ATSC 3.0, MMT, Multicast

1. 次世代放送系プロトコル
ATSC 3.0とMMT
～配信視点での概要説明～
Masaaki NABESHIMA
Sep 30, 2020
1v9-30-2020

2. ◼ マルチキャストやりたい
• Internetで使えるプロトコルは限られている
• ⇒放送系のみ
◼ Wi-Fiでマルチキャストやりたい
• エラー処理が必須
• 高度なエラー処理⇒次世代放送系のみ
◼ オープソースなコードが欲しい
• ATSC 3.0 (米国次世代放送)ならある
• ATSC 3.0を調べてみた(情報も豊富)
• ⇒いろいろな新規サービスが登場している
2
はじめに(今回の動機：ボトムアップ)

3. ◼ ATSC 3.0
• 概要
• サービス展開
• プロトコル
◼ マルチキャスト
• ネットワーク
• 端末系
• 各種プロトコル
◼ MMT
• 概要
• サービス例・実装例
• プロトコル
3
もくじ (トップダウン的にお話します)

4. ◼ ATSC概要
• バージョン
• プロトコルスタック
◼ サービス展開
• 本放送
• 新サービス
◼ まとめ
4
ATSC 3.0

5. ◼ ATSC
• Advanced Television Systems Committee (https://www.atsc.org/)
• 高度テレビジョン・システムズ委員会
• 米国主導
• 採用：米国、カナダ、メキシコ、韓国
• バージョン
• ATSC 1.0：現行地上波デジタル放送
• ATSC 2.0：現行＋改定 (現実的には1.x的な内容)
• ATSC 3.0：次世代 (ベースプロトコルから変更)
• 消費者向け名称：NEXTGEN TV
5
ATSCとは

6. ◼ 日本主導(ISDB-T)
• Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial
• フィリピン、南米
◼ 中国主導(DTMB)
• Digital Terrestrial Multimedia Broadcast
• 中国系
◼ ヨーロッパ主導(DVB-T)
• Digital Video Broadcasting - Terrestrial
• 上記以外(多数)
• 第2世代：DVB-T2
◼ 参考
• https://www.soumu.go.jp/main_content/000662193.pdf
6
他の国

7. ◼ 1.0、2.0
• MPEG 2 TS (Transport Stream)
• 日本のデジタル放送、IPTV等でも使用
◼ 3.0
• MMT (Mpeg Media Transport)
• メディア配信向け
• ROUTE (Real-time Object delivery over Unidirectional Transport)
• オブジェクト配信向け(MPEG Dashも可能)
• HTTP
• ブロードバンド
7
ATSCバージョンとベースプロトコル

8. ◼ ATSC 1.0, 2.0
8
プロトコルスタック
EPG Rendering
PSIP Signaling Mobile Signaling NRT Delivery ATSC 2.0 Triggers
Video Audio
MPEG 2 Transport
ATSC 1.0 Physical Layer
Broadcast

9. ◼ ATSC 3.0
9
プロトコルスタック
出典：https://www.thebroadcastbridge.com/content/entry/6229/atsc-3.0-details-explained-part-4

10. ◼ 用語
• PSIP (Program and System Information Protocol)
• NRT (Non RealTime)
• MPU (Media Processing Unit)
• EME (Encrypted Media Extensions)
• ISO BMFF (Base Media File Format)
• LLS (Low Level Signaling)
• SLT (Service List Table)
10
ATSC プロトコルスタック

11. ◼ 特徴
• アプリケーションはHTML5
• すべてIPパケットを使う
• Dash/HTTPで放送 (著作権？)
• マルチキャスト
• Broadcast
• 基本マルチキャスト
• Broadband：Dash/HTTP/TCPのみ
• UDP配信・マルチキャストは規定されていない
• 放送波でもDash配信可能
• ROUTEによるエラー処理
11
ATSC 3.0 プロトコルスタック

12. ◼ ATSC 3.0承認まで
• 199X年：デジタルテレビ策定が始まる
• 1996年：ATSC1.0承認
• 1998年：デジタル放送(ATSC1.0)開始 (補足:日本2003年)
• 2009年：アナログ終了 (補足：日本2013年)
• 2010年：Pearl設立(https://pearltv.com/)
• デジタル化に向けたテレビ局のパートナーシップ
• 2011年：ATSC3.0策定開始
• 2017年：ATSC3.0承認、任意での移行を許可
12
ATSCの状況(米国)

13. ◼ ATSC 3.0 承認後(2017年～)
• 各種イベント等における試験放送
• 2019年4月：米国40局がATSC3.0を開始すると発表
• 2019年5月：FCC ATSC3.0の免許発行
• 2020年9月：11マーケット(地域)で放送中
• 現在のPearl TV
• 9 TV局グループ
• 750 TV局(全体の約半分)
13
ATSCの状況(米国)

14. ◼ PHOENIX MODEL MARKET
• https://www.phoenixnextgentv.com/
• 2018年4月開始、継続中
• テストベット、Pearl TVが主導、アリゾナ州・フェニックス
◼ WatchTV
• Low Power TV (K28GG-D、K14SC-D、K25GA-D)
• 2019年7月、最初のATSC3.0免許・放送
◼ Sinclair
• KVCW @ Las Vegas
• 2020年5月、ATSC 3.0 放送開始
14
ATSC 3.0 放送(米国先行組)

15. ◼ 2020年9月
• https://www.atsc.org/nextgen-tv/deployments/
15
ATSC 3.0 放送(米国現状)

16. ◼ 2017年2月
• 地上波4K UHD 試験放送開始
◼ 2017年5月
• 地上波4K UHD放送開始
• KBS、MBC、SBS
◼ 2020年9月
• 人口の70%をカバー
• https://www.atsc.org/nextgen-tv/deployments/
kosho.org 16
ATSC 3.0 韓国状況

17. ◼ 放送波によるファイル配信
◼ LPTV (低出力TV)の活用
17
ATSC 3.0による新サービス

18. ◼ 目的
• 放送事業者による新しい収益の実現
◼ キャッチコピー
• Broadcast Internet (放送波によるInternet)
◼ 事業会社
• BitPath社 (https://www.bitpath.com/)
• 提供サービス
• Broadcast Data Network
• 北米ジョイントベンチャー(地方テレビ放送会社）
• Nexstar社:売上$1,100M程度、Sinclair社:売上$245M程度
• サービス状況
• 準備中 18
放送波によるファイル配信

19. ◼ ターゲット
• 蓄積型VoD、車載、IoT、農業等
◼ 競合技術
• 通信のブロードキャスト(4G, 5G Broadcast）
◼ 国内動向
• Narrow Cast社 (http://www.narrowcast.jp/)
• 2011年：初期実験
• IPDCフォーラム (https://www.ipdcforum.org/)
• V-High跡地
• 参考資料
• https://www.soumu.go.jp/main_content/000596653.pdf
19
放送波によるファイル配信

20. ◼ LPTV (Low Power TV)
• 米国の制度
• 出力(ERP)：3kW (VHF)、15kW (UHF) #日本の地方局と同等レベル
• カバレッジ：数十キロ程度
• 認可済局：2,450
• ローカルTV、コミュニティTV
• 国内動向：同等のサービスは無い
• エリア放送
• 出力(ERP):10mW
• https://reea.or.jp/area/index/
20
LPTV

21. ◼ LPTVを利用した新しいサービス
• EVOCA社 (https://evoca.tv/)
• 多チャンネルサービス(CATV・衛星の置き換え)
• ペイチャンネル：20
• 料金：$49/月
• VoD：蓄積型
• 技術
• LPTV(2局)＋ATSC3.0+専用STB
• テストサービス
• 2020年9月1日開始、200世帯
21
LPTV

22. ◼ 米国の次世代地上デジタル放送
• 2020年：商用化がはじまる
• 独自サービス
• 放送波によるファイル転送
• LPTV
• プロトコル
• すべてIPパケットを使用
• ROUTE、MMT、HTTP
• ブロードバンドはDASH/HTTP
22
まとめ：ATSC 3.0

23. ◼ 仕様書
• https://www.atsc.org/atsc-documents/type/3-0-standards/
◼ Host Station Manual (実践ガイド)
• https://www.atsc.org/nextgentv-host-station-manual-v8-final/
◼ ATSC 3.0 NGBP (オープンソース、サンプル)
• https://www.ngbp.org/p/atsc-30-ngbp-open-source-tools.html
23
リンク：ATSC 3.0

24. ◼ 現状
◼ 課題
• OSおよびハードウェア
• ネットワーク
• ブラウザ
• プロトコル
◼ まとめ
24
マルチキャスト

25. ◼ 広く使われている
• バックボーン系、広域閉域網サービス(IP VPN等)
• 例
• https://www.ntt.com/business/services/network/vpn/vpn.html
• IPTV系
• ぷらら・ひかりTV/NGN
◼ 期待されている
• 放送同時再送信
• トラフィック低減
◼ 課題
• ユーザ環境、ソフトウェア
25
マルチキャスト：現状

26. ◼ Android系
• 一部機種でマルチキャストパケットのドロップが激しい
• Motorola系
◼ その他(iOS、Windows)
• 問題なし
26
マルチキャスト：課題(OSおよびハードウェア)

27. ◼ ネットワーク(ISP、AS)越えマルチキャスト
• 例：OCNとKDDIを結ぶ
• ほぼ無理
• だれも開発していない
• ISP(AS単位)でマルチキャストの配信PoPを持つ必要あり
• ただし、上位3ASで全体の50%、上位20ASぐらいで全体の80%ぐら
いカバー可能
◼ Wi-Fi
• 微妙な状況
• 機能は持つがテストされていない
• ユニキャスト変換が多用される
• Layer2リトランスミット
27
マルチキャスト：課題(ネットワーク)

28. ◼ マルチキャストパケットの受信
• 単体では不可能
• プラグインが必要
• 現状はマルチキャスト受信可能だがWebAssembly化により不可能
になる
28
マルチキャスト：課題(ブラウザ)
概要 マルチキャスト 廃止
NPAPI 古典(1995~) 〇 既に廃止
ActiveX IE専用 〇 IEは2013年に開発終了
NACL NPAPI置換(2012~) 〇 2021年6月予定
WebAssembly
次世代外部プログラム
通信はWebSocket
×

29. ◼ メディア配信プロトコル
• 昔のプロトコル（Real、Microsoft、Adobe)
• マルチキャスト対応
• ブラウザはプラグインで対応
• 現状：使われていない
• HLS、Dash等
• HTTPベース：マルチキャスト非対応
• 現状：全盛
• WebRTC
• RTP over UDPが可能 (ただしSecure RTPのみ）
• 現状：1to1な実装のみ(暗号部分)
29
マルチキャスト：課題(プロトコル)

30. ◼ MPEG 2 TS
• IPTVなどで全盛
• エラー処理：Pro-MPEG (SMPTE 2022、RFC 2733)
• 縦と横のチェックサム
• 冗長度を上げるとブロックサイズが小さくなる
• 連続パケットロスに弱い(Wi-Fi等では使い物にならない)
30
マルチキャスト：課題（プロトコル）
冗長性：10% 冗長性：50%

31. ◼ SRT (Secure Reliable Transport)
• Haivision社⇒SRT Alliance (https://www.srtalliance.org/)
• 基本、素材伝送用として使われている(Haivision社)
• イントラ配信向けのパッケージもあり
• Haivision Media Platform, Gateway
• UDPベース
• マルチキャスト対応(Haivision社)
• エラー処理
• ユニキャスト：再送
• マルチキャスト：独自FECのみ
• 連続パケットロスに弱い
• ユニキャストによる再送：予定なし
31
マルチキャスト：課題（プロトコル）

32. ◼ RIST (Reliable Internet Stream Transport)
• RIST Forum (https://www.rist.tv/)
• 最初からオープンソース
• Haivison社やZixi社も参加
• プロファイル
32
マルチキャスト：課題(プロトコル)
概要 仕様策定状況 マルチキャスト
Simple(1) 基本機能 済
Main(2)
実際的な機能(マルチポイント・ユニキャスト、
高度なエラーリカバリ等)
済
Enhanced(3) 高度 (アダプティブ)な制御 ？
Scalable(4) 高ビットレート、高分散 ？ 〇

33. ◼ ROUTE
• Real-time Object delivery over Unidirectional Transport
• マルチキャスト対応
• FLUTE (File deLivery over Unidirectional Transport) ベース
• RFC 3926
• 対象
• NRT ファイル、DASHセグメント
• エラー処理
• FEC：RaptorQ (RFC 6330)
• 再送：HTTP?
• 参考
• https://mile-high.video/files/mhv2018/pdf/day2/2_09_Luby.pdf
33
マルチキャスト：課題(プロトコル)

34. ◼ MMT
• MPEG Media Transport
• MPEG2 TSの置き換え
• マルチキャスト対応
• エラー処理：AL-FEC
• 詳細は次節
34
マルチキャスト：課題(プロトコル)

35. ◼ ネットワーク
• 閉域網ではすでに普及、ISPまたぎは基本不可能
• Wi-Fiでも可能、パケット落ち対応必須
◼ プロトコル
• 一般HTTP系は非サポート、WebRTCで実現できるかも？
• 放送系はサポート、ただし高度なエラー処理は最新プロトコルが必要
◼ OS・ソフトウェア
• Andoroid系で一部端末に不具合
◼ ブラウザ
• プラグインでの対応は無理、WebRTCが希望だが実装されていない
35
マルチキャスト：まとめ

36. ◼ 概要
◼ 採用例
◼ 標準化文書
◼ プロトコル
36
MMT

37. ◼ MPEG Media Transport (MMT)
• 2014年、ISO/IEC MPEGグループが標準化、
• 放送規格としてMPEG-2 TS(地デジ等が使用)の置き換えを狙う
• MPEG-2 TSとの違い
• FEC高度化(AL-FEC)
• 絶対時間(UTC)
• 複数のプレイヤー間での同期再生が可能
• シグナル拡張
• カプセル化(階層構造)
• パケット長可変
• 表示レイアウト対応
37
MMT：概要

38. ◼ 米国
• ATSC 3.0
◼ 国内
• ARIB STD-B60 (デジタル放送におけるMMTによるメディアトランス
ポート方式)
• BS 4K、BS 8K
• 素材伝送、中継
• テレビ朝日、TurboSystems社製品
◼ 韓国
• SK Telecom
• サイマルキャスト(低遅延プレミアム配信)
38
MMT：採用例

39. ◼ ISO/IEC 23008 (MPEG-H)
• 国際標準、16パート、有償
• https://www.iso.org/standard/70201.html
◼ ATSC A/331
• 米国標準、無償
• https://www.atsc.org/atsc-documents/3312017-signaling-delivery-
synchronization-error-protection/
◼ ARIB STD-B60
• 国内標準、有償
• 英語版、無償：http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/6-
STD-B60v1_13-E1.pdf
39
MMT：標準化文書

40. Copyright (c) kosho.org 40
MMT：MPEG-H標準
パート番号 文書名
プロトコル 1 MPEG media transport (MMT)
4 MMT reference software
7 MMT Conformance
10 MPEG media transport forward error correction (FEC) codes
11 MPEG media transport composition information
13 MPEG media transport implementation guidelines
HEVC 2 High efficiency video coding
5 Reference software for high efficiency video coding
8 Conformance specification for HEVC
3D Audio 3 3D audio
6 3D audio reference software
9 3D Audio conformance testing
その他 12 Image File Format
14 Conversion and coding practices for HDR/WCG Y'CbCr 4:2:0 video with PQ transfer characteristics
15 Signaling, backward compatibility and display adaptation for HDR/WCG video
16 Encapsulation of JPEG 2000 Images into ISO/IEC 23008-12

41. ◼ コンテンツ規定
• カプセル化
• 単独ファイル (GFD, Generic File Delivery)
◼ 配信プロトコル規定
• MMTP (MMT Protocol)
• AL-FEC
◼ 制御情報規定
• シグナル
41
MMT：23008-1 (MPEG-H Part 1)

42. ◼ カプセル化
• ひとつの作品(コンテンツ)
• 複数のアセットからなる
• アセット：映像、音声、字幕など
• MPU(Media Processing Unit)の集まり
• MPU：単独で再生可能な単位
• MFUを含む
• MFU (Media Fragment Unit)
• ISO BMFF形式
42
MMT：23008-1 (MPEG-H Part 1)

43. ◼ ハードウェア(国内)
• NEC
• https://jpn.nec.com/bv/hoso/product/vcvd8350.html
• アストロデザイン
• https://www.astrodesign.co.jp/?s=MMT&x=0&y=0
• ターボシステムズ (http://www.turbosystems.co.jp/)
• ZJive for MMT
• 伝送BOX、スマートフォンプレイヤー
• テレ朝が採用(伝送)
• NHK技研の受託等も行う
43
MMT：実装

44. ◼ 海外
• Gates Air
• https://www.gatesair.com/solutions/atsc-3.0-encoding-and-
headend
• Dveo
• https://dveo.com/broadcast-systems/High-Definition/ATSC-3.0-
H.265-Encoders-with-MMT-output.html
• Harmonic
44
MMT：実装

45. ◼ ISO/IEC 23008-4:2020
• MPEG-H Part 4: MMT reference software
• https://www.iso.org/standard/68662.html
• ドキュメント：有料
• ソースコード：無料
• 2020年6月公開
• https://standards.iso.org/iso-iec/23008/-4/ed-1/en/
• MMT_reference_software.zip
45
MMT：実装

46. ◼ libatsc3
• https://github.com/jjustman/libatsc3
• オープンソース
• 開発：Jason Justman＠Sinclair
• 受信側コード(MMT+ROUTE)
• パケットモニタ
• プレイヤープラグイン
• VLC、mplay (ffmpeg)
• サンプルパケットあり
• IP上のマルチキャスト
46
MMT：実装

47. ◼ WireSharkプラグイン
• http://petitit.com/pj/
• 作者不明(日本人)、非公開
• Celso Diniz @ Mackenzie Presbyterian University
• 非公開?
• https://www.youtube.com/watch?v=GnCYpNf_BIE
• Wireshark Protocol Dissector support for ATSC3.0 ALP
• https://github.com/Silicondust/wireshark
• Wireshakのfork＋パッチ
47
MMT：実装

48. ◼ Hecas Live Streamer
• http://hecas.co.kr/
• 韓国ARNA Networksのスピンアウト
• SK Telecomで使用される
• MMT+独自ARQ(TCPパケット再送)
◼ ATSC3Pro
• https://bitrouter.com/products/atsc3pro/
• LinuxベースのATSC 3.0対応セットボックス
48
MMT：実装

49. ◼ フォーマット
• AL-FECタイプ
• 1~6
• タイムスタンプ
• ペイロードタイプ
• MPU(カプセル化コンテンツ)
• GFD(単独ファイル)
• シグナリング
• AL-FEC(データ)
• ペイロード
49
MMT：パケット uint8_t mmtp_packet_version:2;
uint8_t packet_counter_flag:1;
uint8_t fec_type:2;
uint8_t __reserved_r:1;
uint8_t mmtp_header_extension_flag:1;
uint8_t mmtp_rap_flag:1;
uint8_t __reserved_res:2;
uint8_t mmtp_header_compression:1;
uint8_t mmtp_indicator_ref_header_flag:1;
uint8_t mmtp_payload_type:6;
uint16_t mmtp_packet_id;
uint32_t packet_sequence_number;
uint32_t mmtp_timestamp;
uint16_t mmtp_timestamp_s;/*ntp-mapped into s*/
uint16_t mmtp_timestamp_us; /*ntp-frac.into ms*/
uint32_t packet_counter;
uint32_t source_fec_payload_id;
uint16_t mmtp_header_extension_type;
uint16_t mmtp_header_extension_length;
block_t* mmtp_header_extension;
uint8_t mmtp_qos_flag:1;
uint8_t mmtp_flow_identifer_flag:1;
uint8_t mmtp_flow_extension_flag:1;
uint8_t mmtp_reliability_flag:1;
uint8_t mmtp_type_of_bitrate:2;
uint8_t mmtp_delay_sensitivity:3;,
uint8_t mmtp_transmission_priority:3;
uint8_t flow_label:7;

50. ◼ 代数ベース(計算量が多い)符号長を長くできない
• タイプ1, RS Code
• リードソロモン、古典
◼ XOR演算(もっともシンプルに実装可能)もっとも性能が悪い
• タイプ6, SMPTE 2022-1
• いわゆるPro-MPEG(旧来の方法)
50
MMT：FEC (古典系)

51. ◼ 疎グラフベース(計算量が少ない）符号長を長くできる
• タイプ2, S-LDPC
• Low Density Parity-Check
• タイプ3, RaptorQ
• レートレス符号
• RFC 6330, Internet用を放送用として使用
• タイプ4, RaptorQ LA
• レートレス符号＋階層伝送
• タイプ5, FF-LDGM
• FireFront Low Density Generator Matrix
• NTT開発、4K、8K等に最適と歌っている
51
MMT：FEC(次世代系)

52. Copyright (c) kosho.org 52
MMT：シグナル
0x0000 PA (Package Access) パッケージへのアクセスに必要な全てのテーブル情報
0x0001 MPI (Media Presentation Information) プレゼンテーション(再生に必要な情報)情報
0x0011 MPT (MMT Package Table) アセットの種類、あるパッケージに対するテーブル情報
0x0200 CRI (Clock Relation Information) MPEG-2 TSのSystem Time Clock(STC)とMMMT UTCを紐づける
0x0201 DCI (Device Capability Information) クライアントの能力
0x0202 SSWR (Security Software Request) パッケージを再生するに必要なセキュリティ
0x0203 AL-FEC AL-FEC
0x0204 HRBM (Hypothetical Receiver Buffer Model) 仮想受信バッファモデル(バッファサイズ、遅延等）
0x0205 MC (Measurement Configuration) 計測設定
0x0206 ARQ-AC (Configuration) ARQ(Automatic Repeat reQuest)設定
0x0207 ARQ-AF (Feedback) ARQ返答
0x0208 RQF (Reception Quality Feedback) 受信側による品質報告
0x0209 ADC (Asset Delivery Characteristic) アセットの送信特性
0x020A HRBM Removal HRBM削除
0x020B LS (Licensing SIgnalling) ライセンス情報
0x020C LR (Licensing Revocation) ライセンスのリボケーション
0x020D MANF (NAM feedback) 受信側によるNAMフィードバック
0x020E LDC (Low Delay Consumption)

53. ◼ MPEG 2 TSの置き換え
• FEC高度化
• 絶対時間
• シグナル拡張
• カプセル化(階層構造)
◼ 採用例
• ATSC 3.0、BS 4K
• 韓国サイマル、素材伝送(レテ朝)
◼ 実装
• ハードウェア：放送系メーカー
• ソフトウェア：ベンチャーその他
• オープンソース：受信側のみあり 53
MMT：まとめ