「動画配信の過去と未来」（第一回市ヶ谷Geek★Night）
26 likes3,636 views
株式会社オプト主催、「#1 市ヶ谷Geek★Night 絶対に負けられない戦いがそこにはある！エグい開発現場の裏側お見せします！」における、スキルアップビデオテクノロジーズ株式会社、斉藤健二氏の投影スライドです。著作権は斉藤健二氏に帰属します。
![動画データの性質②
6
映像のデータ量
データレートやデータサイズが大きめです。
スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社
1920x1080pixels * 24bit * 30fps ≒ 1.5Gbps
2時間の映画：約1.3TB
3840x2160pixels * 24bit * 60fps ≒ 11Gbps
2時間の映画：約10TB
[ピクセルサイズ * ビット深度] * [フレームレート] ⇒ [ビットレート]
静止画のサイズ 秒間フレーム数
【非圧縮HD映像の場合】 【非圧縮4K映像の場合】](https://image.slidesharecdn.com/20150414-150416013600-conversion-gate02/85/Geek-Night-6-320.jpg)
「動画配信の過去と未来」（第一回市ヶ谷Geek★Night）
- 2. 動画配信サービス 2 サービス発達の背景 かつては難易度の高かった動画配信サービスの運営が、より簡単に行えるようになってきています。 スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 サービス 運用 プラット フォーム 単一の運営体 プラットフォーム 構築/運用者 サービス 事業者 イ ン フ ラ ・ OTT 構 築 者 ア プ リ ケ ー シ ョ ン 運 用 者 サ SUVT社の領域 サービス 事業者 サ サ サ 主管の分離とコンポーネントの分離過去 現在～未来 主に、上記の推移の背景となる動画配信技術の進歩や変遷を紹介していきます。
- 3. 目次 3 4. 動画配信とは 5. 動画データの性質① 6. 動画データの性質② 7. 動画データの性質③ 8. 動画配信の工程① - 生成 9. 動画データ生成技術の進歩① 10. 動画データ生成技術の進歩② 11. 動画配信の工程② - 蓄積 12. 動画データ蓄積手法の変遷 13. 動画配信の工程③ - 伝送 14. 動画データ伝送技術の進歩① 15. 動画データ伝送技術の進歩② 16. 動画配信の工程③ - 再生 17. 動画データ再生環境の変遷 18. 動画配信の工程④ - コンテンツ保護 19. コンテンツ保護技術の進歩 20. まとめ 21. 動画配信の応用例① 22. 動画配信の応用例② 23. 動画配信の応用例③ スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社
- 5. 動画データの性質① 5 時間軸との同期 映像/音声/その他のデータの同期機構が必要です。 スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 映像 (タイムスタンプ) 音声 (タイムスタンプ) その他：字幕やキュートーンなど (タイムスタンプ) 時間軸 (クロック) 各データの時間軸との同期 各データ同士の同期
- 6. 動画データの性質② 6 映像のデータ量 データレートやデータサイズが大きめです。 スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 1920x1080pixels * 24bit * 30fps ≒ 1.5Gbps 2時間の映画：約1.3TB 3840x2160pixels * 24bit * 60fps ≒ 11Gbps 2時間の映画：約10TB [ピクセルサイズ * ビット深度] * [フレームレート] ⇒ [ビットレート] 静止画のサイズ 秒間フレーム数 【非圧縮HD映像の場合】 【非圧縮4K映像の場合】
- 8. 動画配信の工程① – 生成 8 映像圧縮の仕組み 映像圧縮に特有の手法が多く用いられています。 非圧縮映像サイズ削減 色深度削減 解像度変換 エンコード処理 空間的予測 時間的予測 信号変換と量子化 エントロピー符号化 スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 + クロマサンプリング(4:2:0) RGB 24bit/pixel YUV 12bit/pixel 解像度ダウンコンバート (+deinterlace) 1920x1080 1280x720 イントラ予測 - 隣接画素との類似性を利用 動き補償 - フレーム間の相関を利用 motion vector 各画素(1st~8th pixel) 輝度 輝度 色差 離散コサイン変換(DCT) 各周波数成分(低周波→高周波) 振幅 各周波数成分(低周波→高周波) 振幅 重み付けと量子化 高周波成分のフィルタリング 【不可逆】 【不可逆】 【不可逆】 【不可逆】 【不可逆】 【可逆】
- 10. 動画データ生成技術の進歩② 10 処理環境の進歩 まだまだ課題はありますが、高圧縮映像コーデックを実用化するために、処理環境も進歩しています。 汎用ソフトウェアの最適化 libavcodec x264 x265 GPGPU/ASICの汎用化と低価格化 nVidia CUDA Intel Quick Sync 分散処理技術の利用 アプリケーションレベルでのタスク分散ワークフロー Apache Hadoop スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 非圧縮映像データ 並列分散 エンコード処理分割処理 結合処理 圧縮映像データ フレーム群 GOP (closed) CPU GPGPU /ASIC 圧縮映像データ非圧縮映像データ 処 理 の 分 担 数倍の高速化 ノード数に応じた高速化 ■4K/8K動画の実用化の課題 - まだ費用対効果が悪いです
- 11. オリジン ストレージ 動画配信の工程② – 蓄積 11 大容量動画データの蓄積 キャパシティーとI/O性能を両立するための工夫 (ついでにインターオペラビリティも) ファイルシステム ノード間ストライピング 格納ユニットの最適化 アプリケーション オリジンキャッシュ機構 独立ストレージのロケーション管理 スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 オリジンサーバ キャッシュ 人気 コンテンツ 人気 コンテンツ 配信 ストレージ A ストレージ B ストレージ C 動画 データ1 動画 データ2 動画 データ3 URL: A1 URL: B2 URL: C3 読み出し コンテンツ管理 データベース (URL管理)
- 13. 動画配信の工程③ – 伝送 13 安定的な動画データの伝送 大容量の動画データをリアルタイムかつ安定的に伝送するための要素 配信インフラ 専用ネットワーク インターネット Content Delivery Network (=CDN) 配信方式 プログレッシブダウンロード (HTTP) ダウンロード＆プレイ (HTTP/super distribution) ストリーミング (IPマルチキャスト、ユニキャストTCP/UDP) 擬似ストリーミング (HTTP) 伝送のための工夫 Forward Error Correction ジッタ制御/遅延制御 トリックファイル ヒンティング/インデックス情報 アダプティブストリーミング スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 IPマルチキャストネットワークを利用した同報配信 IGMPIP multicast stream UDP Internet cache cache cache 動画データ TCP CDN/インターネットを利用したユニキャスト配信 動画データ 動画セグメント/インデックス HTTPでの擬似ストリーミング配信 利用可能帯域 高ビットレート 低ビットレート ビットレートスイッチ アダプティブストリーミング
- 14. 動画データ伝送技術の進歩① 14 配信インフラの進歩 ラストマイルのIPネットワークは広帯域化しています。 スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 dial-up/ISDN nallowband ADSL/FTTx/CATV broadband 2G/3G mobile FTTx/CATV broadband Wi-Fi/WiMAX/3G/4G mobile 固定回線 無線ネットワーク ■予想/希望 - さらに高速化 - リーチの拡大 ？ さらに高速化高速化/無線ネットワークの一般化 CDNも発達しています。※SUVTは主に「Akamai CDN」を使っています。 高価な専用配信サーバから安価な汎用配信サーバへの移行 多階層キャッシュ構造とエッジサーバの増加 国や地域をまたいだグローバル化 専用ネットワークインフラからOTTへ 4K HD SD QCIF～QVGA 動画データの分配と多階層キャッシュによるオリジン負荷軽減 CDN 同接数万ストリーム/数十Gbps ■4K/8K動画の実用化の課題 - より高速なネットワークとリーチ範囲の拡大 - より大容量のキャッシュストレージ - より高性能なキャッシュストレージ
- 15. 動画データ伝送技術の進歩② 15 配信方式の進歩 汎用的で安価な設備やインフラに対応した配信方式が登場し、マイグレーションしていく方向 スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 TS over RTP/UDP (プロプラ/IPTV-F) RTSP/RTP (プロプラ/IPTV-F) TTS/HTTP (IPTV-F) Windows Media Streaming (Microsoft) Flash Streaming (Adobe) HTTP Live Streaming (Apple) HTTP Dynamic Streaming (Adobe) Smooth Streaming (Microsoft) MPEG-DASH (Google/etc.) 過去 未来現在 MPEG-DASH (IPTV-F) Progressive Download 終了 縮小傾向 (MPEG-DASHへ移行？) 縮小傾向 縮小傾向 (MPEG-DASHへ移行) 縮小傾向 (MPEG-DASHへ移行) IPTV系 OTT系 そのまま 拡大？ そのまま そのまま 拡大？ 縮小傾向 (MPEG-DASHへ移行？) 擬似ストリーミング (HTTP) ■HLSとDASHの課題 - 「Βマックス vs VHS」のような状況
- 16. 動画配信の工程③ – 再生 16 デバイスとプレイヤー 様々なデバイスや配信方式に合わせて、個別にプレイヤー機能が実装されています。 主なデバイス 専用STB 家電/ゲーム機 PC スマートフォン/タブレット 汎用STB的なもの 主なプレイヤー実装 専用プレイヤーの作りこみ デバイス内蔵のネイティブプレイヤー Flash Player/Silverlight環境のプレイヤーアプリケーション ブラウザ内蔵のプレイヤー 課題 専用デバイスの製造や運用にかかわるコスト デバイス/OSごとの開発環境のばらつき 対応コーデック/配信方式のばらつき 再生性能のばらつき 汎用デバイスの進化への追従 スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 普及デバイスに対して「同じようなサービス」を提供できること(マルチデバイス対応)が大事です。
- 17. 動画データ再生環境の変遷 17 汎用デバイスの機能向上とプレイヤー実装の成熟 汎用デバイス/OSの機能向上と普及、プレイヤー実装の成熟に伴い、いくつかの課題は解決されつつあります。 スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 専用組み込みOS 専用プレイヤー 汎用OS デバイス/ブラウザ 内蔵のプレイヤー - 設計/製造や運用のコストと手間 - インターオペラビリティのなさ - 汎用化による製造コスト削減/リテール販売 - 既存ソフトウェア実装ノウハウの活用 AndroidiOS Windows Phone Black Berry ガラケー 専用STB 汎用STB old Android iOS Windows Phone Black Berry ガラケー new Android デバイス/OSの乱立 デバイス/OSの統一 PC Android iOS Windows Media Streaming HTTP Live Streaming Flash Streaming HTTP Live Streaming PC Android iOS 対応コーデック/配信方式のばらつき 対応コーデック/配信方式の統一 - 開発環境のばらつき - 動画データ生成や伝送方式の煩雑さ - 開発の効率化とスピードアップ - 動画データ生成や蓄積の効率化 - UXのばらつき - 動画データ生成や伝送方式の煩雑さ - 本当のマルチデバイス対応 - 動画データ生成過程や蓄積の効率化 実装の効率化とマルチデバイス対応
- 18. 伝送 18 保護の対象と脅威 動画は、多くの場合、そのものが商品/資産として扱われるため「保護」が必要です。 動画の保護は、一般的な「セキュリティ」とはほんの少し異なる側面があるかもしれません。 保護の対象 動画のあらゆるプレゼンテーション形態 脅威 利用権利のない人が、利用してしまうこと。 利用権利のある人が、その権利を超えた利用をしてしまうこと。 対抗策 オペレーションワークフローの厳格化 一般的なネットワーク/サーバセキュリティ 動画データの暗号化 利用者/デバイスの認証と復号鍵の発行 クライアントサイドの耐タンパ性 デバイスからの外部出力 スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 動画配信の工程④ – コンテンツ保護 生成/蓄積動画データの元 動画データ 再生 映像/音声/etc. オペレーションルール ネットワーク/サーバセキュリティ DRM デバイスセキュリティ 権利あり 権利なし キャプチャ 改ざん 不正侵入/なりすまし 盗聴 権利なし 盗難
- 19. コンテンツ保護技術の進歩 19 DRMの普及と汎用化 高まるコンテンツ保護の需要に応じて、DRMの実装方式は変遷/進歩しています。 スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 専用デバイス 専用DRM実装 Windows プリインストール DRM デバイス毎に個別に実装 限定された環境のみでの実装 PC類 プラグイン型 DRM Android OS内蔵DRM 後から追加可能 汎用デバイスへの実装 ブラウザ モジュラー型 DRM ブラウザ内蔵型 過去 現在 未来 より汎用的な実装にシフトし普及が加速、それに伴い価格も低下 ？ ※NPAPI廃止によりインパクト受ける なにか ■課題 - モジュラー型DRMの登場によりやや混乱が生じています - 汎用実装による高品質コンテンツの保護強度不足の懸念 ※もうすぐなくなります ※よほどの理由がない限りやりたくない
- 20. まとめ 20 動画配信サービスの発達 動画配信にとって有利な環境が整ってきています。 環境 コーデックや配信方式などの基礎技術の規格化と汎用化 機器の汎用化と低価格化 ネットワークインフラの発達 コンポーネント単位でのクラウドサービス提供 ソフトウェアの汎用化と低価格化 スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 サービス 運用 プラット フォーム イ ン フ ラ ・ OTT 構 築 者 ア プ リ ケ ー シ ョ ン 運 用 者 サ SUVT社の領域 サ サ サ 得意分野へのリソース集中による効率的かつスピーディーな開発と商用展開 コンポーネントの疎結合化によるサービスごとの細かな要件への対応 汎用化、クラウド化、インフラの発達によるサービス規模や品質の拡張性担保 更なる規模の拡大 ※もう少し続きます。
- 21. 動画配信の応用例① 21 動画広告挿入 VODストリーミングの際に、任意の再生位置に動画広告(リニア広告：ミッドロール)を挿入したい。 ターゲット VASTプロトコルに準拠したリニア広告のフレーム精度での挿入 マルチデバイスで同一の挙動 課題 配信のネットワーク遅延をどのように吸収するか？ 再生環境の違い(配信方式/プレイヤー実装/ハードウェア)をどのように吸収するか？ 動画データのストリーム構造（セグメント長/GOP長）をどのように調整するか？ スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 ここにミッドロールを入れたい VODコンテンツ本編 ぴったり入って VODコンテンツ本編 ミッドロール ぴったり出る 各種デバイス 課題解決
- 22. 動画配信の応用例② 22 リニア編成配信 テレビ放送と同じように、生放送や録画放送を一本のリニアなチャンネルに編成して配信したい。 ターゲット デバイス/プレイヤー実装への依存性排除 継ぎ目なしの番組切り替え 実時間との同期 課題 放送系設備は高価で使えない。 番組切り替え時のショックを無くすためのストリーム構造の調整。 スケジューリングの精度をどこまで高めるか？ スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 課題解決 ストレージ ライブエンコーダ ライブソース 編成配信機能 VOD ソース VOD VODライブ 各種デバイス/プレイヤー 一本のリニアチャンネル スケジューラ シームレススティッチ ※VASTプロトコルを利用したサーバサイド高精度広告挿入機能へ発展する予定です。
- 23. 動画配信の応用例③ 23 マルチプレイバックレート VODストリーミングの再生中に、再生速度を切り替えたい。 ターゲット 映像と「音声」の完全同期 既存の配信プラットフォーム/インフラをそのまま利用 同一の方式でマルチデバイス対応 課題 アダプティブストリーミングの対応必須。 コンテンツ保護の対応必須。 配信方式/デバイス/プレイヤー実装により、できることとできないことのばらつきが大きい。 早送り時のバーストトラフィックの抑制をどうするか？ スキルアップ・ビデオテクノロジーズ株式会社 課題解決 1.0 倍速 1.4 倍速 0.5 倍速 エンコーダ 配信サーバ 1.0倍速再生 1.4倍速再生 0.5倍速再生 通常再生 早送り再生 スロー再生 各種デバイス ※そのままマルチアングルカメラやマルチランゲージ配信に応用可能です。