MPEG2 over IPシステムと 日食中継ネットワーク構成 動画像圧縮方式

ITRC 2002研究会
2002年6月27日
MPEG2 over IPシステムと
日食中継ネットワーク構成
相原玲二
広島大学情報メディア教育研究センター
©Reiji Aibara, Hiroshima Univ.
ITRC 2002研究会
動画像圧縮方式
• 低速・
狭帯域
– H.261, H.263, MPEG4, … (64K∼1.5Mbps)
• 高速・
広帯域
– DV (SDTV: 30∼40Mbps)
※フレーム間圧縮無し
– MPEG2 (SDTV: 4∼15Mbps)
– MPEG2 (HDTV: 20∼80Mbps)
• MPEG2の特徴
– 利点：高圧縮率、テレビ映像標準圧縮方式
– 欠点：圧縮遅延時間大 （SDTVで250∼500ms増）
情報損失の影響大
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MPEG2 over IPv6システム構築
• 幾つかのシステムを構築・実験
– 既製CODEC(ATM)、PCIカード対応
– PC OS: FreeBSD、Linux
– IPマルチキャスト、IPsec利用可能
• パケットロス対策
– ARQ (Automatic Repeat Request): 再送制御
– FEC (Forward Error Correction): 冗長符号
• リアルタイム伝送、マルチキャスト伝送にはFEC
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FECの実装
• 誤り訂正能力の高いReed-Solomon符号を使用
• Reed-Solomon符号用FEC付加の標準はない
– RFC2733と類似の方法の実装は可能 （可変長データ
に対応、RTPヘッダ情報の一部も復元可能となる）
• 現在の実装：基本伝送性能の早期評価を重視
– 固定長パケット：MPEG2-TSパケット（188バイト）偶数
個をカプセル化
– RTPペイロードのみFECの対象とする：RTPヘッダは
復元できない
– FECはソフトウェアにて処理
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MPEG2 over IPv6システム構成
• MPEG2-TSをRTP/UDP/IP
により伝送
• Linux PC
NTSC
MPEG2
encoder
MPEG2
decoder
– FreeBSDにも一部対応
• IPv4/IPv6, IP マルチキャス
ト対応
• エンコーダ
MPEG2-TS
encapsulation
– BMK LinuxTV
FEC
– OKI YS3200 (ATM CODEC)
Linux PC
• デコーダ
network interface
send/recv
日食中継
– VELA CineView で利用
– Optibase VideoPlex Xpress
Internet
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FECの処理：送信側
パケットフォーマット:
FEC
(Forward Error Correction)
Data packet
header
header
header
header
header
IPv6
UDP
RTP
RTP
ext
2n x MPEG2-TS
RTPヘッダフォーマット:
V P X CC M
PT
sequence number
timestamp
synchronization source (SSRC) identifier
X (eXtension ): 1 if FEC is enabled
PT (Payload Type): 33 for data packet
44 for redundant packet
RTP拡張(FEC)ヘッダフォーマット:
defined by profile(0)
CS(4)
DS(13)
Length(1)
FEC seq.
reserved
header
Redundant packet
データパケット：13
→ (15, 13)
冗長パケット：
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Send to network
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FECの処理：受信側
パケットフォーマット:
IPv6
UDP
RTP
RTP
ext
2n x MPEG2-TS
Data packet
RTPヘッダフォーマット:
header
V P X CC M
header
PT
sequence number
timestamp
synchronization source (SSRC) identifier
lost
X (eXtension ): 1 if FEC is enabled
PT (Payload Type): 33 for data packet
44 for redundant packet
header
RTP拡張(FEC)ヘッダフォーマット:
defined by profile(0)
CS(4)
DS(13)
header
Length(1)
FEC seq.
reserved
header
Redundant packet
Receive from network
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FECの効果：パケット損失生成実験
LOSS生成PC
• 中継PCでパケット
損失を発生
• FEC適用前後の
パケット損失率を
測定
• 理論値と比較
実際の映像を
評価可能
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LOST!!
100Base-TX
受信PC
送信PC
PC
CPU
memory
OS
送信
P3-500MHz
256MB
FreeBSD-4.2R
LOSS生成
P3-450MHz
128MB
FreeBSD-4.2R
受信
P3-566MHz
128MB
VineLinux 2.1
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2001年6月21日
皆既日食ライブ中継実験
参加者合計700名以上
広島大学
井口明神小学校
河内小学校
白島小学校
あさきたネット
岐阜
10Mbps常時接続環境
富山
仙台
ザンビア
ジンバブエ
マダガスカル
MPEG2/ATM
MPEG2/IPv4
Multicast
福岡
東京
佐賀
高知
京都
山梨
映像提供：Live ! Eclipse 2001実行委員会
実験ネットワーク
JGN (RIBB, JB)
CSI マメdeがんす
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各受信拠点の受信状況
パケット損失率[%]
受信拠点
MAMEdeGansu
FEC復元前
FEC復元後
理論値
広島大学
0.00062
0.00025
0.00000
井口明神小学校
0.40449
0.00069
0.00050
白島小学校
0.40526
0.00015
0.00050
河内小学校
0.40033
0.00025
0.00049
あさきたネット
0.40034
0.00025
0.00049
富山
0.40792
0.00021
0.00051
東京
0.20653
0.2∼0.4%
福岡
JGN
0.0002∼0.002%
0.00049
0.40115
0.00026
佐賀
0.40243
0.00134
0.00049
京都
0.41219
0.00555
0.00053
高知
0.40255
0.00193
0.00049
岐阜
0.40094
0.00052
0.00049
仙台
0.37727
山梨
0.40312
0.00226
0.00050
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中継実験中のパケットロス
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まとめと今後の課題
• MPEG2 over IPシステム構築・利用実験
– 一部、ITRCのMPEG2デコーダカード利用
– 共同研究グループにプログラムを提供中
– http://net.ipc.hiroshima-u.ac.jp/mpeg2ts/
• 今後の課題
– FEC(RS)/RTPフォーマットの標準化
– IPv6による本格的な利用実験
– HDTVへの対応
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