タイムスライス（デジタル放送）

タイムスライシングは、 DVB-HおよびATSC-M/H技術において、モバイル端末の省電力化を実現する技術です。これは、異なるサービスを時間多重化して伝送する技術に基づいています。

DVB-HとATSC-M/Hは大容量データをバースト送信するため、非アクティブ期間中は受信機の電源をオフにすることができます。これにより最大90%の電力節約が可能になり、同じ非アクティブ受信機を隣接セルの監視に使用してシームレスなハンドオーバーを実現できます。

詳細な説明

モチベーション

モバイル端末特有の問題は、バッテリー容量の限界です。ある意味では、地上ブロードバンドサービスとの互換性を確保することは、モバイル端末に負担をかけることになります。なぜなら、高データレートストリームの復調とデコードには、チューナーと復調器での一定の電力消費が伴うからです。DVB-Hの開発初期における調査では、DVB-Tフロントエンドの総消費電力は調査時点で1ワットを超えており、2006年までは600mWを下回ることはないと予想されていました。現在では、いくらか低い値に抑えられる可能性はありますが、DVB-H端末に組み込まれたフロントエンド全体の最大しきい値として想定されている100mWという目標は、DVB-T受信機ではまだ達成できていません。

バッテリー駆動の端末にとって大きな欠点は、DVB-T または ATSC では、多重化のサービス (テレビ番組) のいずれかにアクセスする前に、データストリーム全体をデコードする必要があることです。タイムスライスによって可能になる電力節約は、基本的に、現在選択されているサービスのデータを伝送するストリームの部分だけを処理すればよいという事実から生まれます。ただし、そのためには、データストリームを適切に再構成する必要があります。DVB-H および ATSC-M/H では、サービス多重化は純粋な時分割多重化で実行されます。したがって、特定のサービスのデータは連続的に送信されるのではなく、間に中断があるコンパクトな周期的なバーストで送信されます。複数のサービスを多重化すると、一定のデータレートで連続的に中断なく送信されるストリームが再び得られます。

バースト伝送

この種の信号は時間選択的に受信できます。端末は必要なサービスのバーストに同期しますが、他のサービスが送信されている中間時間には省電力モードに切り替わります。バースト間の省電力時間は、個々のサービスの受信に必要なオン時間と比較して、タイムスライスによって実現される省電力の直接的な尺度となります。受信機に入るバーストはバッファリングされ、サービスのデータレートでバッファから読み出される必要があります。1つのバーストに含まれるデータ量は、フロントエンドの省電力期間を埋めるのに十分である必要があります。ストリームにチューニングするには、デコーダーがビデオを瞬時に表示できるように、バーストがビデオフレームを伝送する必要があります。そうでない場合は、次のバーストを待つ必要があります。

バーストの位置は、同じサービスの連続する2つのバースト間の相対的な時間差によって示されます。この情報は「デルタt」と呼ばれます。これは、エラー冗長性を確保するために、1つのバースト内で複数回送信されます。

実際には、1バーストの持続時間は数百ミリ秒程度であるのに対し、省電力時間は数秒に及ぶ場合があります。フロントエンドの電源投入や再同期などのリードタイムを考慮する必要があります。この時間は、DVB-H技術規格では250ミリ秒未満と想定されています。オン時間と省電力時間の比率によっては、結果として90%を超える省電力化が実現される可能性があります。

右の図は、タイムスライスサービスを含むデータストリームの一部を示しています。DVB-Tチャネルの想定総容量である13.27 Mbit/sの4分の1がDVB-Hサービスに割り当てられ、残りの容量は通常のDVB-Tサービス間で共有されます。この例は、同一ネットワーク内でDVB-TとDVB-Hの両方を伝送することが可能であることを示しています。

バーストパラメータの計算

バーストの長さは、バーストのサイズとバーストのビットレートから計算できます。タイムスライシングを適用した後に、基礎となるMPEGトランスポートストリームのヘッダーが作成されるため、そのヘッダーを補正するために0.96という係数が追加されます。 $T_{B}$ $B_{B}$ $R_{B}$

$T_{B}={\frac {B_{B}}{R_{B}\cdot 0.96}}$

バーストの実際のオン時間（）には、上記の同期時間（250 ミリ秒）が組み込まれます。 $T_{ON}$

$T_{ON}=T_{B}+T_{Sync}$

ストリームの固定ビットレートは、バーストビットレートと ON および OFF の長さから計算できます。 $R_{C}$

$R_{C}={\frac {R_{B}}{T_{ON}+T_{OFF}}}$

逆に、使用するオフ時間は、ビデオストリームの実際の固定ビットレートから計算できます。タイムスライスを適用する前に、固定（または平均）ビデオビットレートがわかっているため、より直感的に理解できます。

$T_{OFF}={\frac {R_{B}}{R_{C}}}-T_{ON}$

エネルギー節約率は最終的に次のように表される。 $P$

$P=(1-R_{C}\cdot ({\frac {1}{R_{B}\cdot 0.96}}+{\frac {T_{Sync}}{B_{B}}}))\cdot 100\%$

メリットとデメリット

タイムスライシングでは、効果的な省電力を保証するために、十分に高い多重化サービス数と一定の最小バーストデータレートが必要です。基本的に、フロントエンドの消費電力は、現在選択されているサービスのサービスデータレートと相関します。

タイムスライシングは、端末アーキテクチャにもう一つの利点をもたらします。比較的長めの省電力期間を利用して、選択されたサービスを提供する隣接無線セル内のチャネルを検索することができます。これにより、2つのセルの境界でチャネルハンドオーバーを実行できますが、ユーザーにはそれが意識されることはありません。隣接セルにおけるサービスの監視と、選択されたサービスデータの受信の両方を、同じフロントエンドで実行できます。

参考文献

デジタルビデオ放送（DVB）、ハンドヘルド端末用伝送システム（DVB-H）、ETSI EN 302 304 V1.1.1。
候補規格: ATSC-M/H 規格、パート 2 – RF/伝送システム特性 (A/153、パート 2:2009)、S4-131r14。
M. Rezaei、I. Bouazizi、V. Vadakital、M. Gabbouj、「DVB-H 経由のモバイル TV の最適なチャンネル変更遅延」、2007 年 5 月、IEEE 国際携帯情報デバイス会議