JP6841774B2 - Predictors, prediction methods and computer programs - Google Patents
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Description
本発明は、予測装置、予測方法及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to predictors, predictors and computer programs.
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。 Advances in network technology and sensing technology have made it possible to acquire diverse and enormous amounts of data at each sampling time. As one of the data that can be acquired for each sampling time, there is multidimensional time series data (hereinafter referred to as "spatial information data") including position information in space. Spatial information data includes, for example, time-series data including position information of a mobile terminal as a sensing device and statistical information of a user of the mobile terminal, vehicle position information of a car navigation system as a sensing device, and vehicle user's. It is time-series data including statistical information, time-series data including the position information of the ticket gate passed by the user of the transportation IC card and the statistical information of the user of the transportation 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行われる。空間情報データの分析が高精度に行われるためには、大量の空間情報データを取得及び蓄積する必要がある。一方、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。 Spatial information data is expected to be used for marketing, infrastructure development, urban development, disaster support, etc. When using in these fields, spatial information data is analyzed according to the usage pattern. In order for the analysis of spatial information data to be performed with high accuracy, it is necessary to acquire and accumulate a large amount of spatial information data. On the other hand, an increase in the amount of spatial information data to be acquired leads to an increase in the cost required for accumulating the spatial information data. Therefore, the accumulated spatial information data needs to be efficiently compressed.
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。時間方向の相関は流量で表される。 A data compression device, which is a device for compressing data, can utilize the correlation in the time direction in the spatial information data in order to efficiently compress the stored spatial information data. The correlation in the time direction is expressed by the flow rate.
しかしながら、空間情報データにおいては、被観測者のプライバシー保護の観点から、流量を追跡可能な情報が付与されないという問題があった。流量を追跡可能な情報が付与されない空間情報データは、時刻毎に独立した度数を表すデータとして表される。空間情報データは、サンプリング時間間隔で取得されるため、多次元の時系列データである。したがって、空間情報データは、サンプリング時間間隔で取得された空間領域毎の度数を表すデータであり、時刻毎に独立した多次元の時系列データとなる。 However, in the spatial information data, there is a problem that information that can trace the flow rate is not given from the viewpoint of protecting the privacy of the observed person. Spatial information data to which information that can trace the flow rate is not given is represented as data representing independent frequencies for each time. Spatial information data is multidimensional time-series data because it is acquired at sampling time intervals. Therefore, the spatial information data is data representing the frequency for each spatial region acquired at the sampling time interval, and is independent multidimensional time series data for each time.
上記事情に鑑み、本発明は、時系列データの時間方向の相関を推定する予測装置、予測方法及びコンピュータ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 prediction device, a prediction method, and a computer program for estimating the correlation of time series data in the time direction.
本発明の一態様は、過去の時刻における統計値の度数を含む時系列データに基づいて、前記時系列データの未来の時刻における前記度数の変化量の予測を表す変位ベクトル列の決定に用いられる第1変位ベクトル列を複数生成する第1変位ベクトル列生成部と、前記第1変位ベクトル列毎に、前記第1変位ベクトル列に基づいて算出される第1予測度数と前記度数との第1差分を算出する第1差分算出部と、前記第1変位ベクトル列のうち、所定の条件を満たす前記第1変位ベクトル列に基づいて前記変位ベクトル列の候補を表す第2変位ベクトル列を複数生成する第2変位ベクトル列生成部と、前記第2変位ベクトル列から算出される第2予測度数と前記第1予測度数との第2差分を算出し、前記第1差分と前記第2差分とが所定の条件を満たす場合、前記第2変位ベクトル列を前記変位ベクトル列として決定する第2差分算出部と、を備える、予測装置である。 One aspect of the present invention is used to determine a displacement vector sequence representing a prediction of the amount of change in the frequency at a future time of the time-series data based on time-series data including the frequency of the statistical value in the past time. A first displacement vector sequence generator that generates a plurality of first displacement vector sequences, and a first of the first predicted frequency and the frequency calculated based on the first displacement vector sequence for each of the first displacement vector sequences. A plurality of second displacement vector sequences representing candidates for the displacement vector sequence are generated based on the first difference calculation unit for calculating the difference and the first displacement vector sequence satisfying a predetermined condition among the first displacement vector sequences. The second difference between the second displacement vector sequence generator, the second predicted frequency calculated from the second displacement vector string, and the first predicted frequency is calculated, and the first difference and the second difference are obtained. A prediction device including a second difference calculation unit that determines the second displacement vector sequence as the displacement vector sequence when a predetermined condition is satisfied.
本発明の一態様は、上記の予測装置であって、前記第2変位ベクトル列生成部は、前記第1差分と前記第2差分とが、所定の条件を満たさない場合、前記第2変位ベクトル列のうち、所定の条件を満たす前記第2変位ベクトル列に基づいて、新しい第2変位ベクトル列を生成する。 One aspect of the present invention is the above-mentioned prediction device, and the second displacement vector sequence generation unit is the second displacement vector when the first difference and the second difference do not satisfy a predetermined condition. Among the columns, a new second displacement vector sequence is generated based on the second displacement vector sequence that satisfies a predetermined condition.
本発明の一態様は、上記の予測装置であって、前記第1変位ベクトル列生成部は、前記時系列データ間の差分に基づいて決定される乱数に対応付けられた位置情報を決定し、前記位置情報に基づいて前記第1変位ベクトル列を生成する。 One aspect of the present invention is the prediction device, wherein the first displacement vector sequence generation unit determines position information associated with a random number determined based on a difference between the time series data. The first displacement vector sequence is generated based on the position information.
本発明の一態様は、上記の予測装置であって、前記第1変位ベクトル列生成部は、前記乱数を所定の確率に基づいて生成する。 One aspect of the present invention is the prediction device, in which the first displacement vector sequence generation unit generates the random numbers based on a predetermined probability.
本発明の一態様は、上記の予測装置であって、前記第2差分算出部は、前記第1差分の最小値と前記第2差分の最小値との誤差が閾値以下である場合、前記第2変位ベクトル列を前記変位ベクトル列として決定する。 One aspect of the present invention is the prediction device, and the second difference calculation unit is the first when the error between the minimum value of the first difference and the minimum value of the second difference is equal to or less than a threshold value. 2 The displacement vector sequence is determined as the displacement vector sequence.
本発明の一態様は、上記の予測装置であって、前記第2変位ベクトル列生成部は、前記第1差分の大きさが下位50%となる前記第1変位ベクトル列に基づいて、前記第2変位ベクトル列を複数生成する。 One aspect of the present invention is the prediction device, wherein the second displacement vector sequence generation unit is based on the first displacement vector sequence in which the magnitude of the first difference is the lower 50%. 2 Generate a plurality of displacement vector sequences.
本発明の一態様は、予測装置が、過去の時刻における統計値の度数を含む時系列データに基づいて、前記時系列データの未来の時刻における前記度数の変化量の予測を表す変位ベクトル列の決定に用いられる第1変位ベクトル列を複数生成する第1変位ベクトル列生成ステップと、予測装置が、前記第1変位ベクトル列毎に、前記第1変位ベクトル列に基づいて算出される第1予測度数と前記度数との第1差分を算出する第1差分算出ステップと、予測装置が、前記第1変位ベクトル列のうち、所定の条件を満たす前記第1変位ベクトル列に基づいて前記変位ベクトル列の候補を表す第2変位ベクトル列を複数生成する第2変位ベクトル列生成ステップと、予測装置が、前記第2変位ベクトル列から算出される第2予測度数と前記第1予測度数との第2差分を算出し、前記第1差分と前記第2差分とが所定の条件を満たす場合、前記第2変位ベクトル列を前記変位ベクトル列として決定する第2差分算出ステップと、を有する、予測方法。 In one aspect of the present invention, the predictor represents a prediction of the amount of change in the frequency of the time-series data at a future time based on the time-series data including the frequency of the statistical value in the past time. A first displacement vector sequence generation step for generating a plurality of first displacement vector sequences used for determination, and a first prediction calculated by the prediction device for each of the first displacement vector sequences based on the first displacement vector sequence. The displacement vector sequence is based on the first difference calculation step for calculating the first difference between the frequency and the frequency, and the first displacement vector sequence in which the prediction device satisfies a predetermined condition among the first displacement vector sequences. A second displacement vector sequence generation step of generating a plurality of second displacement vector sequences representing the candidates of the above, and a second of the second predicted frequency and the first predicted frequency calculated from the second displacement vector sequence by the prediction device. A prediction method comprising a second difference calculation step of calculating a difference and determining the second displacement vector sequence as the displacement vector sequence when the first difference and the second difference satisfy a predetermined condition.
本発明の一態様は、上記の予測装置としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。 One aspect of the present invention is a computer program for operating a computer as the above-mentioned prediction device.
本発明により、時系列データの時間方向の相関を推定する予測装置、予測方法及びコンピュータプログラムを提供することが可能となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a prediction device, a prediction method, and a computer program for estimating the correlation of time series data in the time direction.
図1は、実施形態における、推定装置の機能構成の例を示す機能ブロック図である。予測装置100は、時系列データを構成する過去の時刻における時系列データに基づいて未来の時刻における時系列データを推定する情報処理装置である。時系列データは、例えば、統計値の度数又は位置情報を含む。予測装置100は、例えば、予測装置100に時刻tにおける度数Fq(t)と時刻t+1における度数Fq(t+1)とが与えられた場合、度数Fq(t+1)を最も再現する時刻tにおける変位ベクトルを決定することで、流量を推定する。変位ベクトルは、フレーム間の粒子の度数変化を表す。変位ベクトルは、水平成分及び垂直成分を有する2次元ベクトルである。変位ベクトルによって、各粒子の次時刻での位置が定められる。予測装置100は、推定した流量を表す流量信号をデータ圧縮装置等である他装置に通知する。
FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of the functional configuration of the estimation device in the embodiment. The
予測装置100は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサやメモリや補助記憶装置などを備え、流量推定プログラムを実行することによって座標参照テーブル生成部101、変位ベクトル列生成部102、第1予測誤差算出部103、変位ベクトル破棄部104、変位ベクトル列再生成部105、変位ベクトル更新部106及び第2予測誤差算出部107を備える装置として機能する。なお、予測装置100の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。流量推定プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば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である。流量推定プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
The
予測装置100は、複数のフレームを時系列データとして受け付ける。例えば、予測装置100は、複数のフレームを空間情報データとして受け付ける。各フレームは、フレームごとにδ×δのメッシュで表される。空間情報データは、時間方向の相関を表す流量を有さない場合がある。この場合、空間情報データは、サンプリング時間間隔で取得された空間領域毎の度数を表すデータである。本実施形態では、時刻tにおけるフレーム(以下「第tフレーム」という。)のサンプル位置(x,y)の度数をf(x,y,t)とする。各サンプル位置(x,y)は、δ×δのメッシュを表す。f(x,y,t)は、メッシュ内に含まれる度数である。ここで、0≦x≦X−1、0≦y≦Y−1、0≦t≦Tの範囲で定義される。f(x,y,t)が量子化幅qで量子化され、量子化後の度数(以下「量子化度数」と言う。)は、数式(1)で表される。なお、f1(x,y,t)=f(x,y,t)である。
The
第tフレームのサンプル位置(x,y)のメッシュ内は、fq(x,y,t)個の粒子で構成される。したがって、第tフレームのサンプル位置(x,y)の粒子の総数Kqは、以下の数式(2)で表される。以下、第tフレームの粒子全体Fq(t)は、数式(3)で表される。 The inside of the mesh at the sample position (x, y) of the t-frame is composed of f q (x, y, t) particles. Therefore, the total number K q of the particles at the sample position (x, y) in the t-frame is expressed by the following mathematical formula (2). Hereinafter, the entire particle F q (t) of the t-frame is expressed by the mathematical formula (3).
座標参照テーブル生成部101は、座標参照テーブルを生成する。具体的には、座標参照テーブル生成部101は、フレーム内の粒子に対してインデックスを割り当てる。インデックスは、フレーム内の粒子を同定するために用いられる。インデックスの範囲はk=0,1,・・・kq−1である。座標参照テーブル生成部101は、フレーム内のメッシュをラスタ走査により一元化する。座標参照テーブル生成部101は、各メッシュ内の粒子に対して連続したインデックスを付与することで割り当てる。座標参照テーブル生成部101は、各インデックスに対応する空間位置(x,y)を、座標参照テーブルに格納する。予測装置100の各機能部は、座標参照テーブルを必要に応じて参照する。
The coordinate reference
変位ベクトル列生成部102は、所定数の変位ベクトル列を生成する。所定数は、例えば、Kqである。変位ベクトル列生成部102は、変位ベクトル列の生成することで、フレーム間差分算出部121、粒子発生確率算出部122、累積粒子発生確率算出部123、乱数生成部124及び変位ベクトル列決定部125として機能する。変位ベクトル列は、変位ベクトルVx,t及びVy,tを合わせたベクトルである。Vx,tは、Kq要素からなる配列である。第k要素Vx,t[k](k=0,・・・,kq−1)は、第k番目の粒子の水平方向の変位を表す。Vy,tは、Kq要素からなる配列である。第k要素Vy,t[k](k=0,・・・,Kq−1)は、第k番目の粒子の垂直方向の変位を表す。変位ベクトル列生成部102は、第1変位ベクトル列生成部の一態様である。第1変位ベクトル列生成部は、時系列データに基づいて、未来の時刻における変位ベクトル列の決定に用いられる第1変位ベクトル列を複数生成する。変位ベクトル列生成部102に生成される変位ベクトルは、第1変位ベクトル列の一態様である。第1変位ベクトル列生成部は、時系列データ間の差分に基づいて決定される乱数に対応付けられた位置情報を決定し、位置情報をk番目の粒子の変位ベクトルとして第1変位ベクトル列を生成する。
The displacement vector
フレーム間差分算出部121は、フレーム間の差分を算出する。フレーム間差分は、d(x,y,t)で表される。d(x,y,t)は、以下の数式(4)で表される。
The inter-frame
粒子発生確率算出部122は、各変位ベクトル列の各要素を、以下の数式(5)で表される粒子発生確率に基づく乱数に従って生成する。
The particle generation
ここで、数式(5)のBは、数式(6)で表される正規化定数である。 Here, B in the mathematical formula (5) is a normalization constant represented by the mathematical formula (6).
ここで、0≦x+i≦X−1、0≦y+j≦Y−1の範囲外となる(x+i,y+j)については、w(x+i,y+j)=0とする。また、gσ(i,j)は、2次元正規分布の確率密度関数である。gσ(i,j)は、平均をゼロベクトルとし、共分散行列が数式(7)で表される。確率密度関数は、数式(8)で表される。
粒子発生確率算出部122は、数式(5)のd(x,y,t)+をフレーム間の差分に基づいて算出する。粒子発生確率算出部122は、数式(9)に基づいて、d(x,y,t)+を算出する。
The particle generation
粒子発生確率算出部122は、数式(8)の正規分布の標準偏差パラメータσを、フレーム間の差分に基づいて算出する。粒子発生確率算出部122は、数式(10)に基づいて、σを算出する。
The particle generation
数式(10)の変数α及びβは、ハイパーパラメータである。なお、粒子発生確率算出部122は、f(x,y,t+1)=0の場合、ハイパーパラメータβを設定する。変数α及びβはあらかじめ定められる。粒子発生確率算出部122は、数式(10)のd(x,y,t)−をフレーム間の差分に基づいて算出する。粒子発生確率算出部122は、数式(11)に基づいて、d(x,y,t)−を算出する。
The variables α and β in the equation (10) are hyperparameters. The particle generation
粒子発生確率算出部122は、h(i,j)を変位量に基づいて算出する。粒子発生確率算出部122は、数式(12)に基づいて、h(i,j)を算出する。
The particle generation
累積粒子発生確率算出部123は、累積粒子発生確率を算出する。具体的には、累積粒子発生確率算出部123は、w(x+i,y+j)(i=−I,・・・,I、j=−J,・・・,J)を一元系列~w(n)に変換する。累積粒子発生確率算出部123は、例えば、ラスタ走査等の公知の方法で一元系列~w(n)に変換する。累積粒子発生確率算出部123は、変換後の一元系列~w(n)に対して、数式(13)に基づいて累積粒子発生確率を算出する。
The cumulative particle generation
乱数生成部124は、[0,1]を値域とする一様分布に従い、所定の個数の一様乱数ベクトルuを生成する。所定の個数とは、当該メッシュ内の粒子数である。乱数生成部124は、各一様乱数ベクトルuに対して、数式(14)を満たすnを同定する。乱数生成部124は、w(x+i,y+j)に従う乱数として、nを決定する。乱数生成部124は、乱数をKq個生成する。
The random
変位ベクトル列決定部125は、座標参照テーブルに基づいて、各乱数に対する2次元座標を算出する。変位ベクトル列決定部125は、算出された2次元座標を第k番目の粒子の変位ベクトルに決定する。例えば、変位ベクトル列決定部125は、第k番目に発生された乱数がnの場合、対応する2次元座標は、n/(2J+1)を超えない整数で表される。ここで、n%(2I+1)は、nを2I+1で除算した際の余りを返す演算である。
The displacement vector
第1予測誤差算出部103は、第t+1フレームの各メッシュの度数の推定値~fq(x,y,t+1)を算出する。推定値~fq(x,y,t+1)を要素とする配列は、変位ベクトルVx,t、Vy,tを用いて、数式(15)で表される。数式(15)で表される配列は、第t+1フレームの予測度数を表す。
The first prediction
第1予測誤差算出部103は、第t+1フレームの度数と第t+1フレームの予測度数との誤差(第t+1フレームの予測誤差)を算出する。なお、予測装置100は、第t+1フレームの予測誤差を最小化する変位ベクトル列を第t+1フレームの予測度数を、変位ベクトル列V* x,t、V* y,tとして同定する。V* x,t、V* y,tは、数式(16)で表される。第1予測誤差算出部103は、第1差分算出部の一態様である。第1差分算出部は、第1変位ベクトル列毎に、第1変位ベクトル列に基づいて算出される第1予測度数と時系列データに含まれる度数との第1差分を算出する。第t+1フレームの予測誤差は、第1差分の一態様である。
The first prediction
変位ベクトル破棄部104は、所定の条件を満たす変位ベクトル列を破棄する。所定の条件とは、例えば、変位ベクトル破棄部104は、算出された予測誤差を降順にソートし、ソートされた予測誤差の下位50%としてもよい。この場合、変位ベクトル破棄部104は、下位50%の変位ベクトル列を破棄する。
The displacement
変位ベクトル列再生成部105は、破棄されずに残った変位ベクトル列から、2本の変位ベクトル列を一様乱数に従ってランダムに選択する。変位ベクトル列再生成部105は、選択された2本の変位ベクトル列が同じ変位ベクトル列であった場合、再度、2本の変位ベクトル列を選択する。変位ベクトル列再生成部105は、2本の変位ベクトル列間で粒子を組み替えることで、新しい変位ベクトルを2本生成する。変位ベクトル列再生成部105は、破棄されずに残った変位ベクトル列と新たに生成された変位ベクトル列との総和が、変位ベクトル列生成部102によって生成された変位ベクトル列の総和と等しくなるまで、新しい変位ベクトル列を生成する。変位ベクトル列再生成部105は、第2変位ベクトル列生成部の一態様である。第2変位ベクトル列生成部は、第1変位ベクトル列のうち、所定の条件(例えば、第1差分の大きさが下位50%となる第1変位ベクトル列)を満たす第1変位ベクトル列に基づいて変位ベクトル列の候補を表す第2変位ベクトル列を複数生成する。変位ベクトル列再生成部105に生成された変位ベクトル列は、第2変位ベクトル列の一態様である。
The displacement vector
変位ベクトル更新部106は、所定の確率に基づいて、変位ベクトル列内の変位ベクトル内の粒子を選択する。変位ベクトル更新部106は、選択された粒子の持つ変位ベクトルを乱数に基づいて、更新する。所定の確率は、予測装置100の外部から与えられるパラメータである。
The displacement
第2予測誤差算出部107は、各変位ベクトル列の予測誤差を算出する。第2予測誤差算出部107は、得られた予測誤差の最小値と、第1予測誤差算出部103によって算出された予測誤差の最小値と、を比較する。第2予測誤差算出部107は、両最小値の差が、所定の閾値以下の場合、予測装置100は、処理を終了する。所定の閾値より大きい場合、変位ベクトル更新部106によって更新された変位ベクトル列を変位ベクトル破棄部104に出力する。第2予測誤差算出部107は、第2差分算出部の一態様である。第2差分算出部は、第2変位ベクトル列から算出される第2予測度数と第1予測度数との第2差分を算出し、第1差分と第2差分とが所定の条件(例えば、第1差分の最小値と第2差分の最小値との誤差が閾値以下であること)を満たす場合、第2変位ベクトル列を時系列データに含まれる度数の変化量を表す変位ベクトル列として決定する。
The second prediction
図2は、実施形態における、座標参照テーブルの生成の流れの例を示すフローチャートである。座標参照テーブル生成部101は、配列の要素を表す変数kに0を設定する(ステップS101)。座標参照テーブル生成部101は、y=0,・・・,Y−1の順に座標参照テーブルの値を決定する(ステップS102)。座標参照テーブル生成部101は、x=0,・・・,X−1の順に座標参照テーブルの値を決定する(ステップS103)。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the flow of generating the coordinate reference table in the embodiment. The coordinate reference
座標参照テーブル生成部101は、Ψx[k:k+fq(x,y,t)−1]にxを設定する(ステップS104)。Ψx[k:k+fq(x,y,t)−1]は、Ψxの第k要素から第k+fq(x,y,t)−1の各要素を表す。座標参照テーブル生成部101は、Ψy[k:k+fq(x,y,t)−1]にyを設定する(ステップS105)。Ψy[k:k+fq(x,y,t)−1]は、Ψyの第k要素から第k+fq(x,y,t)−1の各要素を表す。座標参照テーブル生成部101は、kにk+fq(x,y,t)を設定する(ステップS106)。全てのxにおいて、座標参照テーブルの値が決定され(ステップS107)、全てのyにおいて座標参照テーブルの値が決定されると(ステップS108)、座標参照テーブルの生成処理は、終了する。
The coordinate reference
図3は、実施形態における、t+1フレームの各メッシュでの度数の推定値の算出の流れの例を示すフローチャートである。第1予測誤差算出部103は、k=0,・・・,Kq−1の順に、推定値を算出する(ステップS201)。第1予測誤差算出部103は、第tフレームのk番目の粒子の水平変位Vx,t[k]の値が0かつ垂直変位Vy,t[k]の値が0であるか否かを判定する(ステップS202)。水平変位Vx,t[k]の値が0かつ垂直変位Vy,t[k]の値が0である場合(ステップS202:YES)、第1予測誤差算出部103は^fq(Ψx[k],Ψy[k],t+1)にfq(Ψx[k],Ψy[k],t)の値を設定し、ステップS206に遷移する(ステップS203)。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of the flow of calculating the estimated value of the frequency in each mesh of the t + 1 frame in the embodiment. The first prediction
水平変位Vx,t[k]の値が0かつ垂直変位Vy,t[k]の値が0でない場合(ステップS202:NO)、第1予測誤差算出部103は^fq(Ψx[k],Ψy[k],t+1)にfq(Ψx[k],Ψy[k],t)−1の値を設定する(ステップS204)。第1予測誤差算出部103は^fq(Ψx[k]+Vx[k],Ψy[k] +Vy[k],t+1)にf(Ψx[k]+Vx[k],Ψy[k] +Vy[k],t)+1の値を設定する(ステップS205)。第1予測誤差算出部103は、全てのkにおいて度数の推定値が算出されると(ステップS206)、t+1フレームの各メッシュでの度数の推定値の算出を終了する。
When the values of the horizontal displacement V x, t [k] are 0 and the values of the vertical displacement V y, t [k] are not 0 (step S202: NO), the first prediction
図4は、実施形態における、変位ベクトル列の生成の処理の流れを示すフローチャートである。予測装置100には予め第tフレームの位置(x,y)における度数f(x,y,t)と第t+1フレームの位置(x,y)における度数f(x,y,t+1)とが与えられる。フレーム間差分算出部121は、数式(4)に基づいてフレーム間差分を算出する(ステップS301)。粒子発生確率算出部122は、変数nに0を設定する(ステップS302)。
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of processing for generating a displacement vector sequence in the embodiment. The
粒子発生確率算出部122は、y=0,・・・,Y−1の順に粒子発生確率の値を決定する(ステップS303)。粒子発生確率算出部122は、x=0,・・・,X−1の順に粒子発生確率の値を決定する(ステップS304)。粒子発生確率算出部122は、数式(11)に基づいて、d(x,y,t)−の値を算出する(ステップS305)。粒子発生確率算出部122は、数式(10)に基づいて、正規分布の標準偏差パラメータσの値を算出する(ステップS306)。なお、ハイパーパラメータα及びβは、予め定められる。粒子発生確率算出部122は、数式(9)に基づいて、d(x,y,t)+の値を算出する(ステップS307)。粒子発生確率算出部122は、数式(5)に基づいて、変異量粒子発生確率w(x,y)を算出する(ステップS308)。なお、粒子発生確率算出部122は、数式(12)に基づいて、h(i,j)を算出する。
The particle generation
累積粒子発生確率算出部123は、数式(13)に基づいて、累積粒子発生確率w(n)を算出する(ステップS309)。累積粒子発生確率算出部123は、変数nをインクリメントする(ステップS310)。粒子発生確率算出部122は、全てのxにおいて、累積粒子発生確率の値が決定され(ステップS311)、粒子発生確率算出部122は、全てのyにおいて累積粒子発生確率の値が決定されると(ステップS312)、変位ベクトル列の生成の処理はステップS313に遷移する。
The cumulative particle generation
変位ベクトル列決定部125は、k=0,・・・,Kq−1の順に変位ベクトル列を決定する(ステップS313)。乱数生成部124は、[0,1]を値域とする一様分布に従い、一様乱数ベクトルを生成する。(ステップS314)。乱数生成部124は、一様乱数ベクトルに基づいて、数式(14)を満たす乱数nを生成する(ステップS315)。変位ベクトル列決定部125は、座標参照テーブルに基づいて乱数に対する2次元座標を算出する。変位ベクトル列決定部125は、算出された2次元座標を第k番目の粒子の変位ベクトルに決定する(ステップS316)。変位ベクトル列決定部125は、全てのkにおいて、変位ベクトル列が決定されると(ステップS317)、変位ベクトル列の生成の処理は、終了する。
The displacement vector
図5は、実施形態における、時間方向の相関の推定処理の流れを示すフローチャートである。変位ベクトル列生成部102は、図4に示される処理に基づいて変位ベクトル列を生成する(ステップS401)。第1予測誤差算出部103は、第t+1フレームの度数と第t+1フレームの予測度数との誤差(第t+1フレームの予測誤差)を算出する(ステップS402)。なお、第t+1フレームの予測度数は、図3に示される処理に基づいて、算出される。
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the correlation estimation process in the time direction in the embodiment. The displacement vector
変位ベクトル破棄部104は、生成された変位ベクトル列のうち、所定の条件を満たす変位ベクトル列を破棄する(ステップS403)。所定の条件は、例えば、ソートされた予測誤差の下位50%としてもよい。変位ベクトル列再生成部105は、破棄されずに残った変位ベクトル列から、新しい変位ベクトルを生成する(ステップS404)。変位ベクトル更新部106は、外部から与えられた確率に基づいて、変位ベクトル内の粒子を選択し、選択された粒子の持つ変位ベクトルを更新する(ステップS405)。第2予測誤差算出部107は、更新された変位ベクトル列の予測誤差を算出する(ステップS406)。
The displacement
第2予測誤差算出部107は、得られた予測誤差の最小値と第1予測誤差算出部103によって算出された予測誤差の最小値との差が、所定の閾値以下であるか否かを判定する(ステップS407)。所定の閾値以下の場合(ステップS407:YES)、流量の推定処理は、終了する。所定の閾値以下ではない場合(ステップS407:NO)、処理はステップS403に遷移する。
The second prediction
以上のように、実施形態の予測装置100は、変位ベクトル列生成部102は、第tフレームと第t+1フレームとのフレーム間差分に基づいて、変位ベクトル列を生成する。予測装置100の第1予測誤差算出部103、変位ベクトル破棄部104、変位ベクトル列再生成部105、変位ベクトル更新部106及び第2予測誤差算出部107は、前回の生成された変位ベクトル列の予測誤差の最小値と、今回生成された変位ベクトル列の予測誤差の最小値との差分が所定の閾値以下となる場合、今回生成された変位ベクトル列を推定された流量として決定する。したがって、実施形態の予測装置100は、度数のみが観測された時系列の空間情報データに対しても、観測されていない情報である時系列データの時間方向の相関を推定可能となる。
As described above, in the
上述した実施形態における予測装置100の各機能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。
Each function of the
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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention.
本発明は、空間情報データを圧縮するために用いられる流量を推定する推定装置に適用可能である。 The present invention is applicable to an estimation device that estimates the flow rate used to compress spatial information data.
100…予測装置, 101…座標参照テーブル生成部, 102…変位ベクトル列生成部, 103…第1予測誤差算出部, 104…変位ベクトル破棄部, 105…変位ベクトル列再生成部, 106…変位ベクトル更新部, 107…第2予測誤差算出部, 121…フレーム間差分算出部, 122…粒子発生確率算出部, 123…累積粒子発生確率算出部, 124…乱数生成部, 125…変位ベクトル列決定部 100 ... Predictor, 101 ... Coordinate reference table generation unit, 102 ... Displacement vector sequence generation unit, 103 ... First prediction error calculation unit, 104 ... Displacement vector discard unit, 105 ... Displacement vector sequence regeneration unit, 106 ... Displacement vector Update unit, 107 ... 2nd prediction error calculation unit, 121 ... Interframe difference calculation unit, 122 ... Particle generation probability calculation unit, 123 ... Cumulative particle generation probability calculation unit, 124 ... Random generation unit, 125 ... Displacement vector sequence determination unit
Claims (8)
前記第1変位ベクトル列毎に、前記第1変位ベクトル列に基づいて算出される第1予測度数と前記度数との第1差分を算出する第1差分算出部と、
前記第1変位ベクトル列のうち、所定の条件を満たす前記第1変位ベクトル列に基づいて前記変位ベクトル列の候補を表す第2変位ベクトル列を複数生成する第2変位ベクトル列生成部と、
前記第2変位ベクトル列から算出される第2予測度数と前記第1予測度数との第2差分を算出し、前記第1差分と前記第2差分とが所定の条件を満たす場合、前記第2変位ベクトル列を前記変位ベクトル列として決定する第2差分算出部と、
を備える、予測装置。 A plurality of first displacement vector sequences used to determine a displacement vector sequence representing a prediction of the amount of change in the frequency at a future time of the time series data based on time series data including the frequency of the statistical value in the past time. The first displacement vector sequence generator to be generated and
For each of the first displacement vector sequences, a first difference calculation unit that calculates a first difference between the first predicted frequency and the frequency calculated based on the first displacement vector sequence, and
A second displacement vector string generation unit that generates a plurality of second displacement vector sequences representing candidates for the displacement vector sequence based on the first displacement vector sequence that satisfies a predetermined condition among the first displacement vector sequences.
The second difference between the second predicted frequency and the first predicted frequency calculated from the second displacement vector sequence is calculated, and when the first difference and the second difference satisfy a predetermined condition, the second difference is obtained. A second difference calculation unit that determines the displacement vector sequence as the displacement vector sequence, and
A predictor.
予測装置が、前記第1変位ベクトル列毎に、前記第1変位ベクトル列に基づいて算出される第1予測度数と前記度数との第1差分を算出する第1差分算出ステップと、
予測装置が、前記第1変位ベクトル列のうち、所定の条件を満たす前記第1変位ベクトル列に基づいて前記変位ベクトル列の候補を表す第2変位ベクトル列を複数生成する第2変位ベクトル列生成ステップと、
予測装置が、前記第2変位ベクトル列から算出される第2予測度数と前記第1予測度数との第2差分を算出し、前記第1差分と前記第2差分とが所定の条件を満たす場合、前記第2変位ベクトル列を前記変位ベクトル列として決定する第2差分算出ステップと、
を有する、予測方法。 The first displacement used by the predictor to determine a displacement vector sequence that represents a prediction of the amount of change in the frequency of the time series data at a future time based on the time series data including the frequency of the statistical value at the past time. The first displacement vector sequence generation step to generate multiple vector sequences, and
A first difference calculation step in which the prediction device calculates the first difference between the first predicted frequency and the frequency calculated based on the first displacement vector sequence for each first displacement vector sequence.
A second displacement vector string generation in which the prediction device generates a plurality of second displacement vector sequences representing candidates for the displacement vector sequence based on the first displacement vector sequence satisfying a predetermined condition among the first displacement vector sequences. Steps and
When the prediction device calculates the second difference between the second prediction frequency calculated from the second displacement vector sequence and the first prediction frequency, and the first difference and the second difference satisfy a predetermined condition. , The second difference calculation step of determining the second displacement vector sequence as the displacement vector sequence,
Prediction method.
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