2020 Fiscal Year Annual Research Report
エッジとクラウドの連携によるリアルタイム映像処理基盤の実現
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19H04102
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
丸山 充 神奈川工科大学, 情報学部, 教授 (60636489)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
君山 博之 大同大学, 情報学部, 教授 (10757644)
瀬林 克啓 神奈川工科大学, 情報学部, 特任教授 (90762394)
小島 一成 神奈川工科大学, 情報学部, 准教授 (50360251)
漆谷 重雄 国立情報学研究所, アーキテクチャ科学研究系, 教授 (70442522)
栗本 崇 国立情報学研究所, アーキテクチャ科学研究系, 准教授 (80768185)
河合 栄治 国立研究開発法人情報通信研究機構, 総合テストベッド研究開発推進センターテストベッド研究開発運用室, 上席研究員 (40362842)
大槻 英樹 国立研究開発法人情報通信研究機構, 総合テストベッド研究開発推進センターテストベッド研究開発運用室, 主任研究員 (80358861)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 8K高精細映像処理 / クラウドコンピューティング / エッジコンピューティング / 広帯域ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，端末とクラウドの間に，映像フレーム単位の同期制御が可能なエッジ部を設け，この粒度で端末側と同期を取った上で，クラウドの仮想マシン（VM）の統括制御，複数ストリームの同期や待ち合わせ処理を行うアーキテクチャモデルを提案する．
2020年度は複数の映像処理機能（映像のマルチレーン間の遅延補正処理および映像スイッチング処理）をネットワーク上で自在に連携する相互結合網のアーキテクチャをSRv6(Segment Routing IPv6)を用いて提案し，まず研究室内でのミニマム構成で実験を進めた．これは，映像処理機能の中で遅延補正処理をSRv6対応とし，SRv6ルータとの組み合わせによるプロトタイプシステムを作成し，25.6Gbpsの非圧縮8K映像に対応可能な性能を確認した．
次に，映像スイッチング機能をSRv6対応の映像処理機能に改造し，2021.2に実施されたNICTの高精細映像伝送実験において，東阪ネットワークを用いた実網で検証を実施した．本実証実験は，NICT, NIIをはじめとする複数の関係組織との共同で，札幌－東京－大阪間の100Gbps広帯域国内回線を用いて，各地の8K非圧縮映像ソースを3ストリーム（76.8Gbps）用いて実験を進めた．新規開発したSRv6相互結合網は，NTT堂島（大阪）, KDDI大手町, NTT大手町の3箇所で分散構成し，SRv6相互結合網内には，(A)遅延補正用の映像処理機能と(B)映像切り替え用の映像処理機能を設置した．入力された映像ソースに応じて，映像処理機能を自在に組み合わせて映像処理を行い，受信拠点では，端末の要求に従い複数の映像ソースを1映像フレーム（16ms）以内に無瞬断で切り替えて編集を行う実験を成功させた.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
100Gbps のストリームデータ処理能力を有するエッジ部が統括するクラウド分散処理モデルの確立にむけて進めたNICTの高精細映像伝送実験においては，SRv6ベースのプロトタイプシステムを用いてライブ映像編集実験を行い，札幌HTB（北海道放送），秋葉原UDX，グランフロント大阪の実験拠点でデモンストレーション実験を行い関係者に好評であった．また，学会発表を行い，これまでSRv6関係者も扱っていなかったような広帯域アプリケーションという事で様々な反響にもつながった．この基本性能を確認できた事は，成果と考える．
さらに，クラウド部の処理については大きく２件の検討を進めた．１つが従来から着手していたクラウド内での4K非圧縮映像を題材にした映像合成処理について，情報処理学会の論文公表 １件に繋げた．もう１つが新規の映像処理機能として映像フォーマット変換処理に取り組み，SIMD並列命令群（AVX512）を効果的に使った高速化のアーキテクチャを提案し，毎秒60フレームの非圧縮8K映像をソフトウェアのみでリアルタイム映像変換処理を実現する事に成功した．
NWと計算機の高精度な性能低下を検出するインラインパケットトレース方式の確立に関連して，100Gbpsを超えるキャプチャ性能を目指す並列モニタシステムの提案を行い，国際会議の場で発表を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度として，以下を推進する．
(1)100Gbps のストリームデータ処理能力を有するエッジ部が統括するクラウド分散処理モデルの確立：エッジ部に関しては，前年度に引き続き，端末側の映像クロック情報をネットワーククロック配信プロトコルのIEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP)を用いてエッジ部に伝達し同期動作させる方法を検討し，同期処理方式の検討を進める．エッジ部の映像処理部として映像変換処理を含めた３機能を用いて，クラウドと連携したプロトタイプに拡充し，評価を行う他，論文公表に努める．
(2)NWと計算機の高精度な性能低下を検出するインラインパケットトレース方式の確立: 前年度に引き続き，プログラマブルNICを用いて，ストリーム伝送・処理に特化したモニタリング処理部を実現し，性能を評価する．
(3)端末部とエッジ部で遅延調整を行うインタフェース(API)：プロトタイプシステムを用いて，映像処理アプリケーションとエッジ部のAPIの処理手順の検証を行う．
(4)プロトタイプによる実環境での評価実験：最終年度として，端末・エッジ部・クラウド部を連携して，８K収録・配信・映像処理操作を組み合わせたシステムの総合評価実験を行い，評価結果の論文化をはじめ多方面に公表する．
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| Remarks |
報道発表：「神奈川工科大学が、世界に先駆けてクラウドやエッジを自在に連携させる8K非圧縮ライブ映像編集実験に成功」神奈川工科大（大学プレスセンター）, 2021.2.17, https://www.u-presscenter.jp/article/post-45301.html
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Research Products
(6 results)
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[Presentation] 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エッジ処理実験の取り組み2020
Author(s)
瀬林 克啓, 丸山 充, 岩田 一, 小島 一成, 小林 和真, 大槻英樹, 漆谷重雄, 栗本崇, 小原泰弘, 佐野道則, 君山博之
Organizer
先端ネットワーク利用に関するワークショップ「ADVNET2020」
