JP2009049896A - Communication path encoding method, communication path encoding system, hierarchical communication path encoding program, and hierarchical communication path decoding program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通信路符号化方法及び通信路符号化システム及び階層的通信路符号化プログラム及び階層的通信路復号プログラムに係り、特に、関連性のある階層データに対して、線形符号に用いる生成行列及び検査行列のタナーグラフの構成を変更することにより、任意の強度と任意の関係を保ち効率的にデータの誤りから保護するための階層符号化データに対する通信路符号化方法及び通信路符号化システム及び階層的通信路符号化プログラム及び階層的通信路復号プログラムに関する。 The present invention relates to a channel coding method, a channel coding system, a hierarchical channel coding program, and a hierarchical channel decoding program, and more particularly to generation of linear codes for related hierarchical data. Channel coding method and channel coding for hierarchically coded data for efficiently protecting from data errors by changing the configuration of the Tanner graph of matrix and check matrix The present invention relates to a system, a hierarchical channel encoding program, and a hierarchical channel decoding program.
現在、誤り訂正技術は衛星ディジタル放送やインターネットでの通信、モバイル端末での通信など、各種通信システムで広く用いられている。とりわけ、近年のブロードバンド環境の発展に伴い、インターネットを用いた動画配信サービスなどが期待されており、インターネット網に対する誤り訂正技術は重要なものになっている。以下、インターネット網を例に話を進める。 Currently, error correction techniques are widely used in various communication systems such as satellite digital broadcasting, communication on the Internet, and communication on mobile terminals. In particular, with the development of broadband environments in recent years, video distribution services using the Internet are expected, and error correction technology for the Internet network has become important. The following is an example of the Internet network.
インターネットを用いてサービスを行う側から通信路を見ると、インターネット網は消失通信路(PEC:Packet Erasure Channel)と捉えることができる。これは、図9に示すような2元消失通信路がパケットの単位としてグループ化されたものであり、通信路出力は正しい情報で出力されるか回線中の何らかの障害によって不明"#"として出力されるかのどちらかの場合となる通信路である。この通信系においては、FEC(Forward Error Correction)や、ARQ(Automatic Recovery Quotiet)と呼ばれる誤り訂正符号が用いられる。一般的なインターネットサービスでは、TCP/IPプロトコルが用いられ、デコーダ側では誤り検出のみに留め、誤りが発生した場合は再送制御などで誤りを訂正する方法が用いられている(ARQ方式)。しかし、マルチキャスト配信のような大規模なサービスを想定した場合、受信側で受け取ったデータを元に誤り訂正をすることが求められ、帰還通信路を必要とせず受信側のみで誤りを訂正できる方法が用いられる(FEC方式)。このFEC方式は再送制御等を行わないことから遅延が少なく、リアルタイム性が重要となるテレビ会議システムでもFEC方式が用いられる。以下、FEC方式について話を進める。 When a communication channel is viewed from the side that provides services using the Internet, the Internet network can be regarded as a lost communication channel (PEC). This is a binary erasure channel as shown in FIG. 9 grouped as a unit of packet, and the channel output is output as correct information or output as unknown "#" due to some trouble in the line. It is a communication path in either case. In this communication system, error correction codes called FEC (Forward Error Correction) and ARQ (Automatic Recovery Quotiet) are used. In general Internet services, the TCP / IP protocol is used, and only error detection is performed on the decoder side, and when an error occurs, a method of correcting the error by retransmission control or the like is used (ARQ method). However, when a large-scale service such as multicast distribution is assumed, it is required to correct errors based on data received on the receiving side, and a method that can correct errors only on the receiving side without requiring a feedback channel Is used (FEC method). Since this FEC method does not perform retransmission control or the like, the FEC method is also used in a video conference system in which real-time performance is important with little delay. In the following, we will talk about the FEC method.
FEC方式として、ディジタル放送などではリードソロモン符号(RS符号)が広く用いられている。日本のディジタル放送では符号長204バイトと定義されており、元データ188バイトに対しておよそ10(%)のパリティバイトを付加することで誤りに対して耐性を持たせている。しかし、一般に誤り訂正符号として符号長の長い符号を利用すれば性能がよくなることが知られているが、符号長が長くなると復号が複雑になり計算量が膨大になってしまうという弊害も知られている。そのため、RS符号では大抵、最大符号長を255バイトとして扱うことが前提とされている。 As the FEC method, Reed-Solomon code (RS code) is widely used in digital broadcasting and the like. In Japanese digital broadcasting, it is defined as a code length of 204 bytes, and by adding a parity byte of about 10 (%) to the original data of 188 bytes, tolerance is given to errors. However, it is generally known that performance is improved if a code having a long code length is used as an error correction code. However, there is a known disadvantage that decoding becomes complicated and the amount of calculation becomes enormous as the code length increases. ing. For this reason, RS codes are usually assumed to have a maximum code length of 255 bytes.
これに対して、確率伝搬アルゴリズム(Belif propagation algorithm)に基づいた復号法は符号長が長い場合に実用的な演算量で優れた復号特性を持つことが知られており、非常に疎グラフにより定義される線形符号である低密度パリティ検査符号(Low density parity check code:LDPC符号)(例えば、非特許文献1参照)は、shannonにより定義された通信路容量に迫る現実的な誤り訂正方法として注目されている。また、疎グラフに基づく消失訂正符号としては、Digital Fountain社のLTcode(例えば、非特許文献2参照)や、Raptor code(例えば、非特許文献3参照)が知られており、符号化効率を大きく劣化させずに、任意の符号データを受信しただけで復号できる符号特性を実現的な演算量で達成することが知られている。この性質はインターネットマルチキャストプロトコルであるALC(Asynchronous Layered Coding)と適合するためにレイヤード構成されたマルチキャスト通信などで広く用いられている。
上述のように、疎グラフと確率伝搬アルゴリズムに基づく誤り訂正符号は従来達成できなかった符号化特性を達成する。しかしながら、従来の技術では、保護対象データと保護するデータ(パリティデータ)が1対1の関係に限定されている。特に、近年では保護されるデータは段階的に符号化されるなどしてスケーラビリティを有しているが、従来の技術ではこの階層符号化データに対して統一的に誤りからデータを保護する誤り訂正符号を付加することはできない。 As described above, an error correction code based on a sparse graph and a probability propagation algorithm achieves coding characteristics that could not be achieved conventionally. However, in the conventional technique, the data to be protected and the data to be protected (parity data) are limited to a one-to-one relationship. In particular, in recent years, data to be protected has scalability, such as being encoded in stages, but in the conventional technology, error correction that protects data from errors uniformly for this hierarchically encoded data. A sign cannot be added.
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、階層的に符号化されたデータに対して統一的に任意の誤り訂正符号を付加し、スケーラビリティ機能を損なわずに高品質な階層符号化データを提供可能な階層符号化データに対する通信路符号化方法及び通信路符号化システム及び階層的通信路符号化プログラム及び階層的通信路復号プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and adds an arbitrary error correction code to the hierarchically encoded data in a unified manner so that high-quality hierarchically encoded data can be obtained without impairing the scalability function. It is an object of the present invention to provide a channel coding method, a channel coding system, a hierarchical channel coding program, and a hierarchical channel decoding program for hierarchically coded data that can provide the same.
図1は、本発明の原理を説明するための図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
本発明(請求項1)は、階層的通信路符号化装置と階層的通信路復号装置からなるシステムにおいて、階層符号化されたデータを誤りから保護する通信路符号方法であって、
階層的通信路符号化装置において、
複数の疎行列からなる階層的疎行列を生成する階層的疎行列生成ステップ(ステップ1)と、
対象データをスケーラビリティ機能毎に分割した階層データに対して階層的疎行列を用いパリティデータを求める階層的符号化ステップ(ステップ2)と、
階層データ、パリティデータ及び階層的疎行列を階層的通信路復号装置に送信する送信ステップ(ステップ3)と、を行い、
階層的通信路復号装置において、
階層的通信路符号化装置から送信されたデータを、階層的疎行列を用いて復号する階層的復号ステップ(ステップ4)、を行う。
The present invention (Claim 1) is a channel coding method for protecting hierarchically coded data from errors in a system comprising a hierarchical channel coding apparatus and a hierarchical channel decoding apparatus,
In the hierarchical channel coding apparatus,
A hierarchical sparse matrix generation step (step 1) for generating a hierarchical sparse matrix composed of a plurality of sparse matrices;
A hierarchical encoding step (step 2) for obtaining parity data using a hierarchical sparse matrix for hierarchical data obtained by dividing the target data for each scalability function;
Transmitting the hierarchical data, parity data and hierarchical sparse matrix to the hierarchical channel decoding device (step 3),
In the hierarchical communication path decoding device,
A hierarchical decoding step (step 4) of decoding data transmitted from the hierarchical channel encoder using a hierarchical sparse matrix is performed.
また、本発明(請求項2)は、階層的疎行列生成ステップ(ステップ1)において、
1つの階層データに対して、1つのパリティデータが生成されるよう階層的疎行列を生成するステップを行い、
階層的復号ステップ(ステップ4)において、
階層的疎行列を用いて階層データとパリティデータを1対1で復号するステップを行う。
The present invention (Claim 2) provides a hierarchical sparse matrix generation step (Step 1).
Performing a step of generating a hierarchical sparse matrix so that one piece of parity data is generated for one layer of data;
In the hierarchical decoding step (step 4):
A step of decoding the hierarchical data and the parity data on a one-to-one basis using a hierarchical sparse matrix is performed.
また、本発明(請求項3)は、階層的疎行列生成ステップ(ステップ1)において、
階層的疎行列を、該階層的疎行列の1部分または全てを1つのランダムな疎なグラフにより定義される行列を用いて生成し、
階層的復号ステップ(ステップ4)において、
パリティデータを、1部分または全てを1つのランダムな疎なグラフにより定義された階層的疎行列の行列を用いて復号する。
In the hierarchical sparse matrix generation step (step 1), the present invention (claim 3)
Generating a hierarchical sparse matrix using a matrix defined by one random sparse graph for a part or all of the hierarchical sparse matrix;
In the hierarchical decoding step (step 4):
Parity data is decoded using a hierarchical sparse matrix defined by one random sparse graph, part or all of the parity data.
また、本発明(請求項4)は、階層的復号ステップ(ステップ4)において、
受信したデータを選択的に復号する。
The present invention (Claim 4) provides a hierarchical decoding step (Step 4):
Received data is selectively decoded.
図2は、本発明の原理構成図である。 FIG. 2 is a principle configuration diagram of the present invention.
本発明(請求項5)は、階層符号化されたデータを誤りから保護するための階層的通信路符号化装置20と階層的通信路復号装置30からなるシステムであって、
階層的通信路符号化装置20は、
複数の疎行列からなる階層的疎行列を生成する階層的疎行列生成手段104と、
対象データをスケーラビリティ機能毎に分割した階層データに対して階層的疎行列を用いパリティデータを求める階層的符号化手段102と、
階層データ、パリティデータ及び階層的疎行列を階層的通信路復号装置30に送信する送信手段と、を有し、
階層的通信路復号装置30は、
階層的通信路符号化装置20から送信されたデータを、階層的疎行列を用いて復号する階層的復号手段108を有する。
The present invention (Claim 5) is a system comprising a
The hierarchical channel encoding
Hierarchical sparse matrix generation means 104 for generating a hierarchical sparse matrix composed of a plurality of sparse matrices;
Hierarchical coding means 102 for obtaining parity data using a hierarchical sparse matrix for hierarchical data obtained by dividing the target data for each scalability function;
Transmission means for transmitting the hierarchical data, parity data and hierarchical sparse matrix to the hierarchical
The hierarchical
There is a hierarchical decoding means for decoding data transmitted from the hierarchical channel encoding
また、本発明(請求項6)は、階層的通信路符号化装置20の階層的疎行列生成手段104において、
1つの階層データに対して、1つのパリティデータが生成されるよう階層的疎行列を生成する手段を含み、
階層的通信路復号装置30の階層的復号手段108において、
階層的疎行列を用いて階層データとパリティデータを1対1で復号する手段を含む。
Further, the present invention (Claim 6) is provided in the hierarchical sparse matrix generation means 104 of the hierarchical
Means for generating a hierarchical sparse matrix so that one piece of parity data is generated for one layer of data;
In the hierarchical decoding means 108 of the hierarchical communication
Means for decoding the hierarchical data and the parity data on a one-to-one basis using a hierarchical sparse matrix.
また、本発明(請求項7)は、階層的通信路符号化装置20の階層的疎行列生成手段104において、
階層的疎行列を、該階層的疎行列の1部分または全てを1つのランダムな疎なグラフにより定義される行列を用いて生成する手段を含み、
階層的通信路復号装置30の階層的復号手段108において、
パリティデータを、1部分または全てを1つのランダムな疎なグラフにより定義された階層的疎行列の行列を用いて復号する手段を含む。
Further, the present invention (Claim 7) is provided in the hierarchical sparse matrix generation means 104 of the hierarchical communication
Means for generating a hierarchical sparse matrix using a matrix defined by one random sparse graph for part or all of the hierarchical sparse matrix;
In the hierarchical decoding means 108 of the hierarchical communication
Means for decoding part or all of the parity data using a matrix of a hierarchical sparse matrix defined by one random sparse graph;
また、本発明(請求項8)は、階層的通信路復号装置30の階層的復号手段108において、受信したデータを選択的に復号する手段を含む。
The present invention (Claim 8) includes means for selectively decoding received data in the hierarchical decoding means 108 of the hierarchical communication
本発明(請求項9)は、請求項6または、7に記載の通信路符号化システムの階層的通信路符号化装置を構成する各手段としてコンピュータを機能させる階層的通信路符号化プログラムである。 The present invention (Claim 9) is a hierarchical channel coding program for causing a computer to function as each means constituting the hierarchical channel coding apparatus of the channel coding system according to claim 6 or 7. .
本発明(請求項10)は、請求項6乃至8のいずれか1項記載の通信路符号化システムの階層的通信路復号装置を構成する手段としてコンピュータを機能させる階層的通信路復号プログラムである。 The present invention (Claim 10) is a hierarchical channel decoding program for causing a computer to function as means for constituting the hierarchical channel decoding apparatus of the channel encoding system according to any one of claims 6 to 8. .
本発明によれば、階層符号化されたデータに対して任意の関係を考慮した誤り訂正符号を実施することが可能であり、受信ユーザの要求に沿った階層符号化データのスケーラビリティ機能を損なうことなく誤り訂正符号を統一的に付加することができる。 According to the present invention, it is possible to implement an error correction code considering an arbitrary relationship with respect to hierarchically encoded data, and impair the scalability function of hierarchically encoded data in accordance with the request of the receiving user. Error correction codes can be added uniformly.
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3は、本発明により実現可能な階層符号化データに対する誤り訂正機能を示している。本発明は、入力データに依存せずに実施できるが、一例として画像の符号化に応用した場合について説明する。 FIG. 3 shows an error correction function for hierarchically encoded data that can be realized by the present invention. Although the present invention can be implemented without depending on input data, a case where the present invention is applied to image coding will be described as an example.
画像を入力信号とすると、情報源符号化装置10では、階層的情報源符号化手段において、JPEG2000(ISO/IEC 15444-2. "JPEG2000 image coding system," 2000)やMPEG SVC(Scalable video coding)(J.Reichel, H. Schwarz and M. Wien:"Joint Scalable Video Model JSVM-6," ISO/IEC JTC1/SC29/Wg11,N8015, Montreux, April, 2006)といった階層符号化方式により階層的にデータ圧縮が行われ、階層データが通信路符号化装置20に出力される。本発明は、通信路符号化装置20において、この階層データに対してデータの階層間の関係に基づいて任意の誤り訂正データを付加することができ、また、任意の要求条件(例えば、復号処理量や帯域幅)に応じて階層データを保護/復号することができる。つまり、階層に符号化されたスケーラビリティを有した圧縮データに対して、任意の要求に沿った階層的な誤り訂正データを付加することができるスケーラビリティを有した誤り訂正が実現される。
When an image is an input signal, the information
図4は、本発明の一実施の形態における階層的通信路符号化システムの構成を示す。 FIG. 4 shows the configuration of a hierarchical channel coding system according to an embodiment of the present invention.
同図に示す階層的通信路符号化システム100は、階層データ分割部101、階層的符号化部102、乱数信号生成部103、階層的疎行列生成部104からなる階層的通信路符号化装置20と、送信モジュール105と、チャネル106と、受信モジュール107と、階層的復号部108を有する階層的通信路復号装置30と、データ並べ替え部109とヘッダ書き換え部110を有する階層データ合成装置50から構成される。
The hierarchical
階層的通信路符号化装置20は、階層データ分割部101、階層的符号化部102、乱数信号生成部103、階層的疎行列生成部104を有する。
The hierarchical
階層的通信路符号化装置20の階層データ分割部101は、入力された階層符号化データを任意の階層毎に分割する。なお、階層毎に分割されたデータは内部のメモリ(図示せず)や、階層データ分割部101に接続されている記憶手段(図示せず)等に一時的に格納しておくものとする。
The hierarchical
乱数信号生成部103は、ランダムな信号を発生させ、階層的疎行列生成部104に出力する。
The random number
階層的疎行列生成部104は、乱数信号生成部103で発生させたランダムな信号を用いて階層的な符号化を可能にする疎行列を生成する。なお、生成された疎行列(階層的疎行列)を内部のメモリ(図示せず)または、階層的疎行列生成部104に接続される記憶手段(図示せず)に一時的に格納しておくものとする。
The hierarchical sparse
階層的符号化部102は、階層データ分割部101により分割された階層に対して階層的疎行列生成部104で作成された疎行列を用いて階層的な誤り訂正データを作成する。なお、生成された誤り訂正データを内部のメモリ(図示せず)または、階層的符号化部102に接続される記憶手段(図示せず)に一時的に格納しておくものとする。
The
送信モジュール105は、階層的符号化部102、階層的疎行列生成部104から出力されたデータを送信する。
The
チャネル106は、インターネット等の回線であるチャネルである。 The channel 106 is a channel that is a line such as the Internet.
受信モジュール107は、送信モジュール105により送信されるデータを受け取る。
The
階層的通信路復号装置30の階層的復号部108は、階層的に誤り訂正符号を復号する。なお、復号されたデータを内部のメモリ(図示せず)または、階層的復号部108に接続される記憶手段(図示せず)等に格納しておくものとする。
The
階層データ合成装置50は、データ並べ替え部109とヘッダ書き換え部110を有する。
The hierarchical
データ並べ替え部109は、階層的復号部108で復号されたデータをデコード可能なデータに変換する。
The
ヘッダ書き換え部110は、データ並べ替え部109で並べ替えられたデータのヘッダを書き換える。
The header rewriting unit 110 rewrites the header of the data rearranged by the
図4に示すシステムは、入力された階層符号化データから1つの階層のみならず、任意の階層に対して誤り訂正を実施することが可能な階層的通信路符号化システムであるが、簡単化のために以下ではインターネットでの映像配信を想定して階層化符号化データに対する階層的通信路符号化方法を述べる。しかし、入力データは映像信号のみならず、階層的符号化されるあらゆるデータを対象とすることが可能である。 The system shown in FIG. 4 is a hierarchical channel coding system capable of performing error correction not only on one layer but also on any layer from the input layer coded data. Therefore, in the following, a hierarchical channel coding method for hierarchically coded data will be described assuming video distribution over the Internet. However, the input data can be not only a video signal but also any data that is hierarchically encoded.
入力される画像の多くはスケーラビリティ機能を有した国際標準規格のJPEG2000で符号化が行われているとする。JPEG2000データは、プログレッションオーダにより様々な階層をもつことができる。図5に、RLCPと呼ばれるプログレッションオーダ順序を有したJPEG2000のデータ構造を示す。 It is assumed that many of the input images are encoded with the international standard JPEG2000 having a scalability function. JPEG2000 data can have various layers according to the progression order. FIG. 5 shows a JPEG2000 data structure having a progression order called RLCP.
図6は、本発明の一実施の形態における概要動作のフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart of an outline operation in one embodiment of the present invention.
ステップ10) 階層的通信路符号化装置20の乱数信号生成部103において、乱数(ランダム信号)を発生させ、階層的疎行列生成部104に出力する。
Step 10) The random number
ステップ20) 階層的疎行列生成部104では、乱数信号生成部103により生成されたランダム信号を元に疎行列Pを生成し、疎行列Pを複数組み合わせて階層的疎行列Gを生成し、メモリ等の記憶手段(図示せず)に格納する。
Step 20) The hierarchical sparse
まず、疎行列Pの作成方法について説明する。 First, a method for creating the sparse matrix P will be described.
疎行列の作成方法は様々な方法が提案されているが、その中で、非特許文献1、文献1「David J. C. MacKay, "Good Error-Correcting Codes Based on Very Sparse Matrices". IEEE Transaction on Information Theory, Vol. 45, No.2, March, 1999」に述べられている乱数を用いる方法が簡単に効率よく疎行列を作成することができる。以下では、文献1に記載されている方法を説明する。
Various methods for creating a sparse matrix have been proposed. Among them,
図7は、本発明の一実施の形態における階層的疎行列生成部の疎行列Pの作成処理のフローチャートである。但し、以下のmは疎行列Pの行数を示し、kは列数を示す。 FIG. 7 is a flowchart of processing for creating the sparse matrix P of the hierarchical sparse matrix generation unit according to the embodiment of the present invention. However, the following m shows the number of rows of the sparse matrix P, and k shows the number of columns.
ステップ201) 全て0の行列P(m×k)を作成する。 Step 201) An all-zero matrix P (m × k) is created.
ステップ202) カウントi=0,j=0とする。 Step 202) It is assumed that the count i = 0 and j = 0.
ステップ203) 乱数信号生成部103から入力された乱数に基づいて各列ビットを反転させる。乱数信号生成部103における反転確率は、各列がtビット程度反転する程度とする。
Step 203) Each column bit is inverted based on the random number input from the random number
ステップ204) i=i+1とする。 Step 204) i = i + 1.
ステップ205) m<iであればステップ206に移行し、そうでなければステップ203に戻る。 Step 205) If m <i, go to Step 206, otherwise go back to Step 203.
ステップ206) j=j+1とする。
Step 206) j =
ステップ207) k<jであればステップ108に移行し、そうでなければステップ203に戻る。
Step 207) If k <j, go to
ステップ208) 上記で生成された疎行列Pについて以下の処理を行う。 Step 208) The following processing is performed on the sparse matrix P generated above.
上記の処理により構成された疎行列Pに対して、できる限り全ての列(m)の"1"の立つ数をt個とし、できる限り全ての列の"1"の立つ行(k)の数も均等(具体的な平均ビット数は行列の大きさに依存するが、2m=kの関係がある場合、行のビット数は2t個となる)にする。ここで、「できる限り」とは、乱数に基づいて確率的に不安定であることを意味する。これにより構成された行列Pを可能な限り短いループが生じないようにする。 For the sparse matrix P configured by the above processing, the number of standing “1” s in all the columns (m) is t as much as possible, and the row (k) in which all the “1” s are standing as much as possible. The numbers are also equal (the specific average number of bits depends on the size of the matrix, but if there is a relationship of 2m = k, the number of bits in a row is 2t). Here, “as much as possible” means being stochastically unstable based on random numbers. As a result, a loop as short as possible does not occur in the configured matrix P.
上記の方法は、一つの疎行列Pの作成方法であり、符号化に用いる階層的疎行列Gは、疎行列Pを組み合わせて様々なバリエーションが考えられる。 The above method is a method for creating one sparse matrix P, and the hierarchical sparse matrix G used for encoding can be variously combined with the sparse matrix P.
以下の式(1)中のPm1,klを上記の方法で作成することも可能であるし、式(1)中のPm1,klとPm2,k1をPm1+m2、k1として上記の方法で作成することも可能である。なお、符号化の強度はmを変化させることにより変わるが、符号化効率は、上記の図7のフローチャートの処理が進むにつれて高くなる。 It is also possible to create P m1, kl in the following formula (1) by the above method, and the above method with P m1, kl and P m2, k1 in formula (1) as P m1 + m2, k1 It is also possible to create it. Note that the coding strength changes by changing m, but the coding efficiency increases as the processing of the flowchart of FIG. 7 proceeds.
今、保護したい階層データは(uk1,uk2)であり、階層データ(uk2)は階層データ(uk1)が無いと意味をなさない信号であったとする。これは、JPEG2000の低周波数成分(LL)と高周波成分(HH)の関係や、品質成分レイヤ1とレイヤ2の関係など、階層符号化データではこのような関係を持つことが多い。本発明はこのような場合に、階層データの関係に基づいて誤り訂正符号を統一的に付加することができるように階層的疎行列Gを生成する。すなわち、上記の例であれば、階層的疎行列Gを、
Now, it is assumed that the hierarchical data to be protected is (u k1 , u k2 ), and the hierarchical data (u k2 ) is a signal that does not make sense if there is no hierarchical data (u k1 ). This is often the case with hierarchically encoded data, such as the relationship between the low frequency component (LL) and the high frequency component (HH) of JPEG 2000 and the relationship between the
ステップ30) 、階層的通信路符号化装置100に入力されたデータを、階層データ分割部101において、このスケーラビリティ機能毎に分割したい単位に分割する。
Step 30), the data input to the hierarchical
図8は、本発明の一実施の形態における階層データ分割部の動作のフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart of the operation of the hierarchical data dividing unit in one embodiment of the present invention.
ステップ301) 以下に示すkは階層数(レイヤ数)であり、初期値としてk=1とする。なお、階層数の最大数をLとする。 Step 301) k shown below is the number of layers (number of layers), and k = 1 is set as an initial value. Note that the maximum number of hierarchies is L.
ステップ302) 階層符号化データを分割するにあたり、以下のように初期化を行う。 Step 302) When dividing the hierarchically encoded data, initialization is performed as follows.
ステップ305) kの値を1インクリメント(k=k+1)してステップ303に戻る。 Step 305) Increments the value of k by 1 (k = k + 1) and returns to Step 303.
つまり、JPEG2000の場合では解像度や品質、色フォーマット、位置情報等の階層データを任意の階層として分割される。便宜上ここでは、2つの階層(uk1,uk2)のベクトルデータに分割されたとする。k1,k2はそれぞれ階層数である。分割されたデータは、メモリ(図示せず)に一時的に格納された後、階層的符号化部102に送られる。
That is, in the case of JPEG2000, hierarchical data such as resolution, quality, color format, and position information is divided into arbitrary hierarchies. For convenience, it is assumed here that the data is divided into vector data of two layers (u k1 , u k2 ). k1 and k2 are the number of layers, respectively. The divided data is temporarily stored in a memory (not shown) and then sent to the
ステップ40) 階層的符号化部102は、後述する階層的疎行列生成部104で生成される疎行列を用いて1つの階層及び任意の階層に対して任意の誤り訂正符号を付加する。
Step 40) The
図9は、本発明の一実施の形態における階層的符号化部の動作のフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart of the operation of the hierarchical encoding unit in an embodiment of the present invention.
ステップ401) 初期値としてパリティデータの個数mをm=1とする。 Step 401) As an initial value, the number m of parity data is set to m = 1.
ステップ402) 階層的疎行列生成部104で生成された階層的疎行列Gに基づいて、パリティデータCmを生成し、当該階層的符号化部102内のメモリ等の記憶手段(図示せず)に格納する。
Step 402) Parity data Cm is generated based on the hierarchical sparse matrix G generated by the hierarchical sparse
ステップ403) Step 403)
ステップ404) カウントmを1インクリメント(m=m+1)し、ステップ402に移行する。 Step 404) The count m is incremented by 1 (m = m + 1), and the routine proceeds to Step 402.
ステップ50) 階層データu及びパリティデータcと符号化に用いた階層的疎行列Gは、通信モジュール105に送られ、チャンネル106を通じて受信モジュール107に配信される。
Step 50) The hierarchical data u and the parity data c and the hierarchical sparse matrix G used for encoding are sent to the
ステップ60) 受信モジュール107は、チャネル106から受信したデータを階層的通信路復号装置30に送信する。
Step 60) The
ステップ70) 配信されたデータは、階層的通信路復号装置30に送られ、一旦、メモリ等の記憶手段(図示せず)に格納され、階層的復号部108によりスケーラビリティに応じた復号を行う。
Step 70) The distributed data is sent to the hierarchical communication
図10は、本発明の一実施の形態における階層的復号部の動作のフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart of the operation of the hierarchical decoding unit in one embodiment of the present invention.
ステップ701) レイヤのカウントを初期化(L=1)する。 Step 701) The layer count is initialized (L = 1).
ステップ702) 受信データ(n,c)の数を初期化(d=1)する。 Step 702) The number of received data (n, c) is initialized (d = 1).
ステップ703) 階層的疎行列G、受信データu,cに基づいて上記の式(2)の連立方程式を解く。 Step 703) Based on the hierarchical sparse matrix G and the received data u, c, the simultaneous equations of the above equation (2) are solved.
ステップ704) Step 704)
ステップ705) L<max(L)であるかを判定し、そうであればステップ707に移行し、そうでなければ処理を終了する。 Step 705) It is determined whether L <max (L). If so, the process proceeds to Step 707, and if not, the process ends.
ステップ706) dを1インクリメント(d=d+1)し、ステップ703に移行する。 Step 706) d is incremented by 1 (d = d + 1), and the process proceeds to Step 703.
ステップ707) Lを1インクリメント(L=L+1)し、次のレイヤの処理(ステップ702)に移行する。 Step 707) L is incremented by 1 (L = L + 1), and the process proceeds to the next layer process (Step 702).
すなわち、本発明の階層的復号部108では、デコーダの解像度や品質要求、また、処理速度などの要求に従って選択的に誤り訂正復号を行うことが可能となる。上記の2階層の例では、階層的行列Gを用いて式(2)を満たすように連立方程式を解くことにより復号が行われる。復号の手順は、一般的なLDPC(Low Density Parity Check)の消失訂正符号のデコードと同じ動作で実行され、行毎に1次連立方程式を解いていく動作を繰り返し行うことで実行される。但し、例えば、受信端末の要求からある階層データ、ここでは階層データ(uk1)のみを復号、すなわち、部分復号をしたい場合は、次式を1次連立方程式として解いて復号を実施すればよい。
That is, the
ステップ80) 選択的に復号されたデータは、一時的にメモリ(図示せず)に格納され、データ並べ替え部109によりデータの並べ替えを行う。
Step 80) The selectively decoded data is temporarily stored in a memory (not shown), and the
ステップ90) ヘッダ書き換え部110は、演算処理無しにヘッダ書き換え操作が行われ、JPEG2000等の一般的なデコーダで復号できるように変換される。 Step 90) The header rewriting unit 110 performs a header rewriting operation without any arithmetic processing, and converts it so that it can be decoded by a general decoder such as JPEG2000.
以上のようにして階層符号化データに対する階層的通信路符号化及び復号が行われる。 As described above, hierarchical channel encoding and decoding are performed on hierarchically encoded data.
なお、本発明では、階層が二つの場合を例に説明を行ったが、階層多数の場合に用意に拡張され、例えば、階層データが(uk1,uk2,uk3)、階層データ(uk1)と階層データ(uk2)の関係及び階層データ(uk1)と階層データ(uk3)の関係がそれぞれ強く階層データ(uk2)と階層データ(uk3)に関連性がない場合などは、下記の疎行列を用いて符号化及び復号が行われる。 In the present invention, the case where the number of hierarchies is two has been described as an example. However, the present invention is easily expanded when there are many hierarchies. For example, hierarchical data (u k1 , u k2 , u k3 ) and hierarchical data (u k1 ) and hierarchical data (u k2 ), and the hierarchical data (u k1 ) and hierarchical data (u k3 ) are strongly related, and the hierarchical data (u k2 ) and hierarchical data (u k3 ) are not related. Are encoded and decoded using the following sparse matrix.
説明のために、次のような疎行列を考える。 For the sake of explanation, consider the following sparse matrix.
上記のように、送信側の階層的通信路符号化装置20では、乱数に基づき生成した複数の疎行列Pからなる式(1)、(4)等で示される階層的疎行列Gを生成し、対象データを分割して生成した階層データuと階層的疎行列Gとの間で式(2)で表される排他的論理和演算を行うことにより、パリティデータcを求め、階層データu、パリティデータc、及び階層的疎行列Gを送信する。
As described above, the hierarchical communication
受信側の階層的通信路復号装置30では、受信した階層データu、パリティデータc、及び階層的疎行列Gを用いて、式(2)を満たすように連立方程式を解くことにより、エラー訂正及び復号を行う。
The hierarchical
また、階層データの部分復号を行う場合には、受信側では、受信した階層データu、パリティデータc、及び階層的疎行列Gのそれぞれ一部分を用いて、式(3)を満たすように連立方程式を解くことにより、エラー訂正及び復号を行う。 When performing partial decoding of hierarchical data, the receiving side uses simultaneous parts of the received hierarchical data u, parity data c, and hierarchical sparse matrix G to satisfy equation (3). By solving the above, error correction and decoding are performed.
このように、本発明の疎行列は階層データにより様々なバリエーションを持ち、その疎行列の作成方法はLDPC符号(非特許文献1)等の方法で作成される疎行列を用いることができる。 As described above, the sparse matrix of the present invention has various variations depending on the hierarchical data, and a sparse matrix created by a method such as an LDPC code (Non-Patent Document 1) can be used as a method for creating the sparse matrix.
なお、上記の階層的通信路符号化装置及び階層的通信路復号装置の動作をプログラムとして構築し、階層的通信路符号化装置、階層的通信路復号装置として利用されるコンピュータにインストールして実行する、または、ネットワークを介して流通させることが可能である。 The operation of the above-described hierarchical channel encoding device and hierarchical channel decoding device is constructed as a program, and is installed and executed on a computer used as the hierarchical channel encoding device and hierarchical channel decoding device. Or can be distributed via a network.
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications can be made within the scope of the claims.
本発明は、衛星ディジタル放送、インターネットでの通信、モバイル端末での通信等における誤り訂正技術に適用可能である。 The present invention is applicable to error correction techniques in satellite digital broadcasting, communication on the Internet, communication on mobile terminals, and the like.
10 情報源符号化装置
20 階層的符号化装置
30 階層的復号装置
40 情報源復号装置
50 階層データ合成装置
100 階層的通信路符号化システム
101 階層データ分割部
102 階層的符号化手段、階層的符号化部
103 乱数信号生成部
104 階層的疎行列生成手段、階層的符号化部
105 送信手段、送信モジュール
106 チャンネル
107 受信手段、受信モジュール
108 階層的復号手段、階層的復号部
109 データ並べ替え部
110 ヘッダ書き換え部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記階層的通信路符号化装置において、
複数の疎行列からなる階層的疎行列を生成する階層的疎行列生成ステップと、
対象データをスケーラビリティ機能毎に分割した階層データに対して前記階層的疎行列を用いパリティデータを求める階層的符号化ステップと、
前記階層データ、前記パリティデータ及び前記階層的疎行列を前記階層的通信路復号装置に送信する送信ステップと、を行い、
前記階層的通信路復号装置において、
前記階層的通信路符号化装置から送信されたデータを、前記階層的疎行列を用いて復号する階層的復号ステップ、
を行うことを特徴とする通信路符号化方法。 In a system composed of a hierarchical channel encoding device and a hierarchical channel decoding device, a channel encoding method for protecting hierarchically encoded data from errors,
In the hierarchical channel encoder,
A hierarchical sparse matrix generation step for generating a hierarchical sparse matrix composed of a plurality of sparse matrices;
A hierarchical encoding step for obtaining parity data using the hierarchical sparse matrix for hierarchical data obtained by dividing the target data for each scalability function;
Transmitting the hierarchical data, the parity data, and the hierarchical sparse matrix to the hierarchical channel decoding device, and
In the hierarchical channel decoding apparatus,
A hierarchical decoding step of decoding data transmitted from the hierarchical channel encoder using the hierarchical sparse matrix;
A communication path encoding method characterized by:
1つの階層データに対して、1つのパリティデータが生成されるよう前記階層的疎行列を生成するステップを行い、
前記階層的復号ステップにおいて、
前記階層的疎行列を用いて前記階層データと前記パリティデータを1対1で復号するステップを行う
請求項1記載の通信路符号化方法。 In the hierarchical sparse matrix generation step,
Performing the step of generating the hierarchical sparse matrix so that one parity data is generated for one hierarchical data;
In the hierarchical decoding step,
2. The channel coding method according to claim 1, wherein the step of decoding the hierarchical data and the parity data on a one-to-one basis using the hierarchical sparse matrix.
前記階層的疎行列を、該階層的疎行列の1部分または全てを1つのランダムな疎なグラフにより定義される行列を用いて生成し、
前記階層的復号ステップにおいて、
前記パリティデータを、1部分または全てを1つのランダムな疎なグラフにより定義された前記階層的疎行列の行列を用いて復号する
請求項1または2記載の通信路符号化方法。 In the hierarchical sparse matrix generation step,
Generating the hierarchical sparse matrix using one or all of the hierarchical sparse matrix defined by a matrix defined by one random sparse graph;
In the hierarchical decoding step,
The channel coding method according to claim 1 or 2, wherein a part or all of the parity data is decoded using a matrix of the hierarchical sparse matrix defined by one random sparse graph.
受信した前記データを選択的に復号する
請求項2記載の通信路符号化方法。 In the hierarchical decoding step,
The channel coding method according to claim 2, wherein the received data is selectively decoded.
前記階層的通信路符号化装置は、
複数の疎行列からなる階層的疎行列を生成する階層的疎行列生成手段と、
対象データをスケーラビリティ機能毎に分割した階層データに対して前記階層的疎行列を用いパリティデータを求める階層的符号化手段と、
前記階層データ、前記パリティデータ及び前記階層的疎行列を前記階層的通信路復号装置に送信する送信手段と、を有し、
前記階層的通信路復号装置は、
前記階層的通信路符号化装置から送信されたデータを、前記階層的疎行列を用いて復号する階層的復号手段を
有することを特徴とする階層的通信路符号化システム。 A system comprising a hierarchical channel encoding device and a hierarchical channel decoding device for protecting hierarchically encoded data from errors,
The hierarchical channel encoder is
A hierarchical sparse matrix generating means for generating a hierarchical sparse matrix composed of a plurality of sparse matrices;
Hierarchical encoding means for obtaining parity data using the hierarchical sparse matrix for hierarchical data obtained by dividing the target data for each scalability function;
Transmitting means for transmitting the hierarchical data, the parity data and the hierarchical sparse matrix to the hierarchical channel decoding device;
The hierarchical communication path decoding device comprises:
A hierarchical channel coding system comprising hierarchical decoding means for decoding data transmitted from the hierarchical channel coding apparatus using the hierarchical sparse matrix.
1つの階層データに対して、1つのパリティデータが生成されるよう前記階層的疎行列を生成する手段を含み、
前記階層的通信路復号装置の前記階層的復号手段は、
前記階層的疎行列を用いて前記階層データと前記パリティデータを1対1で復号する手段を含む
請求項5記載の通信路符号化システム。 The hierarchical sparse matrix generating means of the hierarchical channel encoding device comprises:
Means for generating the hierarchical sparse matrix so that one parity data is generated for one hierarchical data;
The hierarchical decoding means of the hierarchical channel decoding device comprises:
6. The channel coding system according to claim 5, further comprising means for decoding the hierarchical data and the parity data on a one-to-one basis using the hierarchical sparse matrix.
前記階層的疎行列を、該階層的疎行列の1部分または全てを1つのランダムな疎なグラフにより定義される行列を用いて生成する手段を含み、
前記階層的通信路復号装置の前記階層的復号手段は、
前記パリティデータを、1部分または全てを1つのランダムな疎なグラフにより定義された前記階層的疎行列の行列を用いて復号する手段を含む
請求項5または6記載の通信路符号化システム。 The hierarchical sparse matrix generating means of the hierarchical channel encoding device comprises:
Means for generating the hierarchical sparse matrix using a matrix defined by one random sparse graph for part or all of the hierarchical sparse matrix;
The hierarchical decoding means of the hierarchical channel decoding device comprises:
7. The channel coding system according to claim 5, further comprising means for decoding part or all of the parity data using the matrix of the hierarchical sparse matrix defined by one random sparse graph.
受信した前記データを選択的に復号する手段を含む
請求項6記載の通信路符号化システム。 The hierarchical decoding means of the hierarchical channel decoding device comprises:
The channel coding system according to claim 6, further comprising means for selectively decoding the received data.
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