JP2019004300A - Data number determination apparatus, data number determination method, and data number determination program - Google Patents

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Abstract

To determine the number of data referred to when data is compressed.SOLUTION: A data number determination apparatus includes a separation processing unit that separates each of a plurality of pieces of past data referred to for predicting prediction target data to be predicted included in the time series data into a plurality of pieces of data, a prediction unit that generates prediction data for each combination of the number of pieces of past data used for processing and data after separation, a difference calculation unit that performs processing of calculating a difference between prediction target data having a time correlation with the past data and prediction data for at least each of the pieces of data after the separation, for each candidate number of the past data used for the processing, and a data number determination unit that determines the number of pieces of past data on the basis of the difference obtained for each of the number candidates.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、データ数決定装置、データ数決定方法及びデータ数決定プログラムに関する。   The present invention relates to a data number determination device, a data number determination method, and a data number determination program.

多様かつ膨大なデータをサンプリング時刻ごとに取得することが、ネットワーク技術及びセンシング技術の進歩によって可能となっている。サンプリング時刻ごとに取得することが可能なデータの一つとして、空間における位置情報を含む多次元の時系列データ(以下「空間情報データ」という。)がある。空間情報データは、例えば、センシング機器としての携帯端末の位置情報と携帯端末の利用者の統計情報とを含む時系列データ、センシング機器としてのカーナビゲーションシステムの車両の位置情報と車両の利用者の統計情報とを含む時系列データ、交通系ICカードの利用者が通過した改札機の位置情報と交通系ICカードの利用者の統計情報とを含む時系列データである。   Acquisition of various and enormous data at each sampling time has become possible due to advances in network technology and sensing technology. One type of data that can be acquired at each sampling time is multidimensional time-series data (hereinafter referred to as “spatial information data”) including position information in space. The spatial information data is, for example, time-series data including the position information of the mobile terminal as the sensing device and the statistical information of the user of the mobile terminal, the position information of the vehicle of the car navigation system as the sensing device and the user of the vehicle Time-series data including statistical information, time-series data including location information of a ticket gate through which a user of a traffic IC card has passed and statistical information of a user of a traffic IC card.

空間情報データは、マーケティング、インフラ整備、都市開発及び災害支援等に利用されることが期待されている。これらの分野における利用に際しては、利用形態に応じて空間情報データの分析が高精度に行われることで、空間情報データの意味が検討される。データ分析装置は、空間情報データを高精度に分析するために、大量の空間情報データを取得及び蓄積する。   Spatial information data is expected to be used for marketing, infrastructure development, urban development and disaster support. When used in these fields, the meaning of the spatial information data is examined by analyzing the spatial information data with high accuracy according to the usage form. The data analyzer acquires and accumulates a large amount of spatial information data in order to analyze the spatial information data with high accuracy.

取得される空間情報データのデータ量の増加は、空間情報データの蓄積に必要なコストの増加を招く。このため、蓄積される空間情報データは、効率的に圧縮される必要がある。データを圧縮する装置であるデータ圧縮装置は、蓄積される空間情報データを効率的に圧縮するために、空間情報データにおける時間方向の相関を利用することができる。   An increase in the amount of acquired spatial information data leads to an increase in cost necessary for storing the spatial information data. For this reason, the accumulated spatial information data needs to be efficiently compressed. A data compression device, which is a device for compressing data, can use the correlation in the time direction in the spatial information data in order to efficiently compress the accumulated spatial information data.

空間情報データは、画像で表現される場合がある。例えば、空間情報データは、棒グラフが分布している地図を表す画像で表現される場合がある。データ圧縮装置は、音声又は画像の符号化規格に基づいて、空間情報データの時間方向の相関をモデル化する。データ圧縮装置は、モデル化された時間方向の相関を利用して、空間情報データを圧縮する(非特許文献1参照)。   Spatial information data may be represented by an image. For example, the spatial information data may be expressed as an image representing a map in which bar graphs are distributed. The data compression apparatus models the correlation in the time direction of the spatial information data based on the audio or image coding standard. The data compression apparatus compresses the spatial information data using the modeled correlation in the time direction (see Non-Patent Document 1).

“H.265/HEVC教科書”,株式会社インプレスジャパン,pp.23“H.265 / HEVC textbook”, Impress Japan, pp. 23

しかしながら、音声又は画像のフレームの圧縮技術において利用される時間方向の相関は、空間情報データの時間方向の相関には当てはまらない場合がある。このため、データ圧縮装置は、音声又は画像の符号化の圧縮技術を空間情報データの圧縮に単に転用したのでは、音声又は画像のフレームのデータを効率的に圧縮することができない。また、データ圧縮装置は、未来の事象に対して先手を打つことができない。   However, the temporal correlation used in the audio or image frame compression technique may not apply to the temporal correlation of spatial information data. For this reason, the data compression apparatus cannot simply compress the audio or image frame data simply by diverting the compression technique for encoding the audio or image to the compression of the spatial information data. Also, the data compression device cannot take the lead against future events.

音声又は画像のフレームのデータをデータ圧縮装置が効率的に圧縮し、未来の事象に対してデータ圧縮装置が先手を打つには、データの圧縮の際にデータ圧縮装置が参照するフレームの数が決定される必要がある。すなわち、従来の装置は、データ圧縮装置が参照するデータの個数を決定する必要がある。しかしながら、従来の装置は、データの圧縮の際に参照されるデータの個数を決定することができない、という問題があった。   In order for the data compression apparatus to efficiently compress the data of the audio or image frame and to take the lead against future events, the number of frames that the data compression apparatus refers to when compressing the data. Need to be determined. In other words, the conventional apparatus needs to determine the number of data referred to by the data compression apparatus. However, the conventional apparatus has a problem that the number of data to be referred to at the time of data compression cannot be determined.

上記事情に鑑み、本発明は、データの圧縮の際に参照されるデータの個数を決定することが可能であるデータ数決定装置、データ数決定方法及びデータ数決定プログラムを提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a data number determination device, a data number determination method, and a data number determination program capable of determining the number of data referred to when data is compressed. Yes.

本発明の一態様は、時系列データに含まれている、予測する対象である予測対象データを予測するために参照される、複数の過去データそれぞれを複数のデータに分離する分離処理部と、処理に用いる過去データの個数と、分離後のデータとの組み合わせ毎に予測データを生成する予測部と、前記過去データとの時間相関を有する予測対象データと、前記予測データとの差を少なくとも分離後のデータそれぞれに対して算出する処理を、前記処理に用いる過去データの個数の候補毎に行う差算出部と、前記個数の候補毎に得られた前記差に基づいて、前記過去データの個数を決定するデータ数決定部と、を備えるデータ数決定装置である。   One aspect of the present invention is a separation processing unit that separates each of a plurality of past data into a plurality of data, which is referred to in order to predict the prediction target data that is included in the time-series data. A prediction unit that generates prediction data for each combination of the number of past data used for processing and separated data, prediction target data having a temporal correlation with the past data, and at least a difference between the prediction data Based on the difference calculated for each candidate of the number of past data used for the processing, and the difference obtained for each of the number of candidates, the number of the past data is calculated for each subsequent data. And a data number determining unit that determines the number of data.

本発明の一態様は、上記のデータ数決定装置であって、前記データ数決定部は、前記分離後のデータそれぞれの差の和が最小となる前記過去データの個数を決定する。   One aspect of the present invention is the above-described data number determination device, wherein the data number determination unit determines the number of the past data that minimizes the sum of the differences between the separated data.

本発明の一態様は、上記のデータ数決定装置であって、前記過去データを分離する位置を決定する分離位置決定部をさらに備え、前記分離位置決定部は、分離する位置の候補で前記過去データを分離した際に得られる前記分離後の信号それぞれの差の和が最小となる分離位置を決定する。   One aspect of the present invention is the data number determination device described above, further including a separation position determination unit that determines a position at which the past data is separated, wherein the separation position determination unit is a candidate for a position to be separated. A separation position at which the sum of differences between the separated signals obtained when the data is separated is minimized.

本発明の一態様は、データの個数を決定するデータ数決定装置が実行するデータ数決定方法であって、時系列データに含まれている、予測する対象である予測対象データを予測するために参照される、複数の過去データそれぞれを複数のデータに分離する分離処理ステップと、処理に用いる過去データの個数と、分離後のデータとの組み合わせ毎に予測データを生成する予測ステップと、前記過去データとの時間相関を有する予測対象データと、前記予測データとの差を少なくとも分離後のデータそれぞれに対して算出する処理を、前記処理に用いる過去データの個数の候補毎に行う差算出ステップと、前記個数の候補毎に得られた前記差に基づいて、前記過去データの個数を決定するデータ数決定ステップと、を有するデータ数決定方法である。   One aspect of the present invention is a data number determination method executed by a data number determination device that determines the number of data, in order to predict prediction target data, which is a target to be included, included in time-series data. A separation processing step for separating each of a plurality of past data to be referred to, a prediction step for generating prediction data for each combination of the number of past data used in the processing and the separated data, and the past A difference calculation step of performing, for each candidate of the number of past data used in the process, a process of calculating a difference between the prediction target data having a temporal correlation with the data and each of the separated data at least after separation. A data number determination method for determining the number of the past data based on the difference obtained for each of the number candidates. That.

本発明の一態様は、コンピュータに、時系列データに含まれている、予測する対象である予測対象データを予測するために参照される、複数の過去データそれぞれを複数のデータに分離する分離処理ステップと、処理に用いる過去データの個数と、分離後のデータとの組み合わせ毎に予測データを生成する予測ステップと、前記過去データとの時間相関を有する予測対象データと、前記予測データとの差を少なくとも分離後のデータそれぞれに対して算出する処理を、前記処理に用いる過去データの個数の候補毎に行う差算出ステップと、前記個数の候補毎に得られた前記差に基づいて、前記過去データの個数を決定するデータ数決定ステップと、を実行させるためのデータ数決定プログラムである。   One embodiment of the present invention is a computer that separates each of a plurality of past data into a plurality of pieces of data, which is referred to in order to predict prediction target data included in time-series data. The difference between the prediction data, the prediction step for generating prediction data for each combination of the step, the number of past data used for processing, and the separated data, the prediction target data having a temporal correlation with the past data, and the prediction data Is calculated for each candidate of the number of past data used in the process, and the past is calculated based on the difference obtained for each of the number of candidates. A data number determination program for executing a data number determination step for determining the number of data.

本発明により、データの圧縮の際に参照されるデータの個数を決定することが可能である。   According to the present invention, it is possible to determine the number of data to be referred to when compressing data.

第1実施形態における、予報装置の構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of the forecast apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における、予測処理及び予報処理の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the prediction process and the forecast process in 1st Embodiment. 第1実施形態における、仮想予報処理の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the virtual forecast process in 1st Embodiment. 第1実施形態における、参照フレームを含むフレーム群の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the frame group containing a reference frame in 1st Embodiment. 第1実施形態における、予報装置の動作の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of operation | movement of the forecast apparatus in 1st Embodiment. 第2実施形態における、予報装置の構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of the forecast apparatus in 2nd Embodiment. 第2実施形態における、予報装置の動作の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of operation | movement of the forecast apparatus in 2nd Embodiment. 第2実施形態における、予報装置の動作の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of operation | movement of the forecast apparatus in 2nd Embodiment. 第3実施形態における、予報装置の構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of the forecast apparatus in 3rd Embodiment. 第3実施形態における、クラスに基づく予報処理の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the forecast process based on a class in 3rd Embodiment. 第3実施形態における、クラスに基づく予報処理の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the forecast process based on a class in 3rd Embodiment. 第3実施形態における、予報装置の動作の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of operation | movement of the forecast apparatus in 3rd Embodiment. 第3実施形態における、予報装置の動作の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of operation | movement of the forecast apparatus in 3rd Embodiment.

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、予報装置1の構成の例を示す図である。予報装置1は、時系列データを構成する過去のデータに基づいて未来のデータを予測する情報処理装置である。予報装置1は、未来のデータを表す予報信号を、データ圧縮装置等である他装置に通知する。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of the forecasting device 1. The forecasting device 1 is an information processing device that predicts future data based on past data constituting time-series data. The forecasting device 1 notifies forecast signals representing future data to other devices such as data compression devices.

予報装置1は、入力信号記憶部10と、次数更新部11と、予測係数算出部12と、仮想予報信号生成部13と、仮想予報誤差算出部14と、仮想予報誤差最小化判定部15と、仮想予報誤差最小値記憶部16と、最適次数記憶部17と、予測係数決定部18と、予報信号生成部19とを備える。   The forecasting apparatus 1 includes an input signal storage unit 10, an order update unit 11, a prediction coefficient calculation unit 12, a virtual forecast signal generation unit 13, a virtual forecast error calculation unit 14, and a virtual forecast error minimization determination unit 15. The virtual forecast error minimum value storage unit 16, the optimum order storage unit 17, the prediction coefficient determination unit 18, and the forecast signal generation unit 19 are provided.

予報装置1は、次数更新部11と、予測係数算出部12と、仮想予報信号生成部13と、仮想予報誤差算出部14と、仮想予報誤差最小化判定部15と、仮想予報誤差最小値記憶部16とを、データの個数を決定する装置であるデータ数決定装置2として備える。予報装置1は、入力信号記憶部10と、最適次数記憶部17と、予測係数決定部18と、予報信号生成部19とのうち少なくとも一つを、データ数決定装置2の機能部として備えてもよい。データの個数とは、例えば、音声又は画像のフレームの枚数である。以下では、データの個数は、一例として画像のフレームの枚数である。   The forecasting apparatus 1 includes an order update unit 11, a prediction coefficient calculation unit 12, a virtual forecast signal generation unit 13, a virtual forecast error calculation unit 14, a virtual forecast error minimization determination unit 15, and a virtual forecast error minimum value storage. The unit 16 is provided as the data number determination device 2 which is a device for determining the number of data. The prediction device 1 includes at least one of the input signal storage unit 10, the optimal order storage unit 17, the prediction coefficient determination unit 18, and the prediction signal generation unit 19 as a function unit of the data number determination device 2. Also good. The number of data is, for example, the number of audio or image frames. In the following, the number of data is the number of frames of an image as an example.

予報装置1の各機能部の一部又は全部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。記憶部は、例えば、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の不揮発性の記録媒体(非一時的な記録媒体)を有する。各機能部の一部又は全部は、例えば、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。   Part or all of the functional units of the forecasting device 1 is realized by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) executing a program stored in the storage unit. The storage unit includes, for example, a nonvolatile recording medium (non-temporary recording medium) such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device. Some or all of the functional units may be realized by using hardware such as LSI (Large Scale Integration) or ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

入力信号記憶部10は、複数のフレームを時系列データとして記憶する。例えば、入力信号記憶部10は、複数のフレームを空間情報データとして記憶する。各フレームは、フレームごとにN個のブロックに分割されている。ブロックの形状は矩形である。データ数決定装置2は、予測処理及び予報処理をブロックごとに実行する。   The input signal storage unit 10 stores a plurality of frames as time series data. For example, the input signal storage unit 10 stores a plurality of frames as spatial information data. Each frame is divided into N blocks for each frame. The shape of the block is a rectangle. The data number determination device 2 executes a prediction process and a forecast process for each block.

図2は、予測処理及び予報処理の例を示す図である。図2では、複数のフレーム100のうち現時刻のフレームは、フレーム100−tである。以下、画素値が予測される対象のフレームを「予測対象フレーム」という。フレーム100同士の時間間隔は、例えば、1分間等の単位時間長である。
[予測処理]
予測処理とは、予測対象フレームと予測対象フレームよりも過去のフレーム100とに基づいて、データ数決定装置2が予測対象フレームの画素値をブロックごとに生成する処理である。図2では、データ数決定装置2は、フレーム100−tのフレーム内の参照結果と過去のフレーム100−(t−1)等とに基づいて、フレーム100−tの画素値をブロックごとに生成する。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of prediction processing and prediction processing. In FIG. 2, the frame at the current time among the plurality of frames 100 is a frame 100-t. Hereinafter, a target frame for which a pixel value is predicted is referred to as a “prediction target frame”. The time interval between the frames 100 is a unit time length such as 1 minute, for example.
[Prediction processing]
The prediction process is a process in which the data number determination device 2 generates the pixel value of the prediction target frame for each block based on the prediction target frame and the frame 100 that is earlier than the prediction target frame. In FIG. 2, the data number determination device 2 generates the pixel value of the frame 100-t for each block based on the reference result in the frame 100-t and the past frame 100- (t-1) or the like. To do.

図1に示された次数更新部11は、予測処理及び予報処理に用いられる次数である予報次数pを、p=1,…,Pの順に更新する。Pは、予め定められた次数である。予測係数算出部12は、フレーム100−tの直前のフレーム100−(t−1)を、入力信号記憶部10から読み込む。予測係数算出部12は、次数更新部11によって更新された予報次数pにより定まる1枚以上のフレーム100を、参照フレームとして入力信号記憶部10から読み込む。   The order update unit 11 shown in FIG. 1 updates the forecast order p, which is the order used for the prediction process and the forecast process, in the order of p = 1,. P is a predetermined order. The prediction coefficient calculation unit 12 reads the frame 100-(t−1) immediately before the frame 100 -t from the input signal storage unit 10. The prediction coefficient calculation unit 12 reads one or more frames 100 determined by the prediction order p updated by the order update unit 11 from the input signal storage unit 10 as a reference frame.

予測係数算出部12は、式(1)に示す線形モデルに基づいて、フレーム100−tの直前のフレーム100−(t−1)のブロックごとに予測処理を実行する。以下では、表記を簡単にするため、フレームのデータは一次元信号として表現される。   The prediction coefficient calculation unit 12 performs a prediction process for each block of the frame 100- (t−1) immediately before the frame 100-t based on the linear model shown in Expression (1). In the following, in order to simplify the notation, the frame data is expressed as a one-dimensional signal.

Figure 2019004300
Figure 2019004300

ここで、f(x,t)は、フレーム100−t内の位置xの画素の画素値を表す。xは、0≦x≦X−1の範囲の値を表す。Xは、画素値について予め定められた値を表す。tは、0≦t≦T−1の範囲の値を表す。Tは、時間について予め定められた値を表す。式(1)におけるpは、予測処理に用いられる次数である予測次数を表す。予測次数pは、予測処理の際に参照されるフレーム100の数を表す。予測次数は、予報次数と等しい。   Here, f (x, t) represents the pixel value of the pixel at the position x in the frame 100-t. x represents a value in the range of 0 ≦ x ≦ X−1. X represents a predetermined value for the pixel value. t represents a value in the range of 0 ≦ t ≦ T−1. T represents a predetermined value for time. P in Formula (1) represents the prediction order which is the order used for the prediction process. The prediction order p represents the number of frames 100 referred to in the prediction process. The predicted order is equal to the predicted order.

以下では、数式において文字の上に記載されている記号「^」は、文字の直前に記載される。^f(x,t)は、予測対象フレームであるフレーム100−tを表す。a(t),a(t),…,a(t)は、予測処理に用いられる係数である予測係数をそれぞれ表す。以下では、a(t),a(t),…,a(t)を、a(t)と略記する。フレーム100内におけるi番目のブロックは、式(2)を満たす。 In the following, the symbol “^” written on the character in the mathematical expression is written immediately before the character. ^ F p (x, t) represents a frame 100-t that is a prediction target frame. a 0 (t), a 1 (t),..., a p (t) respectively represent prediction coefficients that are coefficients used in the prediction process. In the following, a 0 (t), a 1 (t), ..., a p a (t), referred to as a p (t). The i-th block in the frame 100 satisfies Expression (2).

Figure 2019004300
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図1に示された予測係数決定部18は、フレーム100−tを予測対象フレームとした場合における予測誤差を最小化するp次の予測係数を算出する。同様に、予測係数算出部12は、フレーム100−(t−1)を予測対象フレームとした場合における予測誤差を最小化するp次の予測係数を算出する。予測誤差を最小化するとは、例えば、予測誤差を閾値以下にすることである。予測係数算出部12は、フレーム100−(t−1)を予測対象フレームとした場合について、式(3)のように表される予測誤差Eを最小化するように、予測係数を定める。 The prediction coefficient determination unit 18 illustrated in FIG. 1 calculates a p-th order prediction coefficient that minimizes a prediction error when the frame 100-t is a prediction target frame. Similarly, the prediction coefficient calculation unit 12 calculates a p-th order prediction coefficient that minimizes a prediction error when the frame 100- (t−1) is a prediction target frame. Minimizing the prediction error means, for example, setting the prediction error to a threshold value or less. Prediction coefficient calculation unit 12, the case of a prediction target frame frame 100- (t-1), so as to minimize the prediction error E p represented by the equation (3), defining a prediction coefficient.

Figure 2019004300
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予測係数決定部18は、フレーム100−tを予測対象フレームとした場合における予測誤差Eを最小化するp次の予測パラメータを、式(4)、式(5)及び式(6)に基づいて算出する。同様に、予測係数算出部12は、フレーム100−(t−1)を予測対象フレームとした場合における予測誤差Eを最小化するp次の予測パラメータを、式(4)、式(5)及び式(6)に基づいて算出する。 Prediction coefficient determining unit 18, based on the order p prediction parameters that minimize the prediction error E p in the case where the prediction target frame frame 100-t, the equation (4), (5) and (6) To calculate. Similarly, the prediction coefficient calculation unit 12, a p-th order prediction parameters that minimize the prediction error E p in the case where the prediction target frame frame 100- (t-1), formula (4), (5) And it calculates based on Formula (6).

Figure 2019004300
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Figure 2019004300
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Figure 2019004300
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なお、式(4)の解として求められた予測係数a(t)は、フレーム100−tを予測対象フレームとした場合に予測誤差を最小化するp次の予測係数を表す。例えば、p=1である場合、式(4)は、式(7)のように表される。 Note that the prediction coefficient a p (t) obtained as a solution of Expression (4) represents a p-th order prediction coefficient that minimizes a prediction error when the frame 100-t is a prediction target frame. For example, when p = 1, Expression (4) is expressed as Expression (7).

Figure 2019004300
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p=1である場合、予測係数a(t)は、式(7)の解として、式(8)のように表される。 When p = 1, the prediction coefficient a p (t) is expressed as Equation (8) as a solution of Equation (7).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

ここで、Δは、式(9)のように表される。   Here, Δ is expressed as in Expression (9).

Figure 2019004300
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[予報処理]
予報処理とは、予測対象フレームよりも後の未来のフレームに基づくことなく、予測対象フレーム以前の過去のフレームに基づいて、予測対象フレームよりも後の未来のフレームである予報対象フレームの画素値をブロックごとに生成する処理である。図2では、データ数決定装置2は、未来のフレーム100−(t+1)に基づくことなく、フレーム100−t以前の過去のフレーム100の画素値に基づいて、未来のフレーム100−(t+1)の画素値をブロックごとに生成する。
[Forecast processing]
The forecast process is based on the past frame before the prediction target frame, based on the future frame after the prediction target frame, and the pixel value of the prediction target frame that is the future frame after the prediction target frame. Is generated for each block. In FIG. 2, the data number determination device 2 does not depend on the future frame 100-(t + 1), but based on the pixel values of the past frame 100 before the frame 100 -t, A pixel value is generated for each block.

図1に示された予報信号生成部19は、予報処理における予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の予報処理の結果を表す予報信号を、式(4)の解として得られた予測係数a(t)に基づいて式(10)のように生成する。以下、予報対象フレームの直前のフレーム100−tについての予報処理を「仮想予報処理」という。仮想予報信号生成部13は、フレーム100−tの仮想予報処理の結果を表す仮想予報信号を、同様に生成する。 The prediction signal generator 19 shown in FIG. 1 uses the prediction signal representing the result of the prediction processing of the frame 100- (t + 1), which is the prediction target frame in the prediction processing, as a solution of the equation (4). It produces | generates like Formula (10) based on ap (t). Hereinafter, the prediction processing for the frame 100-t immediately before the prediction target frame is referred to as “virtual prediction processing”. The virtual forecast signal generation unit 13 similarly generates a virtual forecast signal that represents the result of the virtual forecast process for the frame 100-t.

Figure 2019004300
Figure 2019004300

予報信号生成部19は、フレーム100−(t+1)の予報誤差を、式(11)のように算出する。同様に、仮想予報誤差算出部14は、フレーム100−tの仮想予報誤差を算出する。   The forecast signal generator 19 calculates the forecast error of the frame 100- (t + 1) as shown in Expression (11). Similarly, the virtual forecast error calculation unit 14 calculates a virtual forecast error of the frame 100-t.

Figure 2019004300
Figure 2019004300

図3は、仮想予報処理の例を示す図である。図3では、データ数決定装置2は、フレーム100−tの画素値をフレーム内参照することなく、フレーム100−tの画素値をブロックごとに生成する。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the virtual forecast process. In FIG. 3, the data number determination device 2 generates the pixel value of the frame 100-t for each block without referring to the pixel value of the frame 100-t within the frame.

仮想予報信号生成部13は、予報次数pにより定まる1枚以上の参照フレームと、予測係数算出部12が算出した予測係数とを読み込む。仮想予報信号生成部13は、予測係数と参照フレームとに基づいて、フレーム100−tについて仮想予報処理を実行する。仮想予報信号生成部13は、フレーム100−tについて仮想予報処理を実行した結果を表す仮想予報信号を生成する。   The virtual forecast signal generation unit 13 reads one or more reference frames determined by the forecast order p and the prediction coefficient calculated by the prediction coefficient calculation unit 12. The virtual forecast signal generation unit 13 executes a virtual forecast process for the frame 100-t based on the prediction coefficient and the reference frame. The virtual forecast signal generation unit 13 generates a virtual forecast signal representing the result of executing the virtual forecast process for the frame 100-t.

[予報次数の適応選択]
式(10)の予報処理に用いられる次数である予報次数pの設定法(データの個数の決定法)を説明する。予測係数算出部12は、予報次数pを次数更新部11から取得する。予測係数算出部12は、フレーム100−(t−1)を予測対象フレームとした場合における予測誤差を最小化するp次の予測係数a(t−1)を算出する。
[Adaptive selection of forecast order]
A method for setting the forecast order p, which is the order used in the forecast process of Equation (10), will be described. The prediction coefficient calculation unit 12 acquires the forecast order p from the order update unit 11. The prediction coefficient calculation unit 12 calculates a p-order prediction coefficient a p (t−1) that minimizes a prediction error when the frame 100- (t−1) is a prediction target frame.

仮想予報信号生成部13は、予報対象フレームの直前のフレーム100−tにおいて予測誤差を最小化する予測係数を、フレーム100−(t+1)の予報処理に用いられる予報係数とする。なお、予測処理における予測誤差は、予測処理における予測次数の増加に応じて減少する。しかしながら、予報処理における予報誤差と予報処理における予報次数pとの関係は、明らかではない。   The virtual forecast signal generation unit 13 sets a prediction coefficient that minimizes a prediction error in the frame 100-t immediately before the prediction target frame as a prediction coefficient used for the prediction process of the frame 100- (t + 1). Note that the prediction error in the prediction process decreases as the prediction order increases in the prediction process. However, the relationship between the forecast error in the forecast process and the forecast order p in the forecast process is not clear.

仮想予報信号生成部13は、予報処理における予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)について予報処理を実行する代わりに、予報対象フレームの直前のフレーム100−tについて予報処理を実行する。すなわち、仮想予報信号生成部13は、フレーム100−tについて仮想予報処理を実行する。仮想予報信号生成部13は、フレーム100−tについて仮想予報処理を実行した結果を表す仮想予報信号を生成する。   The virtual forecast signal generation unit 13 executes the forecast process for the frame 100-t immediately before the forecast target frame, instead of executing the forecast process for the frame 100- (t + 1) that is the forecast target frame in the forecast process. That is, the virtual forecast signal generation unit 13 performs a virtual forecast process for the frame 100-t. The virtual forecast signal generation unit 13 generates a virtual forecast signal representing the result of executing the virtual forecast process for the frame 100-t.

仮想予報誤差算出部14は、入力信号記憶部10から得られたフレーム100−tと、フレーム100−tを表す仮想予報信号との予報誤差(以下「仮想予報誤差」という。)を算出する。仮想予報誤差算出部14は、p次の予測係数a(t−1)に基づいて、仮想予報処理においてフレーム100−tを予報対象フレームとした場合について、p次の仮想予報誤差を算出する。 The virtual forecast error calculation unit 14 calculates a forecast error (hereinafter referred to as “virtual forecast error”) between the frame 100-t obtained from the input signal storage unit 10 and the virtual forecast signal representing the frame 100-t. The virtual forecast error calculation unit 14 calculates a p-th order virtual forecast error when the frame 100-t is set as a forecast target frame in the virtual forecast process based on the p-th order prediction coefficient a p (t−1). .

仮想予報誤差最小化判定部15は、算出された仮想予報誤差と仮想予報誤差の暫定最小値との大きさを比較する。仮想予報誤差最小化判定部15は、仮想予報誤差の大きさを予報次数pごとに比較することによって、仮想予報誤差を最小化する予報次数pを式(12)のように定める。 The virtual forecast error minimizing determination unit 15 compares the calculated virtual forecast error with the provisional minimum value of the virtual forecast error. The virtual forecast error minimizing determination unit 15 determines the forecast order p * that minimizes the virtual forecast error as shown in Expression (12) by comparing the magnitude of the virtual forecast error for each forecast order p.

Figure 2019004300
Figure 2019004300

仮想予報誤差最小化判定部15は、算出された仮想予報誤差が仮想予報誤差の暫定最小値よりも小さい場合、仮想予報誤差の暫定最小値よりも小さい仮想予報誤差を、仮想予報誤差の暫定最小値として仮想予報誤差最小値記憶部16に記録する。仮想予報誤差最小化判定部15は、算出された仮想予報誤差が仮想予報誤差の暫定最小値よりも小さい場合、予報次数pを最適次数記憶部17に記録する。このようにして、仮想予報誤差最小化判定部15は、フレーム100−tの仮想予報誤差に基づいて、最適な予報次数pを推定する。 When the calculated virtual forecast error is smaller than the provisional minimum value of the virtual forecast error, the virtual forecast error minimization determination unit 15 determines the virtual forecast error that is smaller than the provisional minimum value of the virtual forecast error as the provisional minimum of the virtual forecast error. The value is recorded in the virtual forecast error minimum value storage unit 16 as a value. The virtual forecast error minimizing determination unit 15 records the forecast order p in the optimum order storage unit 17 when the calculated virtual forecast error is smaller than the provisional minimum value of the virtual forecast error. In this way, the virtual forecast error minimizing determination unit 15 estimates the optimal forecast order p * based on the virtual forecast error of the frame 100-t.

仮想予報誤差最小値記憶部16は、仮想予報誤差の暫定最小値を記憶する。最適次数記憶部17は、最適な予報次数pを記憶する。予報信号生成部19は、式(12)により定められた予報次数pと式(10)とに基づいて、フレーム100−(t+1)について予報処理を実行する。 The virtual forecast error minimum value storage unit 16 stores a provisional minimum value of the virtual forecast error. The optimum order storage unit 17 stores the optimum forecast order p * . The forecast signal generation unit 19 executes the forecast process for the frame 100- (t + 1) based on the forecast order p * determined by the formula (12) and the formula (10).

[周期的相関の利用]
仮想予報信号生成部13は、現時刻を含む周期における各フレーム100を、仮想予報処理において参照してもよい。仮想予報信号生成部13は、現時刻を含む周期よりも前の周期における各フレーム100(非近傍フレーム)を、仮想予報処理において参照してもよい。
[Use of periodic correlation]
The virtual forecast signal generation unit 13 may refer to each frame 100 in a cycle including the current time in the virtual forecast process. The virtual forecast signal generation unit 13 may refer to each frame 100 (non-neighboring frame) in the cycle before the cycle including the current time in the virtual forecast process.

仮想予報信号生成部13は、時系列データの周期性に基づいて、非近傍フレームを仮想予報処理において参照する。フレーム100−tの現時刻の1周期前からM周期前までにおける各フレーム100と各フレーム100の近傍のフレームとを参照する予報処理は、式(13)のように表される。   The virtual forecast signal generation unit 13 refers to the non-neighboring frame in the virtual forecast process based on the periodicity of the time series data. Prediction processing that refers to each frame 100 and a frame in the vicinity of each frame 100 from one cycle before the current time of the frame 100-t to M cycles before is represented as Equation (13).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

ここで、Dは、例えば、1日間、1週間、1か月間、一年間等の周期を表す。仮想予報信号生成部13は、式(13)に基づいて、フレーム100−tのM周期前のフレーム100−(t−M×D)を含む近傍の(2p+1)個のフレームを参照する。pは、式(14)を満たす。 Here, D represents a cycle such as one day, one week, one month, one year, or the like. Based on the equation (13), the virtual forecast signal generation unit 13 refers to (2p m +1) frames in the vicinity including the frame 100- (t−M × D) that is M cycles before the frame 100-t. . p m satisfies the expression (14).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

仮想予報信号生成部13は、予報対象フレームの直前のフレーム100−tにおいて予測誤差を最小化する予測係数を、フレーム100−(t+1)の予報処理に用いられる予報係数とする。仮想予報誤差算出部14は、フレーム100−tにおける予測誤差を、式(15)のように算出する。   The virtual forecast signal generation unit 13 sets a prediction coefficient that minimizes a prediction error in the frame 100-t immediately before the prediction target frame as a prediction coefficient used for the prediction process of the frame 100- (t + 1). The virtual prediction error calculation unit 14 calculates the prediction error in the frame 100-t as shown in Expression (15).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

ここで、^f(x,t,a(t))は、式(16)のように表される。 Here, ƒ p (x, t, a p (t)) is expressed as in Expression (16).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

[予報次数の適応選択(周期的相関の利用)]
式(13)に基づく予報処理に用いられる次数である予報次数pの設定法(データの個数の決定法)を説明する。図1に示された機能部である次数更新部11は、予報処理に用いられる次数である予報次数pを、p=1,…,Pの順に更新する。予測係数算出部12は、フレーム100−(t−1)を予測対象フレームとした場合における予測誤差を最小化するp次の予測係数a(t−1)を算出する。仮想予報信号生成部13は、フレーム100−tについて仮想予報処理を実行する。
[Adaptive selection of forecast order (use of periodic correlation)]
A method for setting the forecast order p, which is the order used in the forecast process based on the equation (13), will be described. 1 updates the forecast order p, which is the order used for the forecast process, in the order of p = 1,... The prediction coefficient calculation unit 12 calculates a p-order prediction coefficient a p (t−1) that minimizes a prediction error when the frame 100- (t−1) is a prediction target frame. The virtual forecast signal generation unit 13 executes a virtual forecast process for the frame 100-t.

仮想予報誤差算出部14は、p次の予測係数a(t−1)に基づいて、フレーム100−tを予報対象フレームとした場合について、p次の仮想予報誤差を算出する。仮想予報誤差最小化判定部15は、仮想予報誤差の大きさを予報次数pごとに比較することによって、仮想予報誤差を最小化する予報次数pを式(17)のように定める。 The virtual forecast error calculation unit 14 calculates a p -th order virtual forecast error in the case where the frame 100-t is a prediction target frame based on the p-th order prediction coefficient a p (t−1). The virtual forecast error minimizing determination unit 15 compares the magnitude of the virtual forecast error for each forecast order p to determine the forecast order p * that minimizes the virtual forecast error as shown in Equation (17).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

予測係数決定部18は、最適次数記憶部17に記憶されている予報次数pを、予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の予報処理において使用する予報次数として設定する。予測係数決定部18は、フレーム100−tと予報次数pにより定まる参照フレームとに基づいて、式(3)のように表される予測誤差Eを最小化するように、フレーム100−tの予測係数を算出する。 The prediction coefficient determination unit 18 sets the prediction order p * stored in the optimum order storage unit 17 as the prediction order used in the prediction process of the frame 100- (t + 1) that is the prediction target frame. Prediction coefficient determining unit 18, based on the reference frame determined as the frame 100-t by forecast orders p *, so as to minimize the prediction error E p of represented by the equation (3), the frame 100-t The prediction coefficient is calculated.

予報信号生成部19は、予報次数pにより定まる1枚以上の参照フレームと予測係数とに基づいて、予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の予報信号を生成する。予報信号生成部19は、式(17)により定まる予報次数pに基づいて、式(13)のように予報処理を実行する。 The forecast signal generation unit 19 generates a forecast signal of the frame 100- (t + 1), which is the forecast target frame, based on one or more reference frames determined by the forecast order p * and the prediction coefficient. The forecast signal generation unit 19 executes forecast processing as shown in formula (13) based on the forecast order p * determined by formula (17).

図4は、参照フレームを含むフレーム群の例を示す図である。時系列データは、周期的な時間相関を互いに有する複数のフレーム100を含む。参照フレームを含むフレーム群200は、例えば、同日においてフレーム100−(t+1)に連続する各フレーム100から構成される。同日のフレーム群200は、周期的な時間相関を互いに有する場合がある。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a frame group including a reference frame. The time-series data includes a plurality of frames 100 having a periodic time correlation with each other. The frame group 200 including the reference frame includes, for example, the frames 100 that are continuous with the frame 100- (t + 1) on the same day. The frame group 200 on the same day may have a periodic time correlation with each other.

参照フレームを含むフレーム群201は、例えば、異なる日においてフレーム100−(t+1)の時刻と同じ時刻の各フレーム100から構成されてもよい。異なる日の同じ時刻のフレーム群201は、周期的な時間相関を互いに有する場合がある。参照フレームを含むフレーム群202は、例えば、異なる日においてフレーム100−(t+1)の時刻とは異なる時刻の各フレーム100から構成されてもよい。異なる日の異なる時刻のフレーム群202は、周期的な時間相関を互いに有する場合がある。   The frame group 201 including the reference frame may be configured of, for example, each frame 100 at the same time as the time of the frame 100- (t + 1) on a different day. Frame groups 201 at the same time on different days may have periodic time correlations with each other. The frame group 202 including the reference frame may be configured by, for example, each frame 100 having a time different from the time of the frame 100- (t + 1) on different days. Frame groups 202 at different times on different days may have periodic time correlations with each other.

予報信号生成部19は、未来データとしてのフレーム100−(t+1)の時刻を含む周期における過去データと、フレーム100−(t+1)の時刻を含まない周期における過去データとのうち少なくとも一つに基づいて、フレーム100−(t+1)を生成する。図4では、フレーム100−(t+1)の時刻を含む周期とは、「当日」である。図4では、フレーム100−(t+1)の時刻を含まない周期とは、「前日」又は「前々日」である。   The forecast signal generation unit 19 is based on at least one of past data in a cycle including the time of the frame 100- (t + 1) as future data and past data in a cycle not including the time of the frame 100- (t + 1). Thus, frame 100- (t + 1) is generated. In FIG. 4, the cycle including the time of frame 100- (t + 1) is “today”. In FIG. 4, the period that does not include the time of frame 100-(t + 1) is “previous day” or “previous day”.

以下、式(13)の右辺において予報係数を乗じる画素値を含むブロックを、「予報参照ブロック」という。したがって、予報参照ブロックとは、予報処理における参照フレームにおける単位ブロックである。以下、式(16)の右辺において予測係数を乗じる画素値を含むブロックを、「予測参照ブロック」という。したがって、予測参照ブロックとは、予測処理における参照フレームにおける単位ブロックである。   Hereinafter, the block including the pixel value multiplied by the prediction coefficient on the right side of the equation (13) is referred to as a “forecast reference block”. Therefore, the forecast reference block is a unit block in the reference frame in the forecast process. Hereinafter, the block including the pixel value multiplied by the prediction coefficient on the right side of Expression (16) is referred to as “prediction reference block”. Therefore, the prediction reference block is a unit block in the reference frame in the prediction process.

仮想予報信号生成部13は、予報次数pを定める処理において予報参照ブロックの組み合わせを制限することで、予報次数pを定める処理における演算量を低減してもよい。例えば、仮想予報信号生成部13は、仮想予報処理における予報対象フレームであるフレーム100−tについて、フレーム100−tにおける単位ブロックである仮想予報ブロックと予測参照ブロックとの類似度を算出する。仮想予報信号生成部13は、類似度の降順に、予測参照ブロックをソートする。すなわち、仮想予報信号生成部13は、類似度が高い順に予測参照ブロックを並び替える。次数更新部11は、類似度が高い予測参照ブロックを優先して予報次数pを変化させることで、各予報次数pに対する参照ブロックを一組に限定することが可能となる。予測参照ブロックの類似度は、例えば、式(18)のように表される。 Virtual Warning signal generator 13, to limit the combination of forecasts reference block in the process of determining the forecast orders p *, may reduce the amount of calculation processing for determining a forecast orders p *. For example, for the frame 100-t that is the prediction target frame in the virtual forecast process, the virtual forecast signal generation unit 13 calculates the similarity between the virtual forecast block that is a unit block in the frame 100-t and the prediction reference block. The virtual forecast signal generation unit 13 sorts the prediction reference blocks in descending order of similarity. That is, the virtual forecast signal generation unit 13 rearranges the prediction reference blocks in descending order of similarity. The order updating unit 11 can change the prediction order p with priority on the prediction reference block having a high degree of similarity, thereby limiting the reference blocks for each prediction order p to one set. The degree of similarity of the prediction reference block is expressed as, for example, Expression (18).

Figure 2019004300
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このように、予測係数算出部12及び仮想予報信号生成部13は、予測対象データにおける単位ブロックと過去データにおける単位ブロックとの類似度に基づいて、予測データを生成する際に参照される過去データにおける単位ブロックの個数を制限する。これによって、予測係数算出部12及び仮想予報信号生成部13は、予報次数pを定める処理における演算量を低減することができる。 As described above, the prediction coefficient calculation unit 12 and the virtual forecast signal generation unit 13 refer to past data that is referred to when generating prediction data based on the similarity between the unit block in the prediction target data and the unit block in the past data. Limit the number of unit blocks in. Thereby, the prediction coefficient calculation unit 12 and the virtual forecast signal generation unit 13 can reduce the amount of calculation in the process of determining the forecast order p * .

[例外処理]
仮想予報信号生成部13は、予測ブロックにおける全ての画素の画素値が式(19)のように零値である場合、参照ブロックのソート処理を実行しない(第1の例外処理)。
[Exception handling]
When the pixel values of all the pixels in the prediction block are zero values as in Expression (19), the virtual forecast signal generation unit 13 does not execute the reference block sorting process (first exception process).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

仮想予報信号生成部13は、予測ブロックにおける全ての画素の画素値が零値である場合、予め定められた順序に参照ブロックの選択順序を設定する。また、予測係数決定部18は、予め定められた係数に予測係数を定める(第2の例外処理)。例えば、フレーム100−(t+1)の予報次数pは、フレーム100−(t+1)の時刻よりも単位時間前のフレーム100−tに対して定められた予報次数と同じでもよい。仮想予報信号生成部13は、各参照フレームの重みは、均等値に定めてもよい。   The virtual forecast signal generation unit 13 sets the reference block selection order in a predetermined order when the pixel values of all the pixels in the prediction block are zero values. Further, the prediction coefficient determination unit 18 determines a prediction coefficient at a predetermined coefficient (second exception process). For example, the prediction order p of the frame 100- (t + 1) may be the same as the prediction order determined for the frame 100-t that is a unit time before the time of the frame 100- (t + 1). The virtual forecast signal generation unit 13 may set the weight of each reference frame to an equal value.

仮想予報信号生成部13は、予測ブロックと予測参照ブロックとの類似度が閾値未満である場合、予測ブロックとの類似度が閾値未満である予測参照ブロックの予測係数を零値にする(第3の例外処理)。閾値は、例えば、最小の類似度と同じ値である。   When the similarity between the prediction block and the prediction reference block is less than the threshold, the virtual forecast signal generation unit 13 sets the prediction coefficient of the prediction reference block whose similarity with the prediction block is less than the threshold to zero (third) Exception handling). The threshold value is, for example, the same value as the minimum similarity.

次に、予報装置1の動作の例を説明する。
図5は、予報装置1の動作の例を示すフローチャートである。入力信号記憶部10は、複数のフレーム100を時系列データとして読み込む(ステップS101)。次数更新部11は、予報次数pを予報次数の候補p=1,…,Pの順に更新する(ステップS102)。ステップS102〜ステップS109を実行することによって、データ数決定装置2は予報次数pを決定する。
Next, an example of the operation of the forecasting apparatus 1 will be described.
FIG. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the forecasting device 1. The input signal storage unit 10 reads a plurality of frames 100 as time series data (step S101). The order update unit 11 updates the predicted order p in the order of predicted order candidates p = 1,..., P (step S102). By executing step S102 to step S109, the data number determination device 2 determines the forecast order p.

予測係数算出部12は、フレーム100−tの直前のフレームであるフレーム100−(t−1)を読み込む。予測係数算出部12は、次数更新部11によって更新された予報次数pにより定まる1枚以上のフレーム100を、参照フレームとして読み込む。予測係数算出部12は、フレーム100−(t−1)を予測対象フレームとした場合における予測誤差を最小化するp次の予測係数を算出する(ステップS103)。   The prediction coefficient calculation unit 12 reads a frame 100- (t−1) that is a frame immediately before the frame 100-t. The prediction coefficient calculation unit 12 reads one or more frames 100 determined by the prediction order p updated by the order update unit 11 as a reference frame. The prediction coefficient calculation unit 12 calculates a p-th order prediction coefficient that minimizes a prediction error when the frame 100- (t-1) is a prediction target frame (step S103).

仮想予報信号生成部13は、予報次数pにより定まる1枚以上の参照フレームと、予測係数算出部12が算出した予測係数とを読み込む。仮想予報信号生成部13は、予測係数と参照フレームとに基づいてフレーム100−tについて仮想予報処理を実行した結果として、フレーム100−tを表す仮想予報信号を生成する(ステップS104)。   The virtual forecast signal generation unit 13 reads one or more reference frames determined by the forecast order p and the prediction coefficient calculated by the prediction coefficient calculation unit 12. The virtual forecast signal generation unit 13 generates a virtual forecast signal representing the frame 100-t as a result of executing the virtual forecast process for the frame 100-t based on the prediction coefficient and the reference frame (step S104).

仮想予報誤差算出部14は、入力信号記憶部10から得られたフレーム100−tと、フレーム100−tを表す仮想予報信号との予報誤差である仮想予報誤差を算出する(ステップS105)。仮想予報誤差最小化判定部15は、算出された仮想予報誤差と仮想予報誤差の暫定最小値との大きさを比較する(ステップS106)。仮想予報誤差が仮想予報誤差の暫定最小値以上である場合(ステップS106:NO)、仮想予報誤差最小化判定部15は、ステップS109に処理を進める。   The virtual forecast error calculation unit 14 calculates a virtual forecast error that is a forecast error between the frame 100-t obtained from the input signal storage unit 10 and the virtual forecast signal representing the frame 100-t (step S105). The virtual forecast error minimization determination unit 15 compares the calculated virtual forecast error with the provisional minimum value of the virtual forecast error (step S106). If the virtual forecast error is greater than or equal to the provisional minimum value of the virtual forecast error (step S106: NO), the virtual forecast error minimization determination unit 15 advances the process to step S109.

仮想予報誤差が仮想予報誤差の暫定最小値よりも小さい場合(ステップS106:YES)、仮想予報誤差最小化判定部15は、より小さい仮想予報誤差を、仮想予報誤差の暫定最小値とする(ステップS107)。最適次数記憶部17は、仮想予報誤差の暫定最小値に対応付けられた予報次数pを、最適な予報次数pとして記憶する(ステップS108)。   When the virtual forecast error is smaller than the provisional minimum value of the virtual forecast error (step S106: YES), the virtual forecast error minimization determination unit 15 sets the smaller virtual forecast error as the provisional minimum value of the virtual forecast error (step S106). S107). The optimum order storage unit 17 stores the forecast order p associated with the provisional minimum value of the virtual forecast error as the optimum forecast order p (step S108).

予測係数決定部18は、最適次数記憶部17に記憶されている予報次数pを、予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の予報処理において使用する予報次数とする(ステップS110)。予測係数決定部18は、フレーム100−tと予報次数pにより定まる参照フレームとに基づいて、フレーム100−tの予測係数を算出する(ステップS111)。予報信号生成部19は、予報次数pにより定まる1枚以上の参照フレームと予測係数とに基づいて、予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の予報信号を生成する(ステップS112)。 The prediction coefficient determination unit 18 sets the prediction order p * stored in the optimum order storage unit 17 as the prediction order used in the prediction process for the frame 100- (t + 1) that is the prediction target frame (step S110). The prediction coefficient determination unit 18 calculates the prediction coefficient of the frame 100-t based on the frame 100-t and the reference frame determined by the prediction order p * (Step S111). The forecast signal generation unit 19 generates a forecast signal of the frame 100- (t + 1), which is the forecast target frame, based on one or more reference frames determined by the forecast order p * and the prediction coefficient (step S112).

以上のように、時系列データは、未来データを含まない。時系列データは、過去データを含む。時系列データは、過去データ以外に予測対象データを更に含む。すなわち、時系列データは、過去データとは区別して予測対象データを含む。実施形態では過去データと予測対象データとは時間軸で連続し、予測対象データと未来データとは時間軸で連続しているが、いずれの場合も、互いのデータは時間軸で連続していなくてもよい。例えば、予報装置1は、100−(t−2)、100−(t−3)、…、100−(t−4)からなる過去フレーム(過去データ)に基づいて、100−tのフレーム(予測対象データ)を仮想予報してもよい。例えば、予報装置1は、100−(t−1)、100−(t−2)、…、100−(t−3)からなる過去フレーム(過去データ)に基づいて、100−(t+10)のフレーム(未来データ)を予報してもよい。例えば、予報装置1は、100−(t−10)、100−(t−20)、100−(t−30)から成る過去フレーム(過去データ)に基づいて、100−(t+1)のフレーム(未来データ)を予報してもよい。また、予報装置1は、時間間隔が異なる過去データからなる時系列データに基づいて、未来データを予報してもよい。第1実施形態のデータ数決定装置2は、予測部としての仮想予報信号生成部13と、差決定部としての仮想予報誤差算出部14と、データ数決定部としての仮想予報誤差最小化判定部15とを備える。予測部としての仮想予報信号生成部13は、時系列データに含まれている複数の過去データのうちで互いに異なる個数の過去データに基づいて、時系列データに含まれている予測対象データの予測データを個数ごとに生成する。差決定部としての仮想予報誤差算出部14は、過去データとの時間相関を有する予測対象データと予測データとの差を、個数ごとに決定する。データ数決定部としての仮想予報誤差最小化判定部15は、個数ごとに決定された差に基づいて、過去データの個数(p)を決定する。これによって、第1実施形態のデータ数決定装置2は、データの圧縮の際に参照されるデータの個数を決定することが可能である。また、第1実施形態のデータ数決定装置2は、決定された個数のデータに基づいて、特定の時空間位置における未来データを予報することが可能である。 As described above, time-series data does not include future data. The time series data includes past data. The time series data further includes prediction target data in addition to the past data. That is, the time series data includes the prediction target data in distinction from the past data. In the embodiment, the past data and the prediction target data are continuous on the time axis, and the prediction target data and the future data are continuous on the time axis, but in either case, the mutual data is not continuous on the time axis. May be. For example, the forecasting device 1 is based on a past frame (past data) consisting of 100- (t-2), 100- (t-3), ..., 100- (t-4). The prediction target data) may be virtually predicted. For example, the forecasting device 1 has 100- (t + 1), 100- (t-2), ..., 100- (t + 10) based on a past frame (past data) composed of 100- (t-3). A frame (future data) may be predicted. For example, the forecasting device 1 has a frame of 100− (t + 1) (based on a past frame (past data) composed of 100− (t−10), 100− (t−20) and 100− (t−30) ( Future data) may be predicted. The forecasting device 1 may forecast future data based on time-series data composed of past data with different time intervals. The data number determination device 2 of the first embodiment includes a virtual prediction signal generation unit 13 as a prediction unit, a virtual prediction error calculation unit 14 as a difference determination unit, and a virtual prediction error minimization determination unit as a data number determination unit 15. The virtual forecast signal generation unit 13 as the prediction unit predicts the prediction target data included in the time-series data based on a different number of past data among a plurality of past data included in the time-series data. Generate data for each piece. The virtual prediction error calculation unit 14 serving as a difference determination unit determines the difference between the prediction target data having temporal correlation with the past data and the prediction data for each number. The virtual forecast error minimization determination unit 15 as the data number determination unit determines the number of past data (p * ) based on the difference determined for each number. Thereby, the data number determination device 2 of the first embodiment can determine the number of data to be referred to when data is compressed. In addition, the data number determination device 2 of the first embodiment can predict future data at a specific spatiotemporal position based on the determined number of data.

第1実施形態の予報装置1は、信号生成部としての予報信号生成部19を更に備える。第1実施形態の予報装置1は、データ数決定装置2の一部として予報信号生成部19を備えてもよい。予報信号生成部19は、個数(p)よりも1個だけ少ない個数(p−1)の過去データとしてのフレーム100と1個のフレーム100−tとに基づいて、時系列データとの時間相関を有する未来データとしてのフレーム100−(t+1)を生成する。これによって、第1実施形態のデータ数決定装置2は、フレームの圧縮の際に参照されるフレームの枚数を決定することが可能である。 The forecasting device 1 of the first embodiment further includes a forecast signal generation unit 19 as a signal generation unit. The forecast device 1 of the first embodiment may include a forecast signal generation unit 19 as a part of the data number determination device 2. Warning signal generator 19, the number (p *) on the basis of only one small number (p * -1) of the frame 100 as historical data and one frame 100-t than the time-series data A frame 100- (t + 1) is generated as future data having time correlation. Thereby, the data number determination device 2 of the first embodiment can determine the number of frames to be referred to when the frames are compressed.

第1実施形態の予報装置1は、時系列データに存在するデータとの相関を有する所定個数のデータと、時系列データに存在するデータとに基づいて、時系列データに存在しないデータを予報する。この場合に、第1実施形態のデータ数決定装置2は、予報装置1が予報処理に用いるデータの所定個数を適切に定めることが可能である。   The forecasting device 1 according to the first embodiment predicts data that does not exist in time-series data based on a predetermined number of data that has a correlation with data that exists in time-series data and data that exists in time-series data. . In this case, the data number determination device 2 of the first embodiment can appropriately determine the predetermined number of data used by the forecasting device 1 for forecasting processing.

予測部としての仮想予報信号生成部13は、予測対象データの直前の過去データの予測係数に基づいて、予測対象データの予測データを過去データの個数ごとに生成する。データ数決定部としての仮想予報誤差最小化判定部15は、差が最小となる過去データの個数を決定する。信号生成部としての予報信号生成部19は、差が最小となる過去データの個数(p)よりも1個だけ少ない個数(p−1)の過去データと予測対象データとに基づいて、未来データを生成する。これによって、第1実施形態のデータ数決定装置2は、フレームの圧縮の際に参照されるフレームの枚数を効率的に決定することが可能である。 The virtual forecast signal generation unit 13 as the prediction unit generates prediction data of the prediction target data for each number of past data based on the prediction coefficient of the past data immediately before the prediction target data. The virtual forecast error minimization determination unit 15 as the data number determination unit determines the number of past data that minimizes the difference. The forecast signal generation unit 19 as a signal generation unit is based on the number of past data and the prediction target data that are one less than the number of past data (p * ) that minimizes the difference (p * -1). Generate future data. Thereby, the data number determination device 2 of the first embodiment can efficiently determine the number of frames to be referred to when compressing frames.

第1実施形態の予報装置1は、時系列の空間情報データに対して、フレームにおけるブロックに関する線形モデルに基づく予報処理において適切な予報次数pを設定するので、予報精度を向上させることが可能となる。第1実施形態のデータ圧縮装置は、時系列データである空間情報データの時間方向の相関を利用した予測モデルによって、空間情報データを効率的に圧縮することが可能となる。   The forecasting device 1 according to the first embodiment sets an appropriate forecast order p in forecasting processing based on a linear model related to blocks in a frame for time-series spatial information data, so that forecast accuracy can be improved. Become. The data compression apparatus according to the first embodiment can efficiently compress spatial information data using a prediction model that uses the correlation in the time direction of spatial information data that is time-series data.

(第2実施形態)
第2実施形態では、最適な予報次数を、フレームを構成するビット単位まで拡張して決定するという点が、第1実施形態と相違する。以下、第1実施形態との相違点についてのみ説明する。
図6は、予報装置1aの構成の例を示す図である。予報装置1aは、入力信号記憶部10と、次数更新部11と、予測係数算出部12aと、仮想予報信号生成部13aと、仮想予報誤差算出部14aと、仮想予報誤差最小化判定部15aと、仮想予報誤差最小値記憶部16と、予測係数決定部18aと、予報信号生成部19aと、ビット分離処理部20と、仮想予報誤差最小化判定部21と、境界ビット更新部22と、仮想予報誤差最小値記憶部23と、最適境界ビット記憶部24と、最適次数・最適境界ビット記憶部25と、ビット分離処理部26とを備える。
(Second Embodiment)
The second embodiment is different from the first embodiment in that the optimum forecast order is determined by extending to the bit units constituting the frame. Only the differences from the first embodiment will be described below.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the configuration of the forecasting device 1a. The forecast device 1a includes an input signal storage unit 10, an order update unit 11, a prediction coefficient calculation unit 12a, a virtual forecast signal generation unit 13a, a virtual forecast error calculation unit 14a, and a virtual forecast error minimization determination unit 15a. , Virtual forecast error minimum value storage unit 16, prediction coefficient determination unit 18a, forecast signal generation unit 19a, bit separation processing unit 20, virtual forecast error minimization determination unit 21, boundary bit update unit 22, virtual A prediction error minimum value storage unit 23, an optimum boundary bit storage unit 24, an optimum order / optimum boundary bit storage unit 25, and a bit separation processing unit 26 are provided.

予報装置1aは、次数更新部11と、予測係数算出部12aと、仮想予報信号生成部13aと、仮想予報誤差算出部14aと、仮想予報誤差最小化判定部15aと、仮想予報誤差最小値記憶部16と、予測係数決定部18aと、予報信号生成部19aと、ビット分離処理部20と、仮想予報誤差最小化判定部21と、境界ビット更新部22と、仮想予報誤差最小値記憶部23と、最適境界ビット記憶部24とを、データの個数を決定する装置であるデータ数決定装置2aとして備える。予報装置1aは、入力信号記憶部10と、予測係数決定部18aと、予報信号生成部19aと、最適次数・最適境界ビット記憶部25と、ビット分離処理部26とのうち少なくとも一つを、データ数決定装置2aの機能部として備えてもよい。   The forecast device 1a includes an order update unit 11, a prediction coefficient calculation unit 12a, a virtual forecast signal generation unit 13a, a virtual forecast error calculation unit 14a, a virtual forecast error minimization determination unit 15a, and a virtual forecast error minimum value storage. Unit 16, prediction coefficient determination unit 18a, prediction signal generation unit 19a, bit separation processing unit 20, virtual prediction error minimization determination unit 21, boundary bit update unit 22, and virtual prediction error minimum value storage unit 23 And the optimum boundary bit storage unit 24 is provided as a data number determination device 2a which is a device for determining the number of data. The prediction device 1a includes at least one of the input signal storage unit 10, the prediction coefficient determination unit 18a, the prediction signal generation unit 19a, the optimal order / optimum boundary bit storage unit 25, and the bit separation processing unit 26. You may provide as a function part of the data number determination apparatus 2a.

予報装置1aの各機能部の一部又は全部は、例えば、CPU等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。記憶部は、例えば、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の不揮発性の記録媒体(非一時的な記録媒体)を有する。各機能部の一部又は全部は、例えば、LSIやASIC等のハードウェアを用いて実現されてもよい。   Part or all of each functional unit of the forecasting device 1a is realized by, for example, a processor such as a CPU executing a program stored in the storage unit. The storage unit includes, for example, a nonvolatile recording medium (non-temporary recording medium) such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device. A part or all of each functional unit may be realized using hardware such as an LSI or an ASIC, for example.

ビット分離処理部20は、入力信号記憶部10に記憶されている複数のフレーム100を時系列データとして読み込み、読み込んだ時系列データを、境界ビット更新部22による境界ビットで定められる位置で分離することによって、上位ビット信号と、下位ビット信号とに分離する。境界ビットとは、上位ビット信号と下位ビット信号を分離する基準となるビット位置を表す。例えば、ビット分離処理部20は、フレーム100の先頭から境界ビットで定められる位置までを上位ビット信号とし、上位ビット信号以外を除いた部分を下位ビット信号として分離する。   The bit separation processing unit 20 reads a plurality of frames 100 stored in the input signal storage unit 10 as time series data, and separates the read time series data at positions determined by boundary bits by the boundary bit update unit 22. Thus, the upper bit signal and the lower bit signal are separated. The boundary bit represents a bit position serving as a reference for separating the upper bit signal and the lower bit signal. For example, the bit separation processing unit 20 separates a portion from the beginning of the frame 100 to a position determined by the boundary bit as an upper bit signal and a portion other than the upper bit signal as a lower bit signal.

予測係数算出部12aは、上位ビット予測係数算出部121と、下位ビット予測係数算出部122とを備える。上位ビット予測係数算出部121は、予報次数p及び境界ビットにより定まる1枚以上のフレーム100から分離された上位ビット信号を、上位ビット参照フレームとして読み込む。上位ビット予測係数算出部121は、読み込んだ上位ビット参照フレームを用いて直前のフレーム100−(t−1)を予測する場合の予測誤差を最小化する第1のp次の予測係数を算出する。下位ビット予測係数算出部122は、予報次数p及び境界ビットにより定まる1枚以上のフレーム100から分離された下位ビット信号を、下位ビット参照フレームとして読み込む。下位ビット予測係数算出部122は、読み込んだ下位ビット参照フレームを用いて直前のフレーム100−(t−1)を予測する場合の予測誤差を最小化する第2のp次の予測係数を算出する。   The prediction coefficient calculation unit 12a includes an upper bit prediction coefficient calculation unit 121 and a lower bit prediction coefficient calculation unit 122. The upper bit prediction coefficient calculation unit 121 reads an upper bit signal separated from one or more frames 100 determined by the prediction order p and the boundary bit as an upper bit reference frame. The higher-order bit prediction coefficient calculation unit 121 calculates a first p-order prediction coefficient that minimizes a prediction error when predicting the immediately preceding frame 100- (t-1) using the read higher-order bit reference frame. . The lower bit prediction coefficient calculation unit 122 reads a lower bit signal separated from one or more frames 100 determined by the prediction order p and the boundary bit as a lower bit reference frame. The lower-order bit prediction coefficient calculation unit 122 calculates a second p-order prediction coefficient that minimizes a prediction error when the immediately preceding frame 100- (t-1) is predicted using the read lower-bit reference frame. .

仮想予報信号生成部13aは、上位ビット仮想予報信号生成部131と、下位ビット仮想予報信号生成部132とを備える。上位ビット仮想予報信号生成部131は、予報次数p及び境界ビットにより定まる1枚以上のフレーム100から分離された上位ビット信号と、第1のp次の予測係数とを読み込み、フレーム100−tの仮想予報処理の結果を表す第1の仮想予報信号を生成する。下位ビット仮想予報信号生成部132は、予報次数p及び境界ビットにより定まる1枚以上のフレーム100から分離された下位ビット信号と、第2のp次の予測係数とを読み込み、フレーム100−tの仮想予報処理の結果を表す第2の仮想予報信号を生成する。   The virtual forecast signal generator 13 a includes an upper bit virtual forecast signal generator 131 and a lower bit virtual forecast signal generator 132. The upper bit virtual forecast signal generation unit 131 reads the upper bit signal separated from the one or more frames 100 determined by the forecast order p and the boundary bits and the first p-order prediction coefficient, and reads the frame 100-t A first virtual forecast signal representing the result of the virtual forecast process is generated. The lower bit virtual forecast signal generation unit 132 reads the lower bit signal separated from the one or more frames 100 determined by the forecast order p and the boundary bits, and the second p-order prediction coefficient, and outputs the frame 100-t. A second virtual forecast signal representing the result of the virtual forecast process is generated.

仮想予報誤差算出部14aは、上位ビット仮想予報誤差算出部141と、下位ビット仮想予報誤差算出部142とを備える。上位ビット仮想予報誤差算出部141は、フレーム100−tの上位ビット信号と、第1の仮想予報信号との予報誤差である第1の仮想予報誤差を算出する。下位ビット仮想予報誤差算出部142は、フレーム100−tの下位ビット信号と、第2の仮想予報信号との予報誤差である第2の仮想予報誤差を算出する。   The virtual forecast error calculation unit 14 a includes an upper bit virtual forecast error calculation unit 141 and a lower bit virtual forecast error calculation unit 142. The upper bit virtual prediction error calculation unit 141 calculates a first virtual prediction error that is a prediction error between the upper bit signal of the frame 100-t and the first virtual prediction signal. The lower bit virtual prediction error calculation unit 142 calculates a second virtual prediction error that is a prediction error between the lower bit signal of the frame 100-t and the second virtual prediction signal.

仮想予報誤差最小化判定部21は、第1の仮想予報誤差と、第2の仮想予報誤差とに基づいて得られる仮想予報誤差和と、仮想予報誤差最小値記憶部23に記憶されている仮想予報誤差の暫定最小値との大きさを比較する。
境界ビット更新部22は、境界ビットをB1=1,…,Bとして、順次、更新する。仮想予報誤差最小値記憶部23は、仮想予報誤差の暫定最小値を記憶する。最適境界ビット記憶部24は、最適な境界ビットを記憶する。仮想予報誤差最小化判定部15aは、仮想予報誤差最小値記憶部23に記憶されている暫定最小値と、仮想予報誤差最小値記憶部16に記憶されている仮想予報誤差の暫定最小値との大きさを比較する。
The virtual forecast error minimizing determination unit 21 includes a virtual forecast error sum obtained based on the first virtual forecast error and the second virtual forecast error, and a virtual forecast error stored in the virtual forecast error minimum value storage unit 23. Compare the magnitude of the forecast error with the provisional minimum.
The boundary bit update unit 22 sequentially updates the boundary bits as B1 = 1,. The virtual forecast error minimum value storage unit 23 stores a provisional minimum value of the virtual forecast error. The optimum boundary bit storage unit 24 stores optimum boundary bits. The virtual forecast error minimizing determination unit 15 a is configured to calculate a provisional minimum value stored in the virtual forecast error minimum value storage unit 23 and a provisional minimum value of the virtual forecast error stored in the virtual forecast error minimum value storage unit 16. Compare sizes.

最適次数・最適境界ビット記憶部25は、最適な予報次数p及び最適な境界ビットを記憶する。
ビット分離処理部26は、最適次数・最適境界ビット記憶部25に記憶されている最適な予報次数p及び最適な境界ビットを予報処理の予報次数及び境界ビットとして設定し、フレーム100−tと、予報次数により定まる参照フレームとを読み込み、読み込んだフレームを、境界ビットで定められる位置で分離することによって、上位ビット信号と、下位ビット信号とに分離する。
The optimum order / optimum boundary bit storage unit 25 stores the optimum forecast order p and the optimum boundary bit.
The bit separation processing unit 26 sets the optimal prediction order p and the optimal boundary bit stored in the optimal order / optimum boundary bit storage unit 25 as the prediction order and boundary bit of the prediction process, and the frame 100-t. A reference frame determined by the prediction order is read, and the read frame is separated at a position determined by a boundary bit to separate the upper bit signal and the lower bit signal.

予測係数決定部18aは、上位ビット予測係数決定部181と、下位ビット予測係数決定部182とを備える。上位ビット予測係数決定部181は、予報次数p及び境界ビットにより定まる1枚以上のフレーム100から分離された上位ビット信号を、上位ビット参照フレームとして読み込む。上位ビット予測係数決定部181は、読み込んだ上位ビット参照フレームを用いて、予測誤差Eを最小化するようにフレーム100−tの第1の予測係数を算出する。下位ビット予測係数決定部182は、予報次数p及び境界ビットにより定まる1枚以上のフレーム100から分離された下位ビット信号を、下位ビット参照フレームとして読み込む。下位ビット予測係数決定部182は、読み込んだ下位ビット参照フレームを用いて、予測誤差Eを最小化するようにフレーム100−tの第2の予測係数を算出する。 The prediction coefficient determination unit 18a includes an upper bit prediction coefficient determination unit 181 and a lower bit prediction coefficient determination unit 182. The upper bit prediction coefficient determination unit 181 reads, as an upper bit reference frame, an upper bit signal separated from one or more frames 100 determined by the prediction order p and boundary bits. Upper bit prediction coefficient determining unit 181 uses the upper bits reference frames read, calculates a first prediction coefficients for the frame 100-t so as to minimize the prediction error E p. The lower bit prediction coefficient determination unit 182 reads a lower bit signal separated from one or more frames 100 determined by the prediction order p and the boundary bit as a lower bit reference frame. Lower bit prediction coefficient determining unit 182, by using a lower bit reference frames read, calculates a second prediction coefficients of the frame 100-t so as to minimize the prediction error E p.

予報信号生成部19aは、上位ビット予報信号生成部191と、下位ビット予報信号生成部192と、ビット合成処理部193とを備える。上位ビット予報信号生成部191は、予報次数p及び境界ビットにより定まる1枚以上のフレーム100から分離された上位ビット信号と、第1の予測係数とに基づいて、予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の第1の予報信号を生成する。下位ビット予報信号生成部192は、予報次数p及び境界ビットにより定まる1枚以上のフレーム100から分離された下位ビット信号と、第2の予測係数とに基づいて、予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の第2の予報信号を生成する。ビット合成処理部193は、第1の予報信号と第2の予報信号とを統合して、予報信号を生成する。   The prediction signal generation unit 19a includes an upper bit prediction signal generation unit 191, a lower bit prediction signal generation unit 192, and a bit synthesis processing unit 193. The upper bit prediction signal generation unit 191 uses the upper bit signal separated from the one or more frames 100 determined by the prediction order p and the boundary bit and the first prediction coefficient to generate a frame 100- A first forecast signal of (t + 1) is generated. The lower bit prediction signal generation unit 192 generates a frame 100- that is a prediction target frame based on the lower bit signal separated from the one or more frames 100 determined by the prediction order p and the boundary bit and the second prediction coefficient. A second forecast signal of (t + 1) is generated. The bit composition processing unit 193 generates a forecast signal by integrating the first forecast signal and the second forecast signal.

以下、第2実施形態における予報装置1aの処理について詳細に説明する。
[ビット分離に基づく適応予報処理]
ビット深度方向の分離に基づく予報処理について説明する。f(x,t)をB[ビット/サンプル]のビット深度を有する信号とする。ビット分離処理部20は、f(x,t)の信号を上位ビット信号f(B +1:B)(x,t)と、下位ビット信号f(1:B (x,t)とに分離する。上位ビット信号f(B +1:B)(x,t)は、B+1ビットから最上位ビットまでの上位B−Bビットである。下位ビット信号f(1:B (x,t)は、最下位ビットからBビットまでの下位Bビットである。
Hereinafter, the process of the forecast device 1a in the second embodiment will be described in detail.
[Adaptive forecast processing based on bit separation]
A prediction process based on separation in the bit depth direction will be described. Let f (x, t) be a signal having a bit depth of B [bits / sample]. The bit separation processing unit 20 converts the signal of f (x, t) into the upper bit signal f (B 1 +1: B) (x, t) and the lower bit signal f (1: B 1 ) (x, t). To separate. Significant bit signal f (B 1 +1: B) (x, t) is the upper B-B 1 bits from B 1 +1 bit to the most significant bit. The lower bit signal f (1: B 1 ) (x, t) is the lower B 1 bit from the least significant bit to the B 1 bit.

ビット合成処理部193は、予報処理における予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の予報処理の結果を表す予報信号を式(20)のように生成する。   The bit composition processing unit 193 generates a forecast signal representing the result of the forecast process of the frame 100- (t + 1), which is the forecast target frame in the forecast process, as shown in Expression (20).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

式20におけるa (B +1:B)(t)及びa (1:B (t)は式(4)〜(6)の解として求まる係数である。つまり、a (B +1:B)(t)及びa (1:B (t)は、フレーム100−tの予測誤差の最小化を通して算出される。
なお、上位ビット信号に対する予報信号〜f(B +1:B)(x,t+1,a (B +1:B)(t))は、値域[2 +1,2−1]内に存在すべき値である。なお、「〜f」は「〜」fの上に記載されることを意味する。
A p (B 1 +1: B) (t) and a p (1: B 1 ) (t) in Expression 20 are coefficients obtained as solutions of Expressions (4) to (6). That is, a p (B 1 +1: B) (t) and a p (1: B 1 ) (t) are calculated through minimizing the prediction error of the frame 100-t.
Note that the forecast signal to f (B 1 +1: B) (x, t + 1, a p (B 1 +1: B) (t)) for the upper bit signal is in the range [2 B 1 +1 , 2 B −1]. Is a value that should exist. “˜f” means to be written on “˜” f.

上位ビット信号に対する予報信号が同値域を超える場合は、同値域に収まるように予報信号をクリッピングする。つまり、2 +1未満の予報信号は2 +1とし、2 −1を超える予報信号は2 −1とする。下位ビット信号に対する予報信号〜f(1:B (x,t+1,a (1:B (t))は、値域[0,2 −1]内に存在すべき値である。下位ビット信号に対する予報信号が同値域を超える場合は、同値域に収まるように予報信号をクリッピングする。0未満の予報値は0とし、2 −1を超える予報信号は2 −1とする。 If the forecast signal for the upper bit signal exceeds the equivalence range, the forecast signal is clipped so that it falls within the equivalence range. That forecast signals below 2 B 1 +1 is set to 2 B 1 +1, forecast signal exceeding the 2 B 1 -1 is a 2 B 1 -1. The forecast signal ~ f (1: B 1 ) (x, t + 1, ap (1: B 1 ) (t)) for the lower-order bit signal is a value that should exist in the range [0,2 B 1 -1]. is there. When the forecast signal for the lower bit signal exceeds the equivalence range, the forecast signal is clipped so that it falls within the equivalence range. Forecast values less than 0 are set to 0, forecast signal exceeding the 2 B 1 -1 is a 2 B 1 -1.

[適応的ビット分離]
上位ビット信号と下位ビット信号の境界となる境界ビットの設定法を説明する。フレーム100−tにおいて予測誤差を最小化するように設定された上位ビット信号に対する予測係数a (B +1:B)(t)及び下位ビットに対する予測係数a (1:B (t)を用いて、フレーム100−(t+1)の予報処理を行うことを考える。このとき、フレーム100−(t+1)に対する予報誤差は式(21)として表される。
[Adaptive bit separation]
A method for setting the boundary bit that becomes the boundary between the upper bit signal and the lower bit signal will be described. Prediction coefficient a p (B 1 +1: B) (t) for the upper bit signal set to minimize the prediction error in frame 100-t and prediction coefficient a p (1: B 1 ) (t for the lower bit ) Is used to perform prediction processing for frame 100- (t + 1). At this time, the prediction error with respect to the frame 100- (t + 1) is expressed as Expression (21).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

ビット分離処理部26は、境界ビットBの最適値を、式(22)に基づいて設定する。 The bit separation processing unit 26 sets the optimum value of the boundary bit B 1 based on the equation (22).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

予測係数算出部12aは、Bの候補値1,…,Bに対して、フレーム100−tの予測誤差を最小化する予測係数a (1:B (t)及びa (B +1:B)(t)を算出する。さらに、仮想予報誤差算出部14aは、予測係数a (1:B (t)及びa (B +1:B)(t)を用いて、予報処理における予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)について予報処理を行う場合の予報誤差を算出する。最終的に、上記予報誤差を最小化するBの候補値を選択する。なお、B=Bはビット分離を行わないことを意味する。ビット分離を行わない場合は、予報信号生成部19aは、上記の[予報処理]に基づき予報処理を行う。 Prediction coefficient calculation unit 12a, the candidate value 1 of B 1, ..., the prediction coefficients for B, and minimizes the prediction error of the frame 100-t a p (1: B 1) (t) and a p (B 1 + 1: B) (t) is calculated. Further, the virtual prediction error calculation unit 14a uses the prediction coefficients a p (1: B 1 ) (t) and a p (B 1 +1: B) (t) to generate a frame 100 that is a prediction target frame in the prediction process. Calculate a forecast error when performing forecast processing for-(t + 1). Finally, selecting a candidate value of B 1 that minimizes the forecast error. Note that B 1 = B means that bit separation is not performed. When the bit separation is not performed, the forecast signal generation unit 19a performs the forecast process based on the [forecast process].

境界ビット及び予報次数を同時に最適化する場合、ビット分離処理部26は式(23)に基づいて境界ビット及び予報次数を設定する。   When simultaneously optimizing the boundary bit and the prediction order, the bit separation processing unit 26 sets the boundary bit and the prediction order based on Expression (23).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

ここで、B ,pは、B×P通りの候補から選択される。Pは予報次数の最大値であり、外部から与えられる。上記は、上位ビット信号と下位ビット信号の2つのレンジにビット分離する場合である。これを一般化して、mレンジに分離する場合を考える。なお、mの取り得る値は、m=0,…,Bである。mレンジに分離する場合の第j番目の境界ビットをBm,jと表すこととする。ここで、j=1,…,mである。また、mレンジに分離する場合の境界ビットをまとめてB={Bj,m|j=0,…,m}として表記する。なお、統一的な表記とするために、Bm,0=0としている。 Here, B 1 * and p * are selected from B × P candidates. P is the maximum value of the forecast order and is given from the outside. The above is a case where bit separation is performed into two ranges of an upper bit signal and a lower bit signal. Generalize this and consider the case of separation into m ranges. The possible values of m are m = 0,. The j-th boundary bit in the case of separation into the m range is represented as B m, j . Here, j = 1,..., M. In addition, boundary bits in the case of separation into m ranges are collectively expressed as B m = {B j, m | j = 0,..., M}. Note that B m, 0 = 0 in order to obtain a unified notation.

mレンジに分離する場合において、フレーム100−tに対する予測誤差を最小化するよう設定された第j番目のレンジに対する予測係数a (B j−1,m :B j,M (t)を用いて、フレーム100−(t+1)に対する予報処理を行うことを考える。
mレンジに分離する場合において、フレーム100−tに対する予測誤差を最小化するよう設定された各レンジに対する係数をまとめて、式(24)と表すことにする。
In the case of separation into m ranges, the prediction coefficient a p (B j−1, m : B j, M ) (t) for the j-th range set to minimize the prediction error for the frame 100-t is expressed as It is assumed that the prediction process for the frame 100- (t + 1) is performed.
In the case of separation into m ranges, the coefficients for each range set to minimize the prediction error for the frame 100-t are collectively expressed as Expression (24).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

このとき、フレーム100−(t+1)に対する予報誤差は式(25)として表される。   At this time, the prediction error for the frame 100- (t + 1) is expressed as Expression (25).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

mレンジに分離する場合、境界ビットBの最適値は、式(26)に基づき設定される。 When separating into m ranges, the optimum value of the boundary bit B m is set based on the equation (26).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

分離するレンジ数の最適値は、式(27)に基づき設定される。   The optimum value of the number of ranges to be separated is set based on Expression (27).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

従って、最適なレンジ数はmとなり, そのときの最適な境界ビットはB となる。 Therefore, the optimum number of ranges is m * , and the optimum boundary bit at that time is B * m * .

境界ビット及び予報次数を同時に最適化する場合、レンジ数毎に、式(28)に基づき境界ビットおよび予報次数を設定する。   When the boundary bit and the prediction order are simultaneously optimized, the boundary bit and the prediction order are set based on the equation (28) for each number of ranges.

Figure 2019004300
Figure 2019004300

分離するレンジ数の最適値は、式(29)に基づき設定する。   The optimum value of the number of ranges to be separated is set based on Expression (29).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

従って、最適なレンジ数はmとなり,そのときの最適な境界ビットはB となり、そのときの最適な予報次数はp となる。 Therefore, the optimum range number is m * , the optimum boundary bit at that time is B * m * , and the optimum forecast order at that time is p * m * .

次に、予報装置1aの動作の例を説明する。
図7は、予報装置1aの動作の例を示すフローチャートである。
入力信号記憶部10は、複数のフレーム100を時系列データとして読み込む(ステップS201)。次数更新部11は、予報次数pを予報次数の候補p=1,…,Pの順に更新する(ステップS202)。ステップS203〜ステップS209を実行することによって、データ数決定装置2aは最適な予報次数pを決定する。境界ビット更新部22は、境界ビットB1を境界ビットの候補B1=1,…,Bの順に更新する(ステップS203)。例えば、境界ビット更新部22は、境界ビットを順番に更新する。データ数決定装置2aは、最適境界ビット更新処理を実行することによって最適な境界ビットを決定する(ステップS204)。なお、最適境界ビット更新処理の具体的な処理については後述する。
Next, an example of the operation of the forecasting device 1a will be described.
FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the forecasting device 1a.
The input signal storage unit 10 reads a plurality of frames 100 as time series data (step S201). The order update unit 11 updates the predicted order p in the order of predicted order candidates p = 1,..., P (step S202). By executing step S203 to step S209, the data number determination device 2a determines the optimal forecast order p. The boundary bit update unit 22 updates the boundary bit B1 in the order of boundary bit candidates B1 = 1,..., B (step S203). For example, the boundary bit update unit 22 updates the boundary bits in order. The data number determination device 2a determines the optimum boundary bit by executing the optimum boundary bit update process (step S204). A specific process of the optimum boundary bit update process will be described later.

全ての境界ビットにおいて最適境界ビット更新処理が実行されると(ステップS205)、仮想予報誤差最小化判定部15aは境界ビットに基づいて得られた仮想予報誤差和と、仮想予報誤差最小値記憶部16に記憶されている暫定最小値との大きさを比較する(ステップS206)。仮想予報誤差和が暫定最小値以上である場合(ステップS206:NO)、仮想予報誤差最小化判定部15aはステップS209に処理を進める。例えば、仮想予報誤差最小化判定部15aは、次数更新部11に対して予報次数の更新を指示する。   When the optimum boundary bit update processing is executed for all the boundary bits (step S205), the virtual prediction error minimization determination unit 15a and the virtual prediction error minimum value storage unit obtained based on the boundary bits 16 is compared with the provisional minimum value stored in 16 (step S206). When the virtual forecast error sum is equal to or greater than the provisional minimum value (step S206: NO), the virtual forecast error minimization determination unit 15a advances the process to step S209. For example, the virtual forecast error minimization determination unit 15a instructs the order update unit 11 to update the forecast order.

仮想予報誤差和が暫定最小値よりも小さい場合(ステップS206:YES)、仮想予報誤差最小化判定部15aはより小さい仮想予報誤差を、仮想予報誤差の暫定最小値とし、仮想予報誤差最小値記憶部16に記憶されている値を更新する(ステップS207)。また、仮想予報誤差最小化判定部15aは、現時点の予報次数pで最適次数・最適境界ビット記憶部25に記憶されている予報次数を更新し、更新後の予報次数pに対する最適な境界ビットを最適次数・最適境界ビット記憶部25に記録する(ステップS208)。 When the virtual forecast error sum is smaller than the provisional minimum value (step S206: YES), the virtual forecast error minimization determination unit 15a sets the smaller virtual forecast error as the provisional minimum value of the virtual forecast error, and stores the virtual forecast error minimum value. The value stored in the unit 16 is updated (step S207). Further, the virtual forecast error minimization determination unit 15a updates the forecast order stored in the optimum order / optimum boundary bit storage unit 25 with the current forecast order p, and the optimum boundary bit for the updated forecast order p *. Are recorded in the optimum order / optimum boundary bit storage unit 25 (step S208).

ステップS203〜ステップS208の処理が全ての予報次数で実行されると(ステップS209)、ビット分離処理部26は、最適次数・最適境界ビット記憶部25に記憶されている予報次数p及び境界ビットを、予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の予報処理において使用する予報次数及び境界ビットに設定する(ステップS210)。 When the processing of step S203 to step S208 is executed for all forecast orders (step S209), the bit separation processing unit 26 predicts the forecast order p * and the boundary bits stored in the optimum order / optimum boundary bit storage unit 25. Is set to the prediction order and boundary bits used in the prediction processing of the frame 100- (t + 1), which is the prediction target frame (step S210).

ビット分離処理部26は、設定された予報次数により定まる参照フレームに対して、設定された境界ビットにより、上位ビット信号と下位ビット信号に分離する(ステップS211)。上位ビット予測係数決定部181は、フレーム100−tと予報次数pにより定まる参照フレームの上位ビット信号に基づいて、フレーム100−tの第1の予測係数を算出する(ステップS212)。上位ビット予報信号生成部191は、フレーム100−tと予報次数pにより定まる参照フレームの上位ビット信号に基づいて、予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の第1の予報信号を生成する(ステップS213)。 The bit separation processing unit 26 separates the reference frame determined by the set prediction order into an upper bit signal and a lower bit signal using the set boundary bits (step S211). The upper bit prediction coefficient determination unit 181 calculates the first prediction coefficient of the frame 100-t based on the upper bit signal of the reference frame determined by the frame 100-t and the prediction order p * (Step S212). The upper bit prediction signal generation unit 191 generates the first prediction signal of the frame 100- (t + 1), which is the prediction target frame, based on the upper bit signal of the reference frame determined by the frame 100-t and the prediction order p *. (Step S213).

下位ビット予測係数決定部182は、フレーム100−tと予報次数pにより定まる参照フレームの下位ビット信号に基づいて、フレーム100−tの第2の予測係数を算出する(ステップS214)。下位ビット予報信号生成部192は、フレーム100−tと予報次数pにより定まる参照フレームの下位ビット信号に基づいて、予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の第2の予報信号を生成する(ステップS215)。その後、ビット合成処理部193は、第1の予報信号と、第2の予報信号とを合成して予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の予報信号を生成する(ステップS216)。 The lower bit prediction coefficient determination unit 182 calculates the second prediction coefficient of the frame 100-t based on the lower bit signal of the reference frame determined by the frame 100-t and the prediction order p * (Step S214). The lower bit prediction signal generation unit 192 generates a second prediction signal of the frame 100- (t + 1), which is the prediction target frame, based on the lower bit signal of the reference frame determined by the frame 100-t and the prediction order p *. (Step S215). Thereafter, the bit synthesis processing unit 193 synthesizes the first forecast signal and the second forecast signal to generate a forecast signal of the frame 100- (t + 1) that is the forecast target frame (step S216).

図8は、予報装置1aの動作の例を示すフローチャートである。なお、図8では、予報装置1aが行う最適境界ビット更新処理について説明する。
ビット分離処理部20は、入力信号記憶部10に記憶されている複数のフレーム100を時系列データとして読み込み、読み込んだ時系列データを境界ビットにより、上位ビット信号と、下位ビット信号とに分離する(ステップS2041)。上位ビット予測係数算出部121は、フレーム100−tと予報次数pにより定まる参照フレームの上位ビット信号に基づいて、フレーム100−(t−1)を予測対象フレームとした場合における予測誤差を最小化する第1のp次の予測係数を算出する(ステップS2042)。上位ビット仮想予報信号生成部131は、フレーム100−tと予報次数pにより定まる参照フレームの上位ビット信号と、第1のp次の予測係数とを読み込み、フレーム100−tの仮想予報処理の結果を表す第1の仮想予報信号を生成する(ステップS2043)。
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the forecasting device 1a. In addition, in FIG. 8, the optimal boundary bit update process which the forecast apparatus 1a performs is demonstrated.
The bit separation processing unit 20 reads a plurality of frames 100 stored in the input signal storage unit 10 as time series data, and separates the read time series data into upper bit signals and lower bit signals by boundary bits. (Step S2041). Based on the upper bit signal of the reference frame determined by the frame 100-t and the prediction order p * , the upper bit prediction coefficient calculation unit 121 minimizes the prediction error when the frame 100- (t−1) is the prediction target frame. The first p-th order prediction coefficient to be converted is calculated (step S2042). The upper bit virtual prediction signal generation unit 131 reads the upper bit signal of the reference frame determined by the frame 100-t and the prediction order p * and the first p-order prediction coefficient, and performs virtual prediction processing of the frame 100-t. A first virtual forecast signal representing the result is generated (step S2043).

上位ビット仮想予報誤差算出部141は、フレーム100−tと、生成された第1の仮想予報信号とを読み込み、フレーム100−tの第1の仮想予報誤差を算出する(ステップS2044)。下位ビット予測係数算出部122は、フレーム100−tと予報次数pにより定まる参照フレームの下位ビット信号に基づいて、フレーム100−(t−1)を予測対象フレームとした場合における予測誤差を最小化する第2のp次の予測係数を算出する(ステップS2045)。下位ビット仮想予報信号生成部132は、フレーム100−tと予報次数pにより定まる参照フレームの下位ビット信号と、第2のp次の予測係数とを読み込み、フレーム100−tの仮想予報処理の結果を表す第2の仮想予報信号を生成する(ステップS2046)。下位ビット仮想予報誤差算出部142は、フレーム100−tと、生成された第2の仮想予報信号とを読み込み、フレーム100−tの第2の仮想予報誤差を算出する(ステップS2047)。 The upper bit virtual prediction error calculation unit 141 reads the frame 100-t and the generated first virtual prediction signal, and calculates the first virtual prediction error of the frame 100-t (step S2044). The lower bit prediction coefficient calculation unit 122 minimizes the prediction error when the frame 100- (t−1) is the prediction target frame based on the lower bit signal of the reference frame determined by the frame 100-t and the prediction order p *. The second p-th order prediction coefficient to be converted is calculated (step S2045). The lower bit virtual prediction signal generation unit 132 reads the lower bit signal of the reference frame determined by the frame 100-t and the prediction order p * and the second p-order prediction coefficient, and performs virtual prediction processing of the frame 100-t. A second virtual forecast signal representing the result is generated (step S2046). The lower bit virtual prediction error calculation unit 142 reads the frame 100-t and the generated second virtual prediction signal, and calculates the second virtual prediction error of the frame 100-t (step S2047).

仮想予報誤差最小化判定部21は、第1の仮想予報誤差と第2の仮想予報誤差とを読み込み、仮想予報誤差和を算出する(ステップS2048)。その後、仮想予報誤差最小化判定部21は、算出した仮想予報誤差和と、仮想予報誤差最小値記憶部23に記憶されている仮想予報誤差の暫定最小値とを比較する(ステップS2049)。仮想予報誤差和が、暫定最小値よりも小さい場合(ステップS2049:YES)、仮想予報誤差最小化判定部21は算出した仮想予報誤差和で、仮想予報誤差最小値記憶部23に記憶されている仮想予報誤差の暫定最小値を更新する(ステップS2050)。さらに、仮想予報誤差最小化判定部21は、最適境界ビット記憶部24に記憶されている最適な境界ビットを現時点の境界ビットに更新する(ステップS2051)。
一方、仮想予報誤差和が、仮想予報誤差の暫定最小値よりも大きい場合(ステップS2049:NO)、仮想予報誤差最小化判定部21は境界ビット更新部22に対して境界ビットの更新を指示する。
The virtual forecast error minimizing determination unit 21 reads the first virtual forecast error and the second virtual forecast error, and calculates a virtual forecast error sum (step S2048). Thereafter, the virtual forecast error minimization determination unit 21 compares the calculated virtual forecast error sum with the provisional minimum value of the virtual forecast error stored in the virtual forecast error minimum value storage unit 23 (step S2049). When the virtual forecast error sum is smaller than the provisional minimum value (step S2049: YES), the virtual forecast error minimizing determination unit 21 is the calculated virtual forecast error sum and stored in the virtual forecast error minimum value storage unit 23. The provisional minimum value of the virtual forecast error is updated (step S2050). Further, the virtual prediction error minimization determination unit 21 updates the optimal boundary bit stored in the optimal boundary bit storage unit 24 to the current boundary bit (step S2051).
On the other hand, when the virtual forecast error sum is larger than the provisional minimum value of the virtual forecast error (step S2049: NO), the virtual forecast error minimizing determination unit 21 instructs the boundary bit update unit 22 to update the boundary bit. .

以上のように、第2実施形態のデータ数決定装置は、分離処理部としてのビット分離処理部20と、予測部としての仮想予報信号生成部13aと、差算出部としての仮想予報誤差算出部14aと、データ数決定部としての仮想予報誤差最小化判定部15aとを備える。ビット分離処理部20は、時系列データに含まれている、データの圧縮の際に参照される複数の過去データそれぞれを複数のデータに分離する。仮想予報信号生成部13aは、処理に用いる過去データの個数と、分離後のデータとの組み合わせ毎に予測データを生成する。仮想予報誤差算出部14aは、過去データとの時間相関を有する予測対象データと、予測データとの差を分離後のデータそれぞれに対して算出する処理を、処理に用いる過去データの個数の候補毎に行う。仮想予報誤差最小化判定部15aは、個数の候補毎に得られた差に基づいて、過去データの個数を決定する。これにより、ブロックベースの線形モデルに対する予報処理において、最適な境界ビット及び予報次数を設定することができ、予測精度を向上させることが可能になる。   As described above, the data number determination device according to the second embodiment includes the bit separation processing unit 20 as the separation processing unit, the virtual forecast signal generation unit 13a as the prediction unit, and the virtual forecast error calculation unit as the difference calculation unit. 14a and a virtual forecast error minimizing determination unit 15a as a data number determination unit. The bit separation processing unit 20 separates each of a plurality of past data, which is included in the time series data and is referred to when data is compressed, into a plurality of data. The virtual forecast signal generation unit 13a generates prediction data for each combination of the number of past data used for processing and the separated data. The virtual forecast error calculation unit 14a calculates a process for calculating the difference between the prediction target data having a temporal correlation with the past data and the predicted data for each of the separated data, for each candidate of the number of past data used for the process. To do. The virtual forecast error minimizing determination unit 15a determines the number of past data based on the difference obtained for each number of candidates. Thereby, in the prediction process for the block-based linear model, it is possible to set the optimum boundary bit and the prediction order, and to improve the prediction accuracy.

また、処理単位である8bitの内訳として上位ビット信号3bitと、下位ビット信号5bitとで全く関係のないデータに基づくbitであることが多々あり、予測や予報を行う際に処理単位のみを考慮して行うと予測残差や演算量が増える場合がある。第2実施形態のデータ数決定装置は、上記の事情を踏まえ、最適なビット境界でビット分離して予報信号を生成する。これにより、予測残差や演算量の増大を防ぐことができる。   In addition, as a breakdown of the 8-bit processing unit, there are many bits based on data that are completely unrelated to the upper bit signal 3 bits and the lower bit signal 5 bits, and only the processing unit is considered when performing prediction or forecasting. Doing so may increase the prediction residual and the amount of calculation. The data number determination device according to the second embodiment generates a forecast signal by separating bits at an optimum bit boundary in consideration of the above situation. As a result, it is possible to prevent an increase in the prediction residual and the calculation amount.

以上のように、第2実施形態のデータ数決定装置は、データ数決定部としての仮想予報誤差最小化判定部15aが、分離後のデータそれぞれの差の和が最小となる過去データの個数を決定する。これにより、第2実施形態のデータ数決定装置は、フレームの圧縮の際に参照されるフレームの枚数を効率的に決定することが可能である。   As described above, in the data number determination device according to the second embodiment, the virtual prediction error minimization determination unit 15a as the data number determination unit determines the number of past data that minimizes the sum of the differences between the separated data. decide. Thereby, the data number determination apparatus of the second embodiment can efficiently determine the number of frames to be referred to when compressing frames.

以上のように、第2実施形態のデータ数決定装置は、過去データを分離する位置を決定する分離位置決定部としての仮想予報誤差最小化判定部21をさらに備える。仮想予報誤差最小化判定部21は、分離する位置の候補で過去データを分離した際に得られる分離後の信号それぞれの差の和が最小となる分離位置を決定する。これにより、第2実施形態のデータ数決定装置は、フレームの圧縮の際に参照されるフレームの枚数を決定するための最適な分離位置を効率的に決定することが可能である。   As described above, the data number determination device according to the second embodiment further includes the virtual forecast error minimization determination unit 21 as a separation position determination unit that determines a position where past data is separated. The virtual forecast error minimization determination unit 21 determines a separation position where the sum of the differences between the separated signals obtained when the past data is separated with the position candidates to be separated is minimized. Thereby, the data number determination apparatus of the second embodiment can efficiently determine the optimum separation position for determining the number of frames to be referred to when compressing frames.

(第3実施形態)
第3実施形態では、最適な予報次数を、複数のフレームからなるクラスまで拡張して決定するという点が、第1実施形態及び第2実施形態と相違する。また、第3実施形態では、[例外処理]における(第3の例外処理)を実行しない点が、第1実施形態及び第2実施形態と相違する。以下、第1実施形態及び第2実施形態との相違点についてのみ説明する。
(Third embodiment)
The third embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment in that the optimal forecast order is determined by extending to a class composed of a plurality of frames. Further, the third embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment in that (third exception processing) in [exception processing] is not executed. Hereinafter, only differences from the first embodiment and the second embodiment will be described.

図9は、予報装置1bの構成の例を示す図である。予報装置1bは、入力信号記憶部10bと、次数更新部11と、予測係数算出部12bと、仮想予報信号生成部13bと、仮想予報誤差算出部14bと、仮想予報誤差最小化判定部15bと、仮想予報誤差最小値記憶部16と、予測係数決定部18bと、予報信号生成部19bと、クラス分離処理部28と、仮想予報誤差最小化判定部29と、参照パターン更新部30と、仮想予報誤差最小値記憶部31と、最適参照パターン記憶部32と、最適次数・最適参照パターン記憶部33とを備える。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the configuration of the forecasting device 1b. The forecast device 1b includes an input signal storage unit 10b, an order update unit 11, a prediction coefficient calculation unit 12b, a virtual forecast signal generation unit 13b, a virtual forecast error calculation unit 14b, and a virtual forecast error minimization determination unit 15b. The virtual forecast error minimum value storage unit 16, the prediction coefficient determination unit 18b, the forecast signal generation unit 19b, the class separation processing unit 28, the virtual forecast error minimization determination unit 29, the reference pattern update unit 30, and the virtual A prediction error minimum value storage unit 31, an optimum reference pattern storage unit 32, and an optimum order / optimum reference pattern storage unit 33 are provided.

予報装置1bは、入力信号記憶部10bと、次数更新部11と、予測係数算出部12bと、仮想予報信号生成部13bと、仮想予報誤差算出部14bと、仮想予報誤差最小化判定部15bと、仮想予報誤差最小値記憶部16と、クラス分離処理部28と、仮想予報誤差最小化判定部29と、参照パターン更新部30と、仮想予報誤差最小値記憶部31と、最適参照パターン記憶部32とを、データの個数を決定する装置であるデータ数決定装置2bとして備える。予報装置1bは、予測係数決定部18bと、予報信号生成部19bと、最適次数・最適参照パターン記憶部33のうち少なくとも一つを、データ数決定装置2bの機能部として備えてもよい。また、予測係数算出部12bと、仮想予報信号生成部13bと、仮想予報誤差算出部14bと、仮想予報誤差最小化判定部29と、参照パターン更新部30は、データの個数を決定するためのクラスを決定する装置であるクラス決定装置として構成されてもよい。   The forecast device 1b includes an input signal storage unit 10b, an order update unit 11, a prediction coefficient calculation unit 12b, a virtual forecast signal generation unit 13b, a virtual forecast error calculation unit 14b, and a virtual forecast error minimization determination unit 15b. , Virtual forecast error minimum value storage unit 16, class separation processing unit 28, virtual forecast error minimization determination unit 29, reference pattern update unit 30, virtual forecast error minimum value storage unit 31, and optimum reference pattern storage unit 32 as a data number determination device 2b which is a device for determining the number of data. The prediction device 1b may include at least one of the prediction coefficient determination unit 18b, the prediction signal generation unit 19b, and the optimal order / optimum reference pattern storage unit 33 as a functional unit of the data number determination device 2b. Moreover, the prediction coefficient calculation unit 12b, the virtual forecast signal generation unit 13b, the virtual forecast error calculation unit 14b, the virtual forecast error minimization determination unit 29, and the reference pattern update unit 30 determine the number of data. You may comprise as a class determination apparatus which is an apparatus which determines a class.

予報装置1bの各機能部の一部又は全部は、例えば、CPU等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。記憶部は、例えば、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の不揮発性の記録媒体(非一時的な記録媒体)を有する。各機能部の一部又は全部は、例えば、LSIやASIC等のハードウェアを用いて実現されてもよい。   Part or all of each functional unit of the forecasting device 1b is realized by, for example, a processor such as a CPU executing a program stored in the storage unit. The storage unit includes, for example, a nonvolatile recording medium (non-temporary recording medium) such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device. A part or all of each functional unit may be realized using hardware such as an LSI or an ASIC, for example.

クラス分離処理部28は、入力されたフレームを属性に応じて、複数個(例えば、C個)のクラスに分離する。属性の例としては、例えば、人流データの場合、性別、年齢層等である。以下の説明では、属性をクラスと呼ぶ。すなわち、クラス分離処理部28は、入力されたフレームの属性に応じたクラスに、入力されたフレームを分離する。   The class separation processing unit 28 separates the input frame into a plurality of (for example, C) classes according to the attribute. Examples of attributes include gender, age group, etc. in the case of human flow data. In the following description, an attribute is called a class. That is, the class separation processing unit 28 separates the input frame into classes corresponding to the attributes of the input frame.

入力信号記憶部10bは、複数のフレームを時系列データとして記憶する。例えば、入力信号記憶部10bは、複数のフレームを、クラスIDに対応付けてクラス別に記憶する。クラスIDは、クラスを識別するためのIDである。
参照パターン更新部30は、参照パターンを、順次、更新する。参照パターンとは、クラスID及び参照フレームを表す。すなわち、参照パターン更新部30は、順次、クラス及び当該クラスに対応した参照フレームを更新する。
The input signal storage unit 10b stores a plurality of frames as time series data. For example, the input signal storage unit 10b stores a plurality of frames for each class in association with the class ID. The class ID is an ID for identifying a class.
The reference pattern update unit 30 sequentially updates the reference pattern. The reference pattern represents a class ID and a reference frame. That is, the reference pattern update unit 30 sequentially updates the class and the reference frame corresponding to the class.

予測係数算出部12bは、参照パターン更新部30によって更新されたクラスIDに対応するフレーム100−tの直前のフレーム100−(t−1)を、入力信号記憶部10bから読み込む。予測係数算出部12bは、次数更新部11によって更新された予報次数pにより定まる1枚以上のフレーム100を、参照フレームとして入力信号記憶部10bから読み込む。予測係数算出部12bは、参照フレームを用いて直前のフレーム100−(t−1)を予測する場合の予測誤差を最小化するp次の予測係数を算出する。   The prediction coefficient calculation unit 12b reads from the input signal storage unit 10b the frame 100- (t-1) immediately before the frame 100-t corresponding to the class ID updated by the reference pattern update unit 30. The prediction coefficient calculation unit 12b reads one or more frames 100 determined by the prediction order p updated by the order update unit 11 from the input signal storage unit 10b as reference frames. The prediction coefficient calculation unit 12b calculates a p-th order prediction coefficient that minimizes a prediction error when the immediately preceding frame 100- (t-1) is predicted using the reference frame.

仮想予報信号生成部13bは、予報次数p及び参照パターンにより定まる1枚以上の参照フレームと、予測係数算出部12bによって算出されたp次の予測係数とを読み込み、フレーム100−tの仮想予報処理の結果を表す仮想予報信号を生成する。
仮想予報誤差算出部14bは、入力信号記憶部10bから得られたフレーム100−tと、フレーム100−tを表す仮想予報信号との予報誤差である仮想予報誤差を算出する。
The virtual forecast signal generation unit 13b reads one or more reference frames determined by the forecast order p and the reference pattern, and the p-th order prediction coefficient calculated by the prediction coefficient calculation unit 12b, and performs virtual prediction processing of the frame 100-t. A virtual forecast signal representing the result of is generated.
The virtual forecast error calculating unit 14b calculates a virtual forecast error that is a forecast error between the frame 100-t obtained from the input signal storage unit 10b and the virtual forecast signal representing the frame 100-t.

仮想予報誤差最小化判定部29は、仮想予報誤差算出部14bによって算出された仮想予報誤差と、仮想予報誤差最小値記憶部31に記憶されている仮想予報誤差の暫定最小値との大きさを比較する。仮想予報誤差最小化判定部29は、仮想予報誤差の大きさを参照パターンごとに比較することによって、仮想予報誤差を最小化する最適な参照パターンを判定する。   The virtual forecast error minimizing determination unit 29 determines the magnitudes of the virtual forecast error calculated by the virtual forecast error calculation unit 14 b and the provisional minimum value of the virtual forecast error stored in the virtual forecast error minimum value storage unit 31. Compare. The virtual forecast error minimizing determination unit 29 determines the optimum reference pattern that minimizes the virtual forecast error by comparing the magnitude of the virtual forecast error for each reference pattern.

仮想予報誤差最小値記憶部31は、仮想予報誤差の暫定最小値を記憶する。最適参照パターン記憶部32は、最適な参照パターンを記憶する。仮想予報誤差最小化判定部15bは、仮想予報誤差最小値記憶部31に記憶されている仮想予報誤差の暫定最小値と、仮想予報誤差最小値記憶部16に記憶されている仮想予報誤差の暫定最小値との大きさを比較する。最適次数・最適参照パターン記憶部33は、最適な予報次数p及び最適な参照パターンを記憶する。 The virtual forecast error minimum value storage unit 31 stores a provisional minimum value of the virtual forecast error. The optimum reference pattern storage unit 32 stores an optimum reference pattern. The virtual forecast error minimizing determination unit 15b provisionally minimizes the virtual forecast error stored in the virtual forecast error minimum value storage unit 31 and the virtual forecast error provisional stored in the virtual forecast error minimum value storage unit 16. Compare the size with the minimum value. The optimum order / optimum reference pattern storage unit 33 stores the optimum forecast order p * and the optimum reference pattern.

予測係数決定部18bは、最適次数・最適参照パターン記憶部33に記憶されている予報次数p及び参照パターンを予報処理の予報次数及び参照パターンとして設定し、フレーム100−tと、予報次数p及び参照パターンにより定まる参照フレームとに基づいて、予測誤差Eを最小化するようにフレーム100−tの予測係数を算出する。
予報信号生成部19bは、予報次数p及び参照パターンにより定まる1枚以上の参照フレームと、予測係数決定部18bによって算出された予測係数とに基づいて、予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の予報信号を生成する。
The prediction coefficient determination unit 18b sets the forecast order p * and the reference pattern stored in the optimum order / optimum reference pattern storage unit 33 as the forecast order and reference pattern of the forecast process, and sets the frame 100-t and the forecast order p. * and on the basis of the reference frame determined by the reference pattern, and calculates prediction coefficients of the frame 100-t so as to minimize the prediction error E p.
The prediction signal generation unit 19b generates a frame 100- (t + 1) that is a prediction target frame based on one or more reference frames determined by the prediction order p * and the reference pattern and the prediction coefficient calculated by the prediction coefficient determination unit 18b. ) Forecast signal.

図10及び図11は、クラスに基づく予報処理の例を示す図である。図10及び図11では、複数のフレーム100のうち現時刻のフレームは、フレーム100−tである。フレーム100同士の時間間隔は、例えば、1分間等の単位時間長である。図10及び図11に示すように、第3実施形態における予報装置1bは、フレーム100を属性に基づいてクラス分けし、クラス毎に予報処理を行う。   10 and 11 are diagrams illustrating an example of a forecast process based on a class. 10 and 11, the frame at the current time among the plurality of frames 100 is a frame 100-t. The time interval between the frames 100 is a unit time length such as 1 minute, for example. As shown in FIGS. 10 and 11, the forecasting device 1b according to the third embodiment classifies the frames 100 based on attributes, and performs forecasting processing for each class.

図10及び図11では、Classとして、Class1(例えば、30代女性)、Class2(例えば、40代女性)及びClass3(例えば、50代女性)の3つのクラスを例示している。図10では、予報装置1bが、Class2の予報処理に、同クラスのフレーム100−tと、フレーム100−(t+1−D)と、他のクラスのフレーム100−tと、フレーム100−(t+1−D)とを参照フレームとして用いる場合を示している。図11では、予報装置1bが、Class2の予報処理に、図10よりも多くのフレーム100を参照フレームとして用いる場合を示している。   10 and 11, three classes of Class 1 (for example, women in their 30s), Class 2 (for example, women in their 40s), and Class 3 (for example, women in their 50s) are exemplified as Class. In FIG. 10, the forecasting device 1 b performs class 2 forecast processing in the same class frame 100-t, frame 100-(t + 1-D), another class frame 100-t, and frame 100-(t + 1-). D) is used as a reference frame. FIG. 11 shows a case where the forecasting device 1b uses more frames 100 than FIG. 10 as reference frames in the Class2 forecasting process.

以下、第3実施形態における予報装置1bの処理について詳細に説明する。
[クラス間予測]
クラス分離処理部28は、空間情報データf(x,t)を属性毎に分解する。属性毎に分解すると、f(x,t)は式(30)に示すように各属性の和として表される。
Hereinafter, the process of the forecast device 1b in the third embodiment will be described in detail.
[Inter-class prediction]
The class separation processing unit 28 decomposes the spatial information data f (x, t) for each attribute. When it is decomposed for each attribute, f (x, t) is expressed as the sum of the attributes as shown in Expression (30).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

仮想予報信号生成部13bは、クラス〜cに属するフレーム100−tの予報信号を式(31)のように生成する。なお、「〜c」は「〜」がcの上に記載されることを意味する。   The virtual forecast signal generation unit 13b generates a forecast signal of the frame 100-t belonging to the classes to c as shown in Expression (31). “˜c” means that “˜” is written on c.

Figure 2019004300
Figure 2019004300

ここで、i番目の参照ブロックは、クラスIDc(t)及び時間位置l(t)により、規定される。ベクトルc(t)(=c(t),…,c(t))は参照ブロックのクラスリストである。ベクトルl(t)(=l(t),…,l(t))は参照ブロックのフレームリストである。 Here, the i-th reference block is defined by the class ID c i (t) and the time position l i (t). The vector c p (t) (= c 1 (t),..., C p (t)) is a class list of reference blocks. The vector l p (t) (= l 1 (t),..., L p (t)) is a frame list of reference blocks.

スカラーc(t),l(t)の取り得る範囲は、c(t)=0,…,C−1、l(t)=0,…,L−1,A,A±1,…,A±L,…,MA,MA±1,…,MA±Lである。ここで、Cはクラス数である。Lは近傍における参照フレームの存在区間である。Aは信号の周期にあたる時間間隔であり、Mは外部から与えられるパラメータであり、第1周期前から第M周期前のフレーム及びその近傍フレームを参照候補とすることを意味する。周期の例としては、一日、一週、一月、一年等がある。具体的なリストの構成方法は後述する。 The possible ranges of the scalars c i (t), l i (t) are c i (t) = 0,..., C−1, l i (t) = 0,..., L−1, A, A ±. 1,..., A ± L,..., MA, MA ± 1,. Here, C is the number of classes. L is a reference frame existing section in the vicinity. A is a time interval corresponding to a signal cycle, M is a parameter given from the outside, and means that a frame before the first cycle to the previous M cycle and its neighboring frames are used as reference candidates. Examples of cycles include one day, one week, one month, one year, etc. A specific list construction method will be described later.

ベクトルa(t)(=a(t),a(t),…,a(t))は式(1)の解として得られる。予測係数算出部12bは、同式におけるf(x,t−i)をg(x,t−l)に置き換えて解を導出する。言い換えると、予測係数a(t)は、複数のリスト(ベクトルc(t)及びベクトルl(t))で規定されるp個の予測参照ブロックを参照し、フレーム100−tの予測誤差を最小化する規範に基づいて設定される。この予測係数a(t)が式(31)の通り、フレーム100−tの予報係数として用いられる。 A vector a p (t) (= a 0 (t), a 1 (t),..., A p (t)) is obtained as a solution of the equation (1). The prediction coefficient calculation unit 12b derives a solution by replacing f (x, t−i) in the same expression with g (x, t−l i ). In other words, the prediction coefficient a p (t) refers to p prediction reference blocks defined by a plurality of lists (vector c p (t) and vector l p (t)), and predicts the frame 100-t. It is set based on a standard that minimizes the error. This prediction coefficient a p (t) is used as a prediction coefficient of the frame 100-t as shown in Expression (31).

次に、予報処理を一般化する目的で、第τフレームの予測誤差を最小化する係数a(τ)を用いて、第〜τフレーム(フレーム100−(t+〜τ))を予報する場合を考える。なお、「〜τ」は、「〜」が「τ」の上に記載されることを意味する。予報処理が、第〜τフレームに適用される一方で、予報係数a(τ)が第τフレームの予報処理に基づき生成される場合である。この場合、仮想予報誤差算出部14bは、式(32)に基づいて予報誤差を算出する。 Next, for the purpose of generalizing the forecasting process, when predicting the ˜τ frame (frame 100− (t + ˜τ)) using the coefficient a p (τ) that minimizes the prediction error of the τ frame. think of. “˜τ” means that “˜” is described above “τ”. This is the case where the forecast coefficient a p (τ) is generated based on the forecast process of the τ-th frame while the forecast process is applied to the τ-th frame. In this case, the virtual forecast error calculation unit 14b calculates a forecast error based on Expression (32).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

[予報次数の適応選択]
式(32)の予報処理に用いられる次数である予報次数pの設定法(データの個数の決定法)を説明する。第3実施形態において予測次数の最適値の推定方法は、2つのステップで構成される。第一ステップでは、次数pの予報処理に対して、最適な参照パターンを同定する。まず、予測係数算出部12bは、各参照パターンに対して、フレーム100−(t−1)を予測対象とした場合の予測誤差を最小化するp次の予測係数a(t−1)を算出する。次に、仮想予報誤差算出部14は、予測係数a(t−1)を用いて、フレーム100−tを予報対象とした場合のp次予報誤差を求める。さらに、仮想予報誤差最小化判定部29が、各参照パターンの予報誤差を比較し、予報誤差を最小化する参照パターンを同定する。つまり、第一ステップの処理は、フレーム100−tに対する仮想予報誤差を最小化する参照パターンを選択する処理であり、式(33)のように表せる。
[Adaptive selection of forecast order]
A method for setting the forecast order p, which is the order used in the forecast process of Equation (32) (method for determining the number of data) will be described. In the third embodiment, the method for estimating the optimum value of the predicted order is composed of two steps. In the first step, an optimal reference pattern is identified for the forecast process of order p. First, the prediction coefficient calculation unit 12b calculates, for each reference pattern, a p-th order prediction coefficient a p (t−1) that minimizes a prediction error when the frame 100- (t−1) is a prediction target. calculate. Next, the virtual forecast error calculation unit 14 uses the prediction coefficient a p (t−1) to obtain a p-th order forecast error when the frame 100-t is a forecast target. Further, the virtual forecast error minimizing determination unit 29 compares the forecast errors of the respective reference patterns and identifies the reference pattern that minimizes the forecast error. That is, the process of the first step is a process of selecting a reference pattern that minimizes the virtual prediction error with respect to the frame 100-t, and can be expressed as Expression (33).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

第二ステップでは、第一ステップで求めた参照パターンを用いて、最適な次数を同定する。第一ステップで求めた参照パターンを用いることで、次数pにおける仮想予測誤差を最小化できる。ここで、p=1,…,Pとする。Pは外部から与えられるものとする。そこで、仮想予報誤差最小化判定部15bは、各次数での最小仮想予報誤差を比較し、仮想予報誤差を最小化する次数pを予報次数pとして同定する。つまり、第二ステップの処理は、フレーム100−tに対する仮想予報誤差を最小化する予報次数の同定する処理であり、式(34)のように表せる。 In the second step, the optimal order is identified using the reference pattern obtained in the first step. By using the reference pattern obtained in the first step, the virtual prediction error in the order p can be minimized. Here, p = 1,. P is assumed to be given from the outside. Therefore, the virtual forecast error minimizing determination unit 15b compares the minimum virtual forecast errors in the respective orders, and identifies the order p that minimizes the virtual forecast error as the forecast order p * . That is, the process of the second step is a process of identifying the forecast order that minimizes the virtual forecast error with respect to the frame 100-t, and can be expressed as Expression (34).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

予報装置1bは、上式で定めた予報次数pを用いて、クラス毎に式(31)に基づき予報処理を行う。上述の予報次数pの最適化において、参照パターンの組合せを制限することで、計算量を低減可能となる。例えば、次のような方法がある。
1.p=1に対して、1次の仮想予報におけるクラスIDと参照フレームを同定する。この場合、式(33)は式(35)のようになる。
The forecasting device 1b performs forecasting processing for each class based on the formula (31) using the forecast order p * defined by the above formula. In the optimization of the prediction order p * described above, the amount of calculation can be reduced by limiting the combinations of reference patterns. For example, there are the following methods.
1. For p = 1, identify the class ID and reference frame in the primary virtual forecast. In this case, equation (33) becomes equation (35).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

2.for p=2,…,P
3.p−1次の仮想予報により定めたp−1個のクラスIDと参照フレームを用いる条件下において、最低なp個目のクラスIDと参照フレームを式(36)に基づき定める。
2. for p = 2, ..., P
3. Under the condition of using p-1 class IDs and reference frames determined by the (p-1) th order virtual forecast, the lowest pth class ID and reference frame are determined based on Expression (36).

Figure 2019004300
Figure 2019004300

4.ベクトルc (t−1),l (t−1)の第1から第p−1要素はベクトルc (t−1),ベクトルl (t−1)を継承し、c(t−1),l(t−1)の第p要素として、スカラーc (t−1),スカラーl (t−1)を設定する。
上記方法に従えば、各予報次数に対する参照パターンを一組に限定可能となる。
4). Vector c p * (t-1) , l p * (t-1) the p-1 component from a first vector c p * (t-1) , inherit * vector l p (t-1) , C p (t−1), and l p (t−1) are set as scalar c p * (t−1) and scalar l p * (t−1).
If the said method is followed, it will become possible to limit the reference pattern with respect to each forecast order to one set.

次に、予報装置1bの動作の例を説明する。
図12は、予報装置1bの動作の例を示すフローチャートである。
クラス分離処理部28は、複数のフレーム100を時系列データとして読み込む(ステップS301)。クラス分離処理部28は、入力した時系列データである複数のフレーム100を属性に応じて複数のクラスに分離する(ステップS302)。クラス分離処理部28は、分離後のフレーム100を、クラスIDに対応付けて10bに記録する。
Next, an example of the operation of the forecasting device 1b will be described.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of the operation of the forecasting device 1b.
The class separation processing unit 28 reads the plurality of frames 100 as time series data (step S301). The class separation processing unit 28 separates the plurality of frames 100 that are input time-series data into a plurality of classes according to attributes (step S302). The class separation processing unit 28 records the separated frame 100 in 10b in association with the class ID.

次数更新部11は、予報次数pを予報次数の候補p=1,…,Pの順に更新する(ステップS303)。ステップS304〜ステップS310を実行することによって、データ数決定装置2bは最適な予報次数pを決定する。参照パターン更新部30は、参照パターンを順に更新する(ステップS304)。例えば、参照パターン更新部30は、クラスIDを順番に更新する。データ数決定装置2bは、最適参照パターン更新処理を実行することによって最適な最適パターンを決定する(ステップS305)。なお、最適参照パターン更新処理の具体的な処理については後述する。   The order update unit 11 updates the forecast order p in the order of forecast order candidates p = 1,..., P (step S303). By executing step S304 to step S310, the data number determination device 2b determines the optimal forecast order p. The reference pattern update unit 30 updates the reference patterns in order (step S304). For example, the reference pattern update unit 30 updates the class IDs in order. The data number determination device 2b determines an optimal optimum pattern by executing an optimal reference pattern update process (step S305). The specific process of the optimum reference pattern update process will be described later.

全ての参照パターンにおいて最適参照パターン更新処理が実行されると(ステップS306)、仮想予報誤差最小化判定部15bは参照パターンにおいて得られた仮想予報誤差と、仮想予報誤差最小値記憶部16に記憶されている暫定最小値との大きさを比較する(ステップS307)。仮想予報誤差が暫定最小値以上である場合(ステップS307:NO)、仮想予報誤差最小化判定部15bはステップS310に処理を進める。例えば、仮想予報誤差最小化判定部15bは、次数更新部11に対して予報次数の更新を指示する。   When the optimum reference pattern update process is executed for all reference patterns (step S306), the virtual forecast error minimizing determination unit 15b stores the virtual forecast error obtained in the reference pattern and the virtual forecast error minimum value storage unit 16. The size of the provisional minimum value is compared (step S307). When the virtual forecast error is greater than or equal to the provisional minimum value (step S307: NO), the virtual forecast error minimization determination unit 15b advances the process to step S310. For example, the virtual forecast error minimizing determination unit 15b instructs the order update unit 11 to update the forecast order.

一方、仮想予報誤差が仮想予報誤差の暫定最小値よりも小さい場合(ステップS307:YES)、仮想予報誤差最小化判定部15bはより小さい仮想予報誤差を、仮想予報誤差の暫定最小値とし、仮想予報誤差最小値記憶部16に記憶されている値を更新する(ステップS308)。また、仮想予報誤差最小化判定部15bは、現時点の予報次数pで最適次数・最適参照パターン記憶部33に記憶されている予報次数を更新し、更新後の予報次数pに対する最適な参照パターンを最適次数・最適参照パターン記憶部33に記録する(ステップS309)。 On the other hand, when the virtual forecast error is smaller than the provisional minimum value of the virtual forecast error (step S307: YES), the virtual forecast error minimization determination unit 15b sets the smaller virtual forecast error as the provisional minimum value of the virtual forecast error, The value stored in the forecast error minimum value storage unit 16 is updated (step S308). Further, the virtual forecast error minimizing determination unit 15b updates the forecast order stored in the optimum order / optimum reference pattern storage unit 33 with the current forecast order p, and the optimum reference pattern for the updated forecast order p *. Are recorded in the optimum order / optimum reference pattern storage unit 33 (step S309).

ステップS304〜ステップS309の処理が全ての予報次数で実行されると(ステップS310)、予測係数決定部18bは、最適次数・最適参照パターン記憶部33に記憶されている予報次数p及び参照パターンを、予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の予報処理において使用する予報次数及び参照パターンに設定する(ステップS311)。予測係数決定部18bは、フレーム100−tと予報次数p及び参照パターンにより定まる参照フレームとに基づいて、フレーム100−tの予測係数を算出する(ステップS312)。予報信号生成部19bは、予報次数p及び参照パターンにより定まる1枚以上の参照フレームと予測係数とに基づいて、予報対象フレームであるフレーム100−(t+1)の予報信号を生成する(ステップS313)。 When the processing of step S304 to step S309 is executed for all prediction orders (step S310), the prediction coefficient determination unit 18b stores the prediction order p * and the reference pattern stored in the optimal order / optimum reference pattern storage unit 33. Is set to the prediction order and reference pattern used in the prediction processing of the frame 100- (t + 1), which is the prediction target frame (step S311). The prediction coefficient determination unit 18b calculates a prediction coefficient of the frame 100-t based on the frame 100-t and the reference frame determined by the prediction order p * and the reference pattern (step S312). The prediction signal generation unit 19b generates a prediction signal for the frame 100- (t + 1), which is the prediction target frame, based on one or more reference frames determined by the prediction order p * and the reference pattern and the prediction coefficient (step S313). ).

図13は、予報装置1bの動作の例を示すフローチャートである。なお、図13では、予報装置1bが行う最適参照パターン更新処理について説明する。
予測係数算出部12bは、次数更新部11によって更新された予報次数pおよび参照パターンにより定まる1枚以上のフレーム100を、参照フレームとして読み込む。予測係数算出部12bは、フレーム100−(t−1)を予測対象フレームとした場合における予測誤差を最小化するp次の予測係数を算出する(ステップS3051)。仮想予報信号生成部13bは、予報次数p及び参照パターンにより定まる1枚以上の参照フレームと、予測係数算出部12bによって算出されたp次の予測係数とを読み込み、フレーム100−tの仮想予報処理の結果を表す仮想予報信号を生成する(ステップS3052)。仮想予報誤差算出部14bは、フレーム100−tと、生成された仮想予報信号とを読み込み、フレーム100−tの仮想予報誤差を算出する(ステップS3053)。
FIG. 13 is a flowchart showing an example of the operation of the forecasting device 1b. In addition, in FIG. 13, the optimal reference pattern update process which the forecast apparatus 1b performs is demonstrated.
The prediction coefficient calculation unit 12b reads, as a reference frame, one or more frames 100 determined by the forecast order p and the reference pattern updated by the order update unit 11. The prediction coefficient calculation unit 12b calculates a p-th order prediction coefficient that minimizes a prediction error when the frame 100- (t-1) is a prediction target frame (step S3051). The virtual forecast signal generation unit 13b reads one or more reference frames determined by the forecast order p and the reference pattern, and the p-th order prediction coefficient calculated by the prediction coefficient calculation unit 12b, and performs virtual prediction processing of the frame 100-t. A virtual forecast signal representing the result is generated (step S3052). The virtual forecast error calculation unit 14b reads the frame 100-t and the generated virtual forecast signal, and calculates the virtual forecast error of the frame 100-t (step S3053).

仮想予報誤差最小化判定部29は、仮想予報誤差算出部14bによって算出された仮想予報誤差と、仮想予報誤差最小値記憶部31に記憶されている仮想予報誤差の暫定最小値との大きさを比較する(ステップS3054)。仮想予報誤差が暫定最小値よりも大きい場合(ステップS3054:NO)、仮想予報誤差最小化判定部29は参照パターン更新部30に対して参照パターンの更新を指示する。   The virtual forecast error minimizing determination unit 29 determines the magnitudes of the virtual forecast error calculated by the virtual forecast error calculation unit 14 b and the provisional minimum value of the virtual forecast error stored in the virtual forecast error minimum value storage unit 31. Compare (step S3054). When the virtual forecast error is larger than the provisional minimum value (step S3054: NO), the virtual forecast error minimization determination unit 29 instructs the reference pattern update unit 30 to update the reference pattern.

一方、仮想予報誤差が暫定最小値よりも小さい場合(ステップS3054:YES)、仮想予報誤差最小化判定部29はより小さい仮想予報誤差を、仮想予報誤差の暫定最小値とし、仮想予報誤差最小値記憶部31に記憶されている値を更新する(ステップS3055)。さらに、仮想予報誤差最小化判定部29は、現時点の参照パターンを最適な参照パターンとして最適参照パターン記憶部32に記憶されている参照パターンを更新する(ステップS3056)。   On the other hand, when the virtual forecast error is smaller than the provisional minimum value (step S3054: YES), the virtual forecast error minimization determination unit 29 sets the smaller virtual forecast error as the provisional minimum value of the virtual forecast error and sets the virtual forecast error minimum value. The value stored in the storage unit 31 is updated (step S3055). Further, the virtual forecast error minimizing determination unit 29 updates the reference pattern stored in the optimal reference pattern storage unit 32 with the current reference pattern as the optimal reference pattern (step S3056).

以上のように、第3実施形態のクラス決定装置は、予測部としての仮想予報信号生成部13bと、差算出部としての仮想予報誤差算出部14bと、クラス決定部としての仮想予報誤差最小化判定部29とを備える。仮想予報信号生成部13bは、属性に基づくクラスに分類された時系列データに含まれている、予測する対象である予測対象データを予測するために参照される予測対象データの属するクラスと異なるクラスに分類された少なくとも一つのクラスの過去データを用いてクラス毎に予測データを生成する。仮想予報誤差算出部14bは、過去データとの時間相関を有する予測対象データと、予測データとの差を算出する処理を、予測データを生成したクラス毎に行う。仮想予報誤差最小化判定部29は、クラス毎に得られた差が最小となるクラスを、予測対象データを予測するために参照される複数の過去データの個数を決定するためのクラスに決定する。これにより、適切な参照クラスを決定することができる。そのため、他クラスを参照するブロックベースの線形モデルに対する予報処理において、適切な参照クラス、各参照クラス内の参照フレーム、および予報次数を設定することができ、予測精度を向上させることが可能になる。   As described above, the class determination device according to the third embodiment includes a virtual forecast signal generation unit 13b as a prediction unit, a virtual forecast error calculation unit 14b as a difference calculation unit, and a virtual prediction error minimization as a class determination unit. And a determination unit 29. The virtual forecast signal generation unit 13b includes a class different from the class to which the prediction target data referred to predict the prediction target data, which is included in the time-series data classified into the class based on the attribute, is predicted. Prediction data is generated for each class using the past data of at least one class classified as (1). The virtual forecast error calculation unit 14b performs a process of calculating the difference between the prediction target data having a temporal correlation with the past data and the prediction data for each class that has generated the prediction data. The virtual forecast error minimizing determination unit 29 determines a class with the smallest difference obtained for each class as a class for determining the number of a plurality of past data referred to predict the prediction target data. . Thereby, an appropriate reference class can be determined. Therefore, it is possible to set an appropriate reference class, a reference frame in each reference class, and a prediction order in a prediction process for a block-based linear model that refers to another class, and to improve prediction accuracy. .

上述した実施形態におけるデータ数決定装置、予報装置、クラス決定装置の少なくとも一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。   You may make it implement | achieve at least one part of the data number determination apparatus, forecast apparatus, and class determination apparatus in embodiment mentioned above with a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read into a computer system and executed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory inside a computer system serving as a server or a client in that case may be included and a program held for a certain period of time. Further, the program may be a program for realizing a part of the above-described functions, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system. You may implement | achieve using programmable logic devices, such as FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.

本発明は、データの個数を決定するデータ数決定装置、未来のデータを予報する予報装置に適用可能である。   The present invention is applicable to a data number determination device that determines the number of data and a prediction device that predicts future data.

1、1a、1b…予報装置、2、2a、2b…データ数決定装置、10…入力信号記憶部、11…次数更新部、12、12a、12b…予測係数算出部、121…上位ビット予測係数算出部、122…下位ビット予測係数算出部、13、13a、13b…仮想予報信号生成部、131…上位ビット仮想予報信号生成部、132…下位ビット仮想予報信号生成部、14、14a、14b…仮想予報誤差算出部、141…上位ビット仮想予報誤差算出部、142…下位ビット仮想予報誤差算出部、15、15a、15b…仮想予報誤差最小化判定部、16…仮想予報誤差最小値記憶部、17…最適次数記憶部、18、18a、18b…予測係数決定部、181…上位ビット予測係数決定部、182…下位ビット予測係数決定部、19、19a、19b…予報信号生成部、191…上位ビット予報信号生成部、192…下位ビット予報信号生成部、20…ビット分離処理部、21…仮想予報誤差最小化判定部、22…境界ビット更新部、23…仮想予報誤差最小値記憶部、24…最適境界ビット記憶部、25…最適次数・最適境界ビット記憶部、26…ビット分離処理部、28…クラス分離処理部、29…仮想予報誤差最小化判定部、30…参照パターン更新部、31…仮想予報誤差最小値記憶部、32…最適参照パターン記憶部、33…最適次数・最適参照パターン記憶部、100…フレーム、200…フレーム群、201…フレーム群、202…フレーム群   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b ... Forecast apparatus 2, 2a, 2b ... Data number determination apparatus, 10 ... Input signal memory | storage part, 11 ... Order update part, 12, 12a, 12b ... Prediction coefficient calculation part, 121 ... Upper bit prediction coefficient Calculation unit, 122 ... lower bit prediction coefficient calculation unit, 13, 13a, 13b ... virtual forecast signal generation unit, 131 ... upper bit virtual forecast signal generation unit, 132 ... lower bit virtual forecast signal generation unit, 14, 14a, 14b ... Virtual forecast error calculation unit, 141 ... upper bit virtual forecast error calculation unit, 142 ... lower bit virtual forecast error calculation unit, 15, 15a, 15b ... virtual forecast error minimization determination unit, 16 ... virtual forecast error minimum value storage unit, 17 ... Optimum order storage unit 18, 18a, 18b ... Prediction coefficient determination unit, 181 ... Upper bit prediction coefficient determination unit, 182 ... Lower bit prediction coefficient determination unit 19, 19a, 1 b ... prediction signal generation unit, 191 ... upper bit prediction signal generation unit, 192 ... lower bit prediction signal generation unit, 20 ... bit separation processing unit, 21 ... virtual prediction error minimization determination unit, 22 ... boundary bit update unit, 23 ... virtual forecast error minimum value storage unit, 24 ... optimal boundary bit storage unit, 25 ... optimal order / optimum boundary bit storage unit, 26 ... bit separation processing unit, 28 ... class separation processing unit, 29 ... virtual prediction error minimization determination , 30 ... Reference pattern update unit, 31 ... Virtual forecast error minimum value storage unit, 32 ... Optimal reference pattern storage unit, 33 ... Optimal order / optimum reference pattern storage unit, 100 ... Frame, 200 ... Frame group, 201 ... Frame Group, 202 ... frame group

Claims (5)

時系列データに含まれている、予測する対象である予測対象データを予測するために参照される、複数の過去データそれぞれを複数のデータに分離する分離処理部と、
処理に用いる過去データの個数と、分離後のデータとの組み合わせ毎に予測データを生成する予測部と、
前記過去データとの時間相関を有する予測対象データと、前記予測データとの差を少なくとも分離後のデータそれぞれに対して算出する処理を、前記処理に用いる過去データの個数の候補毎に行う差算出部と、
前記個数の候補毎に得られた前記差に基づいて、前記過去データの個数を決定するデータ数決定部と、
を備えるデータ数決定装置。
A separation processing unit that separates each of a plurality of past data into a plurality of data, which is referred to in order to predict the prediction target data included in the time series data,
A prediction unit that generates prediction data for each combination of the number of past data used for processing and the separated data;
The difference calculation is performed for each candidate of the number of past data used in the process, the process of calculating the difference between the prediction target data having a temporal correlation with the past data and the prediction data for each of the separated data. And
A data number determination unit for determining the number of the past data based on the difference obtained for each of the number candidates;
A data number determination device comprising:
前記データ数決定部は、前記分離後のデータそれぞれの差の和が最小となる前記過去データの個数を決定する、請求項1に記載のデータ数決定装置。   The data number determination device according to claim 1, wherein the data number determination unit determines the number of the past data that minimizes a sum of differences between the separated data. 前記過去データを分離する位置を決定する分離位置決定部をさらに備え、
前記分離位置決定部は、分離する位置の候補で前記過去データを分離した際に得られる前記分離後の信号それぞれの差の和が最小となる分離位置を決定する、請求項1又は2に記載のデータ数決定装置。
A separation position determination unit for determining a position for separating the past data;
3. The separation position determination unit according to claim 1, wherein the separation position determination unit determines a separation position that minimizes a sum of differences between the signals after separation obtained when the past data is separated from candidates of positions to be separated. Data number determination device.
データの個数を決定するデータ数決定装置が実行するデータ数決定方法であって、
時系列データに含まれている、予測する対象である予測対象データを予測するために参照される、複数の過去データそれぞれを複数のデータに分離する分離処理ステップと、
処理に用いる過去データの個数と、分離後のデータとの組み合わせ毎に予測データを生成する予測ステップと、
前記過去データとの時間相関を有する予測対象データと、前記予測データとの差を少なくとも分離後のデータそれぞれに対して算出する処理を、前記処理に用いる過去データの個数の候補毎に行う差算出ステップと、
前記個数の候補毎に得られた前記差に基づいて、前記過去データの個数を決定するデータ数決定ステップと、
を有するデータ数決定方法。
A data number determination method executed by a data number determination device for determining the number of data,
A separation processing step for separating each of a plurality of past data into a plurality of data, which is referred to in order to predict the prediction target data included in the time series data,
A prediction step for generating prediction data for each combination of the number of past data used for processing and the separated data;
The difference calculation is performed for each candidate of the number of past data used in the process, the process of calculating the difference between the prediction target data having a temporal correlation with the past data and the prediction data for each of the separated data. Steps,
A data number determination step for determining the number of the past data based on the difference obtained for each of the number candidates;
A method for determining the number of data.
コンピュータに、
時系列データに含まれている、予測する対象である予測対象データを予測するために参照される、複数の過去データそれぞれを複数のデータに分離する分離処理ステップと、
処理に用いる過去データの個数と、分離後のデータとの組み合わせ毎に予測データを生成する予測ステップと、
前記過去データとの時間相関を有する予測対象データと、前記予測データとの差を少なくとも分離後のデータそれぞれに対して算出する処理を、前記処理に用いる過去データの個数の候補毎に行う差算出ステップと、
前記個数の候補毎に得られた前記差に基づいて、前記過去データの個数を決定するデータ数決定ステップと、
を実行させるためのデータ数決定プログラム。
On the computer,
A separation processing step for separating each of a plurality of past data into a plurality of data, which is referred to in order to predict the prediction target data included in the time series data,
A prediction step for generating prediction data for each combination of the number of past data used for processing and the separated data;
The difference calculation is performed for each candidate of the number of past data used in the process, the process of calculating the difference between the prediction target data having a temporal correlation with the past data and the prediction data for each of the separated data. Steps,
A data number determination step for determining the number of the past data based on the difference obtained for each of the number candidates;
Program for determining the number of data to execute.
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