KR20130101602A - Approximate decoding method for network coded linearly correlated sources - Google Patents

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KR20130101602A
KR20130101602A KR1020120011104A KR20120011104A KR20130101602A KR 20130101602 A KR20130101602 A KR 20130101602A KR 1020120011104 A KR1020120011104 A KR 1020120011104A KR 20120011104 A KR20120011104 A KR 20120011104A KR 20130101602 A KR20130101602 A KR 20130101602A
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Abstract

PURPOSE: An approximate decoding method for network-coded and linearly-correlated source data is provided to restore data by using a network coding technique. CONSTITUTION: Source data is transmitted to a network coding node (S1). A network coding technique is applied to the transmitted source data, and then the source data is transmitted to a decoder (S2). If packets of the data transmitted to the decoder are not sufficient or a network coding coefficient matrix causes a singularity problem, the decoder performs approximate decoding based on linear correlation (S3). [Reference numerals] (S1) Step of transmitting source data to a network coding node; (S2) Step of applying a network coding technique to the transmitted source data of the S1 step to be transmitted to a decoder; (S3) Step of performing approximate decoding based on linear correlation when packets of the data transmitted to the decoder of the S2 step are not sufficient or a network coding coefficient matrix causes a singularity problem

Description

네트워크 코딩된 선형 상관관계를 갖는 원본 데이터의 근사 복호 방법{Approximate Decoding Method for Network Coded Linearly Correlated Sources}Approximate Decoding Method for Network Coded Linearly Correlated Sources}

본 발명은 네트워크 코딩 기법을 사용하여 인코딩된 선형관계 데이터를 복원하는 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 데이터 패킷이 충분하지 않은 경우 근사적으로 데이터를 복원하기 위한 근사 복호화 방법이며, 이때 사용되는 데이터는 선형적 관계를 갖는 데이터이다.The present invention relates to a method for reconstructing encoded linear relation data using a network coding technique. In particular, the present invention is an approximate decoding method for approximate restoration of data when there are not enough data packets, and the data used here is data having a linear relationship.

최근 센서 네트워크는 온도 같은 지역적 정보, 군사적 정보 용도 등 다양한 분야에서 사용되고 있다(Rout, R. R., Ghosh, S. K., and Chakrabarti, S., "A network coding based probabilistic routing scheme for wireless sensor network," in Wireless Communication and Sensor Networks (WCSN), Dec. 2010. 참조). 센서 네트워크 분야에서 핵심적으로 연구되고 있는 주제 중 하나는 시간에 맞게 정보를 전달하기 위한 효율적인 솔루션이다.Recently, sensor networks have been used in various fields such as regional information such as temperature and military information use (Rout, RR, Ghosh, SK, and Chakrabarti, S., "A network coding based probabilistic routing scheme for wireless sensor network," in Wireless Communication). and Sensor Networks (WCSN), Dec. 2010.). One of the key research topics in the field of sensor networks is an efficient solution for delivering information over time.

네트워크 코딩(network coding)은 경로와 데이터 소스가 다양한 네트워크에서 효과적인 분산 전달 알고리즘(distributed delivery algorithm)을 제공하는 기법이다(Ahlswede, R., Cai, N., Li, S.-Y. R., and Yeung, R. W., "Network information flow," 46, 1204-1216, July 2000. 참조). 네트워크 코딩은 정보 스트림(stream)에 대한 기본적인 연산을 수행할 수 있는 네트워크 노드에 기반한다. Network coding is a technique that provides an effective distributed delivery algorithm in networks with different paths and data sources (Ahlswede, R., Cai, N., Li, S.-YR, and Yeung, RW, "Network information flow," 46, 1204-1216, July 2000.). Network coding is based on network nodes capable of performing basic operations on information streams.

네트워크 코딩(network coding) 기법을 사용하는 통신망은 일반적인 통신망과 달리 중간 경유 노드 또는 라우터에서 서로 다른 패킷들을 혼합한다. 일반적인 통신망의 송신단에서 생성된 패킷은 중간 경유 노드 또는 라우터에서 변경되지 않고 수신단까지 전달된다. 그러나 네트워크 코딩 기법을 사용하는 통신망은 중간 경유 노드 또는 라우터에서 서로 다른 패킷들의 혼합을 허용하거나, 패킷의 내용의 변경을 허용한다.A communication network using a network coding technique mixes different packets at intermediate intermediate nodes or routers, unlike a general communication network. Packets generated at the transmitting end of a general communication network are delivered to the receiving end without change at the intermediate transit node or router. However, a network using a network coding scheme allows for the mixing of different packets at intermediate intermediary nodes or routers, or for changing the contents of packets.

한편, 네트워크 코딩 기법을 사용하는 통신망의 경우에, 원본 데이터는 직접 전송되는 대신에 부호화된 데이터조각들로 전송된다. 예를 들어, 이러한 부호화된 데이터 조각은 데이터 패킷이라 칭할 수 있다. 네트워크 코딩의 수신단은 데이터 패킷들을 전달받아 원본 데이터를 복원한다. On the other hand, in the case of a communication network using a network coding scheme, the original data is transmitted in encoded pieces of data instead of being transmitted directly. For example, such encoded data pieces may be referred to as data packets. The receiving end of the network coding receives the data packets and restores the original data.

네트워크 코딩을 이용한 데이터 전송에서는 채널 환경의 동적 성향 등의 외부 요인으로 인해 각 노드가 데이터 복원에 충분한 데이터 패킷을 받지 못하는 경우에는 원본 데이터 복원이 불가능하다는 단점이 있다. 이는 지연된 패킷을 무시하는 시간적 제약이 있는 응용 분야 경우 치명적인 약점이 될 수 있다. 이를 극복하기 위한 연구로 유용한 패킷이 완벽한 데이터 복원을 위해 충분하게 제공되지 못하는 경우에도 좋은 정확도를 갖고 원본 데이터를 복구하는 근사 복호화 알고리즘이 소개된바 있다(Park, H., Thomos, N., and Frossard, P., "Transmission of correlated information sources with network coding,"in Proc.EUSIPCO-2010, 1389-1393 ,Aug. 2010. 참조). 그러나 근사 복호화 알고리즘은 단순한 최적의 매칭 방법에 기반한 상관관계를 전제로 한 것으로 실제 데이터 간의 상관관계를 명확하게 고려하지는 못한 연구였다. 따라서 종래의 근사 복호화 기법은 그 성능이 항상 보장되지 못하고 제한적이라는 한계가 있었다.In data transmission using network coding, due to external factors such as dynamic propensity of channel environment, original data can not be restored when each node does not receive enough data packets for data recovery. This can be a fatal weakness in applications where there is a time constraint to ignore delayed packets. In order to overcome this problem, an approximate decoding algorithm has been introduced that recovers the original data with good accuracy even when useful packets are not sufficiently provided for complete data recovery (Park, H., Thomos, N., and Frossard, P., "Transmission of correlated information sources with network coding," in Proc. EUSIPCO-2010, 1389-1393, Aug. 2010.). However, the approximate decoding algorithm assumes a correlation based on a simple optimal matching method, and does not consider the correlation between the actual data clearly. Therefore, the conventional approximate decoding technique has a limitation that its performance is not always guaranteed and is limited.

본 발명에 따른 네트워크 코딩된 선형 상관관계를 갖는 원본 데이터의 근사 복호 방법은 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.An approximate decoding method of original data having a network coded linear correlation according to the present invention aims to solve the following problems.

첫째, 네트워크 코딩 기법을 이용해 데이터를 복원하는 네트워크 시스템에 사용하고자한다.First, it is intended to be used in a network system that restores data using a network coding technique.

둘째, 네트워크 시스템에서 데이터 복원을 위해 데이터 패킷이 충분하지 않은 경우라도 근사적으로 데이터를 복원하고자 한다.Second, even if there are not enough data packets for data recovery in a network system, the data is about to be restored.

셋째, 데이터의 선형 상관관계를 이용하여 데이터 복원률을 향상시키고자 한다.Third, the data recovery rate is to be improved by using the linear correlation of the data.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The solution of the present invention is not limited to those mentioned above, and other solutions not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명에 따른 네트워크 코딩된 선형 상관관계를 갖는 원본 데이터의 근사 복호 방법은 네트워크 코딩기법을 통해 선형 상관관계를 갖는 데이터가 전송되는 네트워크 시스템에서 전송되는 데이터를 복호하는 방법이다.An approximate decoding method of original data having a network coded linear correlation according to the present invention is a method of decoding data transmitted in a network system in which data having a linear correlation is transmitted through a network coding technique.

본 발명에 따른 선형 상관관계 데이터에 대한 근사 복호 방법은 소스 데이터가 네트워크 코딩 노드로 전송되는 S1 단계, S1 단계에서 전송된 소스 데이터에 네트워크 코딩 기법을 적용하여 디코더로 전송되는 S2 단계 및 디코더에서 S2 단계에서 디코더에 전송된 데이터의 패킷이 부족하거나 네트워크 코딩 계수 행렬이 싱귤러(singular) 문제를 일으키는 경우 선형 상관관계성을 기반으로 근사 복호화가 수행되는 S3 단계를 포함한다.In the approximate decoding method for linear correlation data according to the present invention, in step S1 in which the source data is transmitted to the network coding node, in step S2 transmitted by the network coding technique to the source data transmitted in step S1 and the decoder S2 in the decoder In the step S3, if the packet of data transmitted to the decoder is insufficient or the network coding coefficient matrix causes a singular problem, the method includes performing an approximate decoding based on linear correlation.

네트워크 시스템에서 전송되는 데이터는 선형 상관관계를 갖는 것을 특징으로 한다.Data transmitted in a network system is characterized by having a linear correlation.

S3 단계에서 근사 복호화가 수행된 결과는 아래의 식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.The result of performing the approximate decoding in step S3 is characterized by the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, C는 네트워크 코딩 계수 행렬이고, D는 제한 조건 행렬이고,

Figure pat00002
는 유한 필드(finite field) 내에서 행렬 간의 곱이며, 1(N-K)는 (N-K)개의 1 값을 갖는 벡터이다.Where C is a network coding coefficient matrix, D is a constraint matrix,
Figure pat00002
Is a product between matrices in a finite field, and 1 (NK) is a vector having (NK) 1 values.

여기서 데이터의 선형 상관관계를 정의하는 유사성 인자 △는 2K의 형태인 것이 바람직하고, k는 0 ≤ k ≤ M - 2 범위에서 작은 값을 가질수록 복원의 정확도가 향상된다.The similarity factor defining a linear correlation between the data △ is preferably in the form of 2 K, k is 0 ≤ k ≤ M - more have a value in the second range is improved, the accuracy of the restoration.

본 발명에 따른 네트워크 코딩된 선형 상관관계를 갖는 원본 데이터의 근사 복호 방법은 결국 네트워크 시스템의 장애 또는 기타 이유로 데이터 복호를 위한 소스 데이터가 충분히 전송되지 않는 경우, 불충분한 데이터를 이용하여 근사적으로 데이터를 복호한다. 즉 본 발명은 어느 정도 이상의 품질만 보장되면 충분한 시스템 환경에서 데이터를 복호하는데 이용한다.The approximate decoding method of the original data having the network coded linear correlation according to the present invention uses the insufficient data when the source data for data decoding is not sufficiently transmitted in the event of a network system failure or other reasons. Decode That is, the present invention is used to decode data in a sufficient system environment if only a certain level of quality is guaranteed.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 분산된 데이터 전송 시스템의 일 예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 근사 복호법의 순서를 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 원본 이미지를 본 발명에 따른 근사 복호법으로 복호한 결과와 종래 근사 복호법으로 복호한 결과이다.
도 4는 서로 다른 △ 값에 대한 본 발명의 근사 복호법의 결과를 나타낸 그래프이다.
1 shows an example of a distributed data transmission system to which the present invention can be applied.
2 is a flowchart schematically showing a procedure of an approximate decoding method according to the present invention.
3 is a result of decoding an original image by an approximate decoding method according to the present invention and a result of decoding by a conventional approximation decoding method.
4 is a graph showing the results of an approximate decoding method of the present invention with respect to different values of Δ.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, but may be used to distinguish one component from another . For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
As used herein, the singular forms "a,""an," and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. It is to be understood that the present invention means that there is a part or a combination thereof, and does not exclude the presence or addition possibility of one or more other features or numbers, step operation components, parts or combinations thereof.

본 발명은 네트워크 코딩이 적용되는 시스템에 사용된다. 도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 분산된 데이터 전송 시스템의 일 예를 도시한다. 이 시스템에서 전송되는 데이터는 서로 일정한 상관관계를 갖는다. 상관관계 데이터는 센서 네트워크를 통해 측정된 데이터와 같은 외부 상관관계를 갖거나, 비디오 시퀀스에서의 이미지와 같이 근접한 데이터 사이의 상관관계가 높은 데이터일 수 있다. 이러한 상관관계 데이터의 전송에 대한 연구는 분산 시스템에서 널리 수행되어 왔다. 네트워크 코딩 기법은 네트워크를 통해 상관관계 데이터를 전송하는 기법으로 연구되었다. 본 발명은 네트워크 코딩 기법을 이용하는 시스템에서 패킷손실이 발생시 데이터를 근사적으로 복호하기 위한 기술이다.
The present invention is used in a system to which network coding is applied. 1 shows an example of a distributed data transmission system to which the present invention can be applied. Data transmitted in this system has a constant correlation with each other. The correlation data may be external correlation such as data measured through the sensor network, or high correlation data between adjacent data such as an image in a video sequence. Research on the transmission of such correlation data has been widely performed in distributed systems. The network coding technique has been studied as a technique of transmitting correlation data through a network. The present invention is a technique for approximately decoding data when packet loss occurs in a system using a network coding technique.

본 발명은 데이터 간 상관관계를 고려한 근사 복호화 기법을 제공하고자 한다. 특히 본 발명은 선형적 상관관계를 갖는 데이터에 대한 근사 복호화 기법을 연구한 것이다. 본 발명은 선형적 상관관계를 갖는 데이터에 대한 근사 복호화의 정확도를 매우 향상시킨다. 본 발명 효과에 대해서는 후술하도록 한다.An object of the present invention is to provide an approximate decoding method in consideration of correlation between data. In particular, the present invention studies an approximate decoding technique for data having a linear correlation. The present invention greatly improves the accuracy of the approximate decoding for data having linear correlation. The effects of the present invention will be described later.

본 발명에서는 랜덤 선형 네트워크 코딩(random linear network coding: RLNC)을 사용한다(Ho, T., M´edard, M., Shi, J., Effros, M., and Karger, D. R., "On randomized network coding," in Proc.Allerton Annual Conf. Commun., Control, and Comput., Oct. 2003. 참조). RLNC에 기반한 분산 솔루션은 노드 간에 낮은 코디네이션(coordination)과 낮은 통신 비용을 유지하면서도 일반적으로 선형 네트워크 코딩과 같은 전역적 최적화 솔루션과 거의 유사한 성능을 갖는다.In the present invention, random linear network coding (RLNC) is used (Ho, T., M'edard, M., Shi, J., Effros, M., and Karger, DR, "On randomized network). coding, "in Proc. Allerton Annual Conf. Commun., Control, and Comput., Oct. 2003.). Distributed solutions based on RLNC generally perform almost similarly as global optimization solutions, such as linear network coding, while maintaining low coordination and low communication costs between nodes.

본 발명에서는 데이터가 손실되는 애드-혹 네트워크를 이용하는 센서에서 RLNC에 기반하여 인코딩되는 연관 데이터 소스의 전송을 고려한다. 일반적으로 연관 소스 전송은 상관관계가 높은 데이터끼리 연합하여 상관계수를 이용한 압축형태로 인코딩한 후 함께(jointly) 디코딩하는 시스템 기반으로 연구되어 왔다.(Slepian, D. and Wolf, J. K., "Noiseless coding of correlated information sources," 19, 471-480, Jul.1973. 참조). 그러나 본 발명은 압축이 일어나지 않은 연관 데이터에 초점을 맞추고자 한다. 본 발명에서 연관 데이터는 네트워크 코딩을 사용하여 전송되고, 적시(適時)에 공동으로 복호화가 된다.The present invention contemplates the transmission of an associated data source encoded based on the RLNC in a sensor using an ad-hoc network where data is lost. In general, associative source transmission has been studied based on a system that jointly correlates highly correlated data, encodes them in a compressed form using correlation coefficients, and then jointly decodes them (Slepian, D. and Wolf, JK, "Noiseless coding). of correlated information sources, "19, 471-480, Jul. 1973.). However, the present invention aims to focus on associated data where compression has not occurred. In the present invention, the association data is transmitted using network coding and jointly decoded in a timely manner.

RLNCRLNC 기반 인코딩 Based encoding

먼저 본 발명에서 이용하는 RLNC 기반한 인코딩에 대해 살펴보도록 한다. 소스(source), 중간 노드(intermediate node) 및 클라이언트 노드로 구성된 애드-혹 네트워크를 가정한다. 소스 데이터는 네트워크 코딩을 수행할 수 있는 중간 노드를 통해 클라이언트 노드로 전달된다.First, the RLNC-based encoding used in the present invention will be described. Assume an ad-hoc network consisting of a source, an intermediate node, and a client node. Source data is passed to the client node through an intermediate node capable of network coding.

이하 x1,..., xN을 N개의 음이 아닌(non-negative) 상관 소스 데이터라고 명명한다. RLNC 연산은 GF(Galois Field)에서 수행되기 때문에, 각 xn은 GF에 속한 요소에 해당한다. RLNC 연산은 어떤 필드역(field)의 값을 다른 영역의 대응되는 값으로 맵핑하는 식별 함수(identity function)에 의해 수행될 수 있다. Hereinafter, x 1 , ..., x N are referred to as N non-negative correlation source data. Since the RLNC operation is performed in GF (Galois Field), each x n corresponds to an element belonging to the GF. The RLNC operation may be performed by an identity function that maps the value of one field to the corresponding value of another area.

특히 본 발명에서는 식별 함수

Figure pat00003
로 정의하고, 이때
Figure pat00004
로 정의된다. 여기서 윗첨자
Figure pat00005
는 유한 필드(finite field)에 존재하는 요소를 의미한다. 유사하게, 역식별 함수는
Figure pat00006
으로 정의되고, 이때
Figure pat00007
로 정의된다. 따라서 RLNC에 있는 노드 k는 아래의 식과 같이 전송할 수 있다.In particular, in the present invention, an identification function
Figure pat00003
Is defined as
Figure pat00004
. Superscript here
Figure pat00005
Denotes an element present in a finite field. Similarly, the reverse identification function
Figure pat00006
Is defined as
Figure pat00007
. Therefore, node k in RLNC can be transmitted as shown below.

Figure pat00008
Figure pat00008

이 식은

Figure pat00009
과 코딩 계수 cn(k)의 선형 조합을 의미한다.
Figure pat00010
Figure pat00011
는 각각 GF에서 정의된 가산 연산과 곱셈 연산을 나타낸다. y와 c는 항상 GF에 존재하는 요소이다.This expression
Figure pat00009
And a linear combination of the coding coefficients c n (k).
Figure pat00010
and
Figure pat00011
Denotes addition and multiplication operations, respectively, defined in GF. y and c are always present in GF.

코딩 계수는 균일하고 랜덤하게 2M 크기를 갖는 GF에서 선택된다(GF(2M)으로 표기함). 각 노드에서 생성되는 패킷은 싱크(sink) 또는 클라이언트 노드 방향에 있는 이웃 노드에 전달된다. 본 발명에서는 (GF(2M)에서 올바르게 동작하는 코딩 동작이 가능하도록 소스 데이터 그룹의 크기가

Figure pat00012
라고 가정한다.Coding coefficients are chosen from GFs that are uniformly and randomly 2 M in size (denoted GF (2 M )). Packets generated at each node are delivered to neighboring nodes that are in the direction of a sink or client node. In the present invention, the size of the source data group is increased so that a coding operation that operates correctly at (GF (2 M )) is possible.
Figure pat00012
.

만약 K개의 선형 독립(linearly independent)한 패킷 y(1),...,y(K)가 디코더(decoder)에서 이용 가능한 경우라면, 선형 시스템

Figure pat00013
는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.If K linearly independent packets y (1), ..., y (K) are available at the decoder, then the linear system
Figure pat00013
May be expressed as Equation 1 below.

Figure pat00014
Figure pat00014

여기서

Figure pat00015
는 유한 필드 내에서 행렬 간의 곱을 의미하고, K × N 크기의 행렬
Figure pat00016
는 행 벡터
Figure pat00017
로 구성된 네트워크 코딩 계수 행렬에 해당한다.here
Figure pat00015
Denotes the product of matrices within a finite field, a matrix of size K × N
Figure pat00016
Row vector
Figure pat00017
Corresponds to the network coding coefficient matrix consisting of.

근사 approximation 복호법의Decryption 개요 summary

전술한 바와 같이 본 발명은 종래 근사 복호법의 문제점을 개량한 것이다. 여기서는 근사복호법에 대한 개략적인 내용을 설명하고자 한다.As mentioned above, this invention improves the problem of the conventional approximation decoding method. Here, the outline of the approximate decoding method will be explained.

디코더(decoder, 복호기)가 네트워크 코딩된 패킷

Figure pat00018
집합을 전송받은 경우, 디코더는 소스 데이터를 복원하게 된다. 만약 K = N이라면, 즉 네트워크 코딩 계수 행렬
Figure pat00019
가 풀 랭크(full-rank)를 이루게 된다면
Figure pat00020
는 상기 수학식 1로 표현되는 선형 시스템으로부터
Figure pat00021
식으로 결정된다.
Figure pat00022
은 코딩 계수 행렬
Figure pat00023
의 역행렬이며, 유한 필드에 가우시안(Gaussian) 소거법을 적용하여 도출될 수 있다.Decoder is network coded packet
Figure pat00018
When receiving the set, the decoder will restore the source data. If K = N, i.e. network coding coefficient matrix
Figure pat00019
If is full-rank
Figure pat00020
Is a linear system represented by Equation 1
Figure pat00021
Determined by the equation.
Figure pat00022
Is a coding coefficient matrix
Figure pat00023
It is the inverse of, and can be derived by applying Gaussian elimination to the finite field.

그러나 디코더에 수신되는 패킷이 부족한 경우(즉, K < N인 경우)에는 상기 선형 시스템에 대해 해(

Figure pat00024
)의 개수가 무한히 많아질 수 있다. 이 경우에 코딩 계수 행렬을 풀 랭크로 만들기 위해서는 추가적인 제한조건이 부여되어 한다. 근사 복호화 기법에서 입력 데이터의 상관관계는 추가적인 제한 조건(행렬 D)을 설정하여 이용할 수 있다. 행렬 D에서 추가적인 제한 조건은 입력 데이터 간의 상관관계 모델에 기반하여 결정된다. However, if there is not enough packets received at the decoder (i.e., K <N), the solution to the linear system (
Figure pat00024
) Can be infinitely large. In this case, additional constraints must be given to make the coding coefficient matrix full rank. In the approximate decoding technique, correlation of input data may be used by setting an additional constraint condition (matrix D). Additional constraints in matrix D are determined based on the correlation model between the input data.

Park 등이 공개한 논문에서는 단순한 근사 복호화 알고리즘을 사용하였다(Park, H., Thomos, N., and Frossard, P., "Transmission of correlated information sources with network coding,"in Proc.EUSIPCO-2010, 1389-1393 ,Aug. 2010. 참조). (N-K) × N 크기를 갖는 행렬 D는 각 행(row)은 "1" 값을 갖는 두 개의 요소를 제외하고 0(zero)으로 구성된다. 이는 가장 잘 매칭되는 데이터

Figure pat00025
의 위치에 대응된다. 최종적으로 원본 데이터의 근사값
Figure pat00026
는 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Park et al. Used a simple approximation decoding algorithm (Park, H., Thomos, N., and Frossard, P., "Transmission of correlated information sources with network coding," in Proc. EUSIPCO-2010, 1389). -1393, Aug. 2010.). A matrix D of size (NK) x N consists of zero, except for two elements, each row having a value of "1". This is the best match of the data
Figure pat00025
Corresponds to the position of. Finally approximation of original data
Figure pat00026
May be expressed as Equation 2 below.

Figure pat00027
Figure pat00027

여기서

Figure pat00028
는 (N-K)크기의 0 (zero)를 갖는 벡터이다.here
Figure pat00028
Is a vector with zero (zero) of size (NK).

설명한 근사 복호화 알고리즘은 원본 데이터를 복원할 수 있지만, 행렬 D를 구성하는 접근법은 알고리즘이 제한된 성능을 발휘하게 한다. 이러한 한계는 휴리스틱 접근법에 기반한 최적 매칭 데이터에 의존하기 때문이다. The approximate decoding algorithm described can recover the original data, but the approach to constructing the matrix D allows the algorithm to exhibit limited performance. This limitation is due to the dependence on optimal matching data based on the heuristic approach.

이 한계를 극복하기 위해서 본 발명에서는 소스 데이터의 상관 관계를 연구하였고, 근사 복호화를 개량하였다. 이하 본 발명의 핵심적인 내용에 대해 설명하도록 한다.
In order to overcome this limitation, the present invention studies the correlation of source data and improves the approximate decoding. Hereinafter, the essential contents of the present invention will be described.

선형 상관관계 데이터에 대한 근사 Approximation to Linear Correlation Data 복호법Decryption

Figure pat00029
는 n개의 요소를 갖는 소스 데이터의 N번째 집합이라고 하자. 이 데이터는 아래의 수학식 3과 같은 관계를 갖는다.
Figure pat00029
Let N be the Nth set of source data with n elements. This data has a relationship as in Equation 3 below.

Figure pat00030
Figure pat00030

여기서 1 및

Figure pat00031
는 각각 모두 1로 구성된 벡터 및 유사성 인자(similarity factor)를 갖는 벡터이다. 유사성 인자는
Figure pat00032
범위이고, 이는 두 개의 데이터 집합이 얼마나 상관성이 있는지를 나타낸다. △ 값이 커지면 데이터 상관성은 낮아지는 것을 의미하며, △ 값이 작아지면 상관성이 높아지는 것을 의미한다.
Where 1 and
Figure pat00031
Are vectors with a vector of all 1s and a similarity factor. Similarity factor is
Figure pat00032
Range, which indicates how correlated the two data sets are. A larger value of Δ means lower data correlation, and a smaller value of Δ means higher correlation.

본 발명에서는 추가적 연산으로 인한 복잡도를 낮추기 위해 아래 수학식 4와 같은 조건을 만족해야 하는 것으로 전제한다.
In the present invention, it is assumed that a condition as shown in Equation 4 below must be satisfied in order to reduce the complexity due to additional operations.

Figure pat00033
Figure pat00033

또는 동등한

Figure pat00034
로 표현될 수도 있다. 따라서 유사성 인자는 아래의 수학식 5로 표현되는 범위 내에 있다 할 수 있다.
Or equivalent
Figure pat00034
. &Lt; / RTI &gt; Therefore, the similarity factor may be in the range represented by Equation 5 below.

Figure pat00035
Figure pat00035

추가적으로 xN

Figure pat00036
범위 내에 있어야 한다.In addition x N is
Figure pat00036
Must be in range

만약 △ = 0 , 즉 두 개의 데이터 집합이 완벽하게 조절된 상태라면, 종래 근사 복호법이 소스 데이터를 완벽하게 복구하게 된다. 따라서 본 발명에서는 △ > 0 인 경우만을 고려한다. 유사성 인자 △는 정수 영역 내에서 결정되고, 근사 복호화 알고리즘에서 GF 내에 존재하는 것이다.
If Δ = 0, that is, two data sets are perfectly adjusted, the conventional approximation decoding method completely recovers the source data. Therefore, the present invention considers only the case where Δ> 0. The similarity factor Δ is determined within the integer region and is present in the GF in the approximate decoding algorithm.

유사성 인자를 고려하면 소스 데이터는 아래의 수학식 6과 같이 산출될 수 있다.
In consideration of the similarity factor, the source data may be calculated as in Equation 6 below.

Figure pat00037
Figure pat00037

여기서 1(N-K)는 (N-K)개의 1 값을 갖는 벡터이다. 상기 수학식 6은 전술한 수학식 2와 유사하나, 소스 데이터에서 유사성 인자를 고려한다는 접근이 명백히 상이하다.Where 1 (NK) is a vector having (NK) 1 values. Equation 6 is similar to Equation 2 above, but the approach of considering the similarity factor in the source data is clearly different.

원본 데이터의 완벽한 복구가 충분하게 △에 관한 정보가 알려진, 즉

Figure pat00038
인 실수 영역에서의 연산과 달리, GF에서의 동등한 연산인
Figure pat00039
는 △ 뿐만 아니라 다른 값 또한 결과물로 산출될 수 있다.Full recovery of the original data is sufficiently known that △ information is known, namely
Figure pat00038
Unlike operations in real realm
Figure pat00039
Not only Δ but also other values can be calculated as a result.

아래의 표 1은 GF(28)에서 다른 △에 대한 가능한

Figure pat00040
의 값을 예시한다.Table 1 below shows the possible possibilities for different Δ in GF (2 8 )
Figure pat00040
Illustrates the value of.

Figure pat00041
Figure pat00041

상기 GF에서의 연산 결과는 복호 성능에 직접적인 영향을 주기 때문에,

Figure pat00042
의 결과를 연구하는 것이 필수적이다. 이에 관해서는 후술하는 "선형 상관관계를 갖는 근사 복호법의 특성"에서 구체적으로 설명하겠다. Since the operation result in the GF directly affects the decoding performance,
Figure pat00042
It is essential to study the results. This will be described in detail later in "Characteristics of Approximation Decoding with Linear Correlation".

정리하자면 전송받지 못한 데이터 패킷 값 대신 유사성 인자(△)를 사용하고제한조건 행렬 D의 각 열은 상관성을 갖는 두 열에는 1을 사용하고 나머지 열은 모두 0 (zero)으로 구성시킨다. 그 결과 제한조건 행렬 D의 사용은 행렬 [CTDT]T을 full-rank 행렬이 될 수 있게 만들어 주었고, 소스 데이터는 복호화가 가능해진다.
In summary, the similarity factor (△) is used instead of the unreceived data packet value, and each column of the constraint matrix D uses 1 for the two correlated columns, and all remaining columns are 0 (zero). As a result, the use of the constraint matrix D makes the matrix [C T D T ] T a full-rank matrix, and the source data can be decoded.

선형 상관관계를 갖는 근사 Approximation with Linear Correlation 복호법의Decryption 특성 characteristic

이하 (1) △ 값과 예상되는 왜곡(distortion) 결과 값 간의 관계 및 (2) 최적의 복호 성능을 나타내는 △ 값이 무엇인지에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, (1) the relationship between the value of Δ and the expected distortion result value, and (2) the value of Δ representing the optimal decoding performance will be described.

이하 분석에서 GF의 크기는 2M이라고 가정한다(즉 GF(2M)). 유사성 인자 △는 실수 영역 내에서 결정되지만 복호 과정 중에 유한 필드 요소

Figure pat00043
를 고려한다. 먼저 △가 예상되는 왜곡 결과 값에 주는 영향을 설명한다.
In the analysis below, it is assumed that the size of the GF is 2 M (ie GF (2 M )). The similarity factor Δ is determined within the real domain but is finite field element during the decoding process.
Figure pat00043
Consider. First, the influence of Δ on the expected distortion result value will be described.

(특성1) : 유사성 인자 △, 선형 상관관계 데이터에 대한 근사 복호화 알고리즘의 성능은 △가 2K (0 ≤ k < M)의 형태일 때 최대가 된다.(Property 1) △ similarity factor, performance of an approximate decoding algorithm for the linear correlation data is a maximum when the △ 2 K in the form of (0 ≤ k <M).

특성 1에 대한 증명은 예상되는 근사 복호법의 왜곡이 △ = 2K일 때 최소가 되는 것을 보이고자 한다. 모든 요소는 GF(2M)에 존재하는 이진수로 표현될 수 있다. 완벽한 복원(왜곡이 존재하지 않음)을 위해서는 아래의 수학식 7과 같은 조건을 만족해야만 한다.
The proof for characteristic 1 is intended to show that the expected approximate decoding method becomes minimal when Δ = 2 K. All elements can be represented by binary numbers present in GF (2 M ). In order to completely recover (distortion does not exist), it is necessary to satisfy the following condition.

여기서,

Figure pat00045
이다. 상기 수학식 7의 연산은 GF에서 수행되기 때문에,
Figure pat00046
의 이진 표현에서 1 값을 갖는 비트(bit)의 위치 및 △의 이진 표현에서 1 비트의 위치가 같다면 상기 수학식 7은 만족하지 않는다. 이는 같은 위치에서 두 개의 1이 중첩되면
Figure pat00047
에서 캐리지 리턴(carriage return)이 일어나기 때문이다. 따라서 복호 에러를 최소화하기
Figure pat00048
및 △의 같은 위치에서 1이 중복되는 개수는 최소화되어야 한다. 소스 데이터에 존재하는 모든 가능한 x에 대하여 △의 이진 표현에서 1의 최소 개수는 하나(one)이다. 결과적으로 △는 2k의 형태를 가져야 한다. △의 이진 표현의 (k+1)번째 위치에서 하나의 1 비트만이 존재하게 된다. 결국 상기 특성 1에 대한 증명이 완료된다.here,
Figure pat00045
to be. Since the operation of Equation 7 is performed in GF,
Figure pat00046
If the position of a bit having a value of 1 in the binary representation of and the position of 1 bit in the binary representation of? Are the same, Equation 7 is not satisfied. This means that if two 1s overlap in the same position
Figure pat00047
This is because a carriage return occurs at. Therefore, to minimize the decoding error
Figure pat00048
And the number of overlapping 1 at the same position of Δ should be minimized. For every possible x present in the source data, the minimum number of 1s in the binary representation of Δ is one. As a result, Δ should have the form of 2 k . Only one bit exists in the (k + 1) th position of the binary representation of Δ. As a result, the proof for characteristic 1 is completed.

2k 형태의 △는 선형 상관관계 데이터에 대한 근사 복호화 성능을 최대화한다. 이제 △가 2k 형태를 갖는 경우, 어떤 k 값이 복호 에러를 최소화하는지에 대해 설명하도록 한다. 이하 논의되는 분석은 코딩 계수 행렬이 싱귤러(singular)하지 아니한 것으로 전제한다.
Δ in the 2 k form maximizes the approximate decoding performance for linear correlation data. Now, when Δ has a 2 k form, it will be described which k values minimize the decoding error. The analysis discussed below assumes that the coding coefficient matrix is not singular.

(특성 2) : 유사성 인자 △가 △ = 2K의 형태라면, 선형 상관관계 데이터에 대한 근사 복호법의 성능은 k 값이 작아질수록 증가되는 평균 절대 에러로 측정된다. 여기서 0 ≤ k ≤ M-2 이다. (Characteristic 2): If the type of the similarity factor △ △ K = 2, the performance of the decoding method, the approximate linear relationship for the data was determined as the mean absolute error is increased the smaller the k value. Where 0 ≦ k ≦ M-2.

이하 상기 특성 2에 대한 증명을 하고자 한다.

Figure pat00049
는 소스 데이터이고,
Figure pat00050
는 x가 근사 복호법에 의해 근사적으로 복호된 값이라고 하자(이하 데이터는 이탤릭체로 표기함).
Figure pat00051
Figure pat00052
는 각각
Figure pat00053
Figure pat00054
에 속하는 요소이다. Hereinafter will be demonstrated for the characteristic 2.
Figure pat00049
Is the source data,
Figure pat00050
Let x be a value that is approximately decoded by the approximate decoding method (hereinafter, the data is written in italics).
Figure pat00051
And
Figure pat00052
Respectively
Figure pat00053
And
Figure pat00054
Element to belong to.

상기 수학식 7로부터

Figure pat00055
는 아래의 수학식 8로 나타낼 수 있다.
From Equation 7
Figure pat00055
May be represented by Equation 8 below.

Figure pat00056
Figure pat00056

특성 1에 관하여 전술한 바와 같이,

Figure pat00057
에 있는 비트 1이 △에서의 비트 1과 동일한 위치에 있다면 에러가 발생한다. 이는 XOR의 캐리지 리턴이
Figure pat00058
+ △에서 발생하기 때문이다. 만약 △ = 2k라면, 최하위비트로부터 (k+1) 번째 비트 위치는 1로 설정된다. 따라서
Figure pat00059
의 이진 표현이 아래의 수학식 9와 같다면 복호 에러가 발생한다.
As described above with respect to characteristic 1,
Figure pat00057
If bit 1 in is at the same position as bit 1 in Δ, an error occurs. This means that a carriage return of XOR
Figure pat00058
This is because it occurs at + △. If Δ = 2k , the (k + 1) th bit position from the least significant bit is set to one. therefore
Figure pat00059
If the binary representation of is equal to Equation 9 below, a decoding error occurs.

Figure pat00060
Figure pat00060

여기서

Figure pat00061
Figure pat00062
Figure pat00063
의 최하위비트로부터 k 번째 비트 위치에서 각각 1과 0으로 나타난다.here
Figure pat00061
Wow
Figure pat00062
The
Figure pat00063
1 and 0, respectively, at the k th bit position from the least significant bit of.

대응되는 에러

Figure pat00064
-
Figure pat00065
는 아래의 수학식 10과 같이 표현 가능하다.
Corresponding error
Figure pat00064
-
Figure pat00065
Can be expressed as in Equation 10 below.

Figure pat00066
Figure pat00066

Figure pat00067
부터
Figure pat00068
까지의 비트는 복호화 성능에 영향을 주지 못한다. 따라서 복호 에러는 상기 수학식 10에서 볼 수 있듯이 2△이다. 상응하는 확률은 다음과 같이 획득될 수 있다.
Figure pat00069
에 대하여 n 비트((k+1) 번째 비트부터 (k+n) 번째 비트까지)는 고정되고, 다른 M - n 비트는 0 또는 1로 설정될 수 있다. 따라서 가능한 복호 에러로는 2M-n 개가 있다. 발생 가능한 모든 경우의 수가
Figure pat00070
이기 때문에 상응하는 복호 에러의 확률은
Figure pat00071
과 같이 표현된다.
Figure pat00067
from
Figure pat00068
Bits up to do not affect decoding performance. Therefore, the decoding error is 2Δ as shown in Equation 10 above. The corresponding probability can be obtained as follows.
Figure pat00069
For n bits (from (k + 1) th bit to (k + n) th bit), the other M-n bits can be set to 0 or 1. Therefore, there are 2 Mn possible decoding errors. The number of possible cases
Figure pat00070
Since the probability of the corresponding decoding error is
Figure pat00071
It is expressed as

그러므로 오차 절대 값의 평균(mean absolute error)은 아래의 수학식 11과 같이 표현된다.
Therefore, the mean absolute error is represented by Equation 11 below.

Figure pat00072
Figure pat00072

상기 수학식 11은 k에 대하여 증가하는 함수이다 (k ≤ M-2). 이러한 조건은 상기 수학식 9로부터 도출된다. 따라서 k가 작은 값을 가질수록 복호 성능은 향상되게 된다. 결국 상기 특성 2에 대한 증명이 되었다.Equation 11 is a function of increasing with respect to k (k ≦ M-2). This condition is derived from Equation 9 above. Therefore, the smaller the value of k is, the better the decoding performance is. Eventually, this proved to be characteristic 2.

특성 2는 보다 상관된 소스 데이터(즉 작은 k값을 갖는 데이터)가 근사 복호법으로 보다 정확하게 복구가 된다는 것을 의미한다.
Characteristic 2 means that more correlated source data (i.e., data with small k values) is more accurately recovered by approximate decoding.

도 2는 본 발명에 따른 근사 복호법의 순서를 개략적으로 도시한 순서도이다. 이하 본 발명에 따른 근사 복호법의 순서를 정리하기로 한다.2 is a flowchart schematically showing a procedure of an approximate decoding method according to the present invention. Hereinafter, the order of the approximate decoding method according to the present invention will be summarized.

본 발명에 따른 선형 상관관계 데이터에 대한 근사 복호 방법은 소스 데이터가 네트워크 코딩 노드로 전송되는 S1 단계, S1 단계에서 전송된 소스 데이터에 네트워크 코딩 기법을 적용하여 디코더로 전송되는 S2 단계 및 디코더에서 S2 단계에서 디코더에 전송된 데이터의 패킷이 부족하거나 네트워크 코딩 계수 행렬이 싱귤러 문제를 일으키는 경우 선형 상관관계성을 기반으로 근사 복호화가 수행되는 S3 단계를 포함한다.In the approximate decoding method for linear correlation data according to the present invention, in step S1 in which the source data is transmitted to the network coding node, in step S2 transmitted by the network coding technique to the source data transmitted in step S1 and the decoder S2 in the decoder In the step S3, if the packet of data transmitted to the decoder is insufficient or the network coding coefficient matrix causes a singular problem, the method includes performing an approximate decoding based on linear correlation.

여기서 네트워크 시스템에서 전송되는 데이터는 전술한 바와 같이

Figure pat00073
과 같은 선형 상관관계를 갖는 것을 특징으로 한다.Here, the data transmitted from the network system may be
Figure pat00073
It is characterized by having a linear correlation as shown.

여기서 XN은 n개 요소를 갖는 소스 데이터의 N번째 집합이고,

Figure pat00074
은 1로만 구성된 벡터,
Figure pat00075
는 유사성 인자(factor)를 갖는 벡터이다.Where X N is the Nth set of source data with n elements,
Figure pat00074
Is a vector of ones only,
Figure pat00075
Is a vector with a similarity factor.

여기서 유사성 인자 △는

Figure pat00076
범위일 수 있다.Where the similarity factor △ is
Figure pat00076
Lt; / RTI &gt;

S3 단계에서 근사 복호화가 수행된 결과는 전술한 수학식 6

Figure pat00077
과 같이 표현되는 것을 특징으로 한다.The result of performing the approximate decoding in step S3 is shown in Equation 6 above.
Figure pat00077
It is characterized by being expressed as.

여기서, C는 코딩 계수 행렬이고, D는 제한 조건 행렬이고,

Figure pat00078
는 유한 필드 내에서 행렬 간의 곱이며, 1(N-K)는 (N-K)개의 1 값을 갖는 벡터이다. 유사성 인자 △는 2K의 형태인 것이 바람직하다.
Where C is a coding coefficient matrix, D is a constraint matrix,
Figure pat00078
Is a product between matrices in a finite field, and 1 (NK) is a vector having (NK) 1 values. △ similarity factor is preferably in the form of K 2.

본 발명에 대한 효과 실험Effect experiment on the present invention

선형적 상관관계 데이터에 대한 근사 복호법에 대해 설명하였는데, 이하 실험을 통해 3개의 상관관계 소스 데이터인 이미지

Figure pat00079
,
Figure pat00080
Figure pat00081
에 대해 적용해보고자 한다. 소스 데이터 사이의 변화 정도는 유사성 인자 △로 설명된다.
Figure pat00082
은 256 × 256 크기의 픽셀을 갖는 표준 그레이 스케일(gray scale) 이미지를 표현하고, 각 픽셀 값은 M = 8인 GF(2M) 내에 존재한다고 가정한다. RLNC에 기반하여 인코딩된 패킷은
Figure pat00083
로 표현된다. 근사 복호법의 성능에 초점을 맞추기 위하여 요구되는 패킷은 2/3 이고(즉 패킷 손실률은 1/3임), △는 수신기에서 이용가능하다고 가정한다. 전술한 바와 같이 복호화 과정에서는 GF연산을 사용하기 때문에 △는 하나 이상의 숫자로 이루어진 집합
Figure pat00084
이되어 왜곡이 발생하게 된다. 2 개의 수신 패킷 Y(1) 및 Y(2)가 있다고 하면, 아래의 수학식 12로 표현되는 선형 시스템
Figure pat00085
을 갖게 된다.
Approximate decoding method for linear correlation data has been described. In the following experiment, three correlation source data images
Figure pat00079
,
Figure pat00080
And
Figure pat00081
I would like to apply for. The degree of change between the source data is described by the similarity factor Δ.
Figure pat00082
Represents a standard gray scale image with pixels of size 256 × 256, and assume that each pixel value is within GF ( 2M ) with M = 8. Packets encoded based on RLNC are
Figure pat00083
Lt; / RTI &gt; To focus on the performance of the approximate decoding method, it is assumed that the required packet is 2/3 (i.e. the packet loss rate is 1/3), and Δ is available at the receiver. As described above, since the GF operation is used in the decoding process, Δ is a set of one or more numbers.
Figure pat00084
This causes distortion. If there are two received packets Y (1) and Y (2), a linear system represented by Equation 12 below
Figure pat00085
.

Figure pat00086
Figure pat00086

Figure pat00087
Figure pat00088
는 각각
Figure pat00089
Figure pat00090
에 속한
Figure pat00091
번째 요소이다. 이 경우 D = [1 1 0]이다. GF에서의 분배 법칙에 따라 아래의 수학식 13이 주어진다.
Figure pat00087
And
Figure pat00088
Respectively
Figure pat00089
And
Figure pat00090
Belong to
Figure pat00091
Second element. In this case D = [1 1 0]. The following equation (13) is given according to the law of distribution in GF.

Figure pat00092
Figure pat00092

상기 수학식 13은 아래의 수학식 14로 다시 표현될 수 있다.Equation 13 may be represented by Equation 14 below.

Figure pat00093
Figure pat00093

따라서 최종적으로 복호된

Figure pat00094
는 아래의 수학식 15와 같이 표현된다.
So finally decoded
Figure pat00094
Is expressed by Equation 15 below.

Figure pat00095
Figure pat00095

도 3은 원본 이미지를 본 발명에 따른 근사 복호법으로 복호한 결과와 종래 근사 복호법으로 복호한 결과이다. 도 3(a)는 △=16인 원본 이미지이고, 도 3(b)는 △=16일 때 본 발명에 따라 복호된 이미지이고, 도 3(c)는 △=32일 때 본 발명에 따라 복호된 이미지이고, 도 3(d)는 △=15일 때 본 발명에 따라 복호된 이미지이며, 도 3(e)는 △=16일 때 종래의 근사 복호법에 따라 복호된 이미지이다.3 is a result of decoding an original image by an approximate decoding method according to the present invention and a result of decoding by a conventional approximation decoding method. Fig. 3 (a) is an original image with Δ = 16, Fig. 3 (b) is an image decoded according to the present invention when Δ = 16, and Fig. 3 (c) is decoded according to the present invention when Δ = 32. 3 (d) is an image decoded according to the present invention when Δ = 15, and FIG. 3 (e) is an image decoded according to the conventional approximation decoding method when Δ = 16.

도 3(a)는 △=16으로 상관되어 있는 원본 이미지이다. 도 3(b), 도 3(c) 및 도 3(d)를 비교해보면 본 발명에 따른 상관관계 데이터에 대한 복호법을 검증할 수 있다. △= 2k인 경우(도 3(b), 도 3(c)에서 각각 16, 32임)가 △≠2k인 경우(도 3(d)에서 15임)에 비해 복호화된 결과가 좋다는 것을 알 수 있다. 3 (a) is an original image correlated with Δ = 16. Comparing FIG. 3 (b), FIG. 3 (c) and FIG. 3 (d), it is possible to verify a decoding method for correlation data according to the present invention. When Δ = 2k (16 and 32 in FIG. 3 (b) and 3 (c) respectively) is Δ ≠ 2 k (15 in FIG. 3 (d)), the decoded result is better. Able to know.

나아가 도 3(b) 및 도 3(c)을 비교해보면 k값이 작을수록 더 나은 결과를 갖는다는 것을 알 수 있다. 또한 종래의 근사 복호법과 비교해보면 본 발명에 따른 상관관계 데이터의 복호화 결과가 훨씬 좋다는 것을 알 수 있다(도 3(b)와 도 3(e) 비교).Furthermore, comparing FIG. 3 (b) and FIG. 3 (c), it can be seen that the smaller the value of k, the better the result. Compared with the conventional approximation decoding method, it can be seen that the decoding result of the correlation data according to the present invention is much better (compare Fig. 3 (b) and Fig. 3 (e)).

도 4는 서로 다른 △ 값에 대한 본 발명의 근사 복호법의 결과를 나타낸 그래프이다. 이 실험에서는 1000개의 서로 다른 픽셀 값을 갖는 랜덤한 이미지를 사용하였다. 이 이미지에서 패킷 손실을 1/3으로 설정하고 본 발명에 따른 근사 복호법을 수행한 것이다. 유사성 인자는 도 4에 주어진 △값과 같다.4 is a graph showing the results of an approximate decoding method of the present invention with respect to different values of Δ. In this experiment, we used a random image with 1000 different pixel values. In this image, the packet loss is set to 1/3 and the approximate decoding method according to the present invention is performed. The similarity factor is equal to the Δ value given in FIG. 4.

도 4를 살펴보면, △= 2k인 경우에 보다 나은 품질이 획득되는 것(즉, 높은 1/MSE값)을 알 수 있다. 또한 k값이 작아질수록 높은 품질(낮은 복호 에러)을 보인다. Referring to FIG. 4, it can be seen that better quality is obtained when Δ = 2k (that is, a high 1 / MSE value). Also, the smaller the value of k, the higher the quality (low decoding error) is.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. It will be understood that variations and specific embodiments which may occur to those skilled in the art are included within the scope of the present invention.

Claims (5)

네트워크 코딩기법을 통해 선형 상관관계를 갖는 데이터가 전송되는 네트워크 시스템에서 전송되는 데이터를 복호하는 방법에 있어서,
소스 데이터가 네트워크 코딩 노드로 전송되는 S1 단계;
상기 S1 단계에서 전송된 소스 데이터에 네트워크 코딩 기법을 적용하여 디코더로 전송되는 S2 단계; 및
상기 디코더에서 상기 S2 단계에서 디코더에 전송된 데이터의 패킷이 부족하거나 네트워크 코딩 계수 행렬이 싱귤러 문제를 일으키는 경우 선형 상관관계성을 기반으로 근사 복호화가 수행되는 S3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 코딩된 선형 상관관계를 갖는 원본 데이터의 근사 복호 방법.
In a method for decoding data transmitted in a network system in which data having linear correlation is transmitted through a network coding technique,
Step S1, in which source data is transmitted to a network coding node;
Step S2 transmitted to the decoder by applying a network coding scheme to the source data transmitted in step S1; And
And a step S3 of performing approximate decoding on the basis of linear correlation when the packet of data transmitted to the decoder in the decoder in step S2 is insufficient or the network coding coefficient matrix causes a singular problem. Approximation decoding method of original data with corrected linear correlation.
제1항에 있어서,
상기 네트워크 시스템에서 전송되는 데이터는 아래의 식과 같은 선형 상관관계를 갖는 것을 특징으로 하는 네트워크 코딩된 선형 상관관계를 갖는 원본 데이터의 근사 복호 방법.
Figure pat00096

(여기서 XN은 n개 요소를 갖는 소스 데이터의 N번째 집합이고,
Figure pat00097
은 1로만 구성된 벡터이고,
Figure pat00098
는 유사성 인자(factor)를 갖는 벡터임)
The method of claim 1,
Approximate decoding method of original data having network coded linear correlation, characterized in that the data transmitted from the network system has a linear correlation as shown in the following equation.
Figure pat00096

Where X N is the Nth set of source data with n elements,
Figure pat00097
Is a vector of ones only,
Figure pat00098
Is a vector with similarity factor)
제2항에 있어서,
여기서 유사성 인자 △는
Figure pat00099
범위인 것을 특징으로 하는 네트워크 코딩된 선형 상관관계를 갖는 원본 데이터의 근사 복호 방법.
The method of claim 2,
Where the similarity factor △ is
Figure pat00099
Approximate decoding method of original data with network coded linear correlation characterized in that it is a range.
제1항에 있어서,
상기 S3 단계에서 근사 복호화가 수행된 결과는 아래의 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 네트워크 코딩된 선형 상관관계를 갖는 원본 데이터의 근사 복호 방법.
Figure pat00100

(여기서, C는 코딩 계수 행렬이고, D는 제한 조건 행렬이고,
Figure pat00101
는 유한 필드 내에서 행렬 간의 곱이며, 1(N-K)는 (N-K)개의 1 값을 갖는 벡터임)
The method of claim 1,
Approximate decoding method of the original data having a network coded linear correlation, characterized in that the result of the approximate decoding is performed in the step S3.
Figure pat00100

(Where C is a coding coefficient matrix, D is a constraint matrix,
Figure pat00101
Is the product of matrices within a finite field, and 1 (NK) is a vector with (NK) 1 values)
제4항에 있어서,
상기 유사성 인자 △는 2K의 형태이고, 여기서 k는 0 ≤ k < M 범위인 것을 특징으로 하는 네트워크 코딩된 선형 상관관계를 갖는 원본 데이터의 근사 복호 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the similarity factor Δ is in the form of 2 K , wherein k is in the range 0 ≦ k <M.
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