エッジコンピューティング

E社は，小学生向けのサッカー教室を運営するスポーツクラブである。このスポーツクラブには約20個の教室があり，教室ごとにサッカーチームを運営している。普段の練習は，地域の公園や小学校のグラウンドを借りて行っているが，3か月に1回の練習試合では，サッカー用のグラウンドがある総合運動場に遠征している。

サッカー教室に通う小学生の保護者からは“練習試合の様子をPCやスマートフォン（以下，スマホという）で見たい”との要望があり，E社では練習試合の動画を配信することを考えた。そこで，E社はシステム開発会社のH社とともに，練習試合の動画を保護者のPCやスマホへライブ配信するシステム（以下，新システムという）のプロトタイプを作成してPoCを行うことにした。

〔新システムへの要件〕

H社のQ君は，E社に所属するサッカー教室のコーチや保護者に，新システムに関する要望のヒアリングを行い，新システムへの要件をまとめた。Q君がまとめた新システムへの要件を表1に示す。

〔ハードウェアの調査〕

Q君は，観覧席に設置した機器による動画処理が必要である点，費用を抑えられる点から，エッジコンピューティングで利用するボードコンピュータの調査を行った。

Q君が選定したボードコンピュータには，複雑な命令セットをもつCPUではなく単純な命令セットをもつaのCPU，画像認識などで利用するGPU，動画を圧縮・伸長する専用チップが搭載されている。また，外部インタフェースとして，キーボードやマウスを接続するインタフェース，ディスプレイを接続するb，カメラモジュールを接続するカメラインタフェース，モバイル通信装置を接続するインタフェースを装備している。

Q君は，ボードコンピュータの動作に必要な1時間当たりの電力量を測定した。その結果，何も処理をしていない起動状態で1,500mWh，これに加えて各装置の使用率が100%の場合，CPUは2,000mWh，GPUは3,000mWh，動画を圧縮・伸長する専用チップは400mWh，モバイル通信装置は500mWh，カメラモジュールは100mWhであった。また，電力量は装置の使用率に比例することが分かった。

〔動画圧縮方式の検討〕

新システムで，グラウンド全体を撮影しつつ，ボールの位置を中心にズームアップして配信することを考えると4K解像度（3,840×2,160ピクセル）で撮影することが求められる。4K解像度，24bpp（bits per pixel），60fps（frames per second）の動画を無圧縮で伝送する場合，cGビット／秒（以下，bpsという）の通信帯域が必要となる。しかし，観覧席で安定的に利用できる4Gのモバイル通信の上り側の実効速度は数十Mbps程度であり，通信帯域が不足する。また，4K解像度の動画の一部を切り取ってFHD解像度（1,920×1,080ピクセル）の動画として伝送する場合にも通信帯域は十分ではない。

このことから，モバイル通信を用いて動画を配信するためには，動画の圧縮などの対応策が必要である。代表的な動画の圧縮方式にはdがあり，専用チップであるeを使用して動画を圧縮する。専用チップであるeを利用することには，^①ソフトウェアで圧縮する場合と比較してメリットがある。

〔新システムのプロトタイプの設計〕

Q君は新システムのプロトタイプの設計を行った。新システムのプロトタイプのイメージを図1に，新システムのプロトタイプで行う処理の流れを図2に，処理の詳細を表2に示す。

Q君は，^②ボール位置の検出処理と動画の切出し処理はクラウドサービスではなくボードコンピュータで行い，保護者のPCやスマホへの動画配信はクラウドサービスを経由する設計とした。

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図1 新システムのプロトタイプのイメージ

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図2 新システムのプロトタイプで行う処理の流れ

〔新システムのプロトタイプのテスト〕

Q君は，観覧席に新システムのプロトタイプを設置し，実効容量が5,000mWhのモバイルバッテリーを接続してテストを開始した。試合開始から全ての処理は正常に動作し，ボードコンピュータの温度と配信速度も安定していたが，^③試合の終盤に電力不足によってボードコンピュータが停止する問題が発生した。

この問題の原因を調査したところ，ボール位置の検出処理で利用するGPUの使用率が高かったので，GPUが処理するデータ量を低減する対応を検討した。データ量を低減する複数の方法のうち，広いグラウンドから小さなボールを検出する必要がある点，ボールが高速に移動する点を考慮し，ボール位置の検出処理の前に^④撮影した動画のデータ量を小さくする処理を追加した。この結果，追加した処理に必要な電力量と比較し，GPUの使用率の低減によって削減される電力量の方が多く，動画を試合終了まで配信できるようになった。

その後，Q君は新システムのプロトタイプを完成させ，練習試合のライブ配信のPoCを開始した。