CKP 4K- WG における 4K 映像 IP 伝送実験の取り組み 神戸情報大学院大学横山輝明奈良先端科学技術大学院大学山口英大阪大学下條真司 1
4K とは 4K 4K 解像度映像 横解像度 4000 より通称 4K 次世代の放送 映像サービスとして注目 主な 4K 規格 4K UHD (3840 x 2160) ITU が策定 放送業界 2160p, 16:9, 1080i の縦横 2 倍 DCI 4K (4096 x 2160) Digital Cinema IniCaCves が策定 映画業界 2
4K 映像の伝送 4K 映像の伝送 一般の放送波は 4K 映像伝送に対応していない IP 通信による伝送 配信が期待されている 4K 映像の IP 伝送 配信 :youtube 商用サービス 圧縮映像の配信 事前に不可逆圧縮処理 伝送 : 放送素材の伝送など 非圧縮伝送 低圧縮伝送 素材伝送 低遅延で対話的な利用 3
4K イメージ HD 画像の 4 倍の情報量 非圧縮映像伝送 2160p, 30fps, 各色 8bit の場合 3840 x 2160 x 30fps x 24bit = 5,971,968,000 (bit/sec) 6Gbps (HD 1.5Gbps x 4) JPEG2000 圧縮で 400Mbps 等 ( 圧縮処理と画質に依存 ) wikipedia: 2160p hxp://ja.wikipedia.org/wiki/2160p 4
サイバー関西プロジェクト サイバー関西プロジェクト (CKP) とは 関西地域の産学連携プロジェクト 1996 年結成 30 余の参加団体 hxp://www.ckp.jp/ ネットワーク分野に強み 通信技術を専門とする産学パートナー 堂島 DC 内のネットワーク グランフロント大阪の実験拠点 実験ネットワーク AS4718, 210.156.0.0/22, 2001:0da0::/32 JGN, WIDE 等と接続, 10Gbps リンク 5
CKP ネットワーク CKP が保有する実験ネットワーク 堂島 DC 内にラック保有 グランフロント内の実験オフィスと接続 実験ネットワーク等と接続 WIDE プロジェクト NSPIXP-3 IIJ 1Gbps 1Gbps 1Gbps JGN-X L2 接続 10Gbps CKP 堂島 1Gbps x 3 10Gbps x 1 CKP グランフロント CKP ネットワーク 6
CKP ネットワーク詳細 堂島 GFO 9F NAIST osaka-u kyoto-u BGP peer AX66 JGN-X WIDE project ASR1002-F GE 10GE NSPIXP-3 GE Catalyst6506 BGP peer GR4000 GE GE IIJ server NTT- SMC UCS 仮想サーバー 10GE WLC 5508 Alaxala 3640 Alaxala 3650-24T 10GE PoE PoE SW SW AP AP AP ABC 10GE 10GE GE Alaxala 3650-24T Alaxala 3650-24T MBS Cisco 3945 NTT-W BEW Cisco 3945 7
JGN- X ネットワーク NICT が整備する実験用ネットワーク設備 CKP は堂島 AP で 10Gbps 接続 8
CKP 4K- WG 4K WG とは CKP 内の 4K 技術に関するワーキンググループ 4K 関連技術の調査検証 商用化調査が目的 検証実験や利用実験を実施 主なメンバー IIJ Panasonic PFU NTT 西日本 大阪学院大学 神戸情報大学院大学 産学バランスよく これまでの活動 4K WG 発足 情報交換 可能性の調査 CKP ネットワーク内での非圧縮 4K 映像伝送の実験 Interop 会場との圧縮 4K 映像伝送の実験 9
4K 非圧縮映像伝送 10
4K 非圧縮映像伝送の試験 概要 非圧縮 4K 動画 (7Gbps) の練習と体験の実験 非圧縮 4K 動画のGFO9Fからの送受信を試験 トラフィックは堂島折り返し CKPネットワーク内実験 4K 機材の利用 ネットワーク設定を確認 日時 2014 年 3 月 3 日 10 時 12 時 場所 グランフロント大阪 9F CKP 大阪市梅田 11
PFU QoolTornado QG70 PFU 製 4K 非圧縮映像伝送装置 HD~4K 非圧縮 IP 伝送が 1 筐体で可能 複数ストリームのリアルタイム送受信伝送 同期伝送が可能 タンデム構成により 8K 伝送への拡張が可能 マルチキャスト IP 伝送 入出力 映像 :HD- SDI/3G- SDI, ネットワーク : 10GbE SFP+ 12
実験トポロジ (AV) CKP ネットワーク JGN Sender Receiver PFU QoolTornado QG70 PFU QoolTornado QG70 HD-SDI HD-SDI HD-SDI HD-SDI HDMI HDMI THD-MBA1 4K レコーダ 4K モニタ 30 インチ JVC 4K カメラ 4K REGZA 58 インチ 13
実験トポロジ ( ネットワーク ) JGN-X 堂島 CKP 堂島 NTT 堂島 DC まで NICT 回線を用いて 10GbE 接続 3AX66 DF 10GbE 10GbE 2G 2 4Catalyst 6500(L3) AX3560 CKP ルータにて L3 折り返し VLAN 設定 GFO 9F NTT-W BEW(1G 3) 2AX3560 ax3560 10GbE 1AX3560 (CKP managed) 4K Sender 10G(LR) LC コネクタ 4K Receiver 14
実験結果(1) GFO9Fでの実験の様子 4K WG所属の学生たちとセットアップ CKPネットワークへと接続 15
実験結果 (2) 実験結果より 4K 伝送の実験 折り返し遅延計測 機材部で 90ms ネットワーク内部は 10ms 以下 4K 動作の精彩さと臨場感を確認 機材運用 機材の設置と配線は容易 30 分ほどで設置完了 10Gb ネットワークも正常動作 CKP スイッチ (AX3560) からの 10Gb 送受信は正常動作 堂島 L3 折り返し (Catalyst 6500) も正常動作 結論 GFO9F からの非圧縮 4K 動画送受信が可能なことを確認 現状の機材で非圧縮 4K 動画の送受信が可能 現状のネットワークでトラフィック伝送が可能 16
4K 圧縮映像伝送 17
Interop NICT ブースからの 4K 映像伝送 概要 4K 圧縮映像伝送の試験 JGN 経由で Interop 会場から CKP へ映像伝送 J2K 圧縮装置を試験 学生手動で設営 実験を実施 日時 2014 年 6 月 11 日 14 日 Interop 会期中 場所 Interop 会場 NICT ブース グランフロント大阪 CKP オフィス 18
LAW- J2K 4K 映像の JPEG2000 圧縮伝送装置 SDI 入力を備えた PC 装置 (4U サイズ ) デジタルリサーチ社が NICT より委託研究 映像入力 :HD- SDI/3G- SDI フォーマット :4096x2160/3840 2160, 29.97p/59.94p 伝送帯域 :150M 700Mbps 伝送インターフェイス : 1000Base- T (RJ- 45) 19
Interop2014: 4KTV トラフィック伝送実験 奈良先端大 4K プロジェクタ J2K デコーダ J2K 圧縮 4K 映像マルチキャスト伝送 4KTV カメラ 4K モニタ J2K デコーダ J2K エンコーダ CKP うめきた JGN Interop NICT ブース 20
実験トポロジ CKP ネットワーク JGN Interop Receiver Sender Linux Bridge LAW- J2K J2K 圧縮伝送器 HD-SDI LAW- J2K J2K 圧縮伝送器 HD-SDI HDMI THD-MBA1 SONY 4K カメラ 4K REGZA 58 インチ 21
実験トポロジ (CKP 側詳細 ) 堂島 CKP JGN CKP 9F 受信 CKP VLAN1576 AX66 10GbE SW AX3560 AX3560 NUC bridge UTP J2K 圧縮伝送箱 GHX-10 x 4 3G-SDI HDMI THD-MBA1 専用変換 BOX 4K REGZA 58 インチ Catalyst6500 Router 4K 動画受信の様子を撮影 ( 動画のみ ) Logicool Webcam C920 22
実験風景 左 : 学生主体で機材設置 実験実施 中 : 機材イメージ 右 : NUC + Gbps USB3.0 NIC でブリッジ 23
実験結果 圧縮 4K 受信 機材の組み合わせで簡単に実験が実施できた 4K 映像を 3 日間安定して受信表示できた 350Mbps JGN 経由なら余裕 ネットワーク変化による映像への影響 ネットワーク変動での映像へのセンシティブな影響 遅延 パケットロス 帯域の管理が必要 または 冗長化伝送などの必要性 24
伝送実験の結果 受信成功 スループットは 350 Mbps 25
追加実験 : NW 遅延 80 ms ブロックノイズが出るが映像はみることができる 26
追加実験 : NW 遅延 160 ms ブロックノイズ表示後エラーが生じ停止 27
追加実験 : 帯域制限 350 * 0.9 = 315 Mbit 動画をみることはできるがたまに止まる 28
追加実験 : パケットロス パケットロス 1 % 人が動いた部分にブロックノイズ ある程度たつと正常に受信できなくなる 29
実験結果 圧縮 4K 受信 350Mbps 安定して動作 機材設営は簡単 ネットワークは JGN 利用 ネットワーク変動による映像への影響 ネットワーク性能が映像に対してセンシティブに影響 遅延やパケットロス 帯域などの確保の必要あり 冗長化などの工夫が必要 30
その他の取り組み 31
ニーズ パートナー調査 潜在ニーズ調査 パートナーとの連携 NAIST との 4K 映像伝送実験 CKP との継続的な伝送先として実験予定 全天球投影への 4K 映像利用 コンテンツ伝送のネットワーク部分で協力予定 4K 映像伝送の遠隔医療への応用 医療ニーズ 中継等の支援 継続的な情報交換 32
10Gbps トラフィックの取り扱い 10Gbps 処理 PC の制作 10Gbps トラフィック処理 操作 Intel DPDK, netmap などの利用 計測 冗長化 マルチキャスト 品質保証 録画 トランスコード SDN との連携 4K 映像伝送向けの処理 JGN 経由で starbed 利用を検討 10Gbps 接続 10Gbps NIC PC が存在 33
まとめ CKP 4K- WG の活動 4K 非圧縮伝送 / 圧縮伝送を実験 4K 映像伝送の面白さ 10GbE 4K AV 機材 ネットワークと AV 企業 大学の連携 広帯域ネットワークのデモ インフラ & サービス 実験ネットワークとして学生育成など 今後の活動 他拠点との接続に挑戦 JGN & Starbed 利用 イベント等の支援 開催 34
よろしくお願いします パートナー 協力者は大歓迎です グランフロント大阪のCKPオフィスにて実験中 いつでもご連絡 ご見学どうぞ 情報交換や共同実験もお待ちします CKP 4K- WG 神戸情報大学院大学横山輝明 ytel [at] kic.ac.jp 35