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超低遅延配信が技術的に難易度が高い背景と無線LAN

  10, 2017 13:52
どうも、電波系管理人です。

超低遅延で映像をストリーミング(配信)したいという質問がありました。
トータルインフラソリューションとして、インフラベンダーが絡めばできますが、インターネットストリーミングは放送(ブロードキャスティング)と違って、遅延時間が一定にはなりえません。

放送自身もデジタルになってから、時報が消えました。
インターネットを介在させる限りフレームが同期できないからです。

それは、インターネットは無線LANと違って、ローカルエリアネットワーク内でスイッチ一個2個の介在で届くものではなく、基本的には中継ノード等の介在で数ホップから数十ホップあるからです。

試しに、普段受け取るメールのホップ数を調べてみると、メールのパケットが届くのに数十ホップで200ミリ秒以上の遅延が発生していることもあります。

そういう混沌がインターネットの世界です。

そういう話をテレビ局の方にすると、首をかしげます。
それもそのはずで、基本的に放送というのは電波塔から一気に一対多の伝送を行なっていて、電波を拾えば誰でも見れます。

また、インターネットは中継ノードで、キャッシュメモリに限界があるため、宛先不明と判断されたパケットは数秒で廃棄されます。廃棄されると受信側から再送要求が出るので、それがまたさらに数百ミリ秒から数秒の遅延になるわけです。

オンラインシューティングゲームで反応が遅いときがありますね、あれもネットの遅延なのです。
この超低遅延配信を実現しようとすると、専用回線を契約するか、CDN(コンテンツデリバリーネットワーク)というサーバーを各地に物理的に置くかしないといけません。

無論、国内でも距離が出るほど遅延しますが、国を跨ぐとファイアウォールや物理的な配線距離の関係で遅延がさらに増えます。

光は一秒間に地球七周り半できるのに、何故、データが遅延するかというと、電波の遅延出なくて配線上を伝搬する電波も減衰していくので、間に中継ノードを挟んでパケットを受け取って、バケツリレーのように受け渡していかないといけません。

そのホップが増えれば増えるほど、トータルの遅延となっていきます。



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リアルタイム通信とは

  07, 2017 22:17
リアルタイム通信とは、リアルタイム=100ミリ秒以下でデータを伝送することを言います。

で、ここでいう通信とは、ネットワークに絞っていうと、コンピュータ上でデータを送信するのにパケット化して、パケットの中にデータを入れてパッケージを送り出して、受信側でそれを受け取ってパケットを開けてデータを取り出すんですが、その一連の動きがソフトウェア制御だとレイテンシ(遅延)が発生するのです。

なので、処理の早いネットワークチップを使ったりするわけですが、やはり多少の遅延はあります。

処理遅延のみに留まらず、TCPプロトコルを使うと、100%パケットを送り届ける機能が付いているので、パケットが届かなかった場合は受信側から「再送要求」を送信側にかけます。それを行なうことで、最低200ミリ秒、下手すると数秒の遅延が発生します。

それを輻輳崩壊とか、バーストと呼びます。

その為に、映像のリアルタイム通信の為には、UDPプロトコルという再送要求をかけないプロトコルを用いることが多いです。

しかし、UDPを使うと無線通信の場合はパケット到達率が劣化するためにコマ落ちの原因となります。
それを防ぐためにはSMPTE2020のようなパケット再生機能、FEC(フォワードエラーコレクション)を加える必要があります。

リアルタイム伝送とは ゼロレイテンシとは

  07, 2017 22:04
電波系管理人です。

今日は混同されがちな、リアルタイムとゼロレイテンシの違いについて語ります。

リアルタイムとは、コンピュータソリューションの世界の定義では「100ミリ秒以下の遅延」のことを言います。

一方で、ゼロレイテンシとは「遅延がゼロ」のことを言います。

ということで、リアルアイムとゼロレイテンシを比較すると、ゼロレイテンシが圧倒的に早いわけです。

じゃあ、ゼロレイテンシがいいじゃないか、と思われるかもしれませんが、ゼロレイテンシは電波に乗せるまでに何の処理もしていないソリューションなので、出てきた映像を圧縮せずに伝送しています。圧縮しないということは、ビットレートが高いということで、ビットレートの高い映像を無線で飛ばすにはアンテナ出力を上げないといけなくて、アンテナ出力を上げると電波法に引っかかるという仕組みになっています。

なので、ドローンユーザーは四苦八苦しているんです。

ということで、ゼロレイテンシをあきらめてリアルタイムソリューションを求めると、超低遅延のエンコーダやネットワークが必要になってくるわけです。


低遅延IP伝送比較

  03, 2017 15:19

どうも、電波系の管理人です。
Wifiやインターネットを介しての伝送ですが、遅延が生じても構わない配信系のソリューションには低遅延=レイテンシの問題は発生しませんが、遠隔操作やシューティングゲームなどでは、低遅延IP伝送のソリューションが必要になります。

インターネットを介する際には、サーバー側のソリューションも必要となりますが、下記表は、主にコーデック遅延とネットワーク遅延込みでの比較表となりました。

遅延発表が見つからなかった企業もあるので、情報をお待ちしております。

下記は、企業毎のソリューション紹介です。

低遅延IP

Revatron Vatroni

テクノマセマティカル

アイベックステクノロジー

NTTエレ

ハイビジョン
クボテック
富士通ware/ip-he950/
エクスプローラー
ハイテクインター

どのみち、超低遅延IP伝送もベースは超低遅延コーデックのソリューションが必要になることは間違いないですね。

超低遅延エンコーダ、リアルタイムコーデック比較表

  01, 2017 23:30
どうも、サイト管理人です。
電波系人間ですが、たまにはコーデックの比較もしましょう。

コーデックは動画圧縮の符号化のことですが、圧縮側をエンコーダ、解凍側をデコーダと呼んでいます。
超低遅延映像伝送の実現、特に超低遅延IP伝送の肝となるのはコーデックの遅延です。

各社、コーデックの遅延を発表しているのでまとめてみました。

エンコーダ比較

チップベースで欲しい方(は、あまりいないと思いますがw)、パナソニックと富士通からスピンアウトして産業革新機構の投資を受けたSocionextがいいのではないでしょうか。

アプライアンスでは、アイベックス、NTTエレ、クボテック、Revatronでしょうが。

NTTエレはかなり高そうですが、クボテックは、ENCDECセットでキャンペーンで220万円、アイベックス、RevatronもフルHD版は、200万円前後のレンジな感じです。

何がお得かは一概に言えませんが、Vatroniはネットワーク遅延込みで6ミリ秒以下なので、同じ価格帯であればお得な気がしますね。

あとは、所詮エンコーダは圧縮後の絵が変わるので、好みの絵面がそれぞれのユーザーにあると思います。

とは言っても、例えばフルHDを4Mbpsまで圧縮したときに、好み云々よりもブロックノイズはどこの製品が少ないのかとか、そういう実務的な選び方をするのがいいでしょう。

放送機材屋さんのコーデック選びと、IP伝送屋のコーデック選びは基準が全く異なるので、そこは混同しないほうがいいですね。
放送機材屋さんがあれだけ命かけて製品開発しても、デジタル放送で4Kを無理やり電波に乗せたらブロックノイズだらけで4Kの有難み感じないなと、管理人もよく思います。

家電屋の展示で、展示用の綺麗な画像見てしまうと、4Kの試験放送見たらがっくり来ますね(笑)

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