み • 「IP over デジタル放送」について

3. デジタルとアナログ

4. インターネットデジタル化された情報を共有する仕組みインターネットデジタル化された情報を共有する仕組み 文字による情報伝達：言語の数字化 　文字＝一つ一つの文字に対応番号を割当 音による情報伝達：音声の数字化 　音＝空気の振動、波の強さを数値化 デジタル化によって初めて人類全体で共有できる情報 絵による情報伝達：画像の数字化 　絵(画像)＝点の集合：点の色の濃さを数値化 映像による情報伝達：映像の数字化 　動画＝複数画像の切り替え(ぱらぱら漫画)

5. デジタルとは • デジタル • digit: 指、アラビア数字（０～９） • digital: 指の、数字の、計数型の • アナログ • analogy: 類似、相似 • analog: 類似物、相似物 数値による表現 類似・相似による表現

6. コミュニケーションって何だろう？ お母さんと小さい子供の会話 • 「お腹が痛いの？」 • 「痛い」「痛くない」 • 「お腹すいた？」 • 「お腹すいた」「お腹いっぱい」 これを黒球と白球で考えると？

7. 黒球と白球によるコミュニケーションの例 共通のルール お腹がすいたら●お腹いっぱいなら○ お腹がすいたのね！ 一郎くん おかあさん ルールと記号による伝達

8. 白と黒で表せるものは？ • 文章 • 「好きよ」「嫌いよ」 • 「痛い」「痛くない」 • 「お腹すいた」「お腹一杯」 • 音声 • 鍵盤を叩く、離す • 白鍵を弾く、黒鍵を弾く • 絵や映像 • 色を付ける、付けない

9. 実際のコミュニケーションはもっと複雑 • どこが痛いの？ • 「お腹が」「頭が」「肩が」「背中が」…etc • どのくらい？ • 「すごく」「まあまあ」「少し」 • どんな風に • 「しくしくと」「きりきりと」「ずきずきと」…etc 箱の数とルールを増やしてやればよい。 • お腹　 ○○ 頭が　　 ○● 肩が　●○ 背中が　　 ●● • すごく　○○ まあまあ○● 少し　 ●○ 全く~ない　●● • しくしく　○○　きりきり ○● ずきずき●○ 刺すように　●●

10. つまり、黒と白で表せるものは？ • 1箱だと？ →2パターン • ○,● 2パターン • 2箱だと？ →4 （2×2）パターン • ○○,○●,●○,●● • 3箱だと？ →8 （2×2×2）パターン • ○○○,○○●,○●○,○●●,●○○,●○●,●●○,●●● • 100箱だと？ →1267650600228230000000000000000 パターン 　　（126兆7650億6002万2823 ×1000兆！） • コミュニケーションの幅はほぼ無限（２n） • ○,●＝0,1による数値表現→デジタル • この箱のことを「ビット（bit）」と呼ぶ

11. コンピュータは2進数 • よく使われる単位 1K＝1024≒1000 1M＝1000K≒1000×1000≒100万 1G＝1000M≒100万×1000≒10億 1T＝1000G≒10億×1000≒1兆 • bitで表せる数 1bit＝21＝2 2bit＝22＝4 3bit＝23＝8 4bit＝ 24＝ 22 × 22＝ 16 5bit＝25＝32 6bit＝26＝64 7bit＝27＝128 8bit＝28＝256＝1byte 9bit＝29＝512 10bit＝210＝1024≒1000

12. 0x41 0x61 A a 数値で表せるものは？ • 文章 • 文字に数値を割り当てる (文字コード) • 音声 • 波長を数値に分解 • 絵や映像 • 画面を分割して色数を表現RGB(Red, Green, Blue) 我々の表現はほぼ全て数値に変換できる。 →符号化、デジタル化

13. 元信号 （アナログデータ） 時間（T) デジタル化 電圧 サンプル粒度 (ΔV) 時間（T) サンプリング周期(ΔT)

14. 電圧 サンプル粒度 (ΔV) 時間（T) サンプリング周期(ΔT) ΔT と ΔV を小さくすると ? 電圧 時間（T)

15. どのくらい 細かくするといいの ? • 時間方向 • Shannonのサンプリング定理 元信号の周波数の 2倍の周波数でサンプリングすれば、元信号を完全に再現可能。 ※人の可聴域＝通常20Hzから、15000Hzないし20000Hz程度 • 電圧方向 • 測定値を表現するビット数を大きく • 4ビット ： 16値 • 8ビット ： 32値 • 16ビット： 64値 • 32ビット： 128値 (*) 人間の感覚は、通常、指数関数状に変化 (dB)

16. デジタル情報の利点 • 伝達手段の共通化 (ex. すべてDVD) • 伝達品質の向上 • 情報が劣化しない (サンプリング時に劣化) • 伝達内容の守秘と制御 • 暗号化 (ex. 公開鍵方式) • 効率的な伝達（数学の魔法） • パケット通信、圧縮、

17. 帯域幅とデータ転送時間 • bps＝bit per second＝1秒間に何bit 送れるかを表す • CD一枚分のデータ量は？ • 44.1KHzの間隔で16bit幅のサンプリング （ステレオは2ch） • 44.1(Hz)×1000×2(stereo)×16  (bit) = 705600  bit/sec • 約  74  分    =  74  ×  60  (sec)  =  4440  (sec) • これで計算すると  約747MB（CD-ROMは約650MB） • 64kbps（PHS）で送ると約27時間 • 100Mbps（FTTH）で送ると約7秒半

18. インターネットの仕組み

19. プロトコル • ネットワークを介してコンピュータ同士が通信を行う上で、相互に決められた約束事の集合 • 対応しているプロトコルが違うとお互いに通信できない • 例：人間同士の意思疎通 • どの言語を使うか？ • 日本語？英語？ • どの媒体を使って伝達するか？ • 電話？メール？ • インターネットはInternet Protocol（IP）を使っている • プロトコルの役割を複数の階層に分けて考えられている

20. 同じ決まりで通信するということ 電話の例 1)　受話器を上げる • 相手が英語，自分が日本語で話しても会話は成立しない • 電話では始めに 「もしもし，xxです」 • コンピュータの世界でも同じ • UNIX-Windows間の通信 • 無線-有線間の通信 2)　電話番号を入力 5)　会話する 6)　どちらかが受話器を置く 7)　回線が切れる 3)　着信を通知する 4)　受話器を上げる

21. パケット通信

22. 回線交換とパケット交換 • 回線交換方式 • 相手とパイプラインをつないでデータをやりとりする • バーチャルサーキット • 話し中がある • パケット交換方式 • データを小包（パケット）に小分けにして転送 • データグラム • みんなで使える

23. 回線交換方式

24. パケット交換方式 • データを小包（パケット）に小分けにして転送 • データグラム

25. 階層モデル

26. 思考から言葉 への変換 役割分担：階層モデル（意思伝達） 発話者 聞き手 伝えたい情報 情報を獲得 日本語？ 英語？ 言語 言語 伝達手段 手紙？ 電話？ メール？ それぞれの階層で同じもの を利用していれば問題なし

27. OSI７層モデル アプリケーション層 アプリケーション層 プレゼンテーション層 プレゼンテーション層 セッション層 セッション層 トランスポート層 トランスポート層 ネットワーク層 ネットワーク層 ネットワーク層 データリンク層 データリンク層 データリンク層 物理層 物理層 物理層 中継ノード エンドノード エンドノード

28. アプリケーション HTTP,FTP,SMTPなどのプロトコルや アプリケーションごとの通信手順 アプリケーション TCP UDP プレゼンテーション IP セッション Network Interface トランスポート 物理 ネットワーク データリンク 物理 OSIモデルとインターネットアーキテクチャ インターネットでは、上３層は全てアプリケーションに任されている

29. 例えば、宅配便の伝票 問い合わせ伝票番号 時間指定 午前 受付日 配達日指定 宛先（住所、氏名、電話番号） 13:00～15:00 15:00～17:00 17:00～19:00 19:00～21:00 依頼主（住所、氏名、電話番号） 取り扱い店 担当者 品名 荷物の重量、サイズ

30. パケット(荷物)が届く 近所のコンビニエンスストア・ 宅配業者に配送を依頼する 集荷した荷物は 中継所に運ばれる 送りたいものを梱包し 必要な情報を書き込む 大まかに行き先を分類し、 適切な配送センターまで 配送する その地域(地区)担当宅配業者が 住所と宛名に従って荷物を届ける 梱包されている荷物をほどき、 中身を受け取る

31. インターネットの階層モデル • インターネットはバケツリレー（伝言ゲーム） • IP層ではじめてエンドエンドの通信が確立 • IPの上位層はIPの機能をするために世界中のホストと通信できる Application Application Application Application TCP UDP TCP UDP TCP UDP TCP UDP IP IP IP IP Network Interface Network Interface Network Interface Network Interface Physical Physical Physical Physical

32. 包装紙をかける リボンを付ける 宛先をつける 宛先 宛先 プロトコルスタックとカプセル化 ビルからビルの間で荷物を送るとき、上の階から各階で順番にラッピングをする 受け取った荷物は、ラッピングを順番にほどいていく

33. プロトコルスタックとカプセル化 • 送信側 • 各層がそれぞれ必要な情報（ヘッダ）を付加して下層へ渡す • 受信側 • 各層はヘッダの情報をもとに処理を行い、そのヘッダ部分を取り除いて上層へ渡す 例：HTTPヘッダ アプリケーション アプリケーション データ データ TCP TCP TCPヘッダ IP IP IPヘッダ Network Interface Network Interface Ethernet Frame 物理 物理 信号へ 送信側 受信側

34. 階層化の特徴 • 責任範囲(役割)の規定、限定 • 各階層が独立 • 上位のプロトコルは、自分のすぐ下のプロトコルの使い方(インターフェース)さえ知っていれば、それより下で何が起きているかをまったく気にする必要がない • 階層毎に共通のインターフェイスを定義 • スケーラビリティ • 処理を各層に分散できる • 新しい技術への柔軟性 • 同一レベルの階層同士を交換出来る • 新しく技術が開発された部分だけ交換すれば進化できる • ISDN→ADSL→FTTH、IPv4→IPv6 • 階層化していないと、、 • 規格が変わるとシステムすべてを更新する必要がある

35. インターネットの強み足回りはなんでもいい ADSLやFTTH等の地上線、携帯電話網、放送網、等、これまで個々に展開されてきた様々な伝送メディアがIPによって結び付けられつつある。 IPv6Address Space Data center Routing and Line connection via ISP FTTH ADSL CATV Wireless communication Digital Broadcasting Mobility Integration of Broadcasting and Communication Authentication Security SOHO Router Wi-Fi IP Phone Information of Acknowledgement, Traffic Trend and so on,,, End-to-End Communication Remote Access Streaming Bi-directional Realtime Streaming

36. みんなへ質問 • この世の中でデジタルで表せないものはなんだろう？ • いま目にするもののうち、デジタルで表せるものはなんだろう？ • それをデジタルで表すにはどんな仕掛けが必要？

37. dog on a chip • 米ジョージア工科大学のSchool of Electrical and Computer Engineeringが開発 • 嗅覚をデジタル化→麻薬取締警察犬と同等の働きをするチップ • anti-BZE抗体というタンパク質抗体をセットしたチップ • コカインの構成分子が抗体に触れると、そこから発する音波が電気的な信号で探知され、瞬時に判別 出典:http://www.ece.gatech.edu/

38. バーチャル・リアリティー手袋 • ハプティック（触覚）技術の１つ。 • ニューヨーク州立大学バッファロー校バーチャル・リアリティー研究所が開発。 • 指先に小型センサーがついた手袋。 • 押したときの感触をデータとして転送。 • ネットワークにつながると・・・ • 触感を転送できる！ 出典: http://www.vrlab.buffalo.edu/

39. 味覚センサ • 九州大学 都甲・林研究室が開発。 • 人間の感じる塩味、甘味、酸味、苦味、うま味を検出 • 脂質/高分子膜という、味物質と結合すると電気特性が変わる物質を使って、味を数値化 • ネットワークにつながると・・・ • 味覚を転送できる？！ 出典: http://ultrabio.ed.kyushu-u.ac.jp/

40. アノトペン • 小型カメラ内蔵ペン • 専用用紙（アノトペーパー）に書くことで、筆跡情報をBluetoothで他機器へ送信 • ネットワークにつなげると・・・ • 手書きの情報を転送！ 出典: http://www.anotofunctionality.com/

41. トロスシステム • 巨大なテレビ会議システム • 高さ3m、直径7mの円筒形ディスプレイ • 指向性のマイクとスピーカーを内蔵 • 街角で遠隔地同士（ex.ロンドンとパリ）を接続し、リアルタイムコミュニケーションの実現を目指す 出典 THOLOS SYSTEMS http://www.tholos-systems.com

42. NOMAD • 網膜投影ディスプレイ • レーザー光線で網膜に直接投影 • 手元から目を離さずにコンピュータ画面を見ることができる • 手術、航空機の操縦、車の整備、等 出典 MICROVISION http://www.mvis.com/

43. Fog Screen • エアカーテンの間に濃い霧のスクリーンを作りだし、そこに映像を投影 • 空気の層で守られているので画像の乱れが少ない、通り抜け可能 出典 FogScreen http://www.fogscreen.com

44. Near-eye • 親指の爪サイズの小型ディスプレイ • 432x320の解像度 • 24bit full color • デジタルカメラやヘッドマウントディスプレイなどの組み込み機器として 出典 Displaytech http://www.displaytech.com

45. 3Dディスプレイ • メガネ不要の3Dディスプレイ • 眼の錯覚を利用して実際にそこにないものを3D映像としてみせる技術 • ディスプレイを見る位置を変えると様々な角度から3D映像を見ることができる 出典 ニューヨーク大学先端技術センター http://cat.nyu.edu

46. 火星探査機「スピリット」 • NASAの火星探査機スピリットが日本時間1月4日午後1時35分に火星へ着陸 • 周波数帯の違う4つのアンテナを使って地球や火星軌道衛星と通信 • 探査機⇔地球 • 350bps～12kbps • 探査機⇔軌道衛星 • 約128kbps • 計画の進行に合わせて遠隔からプログラムのアップデートを行う 出典 NASA http://marsrovers.jpl.nasa.gov スピリット

47. パトロールロボ • 米アクティブメディア・ロボティクスが開発。 • 無線LANを搭載。インターネット経由で操作可能。 • 不審者に警告を発したり、ガス探知・温度センスによる異常の発見も可能。 出典: http://www.activrobots.com/BldgPropty/patrolbot.html

48. アフガン・エクスプローラー • 米マサチューセッツ工科大学メディアラボに属する「コンピューティング・カルチャー・グループ」が開発。 • 生身の人間が行けないような危険な場所にも踏み込んでいけるジャーナリスト・ロボット • 衛星ネットワークを利用して、 　 遠隔操作。 出典: http://compcult.media.mit.edu/afghan_x/

49. AIBO ERS-7 • 各種センサーを内臓 • 赤外線距離センサー • 加速度センサー • 振動センサー • 静電タッチセンサー • あごセンサー • 肉球センサー • ワイヤレスLANを搭載。インターネット経由でAIBOに操作コマンドをメール送れる 　（写真を撮る、メッセージを読ませる） 出典:http://www.sony.net/Products/aibo/index.html

50. ＩＳｅｅ　Ｐｅｔ • ネットワーク経由で利用可能な、カメラ＆マイク付フードサーバー • webを利用して、ペットの状態を見たり、餌供給を指示したり、呼びかけたり出来る。 出典: http://www.aostech.co.jp/wnt/iSeePet_s/product.html