100Gbps広域テストベッドを用いた
非圧縮8K超高精細映像リアルタイム処理実験の取り組み
瀬林 克啓（神奈川工科大学），丸山 充（神奈川工科大学），岩田 一（神奈川工科大学），青木 弘太（神奈川工科大学），
君山 博之（大同大学），小林 和真（NICT，IPA），
河合 栄治（NICT），漆谷 重雄（NII）

ADVNET2019 (2019.10.4)

1

目次• 8K超高精細映像伝送トライアル• 2019年度の取り組み– 複数映像ソースのリアルタイム切替• 従来方式• 提案方式• 実証実験、デモ（学生主体で実施）– NICTさっぽろ雪まつりトライアル2019– Interop Tokyo 2019

• まとめ

ADVNET2019 (2019.10.4)

2

8K超高精細映像伝送トライアル(1/2)
2014.2

NICT雪まつり実験

大手町―うめきた間

８Kをユーザの立場で使ってみよう
８K-DG伝送 24Gbps, 表示装置や監視装置手作り

2015.2

NICT雪まつり実験

マルチキャスト実験とStarBED群で仮想８K-DGサーバ実現

2016.2NICT雪まつり実験

IPsec暗号化配信

2016.11 SC2016
日米間IPsec暗号化, モーションキャプチャによるリアルタイム 8K
CG映像作成2017.2

NICT雪まつり実験

over 100Gbps配信,フル解像度8K 48Gbps対応の仮想サーバ実験

ADVNET2019 (2019.10.4)

3

8K超高精細映像伝送トライアル(2/2)
2018.2 NICT雪まつり実験
環太平洋NWを使ったマルチキャスト・マルチパス伝
送、クラウド上での仮想８Kサーバ

2018.6 Interop Tokyo 2018
遅延差が200ms以上ある複数拠点からのストリームをエッジで遅延差調整し、インライン・リアルタイム処理し，8K映像を表示
2018.6 NII学術情報基盤オープンフォーラム2018
2018.6 NICTオープンハウス 20182018.7 OIST-NII 8Kデモ
ADVNET2019 (2019.10.4)

4

モティベーション• ニーズ– 映像制作– 医療応用• 大容量コンテンツ配信サーバ– オンプレミスでは実現済み• 一箇所に纏まったリソースが必要– コストが下がらない• クラウドを利用– リアルタイム性が保証できない– 配信性能、処理性能が低い– 各地のクラウドに空きリソースがある→なんとか有効活用できないか？
ADVNET2019 (2019.10.4)

5これまでにわかったこと• クラウドを用いたプレ実験– 分散サーバの並列同期配信– 遅延差が200ms以上ある複数拠点の分散サーバを利用– エッジで遅延差調整をインライン・リアルタ
イム処理し，8K映像を表示←DPDKを使用したソフトウェア処理で実現• 他にも、エッジでのソフトウェア処理で色々できそう
ADVNET2019 (2019.10.4)

6

2019年度の取り組み
ローカル環境の映像制作からエッジとクラウドの連携による8K非圧縮映像制作へ
設備が高価

ローカルでの８K映像制作
端末

ネットワーク

クラウド群

エッジ部

端末

エッジとクラウドの連携による8K非圧縮映像制作
ADVNET2019 (2019.10.4)

ネットワーク7

従来方式①
ローカル映像スイッチング•

編集拠点の「映像スイッチャ」に映像を引き込み切り替え–

編集拠点までの複数映像分の帯域が必要–

編集拠点に映像スイッチャが必要
複数映像分の帯域映像スイッチャ

映像GW

ADVNET2019 (2019.10.4)8従来方式②
IPマルチキャストを用いた映像スイッチング① ネットワーク制御：–

IGMP join送信から映像受信までに数10msの配送遅延② IP映像伝送装置間の再同期：–

ストリーム切替えで映像出力が停止、出力再開まで数秒③ ディスプレイの再同期：–

映像が再表示されるまで10秒程度

③

①

映像GW

②
ADVNET2019 (2019.10.4)

9

提案方式
クラウド上の映像サーバとネットワークエッジ部の映像スイッチング処理が連携⇨ 従来の編集拠点の映像スイッチャをネットワークエッジ部のソフトウェアパケットスイッチで実現•

パケットレベルで映像ペイロードの差し替え•

端末にはストリームが継続しているように見せて映像を瞬時に切り替え

編集拠点

ネットワークエッジ部

映像GW

ソフトウェア
パケットスイッチ

ADVNET2019 (2019.10.4)

1

実現機能
• 複数の映像ソースを瞬時に切り替える映像スイッチング機能をネットワークエッジ部で実現• IPリアセンブリ・遅延調整機能とのサービスチェイニングを実証実験• ソフトウェアパケットスイッチでIGMP Joinを発行し、複数系統の8K映像を受信スタンバイ• パケットレベルで映像ペイロードの差し替えを行い、端末にはストリームが継続しているように見せて、映像を瞬時に切り替え• DPDKを用いて全てソフトウェアで実装
ネットワークエッジ部

編集拠点

ソフトウェアパケットスイッチ

映像GW

映像切替機能ADVNET2019 (2019.10.4)

11

NICT雪まつり実証実験 2019.2
映像ソース２本の切替• 札幌-大阪間で複数映像ソースの8K非圧縮映像伝送実験を実施• 提案システムを大阪とUDXの2拠点に設置し、①LIVE映像と②録画映像を切り替え表示• 3日間のデモンスト
レーションで安定動作を確認
昼の映像(①LIVE)

夜の映像(②録画)

12映像2本の切替 1s

13

映像2本の切替 高速

14Interop Tokyo 2019 システム構成
映像ソース４本の切替StarBED4 16台
8Kサーバ

北陸

100

Full 8K,
8K-DG
X2

堂島
100Gbps

KAITブース

L3マルチキャストNW
N大手町

K大手町OCN
100

100端末部
エッジ部

100

100

Full ８K
８Ｋカメラ

100Gbps

8Kサーバ

100Gbps

100

NFV東京
８KーDG

札幌

東京DC1

8Kサーバ

横浜DC
NFV札幌

神奈川工科大学

15

Interop Tokyo 2019 KAITブース

ADVNET2019 (2019.10.4)

16

KAITブースの舞台裏

ADVNET2019 (2019.10.4)

17

映像4本の切替 高速

ADVNET2019 (2019.10.4)

18

まとめ
• クラウド上の映像サーバとネットワークエッジ部の映像スイッチング処理が連携したクラウド映像編集環境の構築– 複数の映像ソースを瞬時に切り替える映像スイッチング機能をネットワークエッジ部で実現– DPDKを用いて全てソフトウェアで実装• NS研究会４月発表• 学生への教育効果– 学生主体で実験、デモを実施– プロの方々との恊働• 今後の課題：– １００Gバックボーンでの複数地点での計測– 医療応用トライアル• SC19にてパネル展示

ADVNET2019 (2019.10.4)

19

御協力（敬称略）
雪まつり２０１８（共同実験者） • セイコーソリューションズ(株)• 奈良先端科学技術大学院大学• 北海道テレビ放送(株)（HTB）, 機材協力
• 北海道総合通信網(株)（HOTnet）,• (株)PFU ,• NTTテクノクロス(株),• (株)朋栄,• シャープ(株),• アリスタネットワークスジャパン合同会社,• ピュアロジック(株),• キーサイト・テクノロジー(株), • メラノックステクノロジーズ
ジャパン(株),• アストロデザイン(株),• サーヴァンツインターナショナ• ミハル通信(株),ル株式会社,• 古河ネットワークソリューショ • (株)計測技術研究所,ン(株),• スチューダー・ジャパン-ブロー • NTT未来ねっと研究所,• エンブリオニクス
ドキャスト(株)• デジタルリサーチ(株),本実験の一部は、JSPS科研費19H04102の• 池上通信機(株),助成を受けて進めました。

ADVNET2019 (2019.10.4)

20

御協力（敬称略）
Interop Tokyo 2019• エヌ・ティ・ティ・コミュニケーションズ㈱• NTTテクノクロス㈱• ㈱PFU• シャープ㈱• アストロデザイン㈱• アリスタネットワークスジャパン合同会社• 北海道テレビ放送㈱• ピュアロジック㈱
• ㈱朋栄
• ㈱昌新
• シスコシステムズ合同会社• ジュニパーネットワークス 本実験の一部は、JSPS科研費19H04102の助成を受けて進めました。
ADVNET2019 (2019.10.4)

21