JP2010050634A - 符号化装置、復号装置及び符号化システム - Google Patents

符号化装置、復号装置及び符号化システム Download PDF

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Abstract

【課題】符号化処理するシンボル数に変更が生じた場合でも、回路規模増大を回避しながら柔軟に復号でき、並列アルゴリズムを用いて復号するときに並列処理の変更を柔軟にかつ誤り訂正能力を向上できるようにする。
【解決手段】本発明の符号化装置は、組織符号を生成する誤り訂正符号化器を有し、パリティビットを対向する復号装置に送信するものであり、情報ビットを格納する情報ビット格納部と、誤り訂正符号化器で生成されたパリティビットを格納するパリティビット格納部と、情報ビット格納部に格納されている1又は複数の情報ビットの送信を制御する送信情報ビット制御部と、パリティビット格納部に格納されている1又は複数のパリティビットの送信を制御する送信パリティビット制御部と、送信情報ビット制御部及び又は送信パリティビット制御部の制御により各情報ビットとパリティビットの少なくとも一方を送信するビット送信部とを備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、符号化装置、復号装置及び符号化システムに関し、特に、Distributed Video Coding等に用いられるSlepian−Wolf符号化システムに適用し得るものである。
近年、非特許文献1に説明されるようなDistributed Video Coding(以下DVC)という新しい符号化方式に注目が集まっている。
この方式は、符号化器で符号化するべき原画像に対してSlepian−Wolf符号化処理を行い、その符号化データと復号側で行った符号化器側の原画像の予測画像とともにSlepian−Wolf復号を行うことで画像の符号化を行う新しい符号化方式である。
図2は、非特許文献1で紹介されているDVCのフレームワークを示す説明図である。
符号化器で符号化するべき原画像(Wyner−Ziv Frames)を変換係数領域(DCT)に変換した後、各帯域毎に量子化(2Mk level Quantizer)し、その値(qk)を2値で表し、各ビットの情報を、例えば1frame分集めた情報(Extract bit−planes)毎にSlepian−Wolf符号化(Turbo Encoder)を行い、その結果のうちパリティビットのみを一時保存(Buffer)し、情報ビットは捨てられる(明確に図示はされていない)。
復号器側では、予測画像を生成し(Interpolation/Extrapolation)、その予測画像を変換係数領域(DCT)に変換し、各帯域毎に予測情報(Side Information)としてSlepian−Wolf復号器(Turbo Decoder)に入力する。
一方、Slepian−Wolf復号器(Turbo Decoder)は符号化器に対して、一時保存しているパリティビットのうち一部に対して送信要求(Request bits)を行う。受信したパリティビットと上述したSide InformationからSlepian−Wolf復号(Turbo Decoder)を行う。十分な復号が行えなかった場合は、再度符号化器側にパリティビットの一部の追加送信要求(Request bits)を行い、受信したパリティビットと上述したSide InfomationからSlepian−Wolf復号(Turbo Decoder)を行う。この処理を、十分な復号が行えるまで続ける。なお、この例では、復号器側からの要求に応じてパリティビットを送信しているが、符号化器でのみ制御しても同様の構成で画像の符号化が実現できることは容易に推測できる。
その後、Slepian−Wolf復号(Turbo Decoder)の復号値とSide Informationから変換係数を再構築し、逆変換(IDCT)することで復号画像を得る。
図3を用いて、Slepian−Wolf符号化/復号とその周辺に関する部分を再度説明する。
図3はSlepian−Wolf符号化から、ビットの送信までの示した符号化装置10Aと、ビットの受信からSlepian−Wolf復号をするところまでを示した復号装置10Bとを有して構成される。
符号化装置10Aの組織符号化器11はSlepian−Wolf符号器である。Slepian−Wolf符号器の具体例としては、情報ビットとパリティビットを別々に生成できる組織符号化器を用いる。ターボ符号化器は組織符号化器に含まれる。組織符号化器11で生成された情報ビットは捨てられるが、生成されたパリティビットはパリティビット用バッファ12に送信され、送信パリティビット制御部13によって指定された一部若しくは全部のパリティビットには、パリティビット送信部14から送信される。
復号装置10Bではパリティビット受信部15で受信したパリティビットをパリティビット用バッファ16に入力する。パリティビット用バッファ16から保存されているパリティビットを誤り訂正符号部17に入力する。また、情報ビット予測部18で予測した情報を誤り訂正復号部17に入力し、パリティビットとともに誤り訂正復号を行い、その結果を出力する。
復号装置10Bの誤り訂正復号部17で行われる誤り訂正復号のアルゴリズムとしては、非特許文献2で紹介されているように、MAP(最大事後確率)アルゴリズムがあり、上述したターボ符号などで用いられている。この方法は、復号器で受信したパリティビットと復号器側で予測した予測情報ビットなどから、各情報ビットの値が0であるか1であるかの確率を計算することで、高性能な誤り訂正復号を実現できる。
MAPアルゴリズムの例を図4、図5を用いて示す。
図4は、例で用いる畳み込み符号器である。ここでは簡単のために、拘束長=3、符号化率1/2、フィードバックを用いない畳み込み符号器を用いている。
図5は、復号の際に用いるトレリス線図である。αは前方状態ブランチメトリックと、βは後方状態ブランチメトリックと呼ばれる値である。
αは、前方(図の左)から順に計算する。例えば、時刻k=n(状態a)のときは、時刻k=n−1(状態a)のαの値とその際に受信した値が00である確率、時刻k=n−1(状態c)のαの値とその際に受信した値が01である確率を用いて計算することにより、求めることができる。k=nの際の他の状態(b,c,d)やk=n+1のときなども、同様に求めることができる。よって、αは前方(図の左)から順に計算して得られる値である。
一方、βは、後方(図の右)から順に計算する。例えば、時刻k=n+1(状態a)のときは、時刻k=n+2(状態a)のβの値とその前に受信した値が00である確率、時刻k=n+2(状態b)のβの値とその前に受信した値が11である確率を用いて計算することにより、求めることができる。k=n+1の際の他の状態(b,c,d)やk=nのときなども、同様に求めることができる。よって、βは前方(図の右)から順に計算して得られる値である。
最終的に、すべての時刻(k)、すべての状態(a,b,c,d)でα、βを求めた後、それらの値を用いて復号値を得る。詳細は、非特許文献2を参照いただきたい。
Anne Aaron,Shantaun Rane,Eric Setton,And Bernd Girod,"Transform−domain Wyner−Ziv Codec for Video",In:Proc,SPIE Visual Communications and Image Processing,San Jose,CA,2004 バァナード・スカラー著,"ディジタル通信基本と応用",Digital Communications Fundamental and Applications Second Edition,P.457-P.467 A.J.Vitarbi,"An Intuitive Justification and a Simplified Implementation of the MAP Decoder for Convolutional Codes",IEEE Jounal on Selected Areas in Communications,Vol16,No.2,February 1998,pp.260-264
非特許文献2に示されたMAP復号は、上述したように前方状態ブランチメトリックと、後方状態ブランチメトリックを求めることにより復号する方式である。この方式を実現するには、処理するシンボル数が既知である必要があるが、通常このシンボル数は固定で実現されるため、符号器もそのシンボル数単位での処理を行うこととなる。
一方、画像の符号化では、画像フォーマットが変更(例えば、QCIF(177×144)→CIF(352×288))される場合があり、その場合はシンボル数も変更される。
また、画素単位での処理から8×8block単位での処理への変更されることもある。例えば8×8DCTのDC成分は8×8blockに1つの信号であるので、画像サイズが変更されなくても、1画面での信号数に変更が生じることがあり、処理するシンボル数に変更がある。
この状況に対応するためには、異なるシンボルサイズに対応するMAP復号器を用意する必要がある。しかし、これは回路規模を増大させるという問題だけでなく、復号側で用意されたMAP復号器の種類にしか対応できないという問題があり、符号器側で処理単位を変更する場合に、柔軟性に著しく欠けるという問題がある。
また、非特許文献2に示されたようなMAP復号器を並列処理するためには、非特許文献3に示されたような並列アルゴリズムを用いることが多いが、並列処理数を柔軟に変更することが困難な上に、誤り訂正能力が劣化するという問題がある。
そのため、符号化処理するシンボル数に変更が生じた場合でも、回路規模の増大を回避しながら柔軟に復号することができ、並列アルゴリズムを用いて復号するときに並列処理の変更を柔軟にかつ誤り訂正能力を向上させることができる符号化装置、復号装置及び符号化システムが求められている。
かかる課題を解決するために、第1の本発明の符号化装置は、組織符号を生成する誤り訂正符号化器を有し、パリティビットを対向する復号装置に送信する符号化装置において、(1)情報ビットを格納する情報ビット格納部と、(2)誤り訂正符号化器で生成されたパリティビットを格納するパリティビット格納部と、(3)情報ビット格納部に格納されている1又は複数の情報ビットの送信を制御する送信情報ビット制御部と、(4)パリティビット格納部に格納されている1又は複数のパリティビットの送信を制御する送信パリティビット制御部と、(5)送信情報ビット制御部及び又は送信パリティビット制御部の制御により、各情報ビットとパリティビットの少なくとも一方を送信するビット送信部とを備えることを特徴とする。
第2の本発明の復号装置は、対向する符号化装置における組織符号を生成する誤り訂正符号化器が生成したパリティビットを受信する復号装置において、(1)パリティビットに加え、符号化装置が送信した情報ビットを受信するビット受信部と、(2)ビット受信部で受信した情報ビットを格納する情報ビット格納部と、(3)ビット受信部で受信したパリティビットを格納するパリティビット格納部と、(4)情報ビットを予測する情報ビット予測部と、(5)情報ビット予測部の出力と情報ビット格納部の出力とを組み合わせて入力情報ビットを生成する入力情報ビット生成部と、(6)状態を特定できるポイントで分割した情報ビット及び又はパリティビットを用いて処理単位を特定し、その処理単位毎に組織符号を直列若しくは並列に復号処理する誤り訂正復号部とを備えることを特徴とする。
第3の本発明の符号化システムは、第1の本発明の符号化装置と、第2の本発明の復号装置とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、符号化処理するシンボル数に変更が生じた場合でも、回路規模の増大を回避しながら柔軟に復号することができ、並列アルゴリズムを用いて復号するときに並列処理の変更を柔軟にかつ誤り訂正能力を向上させることができる。
(A)第1の実施形態
以下では、本発明の符号化装置、復号装置及び符号化システムの第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(A−1)第1の実施形態の構成
図1は、第1の実施形態の符号化システム100の構成を示す構成図である。図1において、第1の実施形態の符号化システム100は、入力情報(図1では情報ビットと表現する)を符号化して受信側に対して符号化データを送信する共に、受信側から追加ビット送信要求を受信する符号化装置100Aと、受信した符号化データを復号する復号装置100Bとから構成される。
符号化装置100Aは、例えばターボ符号のように、入力情報を情報ビットとパリティビットに分けて符号化する組織符号化器101と、組織符号化器101で生成されたパリティビットを保存するパリティビット用バッファ102と、同じく組織符号化器101で生成された情報ビットを保存する情報ビット用バッファ105と、情報ビット、パリティビットのいずれか、若しくは双方を送信するビット送信部104と、ビット送信部104でどんなパリティビットを送信するかを制御する送信パリティビット制御部103と、ビット送信部104でどんな情報ビットを送信するかを制御する送信情報ビット制御部106を有して構成される。
復号装置100Bは、送信側から送られてきた情報ビット、パリティビットのいずれか、若しくは双方を受信するビット受信部111と、ビット受信部111で受信したパリティビットを保存するパリティビット用バッファ112と、ビット受信部111で受信した情報ビットを保存する情報ビット用バッファ115と、情報ビットを予測する情報ビット予測部114と、情報ビット予測部114の出力と情報ビット用バッファ115の出力から、誤り訂正復号部117へ入力する入力情報ビットを生成する入力情報ビット生成部116と、入力情報ビット生成部116で生成された入力情報ビットと、パリティビット用バッファ112で保存されているパリティビットとを入力として、誤り訂正復号をする誤り訂正復号部117を有して構成される。
次に、図1に示す各構成要素の接続について説明する。
まず、符号化装置100Aは、情報ビット、パリティビットのいずれか、若しくは双方の符号化データを出力する出力部を備え、例えば通信路などを通じて復号装置100Bと接続されており、出力部からの出力データは復号装置100Bに与えられる。
復号装置100Bは、符号化装置100Aから送信されたデータを入力する入力部を備え、例えば通信路などを通じて符号化装置100Aと接続されており、符号化装置100Aからの符号化データが与えられる。
次に、符号化装置100Aにおける各構成要素の接続について説明する。
組織符号化器101は、情報ビット及びパリティビットを出力する出力部を備え、パリティビット用バッファ102及び情報ビット用バッファ105と接続されるものである。
パリティビット用バッファ102は、組織符号化器101で生成されたパリティビットを入力する入力部と、送信パリティビット制御部103からの制御信号を入力する入力部と、送信パリティビット制御部103から指示されたパリティビットをビット送信部104へ出力する出力部を備え、それぞれ組織符号化器101、送信パリティビット制御部103、ビット送信部104に接続されるものである。
送信パリティビット制御部103は、パリティビット用バッファ102へ制御信号を出力する出力部を備え、パリティビット用バッファ102に接続されるものである。
情報ビット用バッファ105は、組織符号化器101で生成(若しくは素通り)された情報ビットを入力する入力部と、送信情報ビット制御部106からの制御信号を入力する入力部と、送信情報ビット制御部106から指示された情報ビットをビット送信部104へ出力する出力部とを備え、それぞれ組織符号化器101、送信情報ビット制御部106、ビット送信部104に接続されるものである。
送信情報ビット制御部106は、情報ビット用バッファ105へ制御信号を出力する出力部を備え、情報ビット用バッファ105に接続されるものである。
ビット送信部104は、パリティビット用バッファ102から出力されるパリティビットを入力する入力部と、情報ビット用バッファ105から出力される情報ビットを入力する入力部とを備え、それぞれパリティビット用バッファ102、情報ビットバッファ用105と接続されるものである。また、ビット送信部104は、例えば通信路などを通じて受信側にビットを送信する出力部も備え、通信路などを通じて復号装置100Bと接続されるものである。
次に、復号装置100Bにおける各構成要素の接続について説明する。
ビット受信部111は、符号化装置100Aからのデータを入力する入力部を備え、通信路などを通じて符号化装置100Aと接続されるものである。また、ビット受信部111は、受信したパリティビットをパリティビット用バッファ112へ出力する出力部と、受信した情報ビットを情報ビット用バッファ115に出力する出力部を備え、それぞれパリティビット用バッファ112、情報ビット用バッファ115に接続されるものである。
パリティビット用バッファ112は、ビット受信部111で受信したパリティビットを入力する入力部と、保存しているパリティビットを誤り訂正復号部117へ出力する出力部を備え、それぞれビット受信部111、誤り訂正復号部117に接続されるものである。
情報ビット用バッファ115は、ビット受信部111で受信した情報ビットを入力する入力部と、保存している情報ビットを入力情報ビット生成部116へ出力する出力部と、受信した情報ビットに関する情報を誤り訂正復号部117に伝える出力部とを備え、それぞれビット受信部111、入力情報ビット生成部116及び誤り訂正復号部117に接続されるものである。
情報ビット予測部114は、予測した情報ビットを入力情報ビット生成部116へ出力する出力部を備え、入力情報ビット生成部116に接続されるものである。
入力情報ビット生成部116は、情報ビット用バッファ115から情報ビットを入力する入力部と、情報ビット予測部114から予測情報ビットを入力する入力部と、生成した入力情報ビットを誤り訂正復号部117へ出力する出力部とを備え、それぞれ情報ビット用バッファ115、情報ビット予測部114、誤り訂正復号部117に接続されるものである。
誤り訂正復号部117は、入力情報ビット生成部116から入力情報ビットを入力する入力部と、パリティビット用バッファ112からパリティビットを入力する入力部と、情報ビット用バッファ115から受信した情報ビットに関する情報を入力する入力部とを備え、それぞれ入力情報ビット生成部116、パリティビット用バッファ112、情報ビット用バッファ115に接続されるものである。
図6は、復号装置100Bの誤り訂正復号部117の構成を示す構成図である。図6に示すように、誤り訂正復号部117は、分割制御部119、入力情報ビット分割部120、入力パリティビット分割部121、訂正結果統合部122、誤り訂正復号部113を有して構成される。
分割制御部119は、情報ビット用バッファ115の情報を入力する入力部と、その情報を入力情報ビット分割部120へ分割情報を出力する出力部と、入力パリティビット分割部121へ分割情報を出力する出力部とを備え、それぞれ情報ビット用バッファ115、入力情報ビット分割部120及び入力パリティビット分割部121に接続されるものである。
入力情報ビット分割部120は、分割制御部119からの情報を入力する入力部と、入力情報ビット生成部116から、分割制御部119からの情報に基づき、必要な入力情報ビットを入力する入力部と、分割した情報ビットを誤り訂正復号部113に出力する出力部とを備え、それぞれ分割制御部119、入力情報ビット生成部116、誤り訂正復号部113に接続されるものである。
入力パリティビット分割部121は、分割制御部119からの情報を入力する入力部と、パリティビット用バッファ112から、分割制御部119からの情報に基づき、必要なパリティビットを入力する入力部と、分割したパリティビットを誤り訂正復号部113に出力する出力部とを備え、それぞれ分割制御部119、パリティビット用バッファ112、誤り訂正復号部113に接続されるものである。
誤り訂正復号部113は、入力情報ビット分割部120からの情報ビットを入力する入力部と、入力パリティビット分割部121からのパリティビットを入力する入力部と、復号結果を訂正結果統合部122へ出力する出力部とを備え、それぞれ入力情報ビット分割部120、入力パリティビット分割部121及び訂正結果統合部122に接続されるものである。
訂正結果統合部122は、誤り訂正復号部113の復号結果を入力する入力部を備え、誤り訂正復号部113と接続されるものである。訂正結果統合部122は、統合した訂正結果を復号ビットとして出力する。
(A−2)第1の実施形態の動作
次に、第1の実施形態の符号化システム100における動作について図面を参照しながら説明する。
図7は、第1の実施形態の符号化システム100の動作を示すフローチャートである。
まず、符号化すべきデータ(情報ビット)が組織符号化器101に入力される(ステップS101)。組織符号化器101は、組織符号(情報ビットとパリティビットとが明確に区別できる符号)を生成する少なくとも1以上の符号化器を適用することができ、例えば、畳み込み符号器、ターボ符号器などを用いることができる。
組織符号化器101により生成された情報ビットは、情報ビット用バッファ105に与えられ、情報ビット用バッファ105に保存される(ステップS102)。
また、同様に、組織符号化器101により生成されたパリティビットは、パリティビット用バッファ102に与えられ、パリティビット用バッファ102に保存される(ステップS103)。
次に、送信パリティビット制御部103は、予め決められたテーブルなどに基づき、送信パリティビットに関する制御信号(例えば、パリティビットの送り方、送るべきパリティビットなどを決定した情報)をパリティビット用バッファ102に出力する(ステップS104)。
これにより、パリティビット用バッファ102は、送信パリティビット制御部103の制御を受けて、パリティビットをビット送信部104に出力することができる。
ここで、送信パリティビット制御部103が有するテーブルとは、通常パリティビットのパンクチャリングに使用されるパンクチャリングテーブルのようなものを指し、例えば8ビットに1ビットの割合で、パリティビットを受信側に送信するという制御を可能とするテーブルを適用し得る。
次に、送信情報ビット制御部106は、予め決められたテーブルなどに基づき、情報ビットに関する制御信号(例えば、情報ビットの送り方、送るべき情報ビットなどを決定した情報)を情報ビット用バッファ105に出力する(ステップS105)。
これにより、情報ビット用バッファ105は、送信情報ビット制御部106の制御を受けて、情報ビットをビット送信部104に出力することができる。
ここで、送信情報ビット制御部106は、復号装置100Aでの復号の際、任意のポイントでの状態を特定できるデータを送信することが推奨される。任意のポイントとは、画像フォーマットのサイズや、復号装置での処理単位であり、例えば、復号装置100Aで画像フォーマットのQCIFサイズ(177×144)毎の状態を特定できるようにするために、その前若しくは後の情報ビットを1ビット以上連続で送る方法を適用できる。なお、どの程度連続させて送るべきかについては組織符号化器101の構成に応じて変更することができる。
ここで、任意のポイントを画像フォーマットのサイズとすることにより、例えば、受信側がQCIF画像を復号することを前提にMAP復号を設計し、送信側がCIF画像を送信する場合、通常、受信側はCIF画像は復号できないが、CIF画像を符号化したデータを4つに分割し、それぞれのトレリス線図を描いたときに、データの分割ポイントで1つの状態に収束するようにできるのでQCIF画像用のMAP復号器しかなかったとしてもCIF画像を復号できる。
また、任意のポイントを復号装置での処理単位とすることにより、例えば、受信側がMAP復号器を複数持っており、それを並列に処理できる場合、送信側は受信側が持っているMAP復号器の数に合わせて、送信するデータを分割しておき、例えば、MAP復号器を2つ持っている場合には送信するデータを2分割し、それぞれのトレリス線図を描いたときに、データの分割ポイントで1つの状態に収束するようにしておけば、2並列処理が簡単にできる。
パリティビット用バッファ102からの1又は複数のパリティビットと、情報ビット用バッファ105からの1又は複数の情報ビットとのいずれか若しくは双方は、ビット送信部104に与えられ、ビット送信部104は、送信ビットを送信する(ステップS106)。
符号化装置100Aから送信された送信ビットは、通信路などを通じて受信側に向けて送信され、受信側の復号装置100Bのビット受信部111に受信される(ステップS107)。
ビット受信部111により受信された情報ビットは、情報ビット用バッファ115に与えられ、情報ビット用バッファに保存される(ステップS108)。
また、ビット受信部111により受信されたパリティビットは、パリティビット用バッファ112に与えられ、パリティビット用バッファ112に保存される(ステップS109)。
次に、情報ビット予測部114は、符号化装置100Aが送信すべき情報ビットを予測する(ステップS110)。
ここで、情報ビット予測部114による予測方法としては、例えば、既に復号されたデータ等を用いて、今、符号化装置100Aで送信すべきデータ(情報ビット若しくは情報ビット列)を予測する方法を適用することができる。例えば、動画像では、前フレームの画像や、前後フレームの画像から補間をするなどして作成した予測画像として用い、その予測画像から情報ビットを予測するなどを適用できる。また例えば、音声では、自己相関を捉えて短期間周期を検出すると共に、エンベロープを捉え、これら得られた過去の波形情報から次の所定期間の音声波形を予測する方法を適用できる。
次に、情報ビット予測部114で予測された情報ビットと情報ビット用バッファ115で保存された情報ビットから、誤り訂正復号部117に入力する入力情報ビットを入力情報ビット生成部116で生成する(ステップS111)。例えば、入力情報ビット生成部116は、保存された情報ビットは予測情報ビットの同じ位置に上書きすることなどで入力情報ビットの生成を実現できる。
そして、入力情報ビット生成部116により生成された入力情報ビットと、パリティビット用バッファ112に保存されているパリティビットと、情報ビット用バッファ115から情報ビットに関する情報とが、誤り訂正復号部117に入力され、誤り訂正復号処理がなされる(ステップS112)。
誤り訂正復号部117は、例えば、MAP(最大事後確率)アルゴリズムなどを用いて各ビット毎に0か1かの確率を求めることで復号する。また例えば、ターボ符号の場合には、その結果を異なる畳み込み符号の復号器への事前確率として入力するということを相互の復号器が繰り返して行う繰り返し復号などをすることで、復号結果を得ることができる。
図8は、第1の実施形態の復号装置100Bの誤り訂正復号部117における動作を示すフローチャートである。
情報ビット用バッファ115から情報ビットに関する情報が分割制御部119に入力される(ステップS1701)。ここで、情報ビットに関する情報とは、受信した情報ビットの位置などの情報が挙げられ、状態を特定できるポイントを判断するために用いられる。
分割制御部119は、情報ビット用バッファ115から得た情報ビットに関する情報に基づいて分割ポイントに関する情報を判断し、分割ポイントに関する情報を入力情報ビット分割部120と入力パリティビット分割部121とのいずれか、若しくは双方に与える(ステップS1702)。
次に、入力情報ビット分割部120は、分割制御部119からの情報に基づき、必要な情報ビットを入力情報ビット生成部116から獲得する(ステップS1703)。
同様に、入力パリティビット分割部121は、分割制御部119からの情報に基づき、必要なパリティビットを、パリティビット用バッファ112より獲得する(ステップS1704)。
次に、入力情報ビット分割部120によって分割された情報ビットと、入力パリティビット分割部121によって分割されたパリティビットとが、誤り訂正復号部113に入力される(ステップS1705)。誤り訂正復号部113における復号方法は、非特許文献2に示されたMAP復号や、非特許文献3に示されたSliding Windowを用いた方法などを適用できる。
ステップS1706では、誤り訂正復号部113がすべての処理が完了したかどうかを判断する。処理が完了していなければ、ステップS1702に戻り、まだ処理していない情報ビットやパリティビットなどを用いて、復号処理を行う。
一方、すべての処理が完了していれば、訂正結果統合部122が、誤り訂正復号部113による処理結果を統合して、誤り訂正復号部117の復号結果として出力する(ステップS1707)。
次に、図4、図5、図9、図10を用いて復号装置100Bの誤り訂正復号部117の動作を説明する。また、以下ではデータを複数に分割し、それぞれのトレリス線図を描いたときに、データの分割ポイントで、1つの状態に収束するために必要な送信情報の決め方を説明する。すなわち、使用する畳み込み符号器がフィードバックを含まないものの場合、情報ビットだけを余分に連続して送れば1つ状態に収束し、フィードバックを含むものの場合、情報ビットだけでなくパリティビットも合わせて連続で送ることで1つの状態に収束させるようにする。
図5は、復号の際に用いるトレリス線図である。αは前方状態ブランチメトリックと、βは後方状態ブランチメトリックと呼ばれる値である。
αは、前方(図の左)から順に、計算する。例えば、k=n(状態a)のときは、時刻k=n−1(状態a)のαの値とその際に受信した値が00である確率、k=n−1(状態c)のαの値とその際に受信した値が01である確率を用いて計算することにより、求めることができる。k=nの際の他の状態(b,c,d)やk=n+1のときなども、同様に求めることができる。よって、αは前方(図の左)から順に計算して得られる値である。
一方、βは、後方(図の右)から順に、計算する。例えば、k=n+1(状態a)のときは、k=n+2(状態a)のβの値とその前に受信した値が00である確率、k=n+2(状態b)のβの値とその前に受信した値が11である確率を用いて計算することにより、求めることができる。k=n+1の際の他の状態(b,c,d)やk=nのときなども、同様に求めることができる。よって、βは前方(図の右)から順に計算して得られる値である。
最終的に、すべての時刻(k)、すべての状態(a,b,c,d)でα、βを求めた後、それらの値を用いて、復号値を得る。詳細は、非特許文献2を参照いただきたい。
図4は、組織符号化器101の符号化器として用いる畳み込み符号化器(フィードバックなし)の構成図である。
図9は、図4に示す畳み込み符号器を第1の実施形態の組織符号化器101の符号化器として用いた場合の復号に用いるトレリス線図を示している。
図9において、時刻k=n−2から時刻k=n−1のときに、情報ビットとして「0」を、時刻k=n−1から時刻k=nのときに、情報ビットとして「0」をそれぞれ誤りなく受信した場合の例を示している。なお、1ビット以上の連続送信データを情報ビットとして用いることができる。
この場合、時刻k=n−2から時刻k=n−1のときに情報ビットが0であるということが100%わかっているので、時刻k=n−2から時刻k=n−1のときに情報ビットが1の可能性はない。よって、その場合の計算はする必要がなくなる。
その様子は、図9の時刻k=n−2から時刻k=n−1のときに線が図5と比較して減少していることで示している。この場合、時刻k=n−1での状態は、a若しくはcに限定されていることがわかる。
その後、時刻k=n−1から時刻k=nのときに、情報ビットが0であるということが100%わかっているので、時刻k=n−1から時刻k=nのときに情報ビットが1の可能性はない。よって、その場合の計算はする必要がなくなる。
その様子は、図9の時刻k=n−1から時刻k=nのときに線が図5と比較して減少していることで示している。この場合、時刻k=nでの状態は、aに特定されていることがわかる。
このように、図4に示すような畳み込み符号器の場合には、情報ビットを2ビット連続で、かつ誤りなく受信することで状態を特定することがわかる。
この性質を利用して、分割処理した場合のトレリス線図を示したものが図10である。時刻k=nで状態が特定できることにより、時刻k=n以前(図10(A))と時刻k=n(図10(B))以後で、別処理をすることが可能である。これは、別々に順番に処理しても良いし、並列処理をしても良い。
次に、図11、図12、図13を用いて復号システム1の誤り訂正復号部117の動作を別の例で説明する。
図11は、第1の実施形態の組織符号化部101の符号化器として用いる畳み込み符号器(フィードバックあり)の構成図である。
図12は、図11に示す畳み込み符号器を組織符号化器101の符号化器として用いた場合の復号に用いるトレリス線図を示している。
図12に示す例は、時刻k=n−1から時刻k=nのときに、情報ビットとして「0」、パリティビットとして「0」を、時刻k=nから時刻k=n+1のときに、情報ビットとして「0」、パリティビットとして「1」をそれぞれ誤りなく受信した場合の例を示している。
この場合のトレリス線図を示したものが図12であるが、図9のときと同様に計算する必要がない場合が発生し、その様子をこのトレリス線図は示している。時刻k=n−1、時刻k=n、時刻k=n+1での状態が、それぞれ、b,c,dに特定されていることがわかる。
このように、図11に示すような畳み込み符号器の場合には、情報ビットを2ビット連続で、かつ誤りなく受信することで状態を特定することがわかる。
この性質を利用して、分割処理した場合のトレリス線図を示したものが図13である。時刻k=n−1,n,n+1で状態が特定できることにより、時刻k=n−1以前(図13(A))と時刻k=n+1以後(図13(B))で、別処理をすることが可能である。これは、別々に順番に処理しても良いし、並列処理をしても良い。
(A−3)第1の実施形態の効果
以上のように、第1の実施形態によれば、画像フォーマットを途中で変更するなど、シンボル数に変更が生じたときにでも、情報ビット、若しくは情報ビットとパリティビットの組のように状態を特定できるようなデータを単一、若しくは連続送信することで、様々な画像フォーマットに対して、1種類のMAP復号器で復号することが可能となるので、回路規模の増大を防ぐことができる。また、同じMAP復号器を複数用意することで、簡単に並列処理ができる上に、非特許文献3に示されたような従来の並列処理と比較して、訂正能力を上げることができる。
また、第1の実施形態によれば、短いシンボル数での処理を可能とできることから、前方状態ブランチメトリックなどのデータを保存するメモリの削減も可能となる。
(B)第2の実施形態
次に、本発明の符号化装置、復号装置及び符号化システムの第2の実施形態について、図面を参照して説明する。
(B−1)第2の実施形態の構成
図14は、第2の実施形態の符号化システム200の構成を示す構成図である。なお、図1に示す第1の実施形態の構成要素と同一又は対応する構成要素については同一又は対応する符号を付して示す。
図14において、第2の実施形態の符号化システム200は、入力情報(図14の情報ビット)を符号化して受信側へ符号化データを送信すると共に、受信側から追加ビット送信要求を受信することができる符号化装置200Aと、符号化データを受信し復号する復号装置200Bから構成される。
符号化装置200Aは、例えばターボ符号のように入力情報を情報ビットとパリティビットに分けて符号化する組織符号化器101と、組織符号化器101で生成されたパリティビットを保存するパリティビット用バッファ102と、同じく組織符号化器101で生成された情報ビットを保存する情報ビット用バッファ105と、情報ビット、パリティビットのいずれか、若しくは双方を送信するビット情報部104と、ビット送信部104でどんなパリティビットを送信するかを制御する送信パリティビット制御部103と、復号装置200Bからの送信要求信号を受信する送信要求信号受信部202と、送信要求信号受信部202で受信した信号に基づき送信する情報ビットを制御する送信情報ビット制御部208とを有して構成される。
復号装置200Bは、送信側から送られてきた情報ビット、パリティビットのいずれか若しくは双方を受信するビット受信部111と、ビット受信部111で受信したパリティビットを保存するパリティビット用バッファ112と、ビット受信部111で受信した情報ビットを保存する情報ビット用バッファ115と、情報ビットを予測する情報ビット予測部114と、情報ビット予測部114の出力と情報ビット用バッファ115の出力とから、誤り訂正復号部117へ入力する入力情報ビットを生成する入力情報ビット生成部116と、入力情報ビット生成部116で生成された入力情報ビットと、パリティビット用バッファ112で保存されているパリティビットとを入力として誤り訂正復号をする誤り訂正復号部117と、符号化システム200に対して送信要求信号を出力する送信要求信号送信部212と、送信要求信号送信部212の動作を制御する送信要求信号制御部211とを有して構成される。
次に、第2の実施形態の構成要素の接続について説明する。
まず、符号化装置200Aは、情報ビット、パリティビットのいずれか、若しくは双方の符号化データを出力する出力部を備え、それぞれは通信路などを通じて、復号装置200Bと接続されるものである。
復号装置200Bは、符号化装置200Aから送信されたデータを入力する入力部を備え、それぞれは通信路などを通じて、符号化装置200Aと接続されるものである。
次に、符号化装置200Aの各内部構成の接続について説明する。
組織符号化器101は、情報ビット及びパリティビットを出力する出力部を備え、パリティビット用バッファ102及び情報ビット用バッファ105と接続されるものである。
パリティビット用バッファ102は、組織符号化器101で生成されたパリティビットを入力する入力部と、送信パリティビット制御部103からの制御信号を入力する入力部と、送信パリティビット制御部103から指示されたパリティビットをビット送信部104へ出力する出力部を備え、それぞれ組織符号化器101、送信パリティビット制御部103、ビット送信部104に接続されるものである。
送信パリティビット制御部103は、パリティビット用バッファ102へ制御信号を出力する出力部を備え、パリティビット用バッファ102に接続されるものである。
情報ビット用バッファ105は組織符号化器101で生成(若しくは素通り)された情報ビットを入力する入力部と、送信情報ビット制御部208からの制御信号を入力する入力部と、送信情報ビット制御部208から指示された情報ビットをビット送信部104へ出力する出力部を備え、それぞれ組織符号化部101、送信情報ビット制御部208、ビット送信部104に接続されるものである。
送信情報ビット制御部201は、送信要求信号受信部202から要求信号を入力する入力部と、情報ビット用バッファ105へ制御信号を出力する出力部とを備え、それぞれ送信要求信号受信部202、情報ビット用バッファ105に接続されるものである。
送信要求信号受信部202は、復号装置200Bからの要求信号を入力する入力部と、復号装置200Bより送信された送信要求信号若しくはそれに関する情報を送信情報ビット制御部208に出力する出力部を備え、それぞれ、復号装置200B、送信情報ビット制御部208に接続されるものである。
ビット送信部104は、パリティビット用バッファ102から出力されるパリティビットを入力する入力部と、情報ビット用バッファ105から出力される情報ビットを入力する入力部とを備え、それぞれパリティビット用バッファ102、情報ビットバッファ用105と接続されるものである。また、ビット送信部104は、受信側へ通信路などを通じてビットを送信する出力部も備え、通信路などを通じて復号装置200Bと接続されるものである。
次に、復号装置200Bの内部構成の接続について説明する。
送信要求信号制御部211は、符号化装置200Aに、送信を要求するデータを特定し、その旨を送信要求信号送信部212に出力する出力部を備え、送信要求信号送信部212に接続されるものである。
送信要求信号送信部212は、送信要求信号制御部201から制御信号を入力する入力部を備え、送信要求信号制御部211と接続される。また、要求信号を符号化装置200Aに出力部も備え、通信路などを通じて符号化装置200Aと接続されるものである。
ビット受信部111は、符号化装置200Aからのデータを入力する入力部を備え、通信路などを通じて符号化装置200Aと接続されるものである。また、ビット受信部111は、受信したパリティビットをパリティビット用バッファ112へ出力する出力部と、受信した情報ビットを情報ビット用バッファ115に出力する出力部を備え、それぞれパリティビット用バッファ112、情報ビット用バッファ115に接続されるものである。
パリティビット用バッファ112は、ビット受信部111で受信したパリティビットを入力する入力部と、保存しているパリティビットを誤り訂正復号部117へ出力する出力部を備え、それぞれビット受信部111、誤り訂正復号部117に接続されるものである。
情報ビット用バッファ115は、ビット受信部111で受信した情報ビットを入力する入力部と、保存している情報ビットを入力情報ビット生成部116へ出力する出力部と、受信した情報ビットに関する情報を誤り訂正復号部117に出力する出力部を備え、それぞれビット受信部111、入力情報ビット生成部116及び誤り訂正復号部117に接続されるものである。
情報ビット予測部114は、予測した情報ビットを入力情報ビット生成部116へ出力する出力部を備え、入力情報ビット生成部116に接続されるものである。
入力情報ビット生成部116は、情報ビット用バッファ115から情報ビットを入力する入力部と、情報ビット予測部114から予測情報ビットを入力する入力部と、生成した入力情報ビットを誤り訂正復号部117へ出力する出力部とを備え、それぞれ、情報ビット用バッファ115、情報ビット予測部114、誤り訂正復号部117に接続されるものである。
誤り訂正復号部117は、入力情報ビット生成部116から入力情報ビットを入力する入力部と、パリティビット用バッファ112からパリティビットを入力する入力部と、情報ビット用バッファ115から受信した情報ビットに関する情報を入力する入力部とを備え、それぞれ、入力情報ビット生成部116、パリティビット用バッファ112、情報ビット用バッファ115に接続されるものである。
また、誤り訂正符号部117の内部構成については、第1の実施形態で説明する図6に示す構成を適用できる。
(B−2)第2の実施形態の動作
次に、第2の実施形態の符号化システム200における動作を図面を参照して説明する。図15は、第2の実施形態の符号化システム200における動作を示すフローチャートである。
第1の実施形態と異なる点は、符号化装置200Aの送信情報ビット制御部201及び送信要求信号受信部202と、復号装置200Bの送信要求信号制御部211及び送信要求信号送信部212との動作が加わる点である。
また、これらの新たな構成要素は、符号化装置200Aの情報ビット用バッファ105の制御に関するためのものであり、その後の動作は第1の実施形態と同じである。よって、以下では、情報ビット用バッファ105の制御の動作について詳細に説明する。
図15は、第2の実施形態の情報ビット用バッファ105の制御処理の動作を示すフローチャートである。
まず、送信要求信号制御部211は、送信要求信号を生成し、送信要求信号送信部212に与える(ステップS201)。ここで、送信要求信号とは、状態を特定したポイントなどが挙げられる。
次に、送信要求信号制御部211の制御に基づき、送信要求信号送信部212から符号化装置200Aに送信要求信号を送信する(ステップS202)。
復号装置200Bの送信要求信号制御部212から符号化装置200Aに対して送信要求信号が与えられると、符号化装置200Aの送信要求信号受信部202が受信する(ステップS203)。
送信情報ビット制御部201は、送信要求信号受信部202が受信した送信要求信号を解析し、その解析結果により情報ビット用バッファ105を制御する。これにより、例えば、QCIF用のMAP復号器しか持っていないとか、MAP復号器は複数持っている等の情報を送信側で得ることができ、それに応じて、送信するビットを変えることで、トレリス線図を描いたときに、データの分割ポイントで1つの状態に収束することができる。また、受信側は、MAP復号器の復号できるサイズや並列処理数が任意に変わる場合には、その都度情報を得ることで、適応的に処理することができる。MAP復号器のサイズは、メモリのサイズに依存して構成を変更することが可能だと考えられるので、受信側がPCの場合だと、受信側でメモリがたくさん空いているとき(例えば、メモリ空き容量が閾値を超えているとき)はMAP復号器のサイズを大きく、空いていないときはMAP復号器のサイズを小さくできる。また、並列処理数もPCの能力的には、例えば8並列ができたとしても、他の処理に使っている場合は、並列処理数が変化することがあるが、その変化に応じて、使える並列処理数を送信側に伝えることで、受信側の能力を最大限に利用することができる。
この送信情報ビット制御部201の制御を受けて、情報ビット用バッファ105は、復号装置200Bの所望するデータを送信する(ステップS204)。これにより、送信するビットを正しく届けることができる。実際には正しく届かないと、1つの状態に収束するのは困難であるからである。なお、これ以降の動作については、第1の実施形態の動作と同様である。
上述した第2の実施形態の動作では、送信情報ビットに対して、復号装置200Bが所望する情報ビットの送信要求及び送信処理を行う場合を例示したが、組織符号化器の種類によっては、パリティビットも合わせて要求することができ、パリティビットの送信処理は第1の実施形態の動作例と同様にして容易に実現できる。
(B−3)第2の実施形態の効果
以上のように、第2の実施形態によれば、第1の実施形態の効果に加えて、復号器(復号装置)の要求に応じて、情報ビット、若しくは情報ビットとパリティビットとの組のように状態を特定できるようなデータを単一、若しくは連続送信することで、最適なデータ数により実現が可能となる。この仕組みにより、復号側で実施したい並列処理の数にも対応が可能となる。
(C)他の実施形態
第1の実施形態、第2の実施形態ともに、MAP復号のアルゴリズムとして、非特許文献3にSliding windowという方式が示されているが、復号器(復号装置)がその方式を利用していたとしても、本発明は問題なく利用できる。
第1の実施形態、第2の実施形態ともに、Turbo符号のようにインターリーブを利用し、繰り返し復号を行う場合は、インターリーブにも考慮した情報ビット、若しくは情報ビットとパリティビットとの組のように状態を特定できるようなデータを追加して送信することで、対応が可能である。
第1の実施形態、第2の実施形態ともに図示はしなかったが、復号器からのパリティビットの数や種類の指定や、追加送信要求などをしても良い。
第1の実施形態は、必ずしも通信路経由でなくても良い。ハードディスクなど記録媒体に記録された符号化データの復号にも用いることができる。
第1の実施形態、第2の実施形態ともに、情報ビット用バッファ115からの情報で、分割が可能かどうかを判断する実施形態で示したが、分割可能かどうかを別の手段(例えば符号化器から別の信号)で伝達されたものを利用して判断することももちろんできる。
第1の実施形態、弟2の実施形態ともに、分割した情報ビット及びパリティビットに対しての誤り訂正復号を、順番に(直列に)処理したが、もちろんこれらは並列処理をすることも可能である。
第1の実施形態、第2の実施形態ともに、状態を特定するためのデータは誤らないことを前提としたが、誤りのある通信路による通信を想定した場合、それらのデータに誤り訂正符号化することで、誤りのないことを実現することも可能である。
第1の実施形態の符号化システムの構成を示す構成ブロック図である。 Distributed Video Codingのフレームワークを示す説明図である。 Slepian−Wolf符号化/復号とその周辺に関する部分の従来構成を示すブロック図である。 畳み込み符号器(フィードバックなし)の構成を示す構成図である。 復号器のトレリス線図(フィードバックなし)の例を示す説明図である。 第1の実施形態の誤り訂正復号部の内部構成を示す構成ブロック図である。 第1の実施形態の符号化システムの動作を示すフローチャートである。 第1の実施形態の誤り訂正復号部における動作を示すフローチャートである。 第1の実施形態の復号装置のトレリス線図(フィードバックなし)の例を示す説明図である。 第1の実施形態の分割処理をした場合の復号装置のトレリス線図(フィードバックなし)の例を示す説明図である。 畳み込み符号器(フィードバックあり)の構成を示す構成図である。 第1の実施形態の復号装置のトレリス線図(フィードバックあり)の例を示す説明図である。 第1の実施形態の分割処理をした場合の復号装置のトレリス線図(フィードバックあり)の例を示す説明図である。 第2の実施形態の符号化システムの構成を示す構成ブロック図である。 第2の実施形態の符号化システムの動作を示すフローチャートである。
符号の説明
100及び200…符号化システム、
100A及び200A…符号化装置、
101…組織符号器、102…パリティビット用バッファ、103…送信パリティビット制御部、104…ビット送信部、105…情報ビット用バッファ、106及び201…送信情報ビット制御部、202…送信要求信号受信部、
100B及び200B…復号装置
111…ビット受信部、112…パリティビット用バッファ、114…情報ビット予測部、115…情報ビット用バッファ、116…入力情報ビット生成部、117…誤り訂正復号部、211…送信要求信号制御部、212…送信要求信号送信部、113…誤り訂正復号部、191…分割制御部、120…入力情報ビット分割部、121…入力パリティビット分割部、122…訂正結果統合部。

Claims (14)

  1. 組織符号を生成する誤り訂正符号化器を有し、パリティビットを対向する復号装置に送信する符号化装置において、
    情報ビットを格納する情報ビット格納部と、
    上記誤り訂正符号化器で生成されたパリティビットを格納するパリティビット格納部と、
    上記情報ビット格納部に格納されている1又は複数の情報ビットの送信を制御する送信情報ビット制御部と、
    上記パリティビット格納部に格納されている1又は複数のパリティビットの送信を制御する送信パリティビット制御部と、
    上記送信情報ビット制御部及び又は上記送信パリティビット制御部の制御により、上記各情報ビットと上記パリティビットの少なくとも一方を送信するビット送信部と
    を備えることを特徴とする符号化装置。
  2. 上記送信情報ビット制御部及び又は上記送信パリティビット制御部は、上記復号装置での復号の際、任意のポイントでの状態を特定できるデータを送信するように制御することを特徴とする請求項1に記載の符号化装置。
  3. 上記任意のポイントでの状態を特定できるデータが、上記組織符号を生成する誤り訂正符号器に応じて変更することを特徴とする請求項2に記載の符号化装置。
  4. 上記任意のポイントが、画像フォーマットのサイズであることを特徴とする請求項2又は3に記載の符号化装置。
  5. 上記任意のポイントが、復号装置での処理単位であることを特徴とする請求項2又は3に記載の符号化装置。
  6. 上記誤り訂正符号化器が少なくとも1個以上のフィードバックを含まない畳み込み符号器を有する場合、上記任意のポイントでの状態を特定できるデータが、1ビット以上の情報ビットの連続送信データであることを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の符号化装置。
  7. 上記誤り訂正符号化器が少なくとも1個以上のフィードバックを含む畳み込み符号器を有する場合、上記任意のポイントでの状態を特定できるデータが、1組以上の情報ビット及びパリティビットの組の連続送信データであることを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の符号化装置。
  8. 上記復号装置から送信された送信要求信号を受信する送信要求信号受信部を備え、上記送信情報ビット制御部が、上記送信要求信号受信部で受信された上記送信要求信号の種類に応じて、上記送信情報ビットの送信制御を切り替えることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の符号化装置。
  9. 上記ビット送信部は、送信するビットに対し、上記復号装置で誤りを完全に訂正できるようにする処理を施して送信することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の符号化装置。
  10. 対向する符号化装置における組織符号を生成する誤り訂正符号化器が生成したパリティビットを受信する復号装置において、
    上記パリティビットに加え、上記符号化装置が送信した情報ビットを受信するビット受信部と、
    上記ビット受信部で受信した情報ビットを格納する情報ビット格納部と、
    上記ビット受信部で受信したパリティビットを格納するパリティビット格納部と、
    情報ビットを予測する情報ビット予測部と、
    情報ビット予測部の出力と情報ビット格納部の出力とを組み合わせて入力情報ビットを生成する入力情報ビット生成部と、
    状態を特定できるポイントで分割した情報ビット及び又はパリティビットを用いて処理単位を特定し、その処理単位毎に組織符号を直列若しくは並列に復号処理する誤り訂正復号部と
    を備えることを特徴とする復号装置。
  11. 上記符号化装置側への送信要求信号の送信制御を行う送信要求制御部と、
    上記符号化装置に上記送信要求信号を送信する送信要求信号送信部と
    を備えることを特徴とする請求項10に記載の復号装置。
  12. 上記送信要求制御部は、画像フォーマットのサイズを指定することを特徴とする請求項10又は11に記載の復号装置。
  13. 上記送信要求制御部は、復号装置での処理単位を指定することを特徴とする請求項10又は11に記載の復号装置。
  14. 請求項1〜9のいずれかに記載の符号化装置と、請求項10〜13のいずれかに記載の復号装置とを備えることを特徴とする符号化システム。
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