KR101527267B1 - 직교 다중 디스크립션 코딩 - Google Patents

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Abstract

일 양태에서, 직교 다중 디스크립션 인코더는 복수의 직교 행렬의 각각의 것을 사용하여 신호를 프로세싱함으로써 소정의 신호의 다중 디스크립션을 생성하도록 구성된 직교 다중 디스크립션 생성 회로를 포함한다. 각각의 다중 디스크립션은 신호 및 복수의 직교 행렬의 대응하는 것의 함수로서 생성된다. 다른 양태는 직교 다중 디스크립션 디코더, 직교 다중 디스크립션 인코딩 및 디코딩 방법 및 연관 컴퓨터 프로그램 제품을 포함한다.

Description

직교 다중 디스크립션 코딩{ORTHOGONAL MULTIPLE DESCRIPTION CODING}
본 발명은 일반적으로 신호 프로세싱의 분야에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 통신 네트워크 또는 다른 유형의 통신 매체를 통한 전송을 위한 신호의 다중 디스크립션 코딩(multiple description coding)에 관한 것이다.
통상의 다중 디스크립션 코딩 장치에서, 전송될 소정의 신호는 이 신호의 다중 디스크립션을 생성하기 위해 송신기에서 프로세싱되고, 다중 디스크립션은 이어서 네트워크 또는 다른 통신 매체를 통해 수신기에 전송된다. 각각의 다중 디스크립션은 상이한 손실 확률을 받게 되는 상이한 전송 채널에 대응하는 것으로 보여질 수 있다. 다중 디스크립션 코딩의 목표는 일반적으로 다양한 다중 디스크립션 사이에 과도한 중복을 도입하지 않고, 수신된 디스크립션의 수가 증가함에 따라 향상되는 수신기에서의 신호 재구성 품질을 제공하는 것이다.
일 공지의 다중 디스크립션 코딩 기술은 통상적으로 양자화된 프레임 확장이라 칭한다. 전송될 신호는 N-차원 심벌 벡터 x={x1, x2,..., xN}으로서 표현될 수 있다. 심벌 벡터 x는 프레임 확장 변환 T로 곱해져서 M-차원 심벌 벡터 y=Tx={y1, y2,..., yM}을 생성하고, 여기서 변환 T는 M×N 행렬이고, M>N이다. 심벌 벡터 y는 이어서 양자화 연산을 받게 되어 Y=Q(y)를 형성한다. 순방향 에러 정정(FEC) 및 주기적 중복 검사(CRC) 코드가 이어서 이것이 네트워크를 통해 수신기에 전송되기 전에 Y에 적용된다. 수신기에서, 수신된 신호
Figure 112012053390759-pct00001
는 FEC 디코딩을 받게 되고, CRC가 심벌 에러를 검출하는데 사용된다. 에러가 없는 심벌이 x의 추정치를 재구성하는데 사용된다. 이러한 및 다른 통상의 다중 디스크립션 코딩 기술에 관한 부가의 상세에 대해, 비벡 케이 고얄(Vivek K Goyal)의 "다중 디스크립션 코딩: 압축이 네트워크를 만나다(Multiple Description Coding: Compression Meets the Network)", IEEE 신호 프로세싱 매거진, 2001년 9월, pp. 74 내지 93을 참조하라.
통상의 다중 디스크립션 코딩 기술은 일반적으로 채널이 소위 "소실 채널(erasure channel)"인 것을 가정한다. 이러한 채널에 의해, 데이터의 소정의 심벌 또는 다른 부분은 정정되거나 에러에 있는 수신기에 공지되고, 일부 메커니즘은 전술된 FEC 또는 CRC 코드와 같은 이 능력을 제공하기 위해 요구된다. 그러나, FEC 또는 CRC 코드는 에러 검출 및 정정을 위해서만 유용하고, 다르게는 에러가 발생하지 않을 때 재구성된 신호의 품질을 향상시키는데 사용될 수 없다. 따라서, 이러한 코드의 사용은 에러를 갖지 않는 임의의 채널 내의 대역폭의 낭비를 표현한다.
본 발명의 예시적인 실시예는 본 명세서에서 직교 다중 디스크립션 코딩이라 칭하는 기술을 제공함으로써 종래의 다중 디스크립션 코딩의 전술된 결점을 극복한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 직교 다중 디스크립션 인코더는 복수의 직교 행렬의 각각의 것을 사용하여 신호를 프로세싱함으로써 소정의 신호의 다중 디스크립션을 생성하도록 구성된 직교 다중 디스크립션 생성 회로를 포함한다. 각각의 다중 디스크립션은 신호 및 복수의 직교 행렬의 대응하는 것의 함수로서 생성된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 직교 다중 디스크립션 디코더는 소정의 신호의 각각의 다중 디스크립션을 수신하고 다중 디스크립션의 각각의 것에 직교 행렬을 적용함으로서 신호의 추정치를 생성하도록 구성된 재구성 회로를 포함한다.
예시적인 실시예 중 하나에서, 직교 다중 디스크립션 생성 회로는 이하의 식에 따라 벡터 x에 직교 행렬의 각각의 것을 적용함으로써 벡터 x의 M개의 디스크립션 y(i)를 생성한다.
Figure 112012053390759-pct00002
용어 "적용"은 행렬을 적용하는 환경에서 본 명세서에 사용될 때 본 발명의 실시예에서와 같이 행렬에 의한 곱셈 또는 행렬을 이용하는 다른 프로세싱을 포함하기 위해 광범위하게 해석되는 것으로 의도된다.
이 예시적인 실시예에 사용을 위해 적합한 직교 행렬의 세트의 일 예는
Figure 112012053390759-pct00003
Figure 112012053390759-pct00004
에 의해 제공되고, 여기서, ri, i=1,2,...,NM은 지정된 간격에서 난수의 시퀀스이고,
Figure 112012053390759-pct00005
이다.
다른 유형의 직교 행렬이 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 사용될 수 있다. 예를 들어, 직교 행렬은
Figure 112012053390759-pct00006
에 의해 제공될 수 있고, 여기서 u(i), i=0,...,N-1은 그 성분이 난수인 길이 N의 벡터 v(i), i=0,1,...의 시퀀스에 직교화 프로세스를 적용함으로써 생성된 정규 직교 벡터의 세트이다.
예시적인 실시예는 종래의 접근법에 비해 상당한 장점을 제공한다. 예를 들어, 이들 실시예의 하나 이상에서, 직교 행렬은 중복이 신호 재구성 품질을 향상시킬 뿐만 아니라 수신된 신호 내의 에러를 검출하고 정정하는데 사용될 수 있는 그러한 방식으로 중복을 도입한다. 따라서, 다중 디스크립션은 그 내에 내장된 에러 검출 및 정정 능력을 갖는다. 이는 FEC 및 CRC를 위한 부가의 대역폭을 전용할 필요를 회피하고, 이에 의해 에러의 부재(absence)시에 낭비된 대역폭이 존재하지 않으면서 또한 에러의 존재시에 점진적인 열화를 제공하는 것을 보장한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징은 첨부 도면 및 이하의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에서 직교 다중 디스크립션 코딩을 구현하는 통신 시스템의 블록 다이어그램.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에서 직교 다중 디스크립션 코딩을 구현하는 통신 시스템의 더 상세도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에서 다중 디스크립션 코딩을 구현하는 멀티미디어 서버를 포함하는 통신 시스템의 블록 다이어그램.
본 발명이 예시적인 통신 시스템, 프로세싱 디바이스 및 다중 디스크립션 코딩 기술과 함께 본 명세서에 예시될 것이다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 유형의 시스템, 디바이스 및 기술과 함께 사용하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 양태는 예시적인 실시예와 함께 설명된 것들 이외의 프로세싱 디바이스 및 프로세스 단계를 사용하여 광범위한 다른 통신 시스템 구성으로 구현될 수 있다.
도 1은 네트워크(105)를 경유하여 수신기(104)에 결합된 송신기(102)를 포함하는 통신 시스템(100)을 도시한다. 송신기는 직교 다중 디스크립션 인코더(112)를 포함하고, 수신기는 직교 다중 디스크립션 디코더(114)를 포함한다. 송신기(102) 내에는 메모리(122)에 결합된 프로세서(120)가 또한 포함된다. 유사하게, 수신기(104)는 메모리(132)에 결합된 프로세서(130)를 포함한다.
송신기(102)는 컴퓨터, 서버 또는 네트워크(105)를 통해 수신기(104)에 신호를 공급하기에 적합한 임의의 다른 유형의 프로세싱 디바이스의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 송신기에 의해 공급된 신호는 임의의 조합의 데이터, 음성, 이미지, 비디오, 오디오 또는 다른 유형의 신호를 포함할 수 있다. 이들 신호는 네트워크를 통해 전송되기 전에 직교 다중 디스크립션 인코더(112)에서 코딩된다.
수신기(104)는 통신 디바이스 또는 송신기(102)로부터 네트워크(105)를 통해 신호를 수신하기에 적합한 임의의 다른 유형의 프로세싱 디바이스의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 휴대용 또는 랩탑 컴퓨터, 휴대폰, 개인 휴대 정보 단말(PDA), 무선 이메일 디바이스, 텔레비전 셋탑 박스(STB) 또는 다른 통신 디바이스에 구현될 수 있다. 송신기로부터 네트워크(105)를 통해 수신된 신호는 직교 다중 디스크립션 디코더(114)에 의해 디코딩된다.
네트워크(105)는 인터넷과 같은 원거리 통신망, 도시권 통신망, 근거리 통신망, 케이블 네트워크, 전화 네트워크, 위성 네트워크, 뿐만 아니라 이들 또는 다른 네트워크의 부분 또는 조합을 포함할 수 있다.
메모리(122, 132)는 본 명세서에 설명된 기능을 구현하기 위해 이들의 연관 프로세서(120, 130)에 의해 실행되는 소프트웨어 프로그램을 저장하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 송신기(102)의 프로세서(120) 상에서 실행되는 소프트웨어는 직교 다중 디스크립션 인코더(112)의 적어도 일부를 구현하는데 사용될 수 있고, 반면에 수신기(104)의 프로세서(130) 상에서 실행되는 소프트웨어는 직교 다중 디스크립션 디코더(114)의 적어도 일부를 구현하는데 사용될 수 있다. 메모리(122, 132) 중 소정의 하나는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM)와 같은 전자 메모리 또는 이들 및 다른 유형의 저장 디바이스의 조합일 수 있다. 이러한 메모리는 본 명세서에서 더 일반적으로 컴퓨터 프로그램 제품 또는 더욱 더 일반적으로 그 내에 구체화된 실행 가능한 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체라 칭하는 것의 예이다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 다른 예는 임의의 조합으로 디스크 또는 다른 유형의 자기 또는 광학 매체를 포함할 수 있다.
송신기(102) 및 수신기(104)는 통상의 방식으로 구성된 부가의 구성 요소를 각각 포함할 수 있다. 예를 들어, 이들 요소의 각각은 일반적으로 네트워크(105)와 인터페이스하기 위한 네트워크 인터페이스 회로를 포함할 수 있다.
도 1의 시스템(100)에 이용된 직교 다중 디스크립션 코딩은 직교 행렬을 사용하여 다중 디스크립션을 생성한다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 직교 행렬은 중복이 신호 재구성 품질을 향상시킬 뿐만 아니라, 수신된 신호 내의 에러를 검출하고 정정하는데 사용될 수 있는 그러한 방식으로 중복을 도입한다. 따라서, 다중 디스크립션은 그 내에 내장된 에러 검출 및 정정 능력을 갖는다. 따라서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 직교 다중 디스크립션 코딩을 사용할 때, 에러 검출 및 정정을 제공하기 위해 FEC 및 CRC와 같은 부가의 및 개별 메커니즘에 대한 요구가 존재하지 않고, 에러의 부재시에 낭비 대역폭이 없다. 모든 전송된 비트는 품질 향상 및 에러 보호의 모두를 위해 사용되는 것이 가능하여, 어떠한 전송된 비트도 에러가 존재하지 않을 때에도 낭비되지 않는다. 또한, 에러의 존재시의 열화는 FEC 및 CRC에 기초하는 종래의 접근법에서 있을 수 있는 것보다 더 점진적이다.
더 특정예로서, 네트워크(105)는 멀티미디어 서버로부터 멀티미디어 클라이언트 디바이스로 비디오를 전송하는데 사용된 멀티캐스트 또는 브로드캐스트 네트워크를 포함할 수 있다. 이 예에서, 직교 다중 디스크립션 코딩은 클라이언트 디바이스 중 임의의 소정의 하나에 의해 수신된 비트 스트림 내의 모든 비트가 재구성된 비디오 품질을 향상시키기 위해 그 클라이언트 디바이스에서 구현된 비디오 디코더에 의해 사용될 수 있는 그러한 방식으로 각각의 클라이언트 디바이스에 비디오 비트 스트림이 전송될 수 있게 한다.
도 2는 본 발명의 실시예의 더 상세도를 도시한다. 이 실시예에서, 시스템(200)은 직교 다중 디스크립션 생성기 모듈(202), 스칼라 양자화 모듈(204) 및 직렬화 및 인터리빙 모듈(206)을 포함하는 송신기를 포함한다. 송신기는 네트워크(210)를 통해, 디인터리빙 및 병렬화 모듈(212), 에러 검출 및 정정 모듈(214) 및 재구성 모듈(216)을 포함하는 수신기와 통신한다. 모듈(202, 204, 206)은 예를 들어 도 1의 송신기(102)의 직교 다중 디스크립션 인코더(112)의 구현을 집합적으로 포함하는 것으로서 보여질 수 있다. 유사하게, 모듈(212, 214, 216)은 예를 들어 도 1의 수신기(104)의 직교 다중 디스크립션 디코더(114)의 구현을 집합적으로 포함하는 것으로서 보여질 수 있다.
도 2에 도시된 다양한 모듈은 연관 기능을 구현하는데 사용된 회로의 예로서 보여질 수 있다. 이러한 회로는 본 명세서에 설명된 방식으로 동작하도록 적합하게 수정되는 공지의 통상의 인코딩 및 디코딩 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 회로의 부분은 도 1의 프로세서(120, 130) 및 메모리(122, 132)와 연관된 프로세서 및 메모리 회로를 포함할 수 있다. 다른 예는 행렬 곱셈 회로 또는 다른 유형의 산술 논리 회로, 디지털 신호 프로세서, 송수신기 등을 포함한다. 이러한 회로의 통상의 양태는 당 기술 분야의 숙련자들에게 공지되어 있고, 따라서 본 명세서에 상세히 설명되지 않을 것이다.
도 2의 실시예에서, x는 전송될 메시지를 나타내고, 더 구체적으로는 실수의 벡터를 포함한다.
Figure 112012053390759-pct00007
예를 들어, x는 음성 코딩, 이미지 압축 또는 비디오 압축 프로세스에서 생성된 변환된 계수의 세트일 수 있다. JPEG 이미지 압축의 경우의 더 특정예로서, x는 8×8 DCT 계수일 수 있고, x는 8×8 DCT 계수의 행 또는 열일 수 있고, x는 일 화소에서 Y, Cr, Cb의 DCT 계수일 수 있고, 또는 x는 상이한 유형의 이러한 계수의 조합일 수 있다. 물론, 전술된 바와 같이, 광범위한 다른 유형의 정보가 본 명세서에 개시된 직교 다중 디스크립션 코딩 기술을 사용하여 전송될 수 있다.
전송될 원본 메시지 x는 직교 다중 디스크립션 생성기(202)에 적용된다. 이 원본 메시지로부터, M개의 메시지가 생성된다. 이들 메시지는 직교 다중 디스크립션 메시지라 칭한다. M개의 메시지 각각은 원본 메시지 x의 디스크립션이다. 임의의 직교 다중 디스크립션 메시지 또는 이들 메시지의 임의의 서브세트는 원본 메시지로의 근사치를 재구성하는데 사용될 수 있다. 더 많은 메시지가 재구성에 사용될수록, 더 정확하게 재구성된 메시지가 원본 메시지에 근사한다.
본 발명의 실시예에서, 직교 다중 디스크립션 메시지는 이하의 방식으로 모듈(202) 내에 생성된다. M=2k+1을 양의 정수라하고, U(i), i=1,2,...,M을 차원 N×N의 직교 행렬이라 하면,
Figure 112012053390759-pct00008
여기서, I는 N×N 단위 행렬(identity matrix)이고, T는 행렬 전치 연산을 지시한다. M개의 메시지는 원본 메시지 x에 직교 행렬의 각각의 것을 적용함으로써 생성된다.
Figure 112012053390759-pct00009
최종 메시지는 스칼라 양자화 함수를 사용하여 모듈(204)에서 양자화된다.
Figure 112012053390759-pct00010
양자화된 메시지는 모듈(206)에서 직렬화되고 인터리빙되고, 네트워크(210)를 통해 모듈(212, 214, 216)을 포함하는 수신기로 전송된다.
네트워크를 통해 수신된 데이터는 모듈(212)에서 디인터리빙되고 병렬화되어 수신된 메시지를 형성한다.
Figure 112012053390759-pct00011
수신된 메시지
Figure 112012053390759-pct00012
는 네트워크(210)를 통한 전송에 기인하는 에러에 의해 각각의 전송된 메시지
Figure 112012053390759-pct00013
와는 상이할 수 있다.
에러 검출 및 정정이 모듈(214)에서 수행되어 추정된 메시지를 생성한다.
Figure 112012053390759-pct00014
추정된 메시지
Figure 112012053390759-pct00015
, i=1,...,M이 재구성 모듈(216)에 사용되어 원본 메시지 x에 근사하는 추정치
Figure 112012053390759-pct00016
를 생성한다.
생성기(202) 내에서 다중 디스크립션의 각각의 것을 생성하는데 이용된 M개의 직교 행렬의 예가 이제 상세히 설명될 것이다. N×N 행렬(U)는 UTU=I이면 직교한다. ri, i=1,2,...,NM을 간격[0,1] 내의 난수의 시퀀스라 한다. 각각의 길이가 N인 M개의 벡터는 이하와 같이 정의한다.
Figure 112012053390759-pct00017
직교 행렬은 이어서 이하와 같이 컴퓨팅될 수 있다.
Figure 112012053390759-pct00018
Figure 112012053390759-pct00019
이들 예시적인 직교 행렬은 도 2의 시스템(200) 내의 송신기 및 수신기의 모두에 알려져야 한다.
다수의 다른 기술이 본 발명의 실시예에서 직교 다중 디스크립션 코딩에 사용을 위해 직교 행렬을 생성하는데 사용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 직교 행렬을 생성하기 위한 다른 예시적인 기술이 이제 설명될 것이다.
v(i), i=0,1,...,을 그 성분이 난수인 길이 N의 벡터의 시퀀스라 하자. 당 기술 분야의 숙련자들에게 알려진 그램-슈미트(Gram-Schmidt) 프로세스와 같은 직교화 프로세스는 N개의 정규 직교 벡터의 세트 u(i), i=0,...,N-1을 생성하는데 사용될 수 있다. 정규 직교 벡터는 특성
Figure 112012053390759-pct00020
을 갖는다.
정규 직교 벡터가 생성된 후에, 이들은 이하와 같이 직교 행렬의 열을 형성하는데 사용될 수 있다.
Figure 112012053390759-pct00021
더 많은 이러한 직교 행렬이 랜덤 성분을 갖는 벡터 v(i), i=0,1,...,의 더 많은 시퀀스를 사용함으로써 생성될 수 있다.
재차, 직교 행렬을 생성하기 위한 상기 기술은 단지 예시로만 제시되어 있고, 수많은 다른 직교 행렬 생성 기술이 본 발명을 구현하는데 사용될 수 있다.
전술된 바와 같이, 각각의 직교 행렬 U(i)에 대해, y(i) = U(i)x를 생성하고, y(i)는 이어서 스칼라 양자화를 사용하여 양자화되어 전송된 메시지를 생성한다. 전송된 메시지는
Figure 112012053390759-pct00022
여기서,
Figure 112012053390759-pct00023
는 양자화 에러이다.
Figure 112012053390759-pct00024
, i≠j 또는 p≠q가
Figure 112012053390759-pct00025
의 균일한 분포를 갖는 상호 독립적인 랜덤 변수라 가정한다. 각각의 메시지의 양자화 에러의 분산을
Figure 112012053390759-pct00026
라 한다, 여기서 E(·)는 예측값을 나타낸다.
에러의 부재시의 재구성은 이하와 같이 진행된다. 임의의 수의 전송된 메시지가 원본 메시지를 재구성하는데 사용될 수 있다.
Figure 112012053390759-pct00027
를 p개의 전송된 메시지라 한다. 원본 메시지가 모듈(216)에서 재구성될 수 있는 방식의 일 예는 이하와 같다.
Figure 112012053390759-pct00028
이 예에서 재구성된 메시지의 에러의 분산은
Figure 112012053390759-pct00029
이다. 따라서, 이 예에서, p가 커짐에 따라, 에러의 분산이 작아진다. 이는 더 많은 무에러 메시지가 재구성에 사용될수록, 재구성이 더 정확해진다는 것을 암시한다.
모듈(214)에서 구현된 에러 검출 및 정정이 이제 더 상세히 설명될 것이다. M=2k+1개의 직교 메시지가 생성되어 전송되면 그리고 최대 k개의 수신된 메시지가 에러를 포함하면, 큰 에러를 포함하는 메시지가 검출되어 정정된다. 에러 검출 및 정정은 O(M2) 연산에서 성취될 수 있는데, 즉 연산의 수는 M2의 차수의 크기를 갖는데, 이는 연산적으로 관리 가능하다. 수신된 메시지 내의 채널 에러를
Figure 112012053390759-pct00030
로서 정의하고, 여기서
Figure 112012053390759-pct00031
는 전송된 Y(i)의 수신된 메시지이다. 채널 에러의 놈(norm)은
Figure 112012053390759-pct00032
로서 정의한다. 최대 양자화 에러는
Figure 112012053390759-pct00033
로서 정의한다. 수신된 에러는
Figure 112012053390759-pct00034
이면 크도록 정의된다. 또한 에러 신드롬은 이하와 같이 정의한다.
Figure 112012053390759-pct00035
상기 정의로부터 이하가 명백하다.
Figure 112012053390759-pct00036
인덱스 p를 갖는 수신된 메시지가 큰 에러를 포함하면, 즉
Figure 112012053390759-pct00037
이면,
Figure 112012053390759-pct00038
에 대해 인덱스 i를 갖는 적어도 k+1개의 메시지가 존재한다는 것을 나타낼 수 있다. 이는 본 명세서에서 특성 1이라 칭하고, 이하의 방식으로 나타낼 수 있다. 인덱스 p를 갖는 메시지의 에러는
Figure 112012053390759-pct00039
에 의해 제공된다. 에러를 포함하는 최대 k개의 메시지가 존재하기 때문에, 에러를 포함하지 않는 적어도 k+1개의 메시지가 존재한다. 에러를 갖지 않고 수신된 메시지의 모든 인덱스를 포함하는 세트를 이하와 같이 정의한다.
Figure 112012053390759-pct00040
다음에, SC 내의 인덱스의 수인 SC의 카디널리티(cardinality)는
Figure 112012053390759-pct00041
을 만족한다. i∈SC라 하면,
Figure 112012053390759-pct00042
이다. 상기는 SC 내의 임의의 인덱스 i가 특성
Figure 112012053390759-pct00043
를 갖는다는 것을 나타낸다. SC 내에 적어도 k+1개의 인덱스가 존재하기 때문에, 이는 특성 1을 증명한다.
재차 M=2k+1이라고 가정하고, 최대 k개의 수신된 메시지가 에러를 포함하는 것을 가정한다. 인덱스 p를 갖는 수신된 메시지가 에러를 포함하지 않으면,
Figure 112012053390759-pct00044
에 대해 인덱스 i를 갖는 최대 k개의 메시지가 존재한다. 이는 본 명세서에서 특성 2라 칭하고, 이하의 방식으로 나타낼 수 있다. 인덱스 p를 갖는 메시지가 에러를 갖지 않기 때문에,
Figure 112012053390759-pct00045
이다. i∈SC라 하면,
Figure 112012053390759-pct00046
따라서,
Figure 112012053390759-pct00047
에 대한 인덱스 i를 갖는 적어도 k+1개의 메시지가 존재한다. 총 2k+1개의 메시지가 존재하기 때문에,
Figure 112012053390759-pct00048
에 대해 인덱스 i를 갖는 k개 이하의 메시지가 존재한다. 이는 특성 2를 증명한다.
상기 원리에 기초하는 에러 검출은 이하와 같이 모듈(214)에서 구현된다. M=2k+1 수신된 메시지
Figure 112012053390759-pct00049
, i=1,...,M에 대해, 신드롬
Figure 112012053390759-pct00050
, i,j=1,...,M을 컴퓨팅한다. 대칭
Figure 112012053390759-pct00051
를 주목하라. 따라서, 단지 총 M(M+1)/2개의 신드롬만이 컴퓨팅될 필요가 있다. 다음에,
Figure 112012053390759-pct00052
를 갖는 적어도 k+1개의 신드롬이 존재하도록 인덱스 p를 갖는 모든 메시지를 발견한다. 큰 에러를 갖는 임의의 메시지는 특성 1에 따라 이러한 메시지 중 하나여야 한다. 더욱이, 임의의 이러한 메시지는 특성 2에 따라, 에러를 갖지 않는 메시지가
Figure 112012053390759-pct00053
를 갖는 최대 k개의 신드롬을 가질 수 있기 때문에 에러를 포함해야 한다. 형식적으로,
Figure 112012053390759-pct00054
다음에, 세트 SL 및 SC는 교점을 갖지 않는데, 즉 SL∩SC = φ이다. 큰 에러를 갖는 모든 메시지는 SL 내에 이들의 인덱스를 가져야 하는데, 즉
Figure 112012053390759-pct00055
이면, i∈SL이다. 또한, SL 내에 있지 않은 인덱스를 갖는 모든 메시지는 에러를 갖지 않거나 작은 에러를 갖는데,
Figure 112012053390759-pct00056
이면,
Figure 112012053390759-pct00057
이기 때문이다.
큰 에러를 갖는 수신된 메시지는 이전의 알고리즘을 사용하여 검출되고, 이들의 인덱스는 세트 SL에서 수집된다. 이들 메시지는 모듈(214)에서 또한 구현된 이하의 알고리즘을 사용하여 정정될 수 있다.
P = ｜SL｜, SL의 인덱스의 수라 한다. 인덱스 p∈SL을 갖는 각각의 검출된 메시지에 대해, 정정된 메시지는 이하와 같이 정의된다.
Figure 112012053390759-pct00058
상기 정정된 메시지는 전송된 메시지 Y(p)에 정확하게 동일하지 않을 수 있지만, 목적은 전송된 메시지를 발견하는 것은 아니고, 목적은 오히려 원본 메시지를 재구성하는 것이다.
정정된 메시지의 에러는 원본 메시지에 비교할 때,
Figure 112012053390759-pct00059
상기 에러는 k를 증가시킴으로써 임의적으로 작아질 수 있다.
에러 검출 후에, 원본 메시지는 재구성에 의해 근사될 수 있다.
Figure 112012053390759-pct00060
상기 재구성된 메시지
Figure 112012053390759-pct00061
는 원본 메시지 x와 동일하지 않을 수 있지만, 원본 메시지의 양호한 근사치이다. 재구성된 메시지
Figure 112012053390759-pct00062
의 에러는 원본 메시지 x와 비교될 때, 이전에 제공된 것과 동일한데, 즉
Figure 112012053390759-pct00063
이고, 이 이득은 k를 증가함으로써 임의적으로 작아질 수 있다.
전술된 예시적인 재구성 및 에러 정정 기술에 대해, 추정된 메시지
Figure 112012053390759-pct00064
, i∈SL 대신에, 정정된 메시지
Figure 112012053390759-pct00065
, i∈SL를 사용하기 위해 정확성의 이득이 존재하지 않는다는 것을 주목하라. 그러나, 상기에 참조된 브이. 고얄 참조 문헌에 설명된 것들과 같은 다른 재구성 기술을 사용하는 것이 또한 가능하고, 정확성의 부가의 이득이 이러한 재구성에서 정정된 메시지를 사용함으로써 성취될 수 있다.
전술된 바와 같이, 전술된 직교 다중 디스크립션 코딩 기술은, 다중 디스크립션을 생성하기 위한 직교 행렬의 사용에 의해 도입된 중복이 신호 재구성 품질을 향상시킬 뿐만 아니라 수신된 신호의 에러를 검출하고 정정하는데 사용될 수 있는 점에서 유리하다. 이는 FEC 및 CRC의 부가의 대역폭을 전용할 필요를 회피하여, 이에 의해 에러의 부재시에 낭비된 대역폭이 존재하지 않으면서 또한 에러의 존재시에 점진적인 열화를 제공하는 것을 보장한다.
도 2의 시스템의 다양한 대안적인 실시예가 가능하다. 예를 들어, 일 이러한 실시예는 직렬화 및 인터리빙 기능이 배제되어 있는 모듈(202, 204, 214, 216)만을 포함할 수 있다. 이러한 배열에서, 양자화기(204)의 출력에서 다중 디스크립션은 직렬화되고 인터리빙되기보다는 각각의 개별 병렬 채널을 통해 전송될 수 있다.
소정의 실시예는 도 2의 실시예에서와 같은 에러 검출 및 에러 정정 능력의 모두보다는 단지 에러 검출 능력만을 포함하는 것이 또한 가능하다. 일반적으로 모듈(214)에 대응하지만 단지 에러를 검출하도록 구성된 모듈이 본 명세서에서 더 일반적으로 "에러 보호 회로"라 칭하는 것의 예이다. 이러한 회로는 또한 모듈(214)을 포함하는 것으로 의도된다.
도 3은 직교 다중 디스크립션 코딩을 구현하는 멀티미디어 서버(302)를 포함하는 통신 시스템(300)의 다른 예를 도시한다. 서버(302)는 전술된 바와 같이 모듈(202, 204, 206)을 포함하는 직교 다중 디스크립션 인코더를 포함하는 것으로 가정된다. 직교 다중 디스크립션 인코더는 모듈(202, 204, 206)을 통합하도록 다른 통상의 비디오 인코더를 수정함으로써 구현될 수 있다. 멀티미디어 서버는 전술된 방식으로 비디오 신호의 다중 디스크립션을 생성하기 위해 이 인코더를 이용한다. 이들 디스크립션은 이 예에서 디바이스(304-1, 304-2, 304-3, 304-4)를 포함하는 모바일 클라이언트 디바이스에 네트워크(305)를 통해 전송된다. 각각의 이러한 디바이스는 모듈(212, 214, 216)을 포함하는 직교 다중 디스크립션 디코더를 포함하는 것으로 가정된다. 이들 디코더는 모듈(212, 214, 216)을 통합하도록 다른 통상의 비디오 디코더를 수정함으로써 각각 구현될 수 있다. 네트워크(305)는 멀티미디어 서버(302)로부터 멀티미디어 클라이언트 디바이스(304)로 비디오를 전송하는데 사용된 멀티캐스트 또는 브로드캐스트 네트워크를 포함할 수 있다.
시스템(300)은 또한 또는 대안적으로 이미지, 음성, 오디오, 데이터 또는 임의의 다른 유형의 신호를 전송하기 위해 직교 다중 디스크립션 코딩을 사용할 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 적어도 부분적으로 통신 시스템의 송신기 또는 수신기의 메모리 또는 다른 컴퓨터 판독 가능 매체 내에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램의 형태로 구현될 수 있다. 모듈(202, 204, 206, 212, 214, 216)과 같은 시스템 구성 요소는 적어도 부분적으로 소프트웨어 프로그램을 사용하여 구현될 수 있다. 물론, 임의의 조합의 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어의 수많은 대안 배열이 본 발명에 따라 이들 및 다른 시스템 요소를 구현하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 임의의 조합의 하나 이상의 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 애플리케이션 특정화 집적 회로(ASIC) 또는 다른 유형의 집적 회로 디바이스에서 구현될 수 있다. 이러한 집적 회로 디바이스, 뿐만 아니라 이들의 부분 또는 조합은 이 용어가 본 명세서에서 사용될 때 "회로"의 예이다.
전술된 실시예는 단지 예시를 위한 것이고, 임의의 방식의 한정으로서 해석되어서는 안된다는 것이 재차 강조되어야 한다. 다른 실시예는 특정 다중 디스크립션 코딩 용례의 요구에 따라, 상이한 유형의 통신 시스템 구성 요소, 디바이스 구성 및 통신 매체를 사용할 수 있다. 따라서, 대안적인 실시예는 효율적인 다중 디스크립션 코딩이 바람직한 다른 환경에서 본 명세서에 설명된 기술을 이용할 수 있다. 또한, 예시적인 실시예를 설명하는 환경에서 이루어진 특정 가정은 본 발명의 요건으로서 해석되어서는 안된다는 것이 또한 주목되어야 한다. 본 발명은 이들 특정 가정이 적용되지 않는 다른 실시예에서 구현될 수 있다. 첨부된 청구범위의 범주 내의 이들 및 수많은 다른 대안적인 실시예가 당 기술 분야의 숙련자들에게 즉시 명백할 것이다.
102: 송신기 104: 수신기
105: 네트워크 112: 직교 다중 디스크립션 인코더
114: 직교 다중 디스크립션 디코더 120: 프로세서
122: 메모리 130: 프로세서
132: 메모리 200: 시스템

Claims (10)

  1. 다중 디스크립션 인코더(multiple description encoder)를 포함하고, 상기 인코더는
    복수의 직교 행렬(orthogonal matrices)의 각각을 사용하여 소정의 신호(given signal)를 프로세싱함으로써 상기 신호의 다중 디스크립션을 생성하도록 구성된 직교 다중 디스크립션 생성 회로를 포함하고,
    상기 다중 디스크립션 각각은 상기 신호 및 상기 복수의 직교 행렬 중 대응하는 직교 행렬의 함수로서 생성되고,
    상기 신호는 N 차원의 벡터를 포함하며 상기 복수의 직교 행렬은 N×N 차원의 직교 행렬을 포함하는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 디스크립션은 복수의 직교 행렬의 각각에 상기 신호를 곱함으로써 생성되는
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호는 벡터 x를 포함하고, 상기 직교 다중 디스크립션 생성 회로는 상기 벡터 x의 M개의 디스크립션을 생성하도록 구성되고, 상기 직교 행렬은 직교 행렬 U(i), i=1,2,...,M 직교 행렬을 포함하고, 여기서
    Figure 112013119604087-pct00066
    인
    장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 벡터 x의 M개의 디스크립션은 이하의 식
    Figure 112012053390759-pct00067

    에 따라 상기 벡터 x에 상기 직교 행렬의 각각을 적용함으로서 생성된 M개의 디스크립션 y(i)를 포함하는
    장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 직교 행렬은
    Figure 112012053390759-pct00068

    Figure 112012053390759-pct00069

    에 의해 제공되고,
    여기서, ri, i=1,2,...,NM은 지정된 간격에서 난수의 시퀀스이고,
    Figure 112012053390759-pct00070
    인
    장치.
  6. 프로세싱 디바이스의 프로세서에 의해 실행될 때 상기 디바이스로 하여금 다중 디스크립션 인코딩 방법을 수행하도록 하는 실행가능 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 다중 디스크립션 인코딩 방법은,
    소정의 신호를 획득하는 단계와,
    복수의 직교 행렬의 각각을 사용하여 상기 신호를 프로세싱함으로써 상기 신호의 다중 디스크립션을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 다중 디스크립션 각각은 상기 신호 및 상기 복수의 직교 행렬 중 대응하는 직교 행렬의 함수로서 생성되고,
    상기 신호는 N 차원의 벡터를 포함하고 상기 복수의 직교 행렬은 N×N 차원의 직교 행렬을 포함하는
    컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  7. 삭제
  8. 다중 디스크립션 디코더를 포함하고, 상기 디코더는
    소정의 신호의 각각의 다중 디스크립션을 수신하고 상기 다중 디스크립션의 각각에 직교 행렬을 적용함으로써 상기 신호의 추정치를 생성하도록 구성된 재구성 회로를 포함하고,
    상기 신호는 N 차원의 벡터를 포함하고 상기 직교 행렬은 N×N 차원의 직교 행렬을 포함하는
    장치.
  9. 프로세싱 디바이스의 프로세서에 의해 실행될 때 상기 디바이스로 하여금 다중 디스크립션 디코딩 방법을 수행하게 하는 실행 가능한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 방법은,
    소정의 신호의 다중 디스크립션의 추정치를 수신하는 단계와,
    상기 다중 디스크립션의 추정치의 각각에 직교 행렬을 적용함으로써 상기 신호의 추정치를 재구성하는 단계를 포함하고,
    상기 신호는 N 차원의 벡터를 포함하고 상기 직교 행렬은 N×N 차원의 직교 행렬을 포함하는
    컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  10. 삭제
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