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4K/8K時代のVideo over IPとCDN

  1. 1. 株式会社インターネットイニシアティブ 山本 文治 bunji@iij.ad.jp 4K/8K時代のVideo over IPとCDN Video over IP and CDN in 4K/8K era
  2. 2. ‐ 2 ‐ 放送と私  山本 文治 • 1983? 電話級アマチュア無線技士 • 1995 IIJメディアコミュニケーションズ入社 • 1995 メディアハイウェイサービス • 1996 Streams-JP Mailing List • 1999-2009 LIVE! ECLIPSE / LIVE! UNIVERSE • 2000 ストリーミングオンデマンドチャンネル • 2001 CDN JAPAN • 2001-2009 Contents Routing Network Forum • 2007 アクトビラビデオ • 2015 4K over IP Specialist
  3. 3. ‐ 3 ‐ 4K/8K推進ロードマップ http://www.soumu.go.jp/menu_seisaku/ictseisaku/housou_suishin/4k8k_suishin/policy.html より 2014年 2015年 2016年 2017年 2018年 2020年 2025年頃 4K・8K推進のためのロードマップ~第二次中間報告(2015年7月) 4 K ・ 8 K の普及に向けた基本的な考え方 ~2 K ・ 4 K ・ 8 K の関係 新たに高精細・高機能な放送サービスを求めない者に対しては、そうした機器の買い換えなどの負担を強いることは避ける必要がある 高精細・高機能な放送サービスを無理なく段階的に導入することとし、その後、2K・4K・8Kが視聴者のニーズに応じて併存することを前提し、無理 のない形で円滑な普及を図ることが適切 地デジ等 継 続 2K 現行の2K放送 124/128 度CS 4K 実用放送 4K試験放送 4K 実用放送 4K 実用放送 4K試験放送 4K VOD実用 サービス 8Kに向けた実験的取組 8Kに向けた実験的取組 衛 星 ケーブル テレビ IPTV等 4K試験放送 4K VOD トライアル 4K・8K 試験放送 4K 試験放送 BS ( 右旋) BS ( 左旋) 110度CS ( 左旋) (BS17ch) トラポンの 追加割当 4K 実用放送 4K・8K 実用放送 トラポンの 追加割当 4K 実用放送 <目指す姿> ・2020年東京オリンピック・ パラリンピック競技大会の 数多くの中継が4K・8Kで 放送されている。 ・全国各地におけるパブリッ ク ビ ュ ー イ ン グ に よ り 、 2020年東京オリンピック・ パラリンピック競技大会の 感動が会場のみでなく全 国で共有されている。 ・4K・8K放送が普及し、多 くの視聴者が市販のテレ ビで4K・8K番組を楽しん でいる。 (BS17chを含め、 2トラポンを目指す) <イメージ> ・4K及び8K実用放送 のための伝送路として 位置付けられたBS左 旋及び110度CS左旋に おいて多様な実用放送 実現・右旋の受信環境 と同程度に左旋の受信 環境の整備が進捗 (注1)ケーブルテレビ事業者がIP方式で行う放送は「ケーブルテレビ」に分類することとする。 (注2)「ケーブルテレビ」以外の有線一般放送は「IPTV等」に分類することとする。 (注3)BS右旋での4K実用放送については、4K及び8K試験放送に使用する1トランスポンダ(BS17ch)を含め2018年時点に割当て可能なトランスポンダにより実施する。この際、周波数使用状況、技術進展、参入希望等を 踏まえ、使用可能なトランスポンダ数を超えるトランスポンダ数が必要となる場合には、BS17chを含め2トランスポンダを目指して拡張し、BS右旋の帯域再編により4K実用放送の割当てに必要なトランスポンダを確保す る。 (注4)BS左旋及び110度CS左旋については、そのIFによる既存無線局との干渉についての検証状況、技術進展、参入希望等を踏まえ、2018年又は2020年のそれぞれの時点において割当て可能なトランスポンダにより、4K及 び8K実用放送を実施する。 (注5)2020年頃のBS左旋における4K及び8K実用放送拡充のうち8K実用放送拡充については、受信機の普及、技術進展、参入希望等を踏まえ、検討する。 4K・ 8K
  4. 4. ‐ 4 ‐ 4K/8Kと関連技術 http://www.soumu.go.jp/menu_seisaku/ictseisaku/housou_suishin/4k8k_suishin/about.html より 2K 1920(1440)x1080 30i H.264 8Mbps 4K 3840x2180 60p HEVC (H.265) 20Mbps 8K 7680x4320 60p (120p?) HEVC/次世代圧縮技 術? 100Mbps
  5. 5. ‐ 5 ‐ 映像伝送/配信における領域の整理 Distribution broadcaster Contribution CDNVideo over IP 領域2 現場/局間のIP化 リモートプロダクション  メリットの精査 領域1 局舎内のIP化 Video over IP  シームレスな移行  IP技術の獲得 領域3 局間・STL回線 Video over IP  「落ちない回線」 領域4 CDNの高度利用化  CDNの利用  次世代技術 broadcaster
  6. 6. ‐ 6 ‐ Video over IPとは  放送など業務系映像の機器間伝送がIP化されている • すでに音声はAudio over IP化されている • “Media over IP”とも言われる  標準規格が発刊されたため、規格名が通り名になるかも • SMPTE ST 2110  同軸ケーブルから光ファイバへ  光ファイバの上位レイヤはEthernetそしてIPへ • 4K/8K時代を迎えるにあたり、同軸ケーブルでは伝送能力が不足
  7. 7. ‐ 7 ‐ EthernetとSDIの速度向上比較 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Ethernet SDI SD-SDI 270Mbps HD-SDI 1.5Gbps 3G-SDI 3Gbps 6G-SDI 6Gbps 4K30p 12G-SDI 12Gbps 4K60p Mbps
  8. 8. ‐ 8 ‐ SMPTE  The Society of Motion Picture and Television Engineers 協調 European Broadcasting Union Advanced Media Workflow Association Video Services Forum Joint Task Force on Networked Media (JT-NM) Alliance for IP Media Solutions 業界内普及促進 規格参照
  9. 9. ‐ 9 ‐ SMPTE ST 2110への流れ  “Professional Media over Managed IP Networks” • VSF TR-03 “Transport of Uncompressed Elementary Stream Media over IP” が直接の源流 • SMPTE ST 2022-5/6からの流れ https://nevion.com/blog/standards/
  10. 10. ‐ 10 ‐ SMPTE ST 2110-x Suite  2110-10 System Overview • System timing model & Session Description  2110-20 Uncompressed Video • Based on RFC 4175 • 32k x 32k, 4:2:2, 4:4:4, HDR (PQ, HLG) etc.  2110-30 PCM Audio • Based on AES67  2110-21 Traffic Shaping  2110-22 Compressed Video (tbc)  2110-31 AES3 Transparent Transport • Includes compressed audio  2110-40 Ancillary Data • Captions, subtitles, time codes, active format descripition, dynamic range, etc.
  11. 11. ‐ 11 ‐ SMPTE ST 2110とRTP/UDP/IP Video Audio Ancillary 2110-20 2110-22 2110-30 2110-40 非圧縮 圧縮 PCM SMPTE 291 RFC4175 今後策定 AES67 RFC8331 RTP RFC3550 UDP RFC768 IPv4 RFC791 (IPv6 RFC8200) Ethernet 物理層
  12. 12. ‐ 12 ‐ ST 2059 and ST 2110  PTPによるTimestamping • PTP: Precision Time Protocol • もともとIEEE 1588として標準化 • Ethernet/IPを用い、ネットワークで接続された機器間の時刻をマイクロ秒 未満の精度で同期することを目的としたプロトコル • SMPTEでもST 2059として標準化 • ST 2110ではそれぞれのストリームが個々のタイムスタンプを持つ • ST 2059が用いられる • RTPのタイムスタンプに埋め込まれる
  13. 13. ‐ 13 ‐ IIJの動き 2014〜2017 市場調査 メーカとのコミュニケーションとPoC  すでに14社とのPoCをIIJバックボーン上で実施  継続して活動中
  14. 14. ‐ 14 ‐ PoC/Demonstration  2015/07 Sony • 4Gbpsx2本を飯田橋→堂島→飯田橋へ伝送 • 初回の検証。成功。  2015/08 Evertz • 4K甲子園の映像をグランフロント大阪→飯田 橋へ伝送  2015/11 Sony • TechWEEK会場で実機デモンストレーション  2016/06 PFU + NTT-IT • 1.5Gbps HD映像を飯田橋→Interop会場へ伝送  2016/09 Harmonic • HDマルチキャスト伝送実験 飯田橋→堂島→飯 田橋+飯田橋→NTT東フレッツキャスト→飯田 橋フレッツ  2016/10 Sony • 新規開発のモード検証 飯田橋→堂島→飯田橋  2016/10 NTT Electronics • HDマルチキャスト伝送実験 飯田橋→堂島→飯 田橋+飯田橋→NTT東フレッツキャスト→飯田 橋フレッツ  2016/11 Sony • InterBEE会場内で接続  2017/02 MediaLinks • HD/4K映像伝送実験飯田橋→堂島→飯田橋  2017/06 Sony • 本格的な映像機材(リモートカメラ、オーディ オコンソール)含めたデモンストレーション  2017/06 Embrionix • 映像IP変換SFPを用いたHD伝送 飯田橋→堂島 →飯田橋  2017/06 LAWO • HDおよび4K、64chマルチチャンネルオーディ オ伝送 飯田橋→堂島→飯田橋 • PTP相互接続実験  2017/11 NHK技研(NHK杯フィギュア) • 2017NHK杯フィギュアにて、大阪から東京へ の8K伝送実験をNHK技研が実施 • IIJはこの実験に対しプライベートバックボー ンを提供 • 10GbE x 5 本 • 8K はDualGreen 24Gbps
  15. 15. ‐ 15 ‐ PoCの成果  メーカに対するフィードバック • なかなか通信路を自前で確保しているメーカはいない • 実際のIPネットワークで起き得ることを経験し、データを持ち帰ってもら う  IIJ自身の知見獲得 • 帯域コントロール • ディレイ、ジッタ • モニタリング • マルチキャストルーティング • L2? L3? • Dark Fiber • PTP  デモンストレーション • It works!
  16. 16. ‐ 16 ‐ 今後の動き  相互接続規格の策定 • AMWA IS-04/05/06  イーサネットインターフェースのアップグレード • 10GbEから25GbEへ  Compressed Videoの規格化 • JPEG2000, Tico, LLVC, VC-2 …  Video over IPにおけるセキュリティ規格化  PoC/interopの活発化  ビジネスの立ち上がり • Perform Japan by Evertz • スカパーJSAT by Sony • QVC Japan by Imagine/Harmonic
  17. 17. ‐ 17 ‐ JT-NM Roadmap http://jt-nm.org/documents/JT-NMNetworkedMediaRoadmapofOpenInteroperability-2018-03-15-Approved.pdf 0. SDI II. Elementary flows III. Network & Resource Management Number not yet assigned. **See Dematerialized Facilities FAQ at JT-NM.org for more information. * JT-NM assumption as of March 2018 and will evolve over time. Visit JT-NM.org for the latest update. Feedback to jt-nm-info@videoservicesforum.org JT-NM Roadmap of Networked Media Open Interoperability* System-level management and automated provisioning for flexible and sharable infrastructure at scale Current and mature technology More flexible and efficient workflows New formats like UHD and mezzanine compression IV. Dematerialized facilities** VSF TR-03 Timing profile Transport of separate essences Standard / Specification LEGEND: Widely availablePublished Cloud-fit Open, secure, public/private (on-premises) cloud solutions Non-media-specific IT Self-describing, open APIs suitable for virtualization AMWA Content Model and APIs Agile Media Machine Core SMPTE ST 2022-6I. SDI over IP Study / Activity Cloud Security for Media Companies AES67 Including mapping to ST 2110 Connection managementAMWA IS-05 Network ControlAMWA IS-06 AMWA Timing and Identity SMPTE ST 2110 SMPTE ST 2059 EBU R146 AMWA IS-04 Discovery & Registration SMPTE ST 2022-8 AMWA Event & Tally JT-NM Security Recommendations “Top-Ten” Security Tests Bridging SDI over IP with Elementary flows EBU R148 Recommended minimum Security Tests SMPTE ST 2110-nn Transport of compressed video
  18. 18. ‐ 18 ‐ なぜIPか?  双方向性 • IPはもともと双方向性を持つ • これまでの映像伝送路は基本的に片方向だった  多重化 • さまざまなアプリケーション通信を同一通信路上に混在できる • RTPによる成功例  ネットワーキング • 複数のネットワークを相互に接続できる • 距離は関係ない  エコシステム • IPはEthernetとともに今後も発展が見込めるプロトコル • 競争原理がはたらいている
  19. 19. ‐ 19 ‐ 知見と課題:IP伝送が跳躍するタイミングは?  IPへの移行は決定的 • 問題は「いつ」ではなく「どのように」 • 「SDIからのIP化」は、全レイヤにまたがる変革である  技術的な課題の解決とブラッシュアップ • AuthenticationとAuthorization • リダンダンシ • モニタリング • IPv6技術の導入、マルチキャストアドレス管理、セキュリティ、etc etc…  考え方の変革 • ITインダストリー:「放送局品質」を担保するためのコンセプト確立 • 放送局:「IPを使うことの意義」の発見 • 10年間使い続けるシステム vs 常にバージョンアップ/スケールアウト • 固定化されたインフラ vs DevOps/Cloud  さらに… • エンジニア同士の相互理解と教育(映像系とネットワーク系)
  20. 20. ‐ 20 ‐ VidMeet  VidMeet開催にあたり • Video over IP技術は欧米を中心に急速な広がりを見せており、この数年イ ンターオペラビリティテストやカンファレンスなどの活動が盛んに行われ ています。日本でも展示会などで技術紹介されるようになってきましたが、 公開の場でのレクチャーやデモの機会はまだ限られているのが現状です。 Video over IP市場はこれから熟成していく段階にあり、必要な人(ニー ズ)に必要な人(知恵)が出会う必要があると感じています。 • 一方、IIJではこの数年Video over IP技術の実証実験に取り組んできました。 そこで得られた知見をユーザにフィードバックする時期が到来したと感じ ています。つまり、Video over IP技術はreadyであることを広くデモンスト レーションできる段階に到達しています。 • そこで今回、VidMeetを開催することにしました。ユーザとメーカ、ソ リューションプロバイダとの出会い、実地デモ、そして議論ができる場を 意図しています。参加者には、ぜひ積極的な参画をお願いします。  VidMeetレポート • https://www.linkedin.com/pulse/vidmeet1-report-yamamoto-bunji/ • https://www.linkedin.com/pulse/vidmeet2-yamamoto-bunji/ • https://www.iij.ad.jp/news/iijnews/2018/pdf/vol145.pdf
  21. 21. ‐ 21 ‐ インターネット利用(IP利用の萌芽)  ストリーミングメディアの登場 • 1995〜 • 1996 関西テレビ 大阪国際女子マラソン  大規模化 • バーチャル甲子園  CDN利用
  22. 22. ‐ 22 ‐ 一本あたりのストリーミング消費帯域と私 時期 ツール名 帯域 画角 備考 1995 vic, vat 128kbps QCIFって とこ 【実験ツール】Mbone。bunjiはじめてのストリーミング。いきな りマルチキャスト。あくまで学術系NW向け。 1995- いわゆるス トリーミン グツール 数十kbps 〜数Mbps QCIFから 720p, 1080i辺 り? 【コンシューマ向け】結局エッジ側の帯域に合わせる形で、そこ まで帯域容量が伸びたわけじゃない。 28.8kbpsモデムに合わせて24kbpsとか20kbpsのストリーム作って た。 2000? DVTS 30Mbps 1080i30 【実験ツール】Digital VideoをそのままRTPのペイロードに乗せて 流す。IIJではなかなか実験できず。2006年8月が初めて? 2004? i-Visto 1.5Gbps 1080 【放送局向け…?】HD-SDIを非圧縮のままIPで流す。NTTネット ワークサービス研究所開発。i-Vistoでは実験するチャンスなし。結 局2016年に、i-Visto商用版といえるPFU QG70を用い飯田橋から Interop会場にストリームを打ち込むまで、HD非圧over IIJは実験で きなかった。 2007 アクトビラ 8Mbps 1080i30 【コンシューマ向け】H.264による圧縮。いわゆるIPTV。今考えて もこれはイイ線いってる帯域だったと思う。 2013 Evertz SDVN under 1Gbps 4K 【放送局向け】JPEG2000+4K。この組み合わせを提供したのはは Evertzが初ではありませんが。2015年8月に大阪から飯田橋へ伝送 成功。中身は朝日放送制作4K甲子園。600Mbpsから900Mbpsくら いまで試した。 2014 Sony LLVC 4Gbps 4K 【放送局向け】いわゆるメザニンフォーマット。2015年7月に伝送 成功。飯田橋→堂島→飯田橋。 2014 8K 24Gbps 8K 【放送局向け】8K Dual Green非圧縮。JGN-X雪祭り実証実験。 2017 8K 108Gbps 8K 【放送局向け…?】8Kで二倍の画角で二倍のフレームレートで 云々という、JGN雪祭り実証実験。IIJではまだやってないていう かできないね。
  23. 23. ‐ 23 ‐ 4K時代のCDN・再考  スループット • ストリーミング配信はこの10年ばかりover HTTPが主流となってきた (DTV/2006, HLS/2009 MPEG-DASH/2012) • ストリーミングのHTTP化はCDN事業者により大規模なスケーラビリティ をもたらした • しかし4Kストリーミングの場合、帯域増大によるスループット確保の必要 がある • HEVC圧縮の場合、20Mbpsを切るか切らないかあたりがスイートスポット • (これだとDOCSIC • UDP? • RTP? QUIC? • 現状の配信エコシステムはover HTTP (HLS, MPEG-DASH) がほぼ前提であり、 移行にはブレイクスルーが必要 • TCPパフォーマンスの問題 • 現在の日本国内におけるCDN事業者配信サイトはほとんど東京・あって大阪の二 極集中? • 東京から沖縄へ20Mbpsのスループットが安定して届く?
  24. 24. ‐ 24 ‐ CDNそれぞれ Global/InternationalLocal/Domestic 配信代行 自社コンテンツ Google Netflix Apple AkamaiJOCDN キャリア CDN • AV1 • 自営CDN化 • ピアリング推進 • キャッシュサーバ 展開 • キャッシュサーバ展開 • ピアリング推進 • P2P導入 • 現状IIJの配信設備から配信 • ドメスティック(権利処理) • TV局コンテンツのみ • 自営網に最適化 • トラヒック管理の モチベ高
  25. 25. ‐ 25 ‐ CDN関連事業者のローカルキャッシュへの試み  Hyper Giantsの自営キャッシュばらまき • Akamai(ビジネスモデル) • Google(YouTubeさえなんとかなれば) • Netflix  CDN事業者からのキックバック • ビジネスになったのかどうか不明  透過型キャッシュ • TLS化に伴いフェードアウト  分散配信システム • 個別の製品はないではないが、市場としては小さい  キャッシュ互助 • Contents Routing Network Forum (CRNF) • IETF CDI-WG (Content Distribution Internetworking) • Streaming Video Alliance
  26. 26. ‐ 26 ‐ 4Kだと何が変わる?変わらない?  増加量 • HD: H.264: 8Mbps • 4K: HEVC: 20Mbps (or less) • 2.5倍を多いと見るか少ないと見るか  4Kへのアクセス • 20Mbpsのストリーミングを享受できる環境 • 事業者も視聴機会の確保のため、より圧縮した4KストリームをABRで準備 したりする  4Kが新たなCDN構成を要求するだろうか?
  27. 27. IPフィードセンターのモデル  CDNの時代:広域負荷分散がブーム • 現実には:Service Providerの持つ特質によってサーバ配置の最適解は異なる • コンシューマISP:人口集中地の近く • IIJ:相互接続ポイントの近く  IPフィードセンターは「Site-Centricモデル」に • サーバPCの性能向上 → 少ない台数で大規模配信が可能 • GbE/10GbE回線のコスト低下 → 複数回線の導入 • 複数ISPへのマルチホーム → トラフィックエンジニアリング  IPフィードセンターのカバレッジモデル IP Feed Center @ IIJ ISP フレッツ ISP ユーザへはラスト1マイルを 保有するISP経由でリーチ できる
  28. 28. ‐ 28 ‐ トラヒックへのインパクト  2015年8月21日
  29. 29. ‐ 29 ‐ IIJ CDN+JOCDN配信能力の増加 131 152 225 175 配信PFの配信能力の増加率(%、前年度比)
  30. 30. ‐ 30 ‐ CDNトラヒック関連技術発展の方向性  圧縮技術の高効率化 • トラヒックだけでなく様々な領域に貢献。ストレージ、バックボーン、ラ ストワンマイル区間(4G/5G、レガシー地上線、衛星区間諸々含む)、端 末処理能力、8K応用 etc  次世代広域分散配信システム • 現在のCDN基本技術は進化が止まっている • CCNなどの試みはあったが… • P2Pに取り組む事業者も  CDNキャッシュサーバ • トラヒックエンジニアリングや認証、多段など構成は複雑(事業者依存) • サーバは10GbE、アグリゲーションは100GbEが一般的 • そこからのトラヒックエンジニアリングが腕の見せ所 • See IIJ 渡邉一平「大規模コンテンツ配信ネットワーク ~運用の裏側~」 https://www.iij.ad.jp/dev/tech/techweek/pdf/151112_3.pdf • 結局体力勝負の局面も
  • showhen

    Jun. 10, 2019

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