放送とデータ通信の融合による新しい映像配信サー …...短縮するスケジューリング手法時間クライアントが再生している様子 (5.0Mbps)

2013/11/06 岡山情報通信技術研究会

放送とデータ通信の融合による新しい映像配信サービスの可能性

岡山大学大学院自然科学研究科産業創成工学専攻助教

後藤佑介

2013/11/06

2

略歴現在33歳．

学歴

2005.3 岡山大学工学部情報工学科卒業

2007.3 京都大学大学院情報学研究科修士課程修了

2009.3 京都大学大学院情報学研究科博士後期課程修了

博士（情報学）

職歴

2009.4 岡山大学大学院自然科学研究科助教，現在に至る

この間，

2011.4-2012.6 日本学術振興会海外特別研究員

（豪メルボルン・ラトローブ大学）

2011.4-2012.11 豪・ラトローブ大学客員研究員

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1. 研究紹介

1.1 概説

1.2 放送とデータ通信の融合技術に関する研究

(1) 連続メディアデータの分割放送型配信

(2) 選択型コンテンツの放送型配信

(3) 放送通信融合環境におけるデータ配信

(4) 近距離放送型配信

(5) 没入型コンテンツの放送型配信システム

2. まとめと今後の予定

内容

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4

放送通信融合サービスの台頭日本：アクトビラ

米国：Google TV

欧州：YouView (英国)，コネクテッドTV （ドイツ）

ユーザ主導の多様なコンテンツ利用環境が提供

映像コンテンツを利用した

視聴者参加型の双方向サービス

過去に放送した番組をコンテンツ化

して再視聴可能なサービス

背景

インターネットを介して，非常に多くの

コンテンツを配信する必要がある！

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5

これまでの放送と通信の関係

情報通信審議会情報通信政策部会

新事業創出戦略委員会及び研究開発戦略委員会基本戦略ボード第3回資料

「2015年のライフスタイルを変える放送・通信連携サービスとスマートTV」より引用．

http://www.soumu.go.jp/main_content/000140947.pdf

放送と通信のサービスは独立していた．

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6

2013年現在の放送通信融合技術

既存の放送技術にIPTV(VoD)を取り込んだ状態

ハードディスク

レコーダの普及





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7

本研究で想定する放送通信融合技術

2015年以降：放送と通信の境界が無くなる．





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これまでの通信（オンデマンド型：Full VoD）の

問題点

ユーザ：人気番組は受信要求から再生開始までの

待ち時間が長くなる．

配信サーバ：使用する帯域幅の増加で

サーバの負荷や維持費用が増大

ユーザの数が非常に多い場合，放送型配信 (Near VoD) が有効

放送型配信の重要性

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放送型配信で使用するストリームデータ連続メディアデータ

再生中に途切れが発生しないひと続きのデータ（例）音楽データ，コンサート映像

選択型コンテンツ

ユーザがコンテンツを選択しながら視聴する番組（例）択一式のクイズ番組，ニュース番組，ドラマ番組

複数のコンテンツで一つの番組を構成

コンテンツ間で発生する途切れ時間はユーザの選択待ち時間として許容

15秒

10秒

30秒

銀閣寺金閣寺

15秒

10秒

30秒

銀閣寺金閣寺

視聴順序の例

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10

放送型配信の特徴（連続メディアデータ）(1/3)

利点：多くのクライアントにデータをまとめて配信可能

問題点：配信データの受信要求から再生開始までの

間に待ち時間が発生する．

・・・サッカー

中継

・・・

待ち時間

時間 9分

再生開始

例：同一のサッカー中継（90分）を繰り返し放送

10

Mbps

クライアント

が再生している様子

1.0

Mbps サッカー中継

90分

配信データ受信要求

サッカー

中継

サッカー

中継

サッカー

中継

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1. 研究紹介

1.1 概説








内容

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分割放送型配信

データを分割して複数のチャネルで配信

初めの部分を頻繁に放送して再生開始までの待ち時間を短縮

スケジューリング手法

再生中に途切れが発生しないようにデータの分割比率を決定

帯域幅やビットレートといった様々なネットワーク条件を考慮

既存のスケジューリング手法

Pyramid Broadcasting [Viswanathan95]

Harmonic Broadcasting [Juhn97]

Bandwidth Equivalent - Asynchronous Harmonic Broadcasting

(BE-AHB) 法 [Yoshihisa05]

Optimized Heterogeneous Periodic Broadcast

(OHPB) 法 [Shi06]

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C1 ・・・ S1 S1 S1 ・・・

C2 S2

待ち時間

クライアントが再生している様子

S2

5.0

Mbps

5.0

Mbps

1.0

Mbps

時間

平均待ち時間＝1.3分（分割なしだと4.5分なので，71.1%短縮されている）

S1 S2

S1

サッカー中継（90分）

77.1分 12.9分

S2

S1

スケジューリング手法による待ち時間の短縮例

2.6分

15.4分

簡単な例 (BE-AHB法) で

2チャネル使って放送する場合

S1 S1

・・・

・・・

1.0

Mbps

S1 S2

S1


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分割放送型配信システム TeleCaS の実現

＜TeleCaSのスクリーンショット＞

TeleCaS (Telecommunication and BroadCasting System)

システムの処理負荷やパケット損失が分割放送型配信に与える影響を評価

木村明寛, 後藤佑介, 谷口秀夫: ``動画データを分割配信するシステムの実現と評価,’’ 電子情報通信学会論文誌 B, Vol.J96-B, No.10, pp.1217-1225, (Oct. 2013).

待ち時間と途切れ時間を測定可能

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15

双方向性をもつ選択型コンテンツに対する注目（例）択一式のクイズ番組，ニュース番組，ドラマ

既存手法：視聴順序を考慮したスケジューリング（問題点）使用できる帯域幅の減少で待ち時間発生

(2) 選択型コンテンツの放送型配信(1/2)

メインページ

経済スポーツ

野球サッカー


(5.0Mbps)

必要な帯域幅

12.5Mbps

チャネル1

(5.0Mbps)

60秒 60秒

メインページ

再生開始時刻

放送開始時刻

スポーツ

経済野球

サッカー

メインページスポーツサッカー

60秒 60秒 60秒

時間

チャネル2

(5.0Mbps)

チャネル3

(2.5Mbps)

例：既存手法CCB法でサーバからニュース番組を放送する場合

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双方向性をもつ選択型コンテンツに対する注目（例）択一式のクイズ番組，ニュース番組，ドラマ

既存手法：視聴順序を考慮したスケジューリング（問題点）使用できる帯域幅の減少で待ち時間発生


(5.0Mbps)

再生開始時刻

必要な帯域幅

12.5Mbps

8.0Mbps

メインページスポーツサッカー

0.64倍

(60/0.64≒)

94秒

メインページスポーツ

経済野球

サッカー

放送開始時刻

60秒 60秒 60秒34秒 34秒

受信待ち時間（計68秒）

時間

チャネル1(5×0.64=)

3.2Mbps

チャネル2(5×0.64=)

3.2Mbpsチャネル3(2.5×0.64=)

1.6Mbps

(60/0.64≒)

94秒

メインページ

経済スポーツ

野球サッカー

例：既存手法CCB法でサーバからニュース番組を放送する場合

(2) 選択型コンテンツの放送型配信(2/2)

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帯域幅に上限がある場合に待ち時間を

短縮するスケジューリング手法

時間

クライアントが再生している

様子

(5.0Mbps)

60秒 60秒

受信待ち時間

再生開始時刻

受信開始時刻

60秒

Ｃ2

Ｃ1(5.0Mbps)

60秒 60秒

メインページ

(3.0Mbps)

60秒 7.5秒

12秒

スポーツ野球

経済サッカー

メインページ

スポーツサッカー

時間

クライアントが再生している

様子

(5.0Mbps)

60秒 60秒

受信待ち時間

再生開始時刻

受信開始時刻

60秒

Ｃ2

Ｃ1(5.0Mbps)

60秒 60秒

メインページ

(3.0Mbps)

60秒 7.5秒

12秒

スポーツ野球

経済サッカー

メインページ

スポーツサッカー

例：サーバからニュース番組を放送する場合

メインページ

経済スポーツ

野球サッカー

メインページ

経済スポーツ

野球サッカー

帯域幅：8Mbps，再生レート：5Mbps，コンテンツ再生時間：60秒，チャネル：C1,…,CN

提案手法：CCB-CB (Contents Cumulated Broadcasting Considering Bandwidth) 法

サッカー

サッカー

サッカー

経済

経済

野球

野球

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「通信と放送の連携」が叫ばれてはや10数年・・・

連携はそれほど進んでいない．

放送形態の長所

リアルタイム性重視（例）報道番組，スポーツ中継

通信のリアルタイム性は希薄

見過ごした番組（例：サッカー）はすぐに視聴できない．

放送終了後のスポーツニュースまで待つ必要がある．

YouTube にも，すぐにはアップロードされない．

通信にリアルタイム性を与えて放送と連携すれば，通信と放送の融合環境が実現できる！


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19

通信における問題点とその解決策

通信（オンデマンド型）の問題点

ユーザ：人気番組は再生までの

待ち時間が大きい．

「まだ受信できない…イライラ」

配信側：使用する帯域幅の増加で

サーバの負荷や維持費用が増大

（例） YouTube: 数百万ドル以上/月

P2Pネットワークの利用

映像コンテンツをユーザ間で共有して

人気番組の受信時間を短縮

サーバが使用する帯域幅を減少させ，

負荷を抑制し，維持費用を削減

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20

放送における問題点とその解決策

放送（ブロードキャスト）における問題点

ユーザ：見逃した番組は

初めから視聴不可

「見たかった番組，見逃した～！」

放送局：すべてのユーザの

好みに応じた放送ができない．

「放送後の番組も多くの人に見て

欲しい！」

放送した番組を映像コンテンツ化してP2Pネットワークで

共有できる配信システム構築が必要！！

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放送通信融合環境の実現 BroGrid environments

(Broadcasting and Grid environments)

ユーザ

京都５－０A.C.Milam京都５－０A.C.Milam

Internet

コンテンツサーバ

放送局

データ

データ

データ

ユーザ

ユーザ

ユーザ

グリッド技術を利用した放送通信融合環境

ブロードキャストサーバ

データ

データデータ

Web

サービス

P2P

アプリケーションネットワーク

放送スケジューリング

組み込み

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端末伝送型映像配信システムの構築

要求事項

放送とP2Pネットワークの連携によるコンテンツ情報の共有

解決策

P2Pストリーミング配信でリアルタイム性を実現

Brossom （ブロッサム） (Broadcasting System with

P2P Environments)

時間

視聴率

放送型

10%

放送型+P2P

=60%!

（※）2007年度（独）情報処理推進機構(IPA) 未踏ソフトウェア創造事業（未踏ユース）採択課題

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Brossom の構成

Webサーバ部(ローカル専用)

データ処理部

ブロードキャストインタフェース部

P2P

インタフェース部

Brossom トラッカ


Brossom クライアント（バックグラウンドで実行）

ページデータ

ピア

P2Pネットワーク

クライアント

ブラウザ


WEBサーバ

Webサーバ部(ローカル専用)

データ処理部

ブロードキャストインタフェース部

P2P

インタフェース部

Brossom トラッカ


Brossom クライアント（バックグラウンドで実行）

ページデータ

ピア

P2Pネットワーク

クライアント

ブラウザ


WEBサーバ

端末

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Brossom の特徴と機能

データベースを利用したコンテンツ情報管理

映像コンテンツにメタ情報を付加

ユーザはメタ情報（タグ）を基にP2Pネットワークで

検索，受信

デュアル画面視聴による視聴時間の有効利用

リアルタイム映像と

ディレイ映像の２画面表示

放送中の映像を見ながら，

別窓でP2Pネットワークから

受信したコンテンツ映像を

視聴

日本0-0タイ

日本 3-1 タイ

放送中の映像

（後半３５分）

P2Pで受信した

コンテンツの映像

（前半２０分）

（右図）サッカー番組の視聴例

PC画面

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特定の場所で端末を利用するユーザに

連続メディアデータを配信

エリアワンセグ，スポットキャスト

サーバ

電波出力を制限して

視聴範囲を限定

他のチャネルとの干渉を

抑制

ユーザ

端末を利用して視聴地域に

応じた情報を受信可能


配信側

エリア外の

クライアント端末

近距離放送型

配信エリア

エリア内の

クライアント端末

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近距離放送型配信における待ち時間短縮

再生開始待ち時間

番組データの受信開始から再生開始までの待ち時間

本編開始待ち時間

スポット再生終了から本編再生開始までの待ち時間

ユーザの視聴待機時間として許容

時間

再生開始待ち時間本編開始待ち時間

スポット

映像本編映像

クライアント

が再生して

いる様子

スポット

映像

本編映像

Ｃ1

Ｃ2 本編映像

・・・

・・・・・・


・・・スポット

映像

スポット

映像

スポット

映像

スポット

映像

想定する近距離

放送型配信

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・・・Ｓ1-2

・・・

クライアント

が再生して

いる様子

Time

(5.0 Mbps)

65.7秒

・・・

・・・

Ｓ1-3

Ｓ1-1

Ｓ2-3

Ｓ2-1

・・・

・・・

・・・

・・・Ｓ2-3

Ｓ2-1

Ｓ1-2

Ｓ1-3

Ｓ1-1

Ｓ1-2

Ｓ1-3

Ｓ1-1

Ｓ1-2

Ｓ1-3

Ｓ1-1

Ｓ1-2

Ｓ1-1 Ｓ1-1

Ｓ2-1

Ｃ1,2

Ｃ1,3

Ｃ2,1

Ｃ3.3

・・・

・・・

・・・

60秒

Ｓ1 Ｓ2

近距離放送型配信のスケジューリング例

本編開始待ち時間を

受信時間として利用

C1,1増加，待ち時間短縮 (BE-AHB: 0.83Mbps, 153.9秒)

Ｃ1,1

Ｃ2 (1.37

Mbps)


Ｃ1 (3.63

Mbps)

1.21

Mbps

0.46

Mbps

Ｃ2,2 ・・・Ｓ2-2 Ｓ2-2

5.0

Mbps

60秒

スポット

映像

(S1)

本編映像

(S2)

180秒簡単な例 (CR-HB法) で6チャネル

使用して番組を放送する場合

180秒本編開始待ち時間

再生開始待ち時間

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CAVE (Cave Automatic Virtual Environment) の利用

没入型3次元仮想現実体感システム


（引用）KCave: 慶応義塾大学・小木研究室HP http://lab.sdm.keio.ac.jp/ogi/lab/kcave.html

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CAVEを用いた茶道e-Learningシステム

先生（熟練者）と生徒（未熟練者）が時間と場所を

共有することなく効率的に技能を伝承

熟練技術者の作業を保存することで，伝承を容易化

茶道の練習場所問題

いつでも学習できる環境の確保

初心者でも自分のペースで学習・上達可能

先生の作法をいろんな角度から学習可能

普段見えない視点からの茶道学習


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CAVE上に茶室を再現

Blenderで茶室作成

学習用コンテンツの作成

先生の作法を様々な角度から

学習可能

普段見えない視点からの茶道学習を可能

ステレオカメラでお点前撮影

CAVE上に投影して学習能力向上

目標＆解決策

没入型立体視ディスプレイhttp://robo.mech.gifu-u.ac.jp/~endo/hirodemo/hirodemo.html

没入型nVisor SX60 http://www.nihonbinary.co.jp/

039nVisor5.html

没入型3次元仮想現実体感システムCAVE

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Blender上でVRML (Virtual Reality Modeling Language)

によるテクスチャの貼り付け

CAVE空間に表示する茶室の作成

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Virtual Reality Modeling Language

Webページで3Dグラフィックスを表示するための

データ形式

VRMLビューワによる３D表示

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CAVE上への茶室表示

Mat

Hanging

3-D

grass

User

Shoji

Operating

Interface

提案システムの利用例

Wearable

ComputerControl

Unit

Controller

Ring type controller

CAVE Ring system

Y. Gotoh, Y. Ebara, T. Yoshihisa, K. Koyamada, M. Kanazawa, ``Development of Tea Ceremony

E-learning Environment within Immersive Projection Technology,’’ 4th International Workshop on

Network-based Virtual Reality and Tele-existence (INVITE2008), pp.1000-1005, (2008.3).

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熟練者のお点前映像コンテンツ作成

普段見えない視点からの茶道学習

ステレオカメラでお点前を撮影

３次元映像に変換して，お点前を

している映像をCAVE上に表示

図３. ステレオカメラ

図４. ステレオカメラによる表示例

（イメージ図）

ステレオカメラの利用

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1. 研究紹介

1.1 概説








内容

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放送とデータ通信の融合による新しい映像配信サービスの可能性

「蓄積型放送」が今後のキーワード？

放送と通信を組み合わせた情報取得方法の模索

放送型配信システムの製品化

Brossom などの配信システムを改良

近距離放送型配信環境の実現

様々な研究者との共同研究

異分野との融合（企業，大学）

地元企業との共同研究を積極的に推進

まとめ・今後の予定

Documents

放送とデータ通信の融合による 新しい映像配信サー …...短縮するスケジューリング手法 時間 クライアントが 再生している 様子 (5.0Mbps)

放送とデータ通信の融合による新しい映像配信サー …...短縮するスケジューリング手法時間クライアントが再生している様子 (5.0Mbps)