JP5497917B2 - 直交多重記述符号化 - Google Patents

Description

本発明は、全般的には信号処理の分野に関し、より具体的には、通信ネットワークまたは他のタイプの通信媒体を介する送信のための信号の多重記述符号化（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｃｏｄｉｎｇ）に関する。

通常の多重記述符号化配置では、送信される所与の信号は、送信器内で処理されて、その信号の多重記述を生成し、その後、その多重記述が、ネットワークまたは他の通信媒体を介して受信器に送信される。多重記述のそれぞれを、異なる呼損率を受ける異なる伝送チャネルに対応するものとみなすことができる。多重記述符号化の目標は、一般に、さまざまな多重記述の間の過度の冗長性を導入せずに、受信される記述の個数が増える時に改善される受信器での信号再構成品質を提供することである。

１つの既知の多重記述符号化技法は、一般に、ｑｕａｎｔｉｚｅｄ ｆｒａｍｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎと呼ばれる。送信される信号を、Ｎ次元シンボル・ベクトルｘ＝｛ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎ｝として表すことができる。シンボル・ベクトルｘにｆｒａｍｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ変換Ｔを乗算して、Ｍ次元シンボル・ベクトルｙ＝Ｔｘ＝｛ｙ_１，ｙ_２，…，ｙ_Ｍ｝を生成し、ここで、変換Ｔは、Ｍ×Ｎ行列であり、Ｍ＞Ｎである。その後、シンボル・ベクトルｙは、量子化演算を受けて、

を形成する。その後、Ｙをネットワークを介して受信器に送信する前に、順方向エラー訂正（ＦＥＣ）符号および巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号を、Ｙに適用する。受信器では、受信信号

が、ＦＥＣ復号を受け、ＣＲＣが、シンボル・エラーを検出するのに使用される。エラーを伴わないシンボルが、ｘの推定値を再構成するのに使用される。この技法および他の従来の多重記述符号化技法に関する追加の詳細については、Ｖｉｖｅｋ Ｋ Ｇｏｙａｌ、「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ Ｃｏｄｉｎｇ： Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ」、ＩＥＥＥ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍａｇａｚｉｎｅ、２００１年９月、７４〜９３頁を参照されたい。

従来の多重記述符号化技法は、一般に、チャネルがいわゆる「消去」チャネルであると仮定する。そのようなチャネルを用いると、所与のシンボルまたはデータの他の片は、正しいまたは誤っているのいずれかであることが受信器に既知であり、上で注記したＦＥＣ符号またはＣＲＣ符号など、いくつかの機構が、この能力を提供するために必要である。しかし、ＦＥＣ符号またはＣＲＣ符号は、エラー検出および訂正のみについて有用であり、それ以外に、エラーが発生しない時に再構成された信号の品質を高めるのに使用することはできない。したがって、そのような符号の使用は、エラーを有しないすべてのチャネルにおける帯域幅の浪費を表す。

Ｖｉｖｅｋ Ｋ Ｇｏｙａｌ、「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ Ｃｏｄｉｎｇ： Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ」、ＩＥＥＥ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍａｇａｚｉｎｅ、２００１年９月、７４〜９３頁

本発明の例示的実施形態は、本明細書で直交多重記述符号化と称する技法を提供することによって、従来の多重記述符号化の上で説明した短所を克服する。

本発明の一態様によれば、直交多重記述符号器は、複数の直交行列のそれぞれの１つを使用して所与の信号を処理することによって信号の多重記述を作るように構成された直交多重記述生成回路網を含む。多重記述のそれぞれは、信号および複数の直交行列の対応する１つの関数として生成される。

本発明のもう１つの態様によれば、直交多重記述復号器は、所与の信号のそれぞれの多重記述を受け取り、多重記述のそれぞれの１つに直交行列を適用することによって信号の推定値を生成するように構成された再構成回路網を含む。

例示的実施形態の１つでは、直交多重記述生成回路網は、式
ｙ^（ｉ）＝Ｕ^（ｉ）ｘ、ｉ＝１，…，Ｍ
に従ってベクトルｘに直交行列のそれぞれの１つを適用することによって、ベクトルｘのＭ個の記述ｙ^（ｉ）を生成する。

本明細書で行列の適用の文脈で使用される時に、用語「適用する」は、本実施形態または行列を利用する他の処理と同様に、行列による乗算を含むように広く解釈されることが意図されている。

この例示的実施形態での使用に適する直交行列の集合の一例は、

によって与えられる直交行列の集合であり、ここで、ｒ_ｉ、ｉ＝１，２，…，ＮＭは、指定された区間内の乱数のシーケンスであり、

である。

他のタイプの直交行列を、本発明の他の例示的実施形態で使用することができる。たとえば、直交行列を、
Ｕ＝［ｕ^（０），ｕ^（１），…，ｕ^{（Ｎ−１）}］
によって与えることができ、ここで、ｕ^（ｉ）、ｉ＝０，…，Ｎ−１は、その成分が乱数である長さＮのベクトルｖ^（ｉ）、ｉ＝０，１…のシーケンスに直交化プロセスを適用することによって生成される直交ベクトルの集合である。

例示的実施形態は、従来の手法に対するかなりの利益を提供する。たとえば、これらの実施形態の１つまたは複数では、直交行列は、信号再構成品質を改善するだけではなく、受信信号内のエラーを検出し、訂正するのにも冗長性を使用できる形で、冗長性を導入する。したがって、多重記述は、エラー検出および訂正機能をそれに組み込まれている。これは、ＦＥＣおよびＣＲＣのために追加帯域幅をささげる必要をなくし、これによって、エラーが存在する場合にグレースフル・デグラデーションを提供すると同時に、エラーがない場合に浪費される帯域幅がないことを保証する。

本発明の上記および他の特徴および利益は、添付図面および次の詳細な説明からより明白になる。

本発明の例示的実施形態で直交多重記述符号化を実施する通信システムを示すブロック図である。 本発明のもう１つの実施形態で直交多重記述符号化を実施する通信システムを示すより詳細な図である。 本発明のもう１つの実施形態で多重記述符号化を実施するマルチメディア・サーバを含む通信システムを示すブロック図である。

本発明を、例示的通信システム、処理デバイス、および多重記述符号化技法に関連して本明細書で説明する。しかし、本発明が、開示される特定のタイプのシステム、デバイス、および技法と共に使用することに限定されないことを理解されたい。たとえば、本発明の諸態様を、例示的実施形態に関連して説明されるもの以外の処理デバイスおよびプロセス・ステップを使用して、さまざまな他の通信システム構成内で実施することができる。

図１に、ネットワーク１０５を介して受信器１０４に結合された送信器１０２を含む通信システム１００を示す。送信器は、直交多重記述符号器１１２を含み、受信器は、直交多重記述復号器１１４を含む。送信器１０２には、メモリ１２２に結合されたプロセッサ１２０も含まれる。同様に、受信器１０４は、メモリ１３２に結合されたプロセッサ１３０を含む。

送信器１０２は、コンピュータ、サーバ、またはネットワーク１０５を介して受信器１０４に信号を供給するのに適する任意の他のタイプの処理デバイスの少なくとも一部を含むことができる。送信器によって供給される信号は、データ、音声、イメージ、ビデオ、オーディオ、または他のタイプの信号を任意の組合せで含むことができる。これらの信号は、ネットワークを介して送信される前に、直交多重記述符号器１１２内で符号化される。

受信器１０４は、通信デバイスまたはネットワーク１０５を介して送信器１０２から信号を受信するのに適する任意の他のタイプの処理デバイスの少なくとも一部を含むことができる。たとえば、受信器を、ポータブル・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）、無線電子メール・デバイス、テレビジョン・セットトップ・ボックス（ＳＴＢ）、または他の通信デバイス内で実施することができる。ネットワーク１０５を介して送信器から受信された信号は、直交多重記述復号器１１４によって復号される。

ネットワーク１０５は、インターネット、メトロポリタン・エリア・ネットワーク、ローカル・エリア・ネットワーク、ケーブル・ネットワーク、電話網、衛星ネットワークなどの広域ネットワーク、ならびにこれらまたは他のネットワークの諸部分または組合せを含むことができる。

メモリ１２２および１３２を使用して、本明細書で説明される機能性を実施するためにそれに関連するプロセッサ１２０および１３０によって実行されるソフトウェア・プログラムを格納することができる。たとえば、送信器１０２のプロセッサ１２０上で走行するソフトウェアを使用して、直交多重記述符号器１１２の少なくとも一部を実施することができ、受信器１０４のプロセッサ１３０上で走行するソフトウェアを使用して、直交多重記述復号器１１４の少なくとも一部を実施することができる。メモリ１２２および１３２の所与の１つを、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、またはこれらおよび他のタイプのストレージ・デバイスの組合せなど、電子メモリとすることができる。そのようなメモリは、本明細書でより一般的にコンピュータ・プログラム製品と呼ばれるものまたはさらにより一般的に実行可能プログラム・コードをその中で実施されたコンピュータ可読記憶媒体と呼ばれるものの例である。コンピュータ可読記憶媒体の他の例は、任意の組合せの、ディスクまたは他のタイプの磁気媒体または光学媒体を含むことができる。

送信器１０２および受信器１０４は、それぞれ、従来の形で構成された追加コンポーネントを含むことができる。たとえば、これらの要素のそれぞれは、一般に、ネットワーク１０５とインターフェースするネットワーク・インターフェース回路網を含む。

図１のシステム１００内で利用される直交多重記述符号化は、直交行列を使用して多重記述を生成する。下でより詳細に説明するように、直交行列は、信号再構成品質を改善するだけではなく、受信信号内のエラーを検出し、訂正するのにも冗長性を使用できる形で冗長性を導入する。したがって、多重記述は、エラー検出および訂正機能をそれに組み込まれている。したがって、本明細書で開示される直交多重記述符号化を使用する時には、エラー検出および訂正を提供するためのＦＥＣおよびＣＲＣなどの追加の別々の機構の必要がなく、エラーがない場合に浪費される帯域幅がない。すべての送信されるビットは、品質向上とエラー保護との両方に使用されることが可能であり、エラーがない時であっても送信されるビットが浪費されないようになっている。また、エラーが存在する場合のデグラデーションは、ＦＥＣおよびＣＲＣに基づく従来の手法を用いる場合よりグレースフルである。

より具体的な例として、ネットワーク１０５は、複数のサーバから複数のクライアント・デバイスにビデオを送信するのに使用されるマルチキャスト・ネットワークまたはブロードキャスト・ネットワークを含むことができる。この例では、直交多重記述符号化は、クライアント・デバイスのうちの所与の１つによって受信されるビット・ストリーム内のビットのすべてを、再構成されたビデオ品質を改善するために、クライアント・デバイス内で実施されるビデオ・デコーダによって使用できる形で、ビデオ・ビット・ストリームをそれぞれのクライアント・デバイスに送信することを可能にする。

図２に、本発明の実施形態のより詳細な図を示す。この実施形態では、システム２００は、直交多重記述ジェネレータ・モジュール２０２、スカラ量子化モジュール２０４、ならびに直列化およびインターリーブ・モジュール２０６を含む送信器を含む。送信器は、ネットワーク２１０を介して、デインターリーブおよび並列化モジュール２１２、エラー検出および訂正モジュール２１４、ならびに再構成モジュール２１６を含む受信器と通信する。モジュール２０２、２０４、および２０６を、たとえば、図１の送信器１０２内の直交多重記述符号器１１２の実施態様を集合的に含むとみなすことができる。同様に、モジュール２１２、２１４、および２１６を、たとえば、図１の受信器１０４内の直交多重記述復号器１１４の実施態様を集合的に含むとみなすことができる。

図２に示されたさまざまなモジュールを、関連する機能性を実施するのに使用される回路網の例とみなすことができる。そのような回路網は、本明細書で説明される形で動作するように適切に変更された周知の従来の符号化および復号回路網を含むことができる。たとえば、そのような回路網の諸部分は、図１のプロセッサ１２０、１３０およびメモリ１２２、１３２に関連するプロセッサおよびメモリ回路網を含むことができる。他の例は、行列乗算回路網または他のタイプの算術論理回路網、ディジタル信号プロセッサ、トランシーバなどを含む。そのような回路網の従来の態様は、当業者に周知であり、したがって、本明細書で詳細には説明しない。

図２の実施形態では、ｘは、送信されるメッセージを表し、より具体的には、実数のベクトルを含む。

たとえば、ｘを、音声符号化、イメージ圧縮、またはビデオ圧縮プロセスで生成される変換された係数の集合とすることができる。ＪＰＥＧイメージ圧縮の場合のより具体的な例として、ｘを、８×８ＤＣＴ係数とすることができ、ｘを、８×８ＤＣＴ係数の１行または１列とすることができ、ｘを、１画素のＹ、Ｃｒ、ＣｂのＤＣＴ係数とすることができ、あるいは、ｘを、異なるタイプのそのような係数の組合せとすることができる。もちろん、前に示したように、さまざまな他のタイプの情報を、本明細書で開示される直交多重記述符号化技法を使用して送信することができる。

送信されるオリジナル・メッセージｘは、直交多重記述ジェネレータ２０２に適用される。このオリジナル・メッセージから、Ｍ個のメッセージが生成される。これらのメッセージは、直交多重記述メッセージと呼ばれる。Ｍ個のメッセージのそれぞれは、オリジナル・メッセージｘの記述である。任意の直交多重記述メッセージまたはこれらのメッセージの任意の部分集合を使用して、オリジナル・メッセージの近似を再構成することができる。再構成に使用されるメッセージが多ければ多いほど、再構成されたメッセージが、オリジナル・メッセージをより正確に近似するようになる。

本実施形態では、直交多重記述メッセージは、次の形でモジュール２０２内で生成される。Ｍ＝２ｋ＋１が正の整数であるものとし、Ｕ^（ｉ）、ｉ＝１，２，…，Ｍが、次元Ｎ×Ｍの直交行列であるものとする。

ここで、Ｉは、Ｎ×Ｎ単位行列であり、Ｔは、行列転置演算を示す。Ｍ個のメッセージは、直交行列のそれぞれの１つをオリジナル・メッセージに適用することによって生成される。
ｙ^（ｉ）＝Ｕ^（ｉ）ｘ、ｉ＝１，…，Ｍ

結果のメッセージは、スカラ量子化関数を使用してモジュール２０４内で量子化される。

量子化されたメッセージは、モジュール２０６内で直列化され、インターリーブされ、ネットワーク２１０を介して、モジュール２１２、２１４、および２１６を含む受信器に送信される。

ネットワークを介して受信されたデータは、モジュール２１２内でデインターリーブされ、並列化されて、受信メッセージ

を形成する。受信メッセージ

は、ネットワーク２１０を介する送信に帰するエラーに起因して、それぞれの送信メッセージＹ^（ｉ）と異なる場合がある。

エラー検出および訂正が、モジュール２１４内で実行されて、推定メッセージ

を生成する。推定メッセージ

は、再構成モジュール２１６内で、オリジナル・メッセージｘを近似する推定値

を生成するのに使用される。

ジェネレータ２０２内で多重記述のそれぞれの１つを生成するのに利用されるＭ個の直交行列の例を、これから詳細に説明する。Ｎ×Ｎ行列Ｕは、Ｕ^ＴＵ＝ＵＵ^Ｔ＝Ｉである場合に直交行列である。ｒ_ｉ、ｉ＝１，２，…，ＮＭが、区間［０，１］内の乱数のシーケンスであるものとする。それぞれ長さＮのＭ個のベクトルを、

によって定義する。直交行列は、次のように計算することができる。

これらの例示的な直交行列は、図２のシステム２００内の送信器と受信器との両方に既知でなければならない。

多数の他の技法を使用して、本発明の実施形態内の直交多重記述符号化で使用される直交行列を生成できることに留意されたい。直交行列を生成するもう１つの例示的技法を、これから説明する。

ｖ^（ｉ）、ｉ＝０，１…が、その要素が乱数である長さＮのベクトルのシーケンスであるものとする。当業者に周知のグラム−シュミット・プロセスなどの直交化プロセスを使用して、Ｎ個の直交ベクトルの集合ｕ^（ｉ）、ｉ＝０，…，Ｎ−１を作成することができる。直交ベクトルは、次のプロパティを有する。

直交ベクトルは、作成された後に、次のように直交行列の列を形成するのに使用され得る。
Ｕ＝［ｕ^（０），ｕ^（１），…，ｕ^{（Ｎ−１）}］

より多くのそのような直交行列を、乱数成分を有するベクトルｖ^（ｉ）、ｉ＝０，１…のより大きいシーケンスを使用することによって生成することができる。

やはり、直交行列を生成する前述の技法は、例示的な例としてのみ提示され、多数の他の直交行列生成技法を、本発明を実施する際に使用することができる。

上で注記したように、直交行列Ｕ^（ｉ）ごとに、我々は、ｙ^（ｉ）＝Ｕ^（ｉ）ｘを生成し、その後、ｙ^（ｉ）が、スカラ量子化を使用して量子化されて、送信メッセージを生成する。送信メッセージは、

であり、ここで、

は、量子化エラーである。

が、

で一様分布を有する相互に独立なランダム変数であると仮定する。各メッセージでの量子化エラーの分散が、

であるものとし、ここで、Ｅ（・）は、期待値を表す。

エラーがない場合の再構成は、次のように進行する。任意の個数の送信メッセージを使用して、オリジナル・メッセージｘを再構成することができる。

が、ｐ個の送信メッセージであるものとする。オリジナル・メッセージをモジュール２１６内で再構成できる形の一例は、次の通りである。

この例の再構成されたメッセージ内のエラーの分散は、

である。したがって、この例では、ｐが大きくなるにつれて、エラーの分散が小さくなる。これは、よりエラーの少ないメッセージが再構成に使用されるほど、再構成がより正確になることを暗示する。

モジュール２１４内で実施されるエラー検出および訂正を、これからより詳細に説明する。Ｍ＝２ｋ＋１個の直交メッセージが生成され、送信され、多くともｋ個の受信メッセージがエラーを含む場合に、大きいエラーを含むメッセージを検出し、訂正することができる。エラー検出および訂正を、Ｏ（Ｍ^２）個の演算で達成することができる、すなわち、演算の個数は、Ｍ^２のオーダーの大きさを有し、これは、計算的に処理可能である。受信メッセージ内のチャネル・エラーを、

と定義し、ここで

は、送信されたＹ^（ｉ）の受信メッセージである。チャネル・エラーのノルムを

と定義する。最大量子化エラーをδ＝ｍａｘ｛‖Δ^（ｉ）‖、ｉ＝１，…，Ｍ｝と定義する。受信エラーは、‖ｅ^（ｉ）‖＞４δである場合に大きいと定義される。また、

としてエラー・シンドローム（ｅｒｒｏｒ ｓｙｎｄｒｏｍｅ）を定義する。上の定義から、

であることは明白である。インデックスｐを有する受信メッセージが大きいエラーを含む場合、すなわち、‖ｅ^（ｐ）‖＞４δである場合には、‖ε（ｉ，ｐ）‖＞２δであるインデックスｉを有する少なくともｋ＋１個のメッセージがあることを示すことができる。これを、本明細書ではプロパティ１と称し、これを次の形で示すことができる。インデックスｐを有するメッセージ内のエラーは、

によって与えられる。エラーを含むメッセージは多くともｋ個あるので、エラーを含まないメッセージは少なくともｋ＋１個ある。エラーなしで受信されたメッセージのすべてのインデックスを含む集合を、

として定義する。すると、Ｓ_ｃ内のインデックスの個数であるＳ_ｃの濃度は、｜Ｓ_ｃ｜≧ｋ＋１を満足する。ｉ∈Ｓ_ｃであるものとすると、

である。上は、Ｓ_ｃ内の任意のインデックスがプロパティ‖ε（ｉ，ｐ）‖＞２δを有することを示す。Ｓ_ｃ内には少なくともｋ＋１個のインデックスがあるので、これは、プロパティ１を証明する。

やはり、Ｍ＝２ｋ＋１と仮定し、多くともｋ個の受信メッセージがエラーを含むと仮定する。インデックスｐを有する受信メッセージがエラーを含まない場合には、‖ε（ｉ，ｐ）‖＞２δであるインデックスｉを有するメッセージは、多くともｋ個ある。これを、本明細書ではプロパティ２と称し、これを、次の形で示すことができる。インデックスｐを有するメッセージはエラーを有しないので、

である。ｉ∈Ｓ_ｃであるものとすると、

である。したがって、‖ε（ｉ，ｐ）‖≦２δであるインデックスｉを有するメッセージは、少なくともｋ＋１個ある。合計２ｋ＋１個のメッセージがあるので、‖ε（ｉ，ｐ）‖＞２δであるインデックスｉを有するメッセージは、ｋ個を超えない。これが、プロパティ２を証明する。

上の原理に基づくエラー検出は、モジュール２１４内で次のように実施される。Ｍ＝２ｋ＋１個の受信メッセージ

について、シンドローム‖ε（ｉ，ｊ）‖、ｉ，ｊ＝１，…，Ｍを計算する。対称性‖ε（ｉ，ｊ）‖＝‖ε（ｊ，ｉ）‖に留意されたい。したがって、総数Ｍ（Ｍ＋１）／２個のシンドロームだけを計算する必要がある。次に、‖ε（ｉ，ｐ）‖＞２δを有する少なくともｋ＋１個のシンドロームがあるように、インデックスｐを有するすべてのメッセージを見つける。大きいエラーを有するすべてのメッセージは、プロパティ１により、そのようなメッセージのうちの１つでなければならない。さらに、任意のそのようなメッセージは、エラーを含まなければならない。というのは、プロパティ２により、エラーを伴わないメッセージが、‖ε（ｉ，ｐ）‖＞２δの多くともｋ個のシンドロームを有することができるからである。形式的に、
Ｓ_Ｌ＝｛ｐ｜ ‖ε（ｉ，ｐ）‖＞２δになるインデックスｉを有する少なくともｋ＋１個のメッセージがある｝
を定義する。すると、集合Ｓ_ＬおよびＳ_ｃは、共通部分を有しない、すなわち、Ｓ_Ｌ∩Ｓ_ｃ＝ψである。大きいエラーを有するすべてのメッセージは、Ｓ_Ｌ内にそのインデックスを有しなければならない、すなわち、‖ｅ^（ｉ）‖＞４δである場合には、ｉ∈Ｓ_Ｌである。また、Ｓ_Ｌに含まれないインデックスを有するすべてのメッセージは、エラーを有しないか、小さいエラーを有するかのいずれかである。というのは、

の場合に、‖ｅ^（ｉ）‖≦４δであるからである。

大きいエラーを有する受信メッセージは、前のアルゴリズムを使用して検出され、そのインデックスは、集合Ｓ_Ｌに集められる。これらのメッセージを、やはりモジュール２１４内で実施される次のアルゴリズムを使用して訂正することができる。

Ｐ＝｜Ｓ_Ｌ｜すなわちＳ_Ｌ内のインデックスの個数であるものとする。インデックスｐ∈Ｓ_Ｌを有する検出されたメッセージごとに、訂正されたメッセージは、

によって定義される。上の訂正されたメッセージは、送信メッセージＹ^（ｐ）と正確に等しいものではない場合があるが、その目的は、送信メッセージを見つけることではなく、オリジナル・メッセージを再構成することである。

オリジナル・メッセージと比較した訂正されたメッセージ内のエラーは、

である。上のエラーを、ｋを増やすことによって任意に小さくすることができる。

エラー検出の後に、オリジナル・メッセージを、再構成

によって近似することができる。上の再構成されたメッセージ

は、オリジナル・メッセージｘと等しくない場合があるが、オリジナル・メッセージのよい近似である。オリジナル・メッセージと比較した再構成されたメッセージ

のエラーは、前に与えたように同一である、すなわち、

であり、これは、やはり、ｋを増やすことによって任意に小さくすることができる。

上で説明した例示的な再構成技法およびエラー訂正技法について、訂正されたメッセージ

ｉ∈Ｓ_Ｌを、推定メッセージ

ｉ∈Ｓ_Ｌの代わりに使用するために精度の増加がないことを了解されたい。しかし、上で引用したＶ．Ｇｏｙａｌ参考文献に記載のものなどの他の再構成技法を使用することが可能であり、精度の追加の増加を、そのような再構成で訂正されたメッセージを使用することによって達成することができる。

前に注記したように、上で説明した直交多重記述符号化技法は、多重記述を生成するための直交行列の使用によって導入される冗長性を、信号再構成品質の改善だけではなく、受信信号のエラーの検出および訂正にも使用できるという点で有利である。これは、ＦＥＣおよびＣＲＣのために追加帯域幅をささげる必要をなくし、これによって、エラーが存在する場合にグレースフル・デグラデーションを提供すると同時に、エラーがない場合に浪費される帯域幅がないことを保証する。

図２システムのさまざまな代替実施形態が可能である。たとえば、１つのそのような実施形態は、モジュール２０２、２０４、２１４、および２１６だけを含むことができ、直列化およびインターリーブの機能性は除去される。そのような配置では、クォンタイザ２０４の出力での多重記述を、直列化しインターリーブするのではなく、それぞれの別々の並列チャネルを介して送信することができる。

所与の実施形態が、図２の実施形態のようにエラー検出機能とエラー訂正機能との両方ではなくエラー検出機能だけを含むことも可能である。全般的にモジュール２１４に対応するが、エラーを検出するようにのみ構成されたモジュールが、より全般的に本明細書で「エラー保護回路網」と称するものの例である。そのような回路網も、モジュール２１４を含むことが意図されている。

図３に、直交多重記述符号化を実施するマルチメディア・サーバ３０２を含む通信システム３００のもう１つの例を示す。サーバ３０２は、前に説明したモジュール２０２、２０４、および２０６を含む直交多重記述符号器を含むと仮定される。直交多重記述符号器を、モジュール２０２、２０４、および２０６を組み込むためにそれ以外は従来のビデオ符号器を変更することによって実施することができる。マルチメディア・サーバは、この符号器を利用して、前に説明した形でビデオ信号の多重記述を生成する。これらの記述は、ネットワーク３０５を介して、この例ではデバイス３０４−１、３０４−２、３０４−３、および３０４−４を含むモバイル・クライアント・デバイスに送信される。各そのようなデバイスは、モジュール２１２、２１４、および２１６を含む直交多重記述復号器を含むと仮定される。これらの復号器を、それぞれ、モジュール２１２、２１４、および２１６を組み込むためにそれ以外は従来のビデオ復号器を変更することによって実施することができる。ネットワーク３０５は、マルチメディア・サーバ３０２から複数のクライアント・デバイス３０４へビデオを送信するのに使用されるマルチキャスト・ネットワークまたはブロードキャスト・ネットワークを含むことができる。

システム３００は、それに加えてまたはその代わりに、イメージ、音声、オーディオ、データ、または任意の他のタイプの信号を送信するのに直交多重記述符号化を使用することができる。

前に示したように、本発明の実施形態を、通信システムの送信器または受信器のメモリまたは他のコンピュータ可読媒体内に格納された１つまたは複数のソフトウェア・プログラムの形で少なくとも部分的に実施することができる。モジュール２０２、２０４、２０６、２１２、２１４、および２１６などのシステム・コンポーネントを、ソフトウェア・プログラムを使用して少なくとも部分的に実施することができる。もちろん、任意の組合せのハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアの多数の代替配置を、本発明によるこれらおよび他のシステム要素の実施で利用することができる。たとえば、本発明の実施形態を、任意の組合せで、１つまたは複数のフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または他のタイプの集積回路デバイス内で実施することができる。そのような集積回路デバイスならびにその諸部分もしくは組合せは、用語「回路網」が本明細書で使用される時の「回路網」の例である。

上で説明された実施形態が、例示のみのためのものであって、いかなる形でも限定的と解釈されてはならないことを、もう一度強調しなければならない。他の実施形態は、特定の多重記述符号化応用の必要に応じて、異なるタイプの通信システム・コンポーネント、デバイス構成、および通信媒体を使用することができる。したがって、代替実施形態は、効率的な多重記述符号化を実施することが望ましい他の文脈で、本明細書で説明された技法を利用することができる。また、例示的実施形態を説明する文脈で行われた特定の仮定を、本発明の要件と解釈してはならないことにも留意されたい。本発明を、これらの特定の仮定があてはまらない他の実施形態で実施することができる。添付の特許請求の範囲の範囲に含まれる上記および多数の他の代替実施形態が、当業者にたやすく明白になるであろう。

Claims (10)

1. 多重記述符号器であって、
   複数の直交行列のそれぞれの１つを使用して所与の信号を処理することによって前記信号の多重記述を作るように構成された直交多重記述生成回路網
   を含み、前記多重記述のそれぞれは、前記信号および前記複数の直交行列の対応する１つの関数として生成される
   多重記述符号器
   を含む装置。
2. 前記多重記述は、前記信号を前記複数の直交行列のそれぞれの１つによって乗算することによって生成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記信号は、次元Ｎのベクトルｘを含み、前記直交多重記述生成回路網は、前記ベクトルｘのＭ個の記述を生成するように構成され、前記直交行列は、次元Ｎ×Ｎの直交行列Ｕ^（ｉ）、ｉ＝１，２，…，Ｍを含み、
   

   

   である、請求項１に記載の装置。
4. 前記ベクトルｘの前記Ｍ個の記述は、式
   ｙ^（ｉ）＝Ｕ^（ｉ）ｘ、ｉ＝１，…，Ｍ
   に従って前記ベクトルｘに前記直交行列のそれぞれの１つを適用することによって生成されるＭ個の記述ｙ^（ｉ）を含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記直交行列は、
   

   

   によって与えられ、ｒ_ｉ、ｉ＝１，２，…，ＮＭは、指定された区間内の乱数のシーケンスであり、
   

   

   である、請求項３に記載の装置。
6. 所与の信号を得るステップと、
   複数の直交行列のそれぞれの１つを使用して前記信号を処理することによって前記信号の多重記述を作るステップと
   を含み、前記多重記述のそれぞれは、前記信号および前記複数の直交行列の対応する１つの関数として生成される
   多重記述符号化方法。
7. 処理デバイスのプロセッサによって実行される時に、前記デバイスに請求項６に記載の方法のステップを実行させる実行可能プログラム・コードをその中で実施したコンピュータ可読記憶媒体。
8. 多重記述復号器であって、
   所与の信号のそれぞれの多重記述を受け取り、前記多重記述のそれぞれの１つに直交行列を適用することによって前記信号の推定値を生成するように構成された再構成回路網
   を含む多重記述復号器
   を含む装置。
9. 所与の信号の多重記述の推定値を受け取るステップと、
   前記多重記述の前記推定値のそれぞれの１つに直交行列を適用することによって前記信号の推定値を再構成するステップと
   を含む、多重記述復号方法。
10. 処理デバイスのプロセッサによって実行される時に、前記デバイスに請求項９に記載の方法のステップを実行させる実行可能プログラム・コードをその中で実施したコンピュータ可読記憶媒体。

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