事例紹介3

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1 TBWG Gbps 回線を用いた 8K/4K 映像 素材の非圧縮伝送 蓄積配信実験 神奈川工科大学丸山充 NTT 未来ねっと研究所 君山博之 奈良先端科学技術大学院大学 油谷曉 垣内正年 情報通信研究機構 大槻英樹 小林和真 NTTアイティ ( 株 ) 酒井昌男 ( 株 )PFU 小林正之 アストロデザイン ( 株 ) 佐野道則 神奈川工科大学 井家敦 1

2 発表の概略 研究の背景とモチベーション 超高精細映像伝送トライアル システム概略と課題 システムに利用した機材 マルチレーン同期方式 Over10Gネットワークモニタシステム 実験評価結果 まとめ 2

3 研究の背景とモチベーション 光ネットワークの高速化 40GbE, 100GbE. 400GbE, TbE 背景 クラウド計算リソース 仮想ネットワークの柔軟性 アプリケーションに適したネットワーク構成の提供 モチベーション 素材用の超広帯域映像転送 蓄積配信をクラウド上で提供 大容量ストリームデータに着目し リソース状況に関わらずリアルタイム性を保持してサービスする技術の開発 3

4 ストリーム指向ネットワーク コンピューティング構成技術 網状態に関わらず ネットワーク内のコンピューティングリソースの協調動作により大容量ストリームデータを安定的に転送する技術 仮想ネットワークの状態を高精度にモニタ 解析する技術 大容量映像伝送 リソース管理サーバ群 ネットワーク品質監視機能 リソース制御 パス割当 Open Flow スイッチ 広帯域映像蓄積 配信機能 ( コンピューティングプレーンストリームスイッチ ) ストレージ Open Flow スイッチ 要求 仮想ネットワーク制御 4

5 経緯 : アプリケーションによる伝送実験 プロジェクト JGN-XA12036 リアルタイム指向ネットワークコンピューティング技術を用いたストリーミングクラウド機能の検証 として 2013 年 4 月から利用開始 NAIST-KAIT 間 4K 映像伝送と多面的観測 4K 非圧縮映像伝送実験 4K サーバを用いた素材配信実験 回線の 70% を使うため 帯域を気にしながらテスト 広帯域要望 マイクロバーストトラヒックが複数地点で観測できる事で パケット落ちやフレーム落ちの箇所が特定可能 5

6 NICT 雪祭りイベント 超高精細映像伝送トライアル 1. 東阪の 100Gbps の回線上で以下の伝送に挑戦 7680x4320 デュアルグリーン (8K-DG) 60Hz 10bit 24Gbps 課題 : 単体の装置で送れる量ではない 8K の表示装置がない コンテンツは? over10g のネットワークモニタがない 2. 実験項目 1. 超高精細映像リアルタイム伝送実験 8K-DG カメラ / レコーダによる伝送 4K60P カメラ伝送 2. 超高精細蓄積映像配信実験 8K-DG の蓄積 配信を IP サーバ 2 台で実現 6

7 超高精細映像素材の伝送 蓄積配信 東京 大手町 ASTRO カメラ レコーダ大手町景色 雪祭り映像 8K デュアルグリーン 60P(24Gbps) 8K デュアルグリーン 60P(24Gbps) 4K Gateway X 4 PFU QG70 4K Gateway X 4 PFU QG70 大阪 うめきた 同期化処理 100Gbps IP Network 同期化処理 同期化処理 SHARP 8K ディスプレイ 神奈川工科大製作 4K LCD x 4 8K ディスプレイ 4K 対応映像蓄積 配信サーバ ( NTT-IT SHS-XMS) 4K 対応映像蓄積 配信サーバ (NTT-IT SHS-XMS) 4K カメラ 4K LCD 同期化処理 4K60P(12Gbps) 4K60P(12Gbps) 同期化処理 4K カメラ 7 4K LCD

8 検証項目 NTT コミュニケーションズ様から提供の 100Gbps Ethernet を使って, 以下の検証 ( 実験 ) を行う 10Gbps 超の高精細映像伝送プラットホームとしての IP ネットワークの適用可能性評価 数 10Gbps オーダーのマルチレーン同期伝送性能評価 over10g のトラヒックモニタリングの評価 8

9 実験のフォーメーション アプリケーション利用実験 KAIT, NAIST, NTT 未来研 映像端末機器 8K カメラ レコーダ 映像変換装置アストロデザイン 8K 撮影素材提供 HTB 様 映像端末機器 8K ディスプレイ協力シャープ ( 株 ) 様 IP 伝送装置 PFU メディアサーバ NTT-IT 高度なネットワーク測定に基づくネットワーク制御 NICT, NTT-IT, KAIT, NTT 未来ねっと研究所 JGN-X テストベッド 100Gbps 回線協力 NTT コミュニケーションズ様 9

10 8K 撮影装置を使った冬のロケハン アストロデザイン製 AH-4800 CCU 経由で HD-SDI 16 本で出力 8K(7680x4320 ) デュアルグリーン (8K-DG) 60Hz 10bit 24Gbps を出力 8K レコーダ HR-7512 AH-4800 AC-4802 (CCU) HD-SDI(1.5G)x16 本 専用光ファイバ 8K レコーダ HR-7512 HD-SDI(1.5G)x16 本 ハイブリッド車の 100V 電源を使用 10

11 HD-SDI 4 本 1080 HD-SDI 4 本 HD-SDI 4 本 1080 HD-SDI 4 本 K デュアルグリーン方式 デュアルグリーン方式とは 800 万画素の素子を 4 枚使用して 3300 万画素相当の映像にしています 伝送ビットレートは 24Gbps(HD-SDI 16 本相当 ) 最近開発された単板 8K カメラ信号の伝送にも適合する Dual Green(DG) 撮像方式 レンズ B 分光プリズム G1 DG 信号の HD-SDI へのマッピング 7680 DG の画素構造 G1 R B G2 色ごとにまとめると 4K 信号が 4 枚 G2 G G1(a) 1920 B(a) R G2 G1(b) G1(c) B(b) B(c) G1 G2 B R 4K の半画素 8K の 1 画素 B R G1(d) 1920 G2(a) G2(b) B(d) 1920 R(a) R(b) HD-SDI 16 本 4K の半画素 8K の 1 画素 4 分割すると HD が 16 枚 G2(c) G2(d) 11 R(c) R(d) 11

12 8K ディスプレイ ( シャープ様御協力 ) 今回展示の 8K ディスプレイ仕様 画面サイズ画素数画素サイズ色数フレームレート輝度バックライト入力 I/F フォーマット 85 型 (approx. 1.9 x 1.05m) 7680 (H) x 4320 (V) mm (103 Pixel / Inch) 10 bits RGB 60Hz progressive 300 cd/m 2 over 直下 RGB-LED 方式光 I/F HD-SDI Full-8K DualGreen 出展シャープ様プレゼン資料 12

13 8K 表示装置 ( 神奈川工科大 ) 4K 4 面パネル 市販 TV の改造による簡易 8K 表示装置 大学でも 8K の実験が可能になった HD-SDI(1.5G) x16 SDI 光変換機 VT-8414 SNAP 12 8K 映像変換 VP-8408 SNAP 12 光 HDMI 変換 VP-8415 HDMI(3G) x16 4K アダプタ 13

14 4K 非圧縮映像伝送装置 PFU 社 Qool Tornado QG70 放送業界向け映像伝送装置 4K 非圧縮の双方向伝送が 1 台で可能 プレビュー機能 NTT 未来研技術 出展 :PFU Technical review 2013 年 5 月号 Vol.24, No.1, 45 号 14

15 8K+4K 非圧縮映像 IP 伝送 IP 化オーバヘッド +FEC( 誤り訂正符号 ) を含めて 8K デュアルグリーン映像伝送 (24Gbps) 4K 60P 映像伝送 (12Gbps) 約 36Gbps DVD1 枚を約 1 秒で送れる速度 映像伝送に必要な帯域 8K-DG 60P 非圧縮 10M 100M 1G 10G 100G (bit/s) 24G 4K60P 非圧縮 4K 非圧縮 HD 非圧縮 1.5G 圧 DVCproHD 100M 縮伝デジタル放送 15-20M 送 6G 12G 10BaseT 100BaseT GbE 10GbE 100GbE 15

16 マルチレーンストリーム伝送 非圧縮ハイビジョンの 1.5Gbps(60P の場合は 3Gbps) のレートを基本にマルチレーンストリーム伝送を行う 各ストリームが受信側で完全に同期しないと映像にならない デュアルグリーン 8K 映像信号 HD-SDI(1.5G) x16 本 QG70x4 台 IP ストリームデータ 1.6~1.7G x16 本 QG70x4 台 映像信号 HD-SDI(1.5G) x16 本 4K 60P 映像信号 3G-SDI(3G) x4 本 QG70x2 台 10GbE X4 10GbE X2 IP ネットワーク IP ストリームデータ 3.2~3.4G x4 本 QG70x2 台 10GbE X4 10GbE X2 4K 60P 映像信号 3G-SDI(3G) x4 本 16

17 マルチレーン間の同期手法 QG70 のチャネル間の周波数 フレーム同期 タンデムオペレーション マスターからスレーブ装置への同期による周波数同期 マスターからスレーブ装置へのフレーム番号の通知によるフレーム同期 実ネットワークで初検証 出展 :PFU Technical review 2013 年 5 月号 Vol.24, No.1, 45 号 17

18 NTT-IT 社 4K 非圧縮映像サーバ 主な特徴 スケーラビリティ -4K30P 1 ストリームを 1 台のサーバで制御可能なエントリーモデルから PC クラスタアーキテクチャによるクラスタ型サーバ構成による最大 25Gbps の配信性能を実現するクラスタモデルまで 高コストパフォーマンス - 低コストの PC サーバと SSD により構成 フレキシビリティ -10GbE を使ったリアルタイム収録およびファイル転送 主な改造ポイント XMS 間で映像ストリームを同期するプロセスを追加 4K30P エントリーモデルの構成パーツ (RAID 10GbE) を変更する事で単体性能を向上 参考資料 : 情報処理学会誌 2013 年 12 月号君山 小倉 丸山 オーバー 50Gbit/s PC クラ スタ型ストリームサーバの構成法 SHS-XMS 18

19 マルチレーンストリーム伝送 非圧縮ハイビジョンの 1.5Gbps のレートを基本にマルチレーン伝送を行う 端末からのフィードバックでレート制御 および受信側で周波数 フレーム同期 各 SHS-XMS 10GbE ポートを 2 個装備 2 台構成 SHS-XMS X 2 台 IP ストリームデータ 1.6~1.7G x8 本 QG70x4 台 映像信号 HD-SDI(1.5G) x16 本 GbE 同期 10GbE X4 IP ネットワーク IP ストリームデータ 1.6~1.7G x8 本 10GbE X4 フロー制御 周波数 フレーム同期 19

20 over10gbps のネットワーク観測手段 IXIA/anue の Net Tool Optimizer(NTO) を用いた 100Gbps 回線からの特定フローの抽出 8K 映像トラヒックメータ (KAIT) 10GbpsX4 のリアルタイム解析 20

21 8K ストリームデータの高精度解析 JGN-X の各回線に光タッピングが仕込まれている 光スイッチがあり この切り替えで必要なリンクのキャプチャが可能なアーキテクチャを実現 今回 100G 回線用には特定のフローのみを抽出する Net Tool Optimizer(NTO) を接続し 高精度測定を実施 観測拠点 光スイッチ 1 10Gbps 2 10Gbps 3 10Gbps フロー抽出 NTO 100Gbps 回線 高精度ネットワークモニタ 21

22 8K 映像トラヒックメータ over10g のネットワークモニタがない 並列処理ボードで作成 4 台分の受信側でタッピングしてトータルのトラヒック量を測定し通信速度 パケット量を監視 SDI 4 4K Gateway QG70x4 光ファイバー SM 10Gbps スプリッタ 4K Gateway QG70x4 SDI 4 SDI 4 ROUTER SWITCH ROUTER SWITCH SDI 4 SDI 4 100Gbps IP ネットワーク SDI 4 SDI 4 トラヒックメーター SDI 4 22

23 8K 映像トラヒックメータの構成 画面更新に合わせて 30Hz でトラヒック量をサンプリングして表示 23

24 実験評価 受信側 QG70 と映像コンバータ間のインタフェース 16 本の位相が最大で 200μs ずれると綺麗な絵にならない QG70 の位相調整機能を利用すれば問題ない マルチレーンストリーム伝送 超高精細映像リアルタイム伝送実験 QG70 対向であれば 16 本のマルチレーンでも受信側バッファは 1 フレーム内で OK 超高精細蓄積映像配信実験 Linux ベースのサーバの揺らぎを吸収するために 受信側に 2 フレーム分のバッファがあれば OK over10g ネットワークモニタ 8K トラヒックメータは 可視化ツールとして有効 NTO でも特定のフローの抽出は問題なし 100G ネットワークの適用性 バックグラウンドトラヒックを回線限界までかけても優先制御 24 さえすれば映像には全く支障がない

25 2 月 5 日大手町のプレス発表 KDDI 大手町ビル NICT NOC 横の会議室 多数のプレスが取材に 関係各社とパラレル報道発表にトライ Web 掲載 2 月 5 日 37 社 2 月 6 日 18 社米国 2 社 2 月 7 日 25 社中国 2 社新聞掲載 19 社 25

26 2 月 7 日うめきた会場デモ 4K60P による大手町との掛け合いで低遅延を実感 Sharp のディスプレイが綺麗ディスプレイを写真で撮っても画素が分からないと好評 26

27 QG70 および XMS による マルチレーン伝送 QG70 4 台のタンデム運用 XMS 2 台の連携 27

28 8Kトラヒックメータによる 2/4~2/7の全データのジッタ可視化 8K トラヒックメータで ヘッダ部のみの高精度キャプチャ実施 28

29 まとめ 8K 超高精細映像を非圧縮で伝送 蓄積配信する事を実証 撮影場所とクラウド設備をシームレスに連携する技術検証が可能となった 編集に必要な時だけクラウドの設備を使う映像製作 CG(Computer Graphics) 合成を含む映像効果をクラウド上で動作させる 今後の予定 超高精細映像素材を用いたクラウド映像製作ワークフローの確立 マルチメディア研究との連携による新たなメディア製作手法の確立 8K の新たな利用方法 29

30 謝辞 本実証実験の実施にあたり, シャープ株式会社様, 北海道テレビ放送株式会社様,NTT Com 様,IXIA 様 ピュアロジック株式会社様, 株式会社トランステクノロジー様のご協力をいただきました. 30

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