JP2013145954A - 分散情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分散情報配置システムにおいて、情報量を増加させることなく、安定した復元結果を得る。
【解決手段】送信側分散情報処理装置２０において、座標・乱数シード変換部２８で、自端末の位置座標を乱数シードに変換し、乱数発生部３２で、変換した乱数シードを初期値として乱数発生器に入力し、圧縮率決定部３０で決定された圧縮率に応じた長さの乱数列、すなわち端末毎の固有のランダムパターンを発生させ、圧縮部３４で元情報に乱数列を掛け合わせて圧縮情報を生成し、乱数シード及び圧縮率と共に分散情報として保持部３６に保持する。受信側分散情報処理装置４０において、エリア内に存在する送信側分散情報処理装置２０から複数の分散情報を収集し、乱数発生部４８で、乱数シード及び圧縮率から乱数列を発生させ、復元部５２で、複数の圧縮情報と複数の乱数列とに基づいて、元情報を復元する。
【選択図】図３

Description

本発明は、分散情報処理装置に係り、特に、複数の端末に分散配置された情報を処理するための分散情報処理装置に関する。

従来、複数のストレージを有するデータ分散環境において、元の情報系列に対して誤り訂正符号により冗長な情報を付加し、情報を分散して配置する分散配置システムが提案されている（例えば、非特許文献１及び２参照）。

A.G.Dimakis, et al., "Network coding for distributed storage systems", IEEE Trans. on Info. Th., vol.56, No.9, Sep. 2010. iStorage、日本電気株式会社、［平成２３年１２月２２日検索］、インターネット＜URL：http://www.nec.co.jp/products/istorage/product/backup/hs/hs8_30/index.shtml＞

しかしながら、上記の非特許文献１及び２に記載の技術のような誤り訂正符号による情報の分散配置では、元の情報の情報量プラスアルファの情報量が得られなければ、元の情報を復元することができない、という問題がある。

また、誤り訂正符号化は、元の情報に対して冗長性を付加するため、元の情報の情報量よりも大きい情報量を蓄える必要がある、という問題がある。

一方で、画像等の圧縮可能な情報を保持することを考慮する場合、ＤＣＴやウェーブレット変換等を適用して得られた値を分散配置することが考えられる。これらは高い圧縮率を実現できる方法として知られ、変換係数の大多数の値を無視することができるため、無視できない情報のみを配置することで、情報量を削減した分散配置が可能となる。同時に、情報の一部を受信できず、必要な量の情報が得られなかったとしても、劣化画像として大まかな情報の復元をすることが期待できる。

しかし、ＤＣＴやウェーブレット変換等の圧縮方法は、圧縮率において優れているが、固定基底を用いた圧縮方法であるため、分散配置される情報の重要度の偏りが大きくなる。このため、分散配置された情報を収集して元の情報を復元する際に、重要度の高い情報が記憶されたストレージからの情報の収集に失敗した場合には、復元された情報と元の情報との誤差が大きくなり、安定した復元結果を得ることができない場合がある、という問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、圧縮可能な情報に関して、情報量を増加させることなく、安定した復元結果を得ることができる分散情報処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の分散情報処理装置は、予め定められたエリア内に存在する複数の端末に分散して保持された情報であって、かつ前記複数の端末毎に各々異なるランダムパターンにより同一の元情報を圧縮した圧縮情報、及び前記端末毎のランダムパターンを発生させるためのシード情報を含む分散情報を複数受信する受信手段と、前記受信手段により受信した複数の前記分散情報に含まれる複数の前記シード情報に基づいて、複数のランダムパターンを発生させる発生手段と、前記発生手段により発生させた複数のランダムパターン、及び前記受信手段により受信した複数の前記分散情報に含まれる複数の前記圧縮情報に基づいて、前記元情報を復元する復元手段と、を含んで構成されている。

本発明の分散情報処理装置によれば、受信手段が、予め定められたエリア内に存在する複数の端末に分散して保持された情報であって、かつ複数の端末毎に各々異なるランダムパターンにより同一の元情報を圧縮した圧縮情報、及び端末毎のランダムパターンを発生させるためのシード情報を含む分散情報を複数受信する。そして、発生手段が、受信手段により受信した複数の分散情報に含まれる複数のシード情報に基づいて、複数のランダムパターンを発生させ、復元手段が、発生手段により発生させた複数のランダムパターン、及び受信手段により受信した複数の分散情報に含まれる複数の圧縮情報に基づいて、元情報を復元する。

このように、端末毎のランダムパターンにより圧縮され、分散して保持された分散情報を複数受信して元情報を復元するため、誤り訂正符号のような冗長情報を付加する必要がなく、また分散配置される各分散情報に重要度の偏りがなくなるため、情報量を増加させることなく、安定した復元結果を得ることができる。

また、前記発生手段を、前記シード情報を初期値として前記ランダムパターンを示す乱数列を発生させる乱数発生器とすることができる。

また、前記シード情報を、前記分散情報を保持する端末各々を識別する識別情報、または前記分散情報を保持する端末各々の位置情報とすることができる。これにより、容易に端末固有のランダムパターンを発生させることができる。

また、前記復元手段は、受信した複数の前記分散情報の合計情報量が前記元情報の情報量よりも小さくなる数の前記分散情報に基づいて、前記元情報を復元することができる。端末毎のランダムパターンを用いて元情報を圧縮することで分散配置された情報に重要度の偏りがなく、どの端末から分散情報を収集してもよいため、一定の精度での復元が可能な情報量が収集できればよい。

また、前記圧縮情報は、前記エリア内の端末数に応じた圧縮率で圧縮され、前記分散情報は前記圧縮率を含むことができる。エリア内の端末数が多ければ、分散配置される分散情報の数が多くなり、収集可能な分散情報の数が多くなるため、１つの分散情報の情報量を少なくすることができる。従って、エリア内の端末数が多いほど端末当たりの圧縮率を高くすることができる。

また、前記復元手段は、１つの前記分散情報と、前記同一の元情報に関する過去の復元結果とに基づいて、逐次的に復元結果を更新することにより前記元情報を復元することができる。これにより、必要以上の分散情報を受信する必要がなく、処理負荷の軽減を図ることができる。

また、前記元情報を、画像情報または動画像情報とすることができる。画像や動画像のように、復元した際の多少の情報の劣化を許した圧縮が可能な情報を元情報とする場合に、本発明を適用することが適している。

また、本発明の分散情報処理装置を、移動体に搭載される端末、または移動端末として構成することができる。端末毎のランダムパターンを用いて元情報が圧縮することで分散配置された情報に重要度の偏りがなく、どの端末から分散情報を収集してもよいため、特に、一度分散情報の取得に失敗すると再取得が困難な場合でも、安定して復元可能なため、移動体に搭載される端末、または移動端末として本発明の分散情報処理装置を構成することが適している。

また、前記受信手段は、無線通信により前記分散情報を受信することができる。

また、前記復元手段は、Ｌ１ノルム最小化基準を用いて前記元情報を復元したり、前記元情報の隣接するデータ間の差分の２乗和の合計を最小化する基準を用いて前記元情報を復元したりすることができる。

また、本発明の分散情報処理装置は、予め定められたエリア内に存在する複数の端末毎に各々異なるシード情報に基づいて、ランダムパターンを発生させる発生手段と、前記発生手段により発生させたランダムパターンに基づいて、前記エリア内に存在する複数の端末に分散して保持される同一の元情報を圧縮して圧縮情報を生成する生成手段と、前記圧縮情報及び前記シード情報を含む分散情報を送信する送信手段と、を含んで構成することができる。

また、本発明の分散情報処理装置は、予め定められたエリア内に存在する複数の端末毎に各々異なるシード情報に基づいて、ランダムパターンを発生させる第１発生手段と、前記第１発生手段により発生させたランダムパターンに基づいて、前記エリア内に存在する複数の端末に分散して保持される同一の元情報を圧縮して圧縮情報を生成する生成手段と、前記圧縮情報及び前記シード情報を含む分散情報を送信する送信手段と、前記エリア内に存在する複数の端末に分散して保持され前記分散情報を複数受信する受信手段と、前記受信手段により受信した複数の前記分散情報に含まれる複数の前記シード情報に基づいて、複数のランダムパターンを発生させる第２発生手段と、前記第２発生手段により発生させた複数のランダムパターン、及び前記受信手段により受信した複数の前記分散情報に含まれる複数の前記圧縮情報に基づいて、前記元情報を復元する復元手段と、を含んで構成することができる。

以上説明したように、本発明の分散情報処理装置によれば、端末毎のランダムパターンにより圧縮され、分散して保持された分散情報を複数受信して元情報を復元するため、誤り訂正符号のような冗長情報を付加する必要がなく、また分散配置される各分散情報に重要度の偏りがなくなるため、情報量を増加させることなく、安定した復元結果を得ることができる、という効果が得られる。

本実施の形態に係る分散情報配置システムを示す概略図である。 第１の実施の形態に係る送信側分散情報処理装置の構成を示すブロック図である。 本実施の形態における分散情報配置の原理を説明するための図である。 第１の実施の形態に係る受信側分散情報処理装置の構成を示すブロック図である。 本実施の形態における情報の分散配置及び収集の様子を示すイメージ図である。 第１の実施の形態における送信側処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 第１の実施の形態における受信側処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る受信側分散情報処理装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態における受信側処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 本実施の形態に係る分散情報処理装置の評価結果の一例を示すグラフである。 本実施の形態に係る分散情報配置システムの他の例を示す概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、本実施の形態では、本発明の分散情報処理装置を車両に搭載し、複数の分散情報処理装置の間で無線通信を行って、データを分散配置及び収集する場合を例に説明する。

図１に示すように、第１の実施の形態に係る分散情報処理装置は、予め定められたエリア内に存在する複数の通信端末に情報が分散して保持され、他の通信端末により、分散配置された複数の情報を収集して復元する分散情報配置システム１０における各通信端末を構成する。以下、情報を分散保持する通信端末を送信側分散情報処理装置２０、情報を収集及び復元する通信端末を受信側分散情報処理装置４０という。また、送信側分散情報処理装置２０と受信側分散情報処理装置４０とは、同一の通信端末として構成し、１つの通信端末が送信側分散情報処理装置２０及び受信側分散情報処理装置４０として機能するように構成することも可能であるが、以下では、送信側及び受信側の各機能を明確にするため、送信側分散情報処理装置２０と受信側分散情報処理装置４０とを、別々の通信端末として説明する。

送信側分散情報処理装置２０は、図２に示すように、自端末を搭載している車両に設けられ、かつ、自端末の位置を測定するためのＧＰＳ受信機２２と、周辺の他の分散情報処理装置２０及び４０と無線通信を行うための通信部２４と、通信部２４で受信した元情報をエリア内に存在する他の複数の送信側分散情報処理装置２０と共に分散保持する処理を実行するコンピュータ２６とを備えている。

コンピュータ２６は、送信側分散情報処理装置２０全体の制御を司るＣＰＵ、後述する送信側処理ルーチンのプログラム等を記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ、ワークエリアとしてデータを一時格納するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。このような構成の場合には、各構成要素の機能を実現するためのプログラムをＲＯＭに記憶しておき、これをＣＰＵが実行することによって、各機能が実現されるようにする。

このコンピュータ２６をハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、上記図２に示すように、座標・乱数シード変換部２８と、圧縮率決定部３０と、乱数発生部３２と、圧縮部３４と、保持部３６とを含んだ構成で表すことができる。

ここで、本実施の形態における分散情報配置の原理について説明する。

本実施の形態では、図３に示すように、特定のエリア（例えば、交差点）内に存在する複数の送信側分散情報処理装置２０において、送信側分散情報処理装置２０毎に各々異なるランダムパターンにより同一の元情報を圧縮した圧縮情報及び圧縮に用いたシード情報を含む分散情報を保持する。受信側分散情報処理装置４０では、この分散情報を複数収集することで、元情報を復元する。

このように、ランダムパターンを使って元情報を圧縮することにより、誤り訂正符号のような冗長情報を付加する必要がなく、情報量の増加を抑制できる。また、ＤＣＴやウェーブレット変換等のような固定基底を用いた圧縮に比べて、分散配置される各圧縮情報に重要度の偏りがなくなる。このため、エリア内のどの送信側分散情報処理装置２０から分散情報（元情報の断片）を収集してもよく、通信エラーなどによりいずれかの送信側分散情報処理装置２０から分散情報を収集できなくても、一定の情報量が収集できれば、元情報の復元が可能である。元情報の復元のために必要な情報量は、元情報の情報量以上を必要とせず、一定の精度での復元が可能な情報量であればよいため、安定した復元を行うことができる。

そこで、本実施の形態では、エリア内の複数の送信側分散情報処理装置２０毎に各々異なるランダムパターンで元情報を圧縮するために、座標・乱数シード変換部２８及び乱数発生部３２において、自端末固有のランダムパターンを示す乱数列を発生させる。以下、各部について詳述する。

座標・乱数シード変換部２８は、自端末固有のランダムパターンを示す乱数列を発生させるために、ＧＰＳ受信機２２で測定された自端末の位置座標を取得し、この位置座標を後述する乱数発生部３２で乱数列を発生させる際の初期値である乱数シード（シード情報）に変換する。

圧縮率決定部３０は、エリア内に存在する送信側分散情報処理装置２０数（以下、「周辺端末数」という）に応じて、元情報を圧縮する際の圧縮率を決定する。エリア内に存在する周辺端末数が多ければ分散配置される分散情報の数も多くなり、周辺端末数が少なければ分散情報の数も少なくなる。分散情報数が多い場合には、受信側分散情報処理装置４０において多くの分散情報を収集可能であるため、１つの分散情報の情報量を小さくすることができる。すなわち、１つの分散情報に含まれる圧縮情報の圧縮率を高くすることができる。一方、分散情報数が少ない場合には、１つの分散情報に含まれる圧縮情報の圧縮率をあまり高くすることができない。従って、圧縮率決定部３０では、周辺端末数が多くなるほど高くなるように圧縮率を決定する。

また、圧縮率決定部３０は、通信部２４を介して周辺端末から取得した情報に基づいて、周辺端末数を認識する。例えば、エリア内の周辺端末間で、１フレームを複数のスロットで時分割してスロット単位で通信を行うＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式の通信を行っている場合には、１フレーム間においてデータを受信したスロット数を周辺端末数として認識することができる。また、自車両の周辺画像を撮像する撮像装置を設け、この撮像装置により撮像された画像に基づいて、周辺端末数を認識するようにしてもよい。

乱数発生部３２は、予め定めた乱数発生器に座標・乱数シード変換部２８で変換された乱数シードを初期値として入力し、圧縮率決定部３０で決定された圧縮率に応じた長さの乱数列を発生させる。

圧縮部３４は、通信部２４を介して取得した元情報に、乱数発生部３２で発生された乱数列を掛け合わせて圧縮情報を生成する。

保持部３６には、圧縮部３４で生成された圧縮情報が、乱数シード及び圧縮率と共に、分散情報として保持される。保持部３６に保持された分散情報は、所定のタイミングで、通信部２４を介してエリア内の受信側分散情報処理装置４０へ送信される。

図４に示すように、受信側分散情報処理装置４０は、周辺の他の分散情報処理装置２０及び４０と無線通信を行うための通信部４２と、エリア内に存在する送信側分散情報処理装置２０から通信部４２を介して受信した複数の分散情報に基づいて、元情報を復元する処理を実行するコンピュータ４４とを備えている。

コンピュータ４４は、受信側分散情報処理装置４０全体の制御を司るＣＰＵ、後述する受信側処理ルーチンのプログラム等を記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ、ワークエリアとしてデータを一時格納するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。このような構成の場合には、各構成要素の機能を実現するためのプログラムをＲＯＭに記憶しておき、これをＣＰＵが実行することによって、各機能が実現されるようにする。

このコンピュータ４４をハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、上記図４に示すように、圧縮情報記憶部４６と、乱数発生部４８と、乱数列記憶部５０と、復元部５２とを含んだ構成で表すことができる。

圧縮情報記憶部４６には、通信部４２を介して受信される複数の分散情報から分離された圧縮情報が順次記憶される。

乱数発生部４８は、通信部４２を介して受信される複数の分散情報から分離された乱数シード及び圧縮率に基づいて、乱数列を発生させる。具体的には、受信した分散情報毎に、送信側分散情報処理装置２０の乱数発生部３２と同一の乱数発生器に、受信した分散情報に含まれる乱数シードを初期値として入力し、受信した分散情報に含まれる圧縮率に応じた長さの乱数列を発生させる。すなわち、送信側分散情報処理装置２０で元情報を圧縮する際に使用した乱数列と同一の乱数列を発生させる。発生させた乱数列は、乱数列記憶部５０に順次記憶される。

復元部５２は、受信した複数の分散情報について、乱数発生部４８により乱数列が発生され終わると、圧縮情報記憶部４６に記憶された複数の圧縮情報と、乱数列記憶部５０に記憶された複数の乱数列とに基づいて、元情報を復元する。圧縮情報は、元情報に送信側分散情報処理装置２０毎に発生させた乱数列を掛け合わせたものである。そこで、復元部５２では、圧縮情報記憶部４６に記憶された複数の圧縮情報を表す観測ベクトルをｙ、乱数列記憶部５０に記憶された複数の乱数列を表す圧縮行列をＰ、及び元情報を表す未知ベクトルをａとして、下記（１）式の連立方程式を解くことにより、元情報を復元する。

ｙ＝Ｐａ （１）

（１）式の連立方程式を解くには、一般に未知数以上の観測数が必要になるため、未知数以上のデータ数を取得する必要がある。しかし、本実施の形態で取り扱う情報は、圧縮センシングの問題設定等に見られる、解の大半が０となるという条件を有しているため、観測数＜未知数であっても、圧縮センシングにおいて用いられる解法を適用することで、精度良く未知ベクトルａを推定することができる。大半が０となる解を求めるための基準として、Ｌ１ノルム最小化基準やＴＶＭ（Ｔｏｔａｌ ｖａｒｉａｎｃｅ ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ）がある。復元部５２では、このような基準を満たす解を求め、元情報を復元する。

ここで、要素の大半が０になるようなスパースなベクトルｘを用いると、ａ＝Ｚｘとして、（１）式は下記（２）式のように変換することができる。

ｙ＝Ｐａ＝ＰＺｘ＝Ａｘ （２）

観測数＜未知数の場合において、（２）式におけるベクトルｘの非ゼロの要素の値及び位置を求めることを、圧縮センシングの問題設定とする。

Ｌ１ノルム最小化基準は、（２）式を拘束条件として、下記（３）式のように基底変換を行ったときのその係数の絶対値の総和を最小化するための基準である。これは一般的な線形計画法の解法を適用して求めることが可能である。本基準では、画像に限らず、変換基底の大半が０になるものであれば、高確率で所望の解を得ることができる。

ＴＶＭは、情報の変化量を対象として、その変化量の２乗の合計値を最小にする基準であり、２次錐計画問題を解くための解法を適用することで、基準を満たす解を得ることができる。本基準は、例えば、画像において隣り合うピクセルの変化量の総和を求めることと一致し、隣り合うピクセル間で画素値の大きな変化が少ないという画像の特徴を利用した再構成基準であり、主に画像の復元を目的とした基準であり、高周波成分を多く含む情報に対しては適用が困難となる。

次に、第１の実施の形態に係る送信側分散情報処理装置２０及び受信側分散情報処理装置４０の作用について説明する。まず、図５左図に示すように、本分散情報配置システム１０の対象エリア外を走行中の車両Ａにおいて、車両Ａに搭載された撮像装置により前方画像を撮像する。撮像される画像は、例えば工事や事故などの情報を示すものであり、これが元情報となる。この元情報は、車両Ａの対向車である車両Ｂに転送される。車両Ｂが対象エリア内（図５右図）に入ると、エリア内に存在する周辺車両に搭載された送信側分散情報処理装置２０に元情報が転送される。同図では、車両Ｂの走行軌跡（図中一点破線矢印）の各点（図中黒点）において、元情報が周辺の送信側分散情報処理装置２０に転送（図中点線矢印）されている様子を示している。なお、車両Ｂから各送信側分散情報処理装置２０へ元情報を転送する際は、元情報をそのまま転送してもよいし、元情報を符号化してから転送してもよい。車両Ｂから各送信側分散情報処理装置２０へ元情報が転送されると、各送信側分散情報処理装置２０において、図６に示す送信側処理ルーチンが実行される。

ステップ１００で、通信部２４を介して元情報を受信すると、次に、ステップ１０２で、ＧＰＳ受信機２２で測定された自端末の位置座標を取得し、この位置座標を乱数シードに変換する。次に、ステップ１０４で、通信部２４を介して取得した情報などを元にして、エリア内の周辺端末数を認識し、周辺端末数に応じて、元情報を圧縮する際の圧縮率を決定する。

次に、ステップ１０６で、予め定めた乱数発生器に上記ステップ１０２で変換した乱数シードを初期値として入力し、上記ステップ１０４で決定した圧縮率に応じた長さの乱数列を発生させる。次に、ステップ１０８で、上記ステップ１００で取得した元情報に、上記ステップ１０６で発生させた乱数列を掛け合わせて圧縮情報を生成する。

次に、ステップ１１０で、上記ステップ１０８で生成した圧縮情報、上記ステップ１０２で変換した乱数シード、及び上記ステップ１０４で決定した圧縮率を分散情報として、保持部３６に保持する。

次に、ステップ１１２で、分散情報を受信側分散情報処理装置４０へ送信するタイミングか否かを判定する。送信のタイミングは、例えば、所定間隔毎に送信するようにしてもよいし、受信側分散情報処理装置４０からの送信要求を受信した際に送信するようにしてもよい。送信タイミングではないと判定された場合には、送信タイミングとなるまで本ステップの判定を繰り返し、送信タイミングであると判定された場合には、ステップ１１４へ移行し、保持部３６に保持した分散情報を、受信側分散情報処理装置４０へ送信して、送信側処理を終了する。

上記の送信側処理が、エリア内の複数の送信側分散情報処理装置２０において実行されることにより、同一の元情報（車両Ａで撮像された前方画像）がエリア内に分散配置されることになる。

次に、受信側分散情報処理装置４０を搭載した車両がエリア内に入ると、各受信側分散情報処理装置４０において、図７に示す受信側処理ルーチンが実行される。

ステップ１２０で、エリア内において収集する分散情報の数Ｍを設定する。収集数Ｍは、予め定めた数を設定してもよいし、エリアの種別（都市部か郊外か）やエリア内の周辺端末数、自車両の走行速度等に応じて設定してもよい。

次に、ステップ１２２で、分散情報の収集数をカウントするための変数ｉに０をセットし、次に、ステップ１２４で、ｉを１インクリメントする。次に、ステップ１２６で、通信部４２を介してｉ個目の分散情報を受信する。図５右図において、受信側分散情報処理装置４０を搭載した車両の走行軌跡（図中二点破線矢印）の各点（図中黒点）において、分散情報が受信側分散情報処理装置４０に転送（図中実線矢印）されている様子を示している。受信した分散情報を、圧縮情報と乱数シード及び圧縮率とに分離し、ステップ１２８で、分離した圧縮情報を圧縮情報記憶部４６に記憶する。

次に、ステップ１３０で、上記ステップ１０６で使用したのと同一の乱数発生器に、上記ステップ１２６で分離した乱数シードを初期値として入力し、分離した圧縮率に応じた長さの乱数列を発生させる。発生させた乱数列は、乱数列記憶部５０に記憶する。

次に、ステップ１３２で、ｉがＭ以上となったか否かを判定することにより、設定した収集数分の分散情報を収集したか否かを判定する。ｉ＜Ｍの場合には、ステップ１２４へ戻り、ステップ１２４〜１３０の処理を繰り返す。ｉ≧Ｍとなった場合には、ステップ１３４へ移行し、圧縮情報記憶部４６に記憶されたＭ個の圧縮情報と、乱数列記憶部５０に記憶されたＭ個の乱数列とに基づいて、元情報を復元し、次に、ステップ１３６で、復元結果を図示しない表示装置等に表示して、受信側処理を終了する。

以上説明したように、第１の実施の形態の分散情報処理装置によれば、エリア内に存在する通信端末（送信側分散情報処理装置）毎に各々異なる乱数シードに基づいて発生された乱数列に基づいて同一の元情報を圧縮して分散保持しておき、この分散保持された情報を複数収集して元情報を復元する。これにより、誤り訂正符号のような冗長情報を付加する必要がなく、情報量の増加を抑制でき、また、乱数列（ランダムパターン）を用いて元情報を圧縮することにより、分散配置される各分散情報に重要度の偏りがなくなるため、一定の精度での復元が可能な情報量が収集できれば、エリア内のどの通信端末から分散情報を収集してもよく、安定した復元を行うことができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、受信側分散情報処理装置が第１の実施の形態と異なるだけであるため、受信側分散情報処理装置について説明する。なお、第１の実施の形態の受信側分散情報処理装置４０と同一の部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図８に示すように、第２の実施の形態に係る受信側分散情報処理装置２４０は、通信部４２と、コンピュータ２４４とを備えている。

コンピュータ２４４は、受信側分散情報処理装置２４０全体の制御を司るＣＰＵ、後述する受信側処理ルーチンのプログラム等を記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ、ワークエリアとしてデータを一時格納するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。このような構成の場合には、各構成要素の機能を実現するためのプログラムをＲＯＭに記憶しておき、これをＣＰＵが実行することによって、各機能が実現されるようにする。

このコンピュータ２４４をハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、上記図８に示すように、乱数発生部４８と、復元部２５２と、復元結果記憶部５４と、復元結果判定部５６とを含んだ構成で表すことができる。

復元部２５２は、通信部４２を介して受信した１つの分散情報から分離された圧縮情報、及び乱数発生部４８で発生された乱数列と、これまでに受信した分散情報から得られた復元結果とに基づいて、逐次的に復元結果を更新することにより元情報を復元する。

復元結果記憶部５４には、復元部２５２で更新された復元結果が記憶される。

復元結果判定部５６は、更新された復元結果の性能が十分か否かを判定する。判定方法は、例えば、更新回数が所定回数以上に達している場合や、復元時の未知パラメータの中でその値がある定めた閾値よりも大きいものについて、更新による値の変化が小さいと判断された場合には性能が十分であると判定することができる。また、元情報が画像の場合には、復元結果が示す画像の画素値の分散等を用いて性能を判定するようにしてもよい。更新された復元結果の性能が十分であると判定した場合には、復元結果記憶部５４に記憶された復元結果を最終的な復元結果として出力する。一方、復元結果の性能が不十分であると判定された場合には、新たな分散情報を受信して、再度復元結果を更新するように制御する。

次に、図９を参照して、第２の実施の形態に係る受信側分散情報処理装置２４０において実行される受信側処理ルーチンについて説明する。なお、第１の実施の形態の受信側処理ルーチンと同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

ステップ１２２で、変数ｉに０をセットし、次に、ステップ１２４で、ｉを１インクリメントする。次に、ステップ１２６で、通信部４２を介してｉ個目の分散情報を受信し、圧縮情報と乱数シード及び圧縮率とに分離する。

次に、ステップ２２０で、上記ステップ１０６で使用したのと同一の乱数発生器に、上記ステップ１２６で分離した乱数シードを初期値として入力し、分離した圧縮率に応じた長さの１つの乱数列を発生させる。

次に、ステップ２２２で、上記ステップ１２６で分離されたｉ個目の圧縮情報、及び上記ステップ２２０で発生されたｉ個目の乱数列と、復元結果記憶部５４に記憶された復元結果とに基づいて復元結果を更新し、更新した復元結果を復元結果記憶部５４に記憶する。

次に、ステップ２２４で、上記ステップ２２２で復元結果記憶部５４に記憶された復元結果の性能が十分か否かを判定する。復元結果の性能が不十分な場合には、ステップ２２６へ移行し、エリア内に分散配置された分散情報のうち、未受信の分散情報が存在するか否かを判定する。未受信の分散情報が存在する場合には、ステップ１２４へ移行して、ステップ１２４〜２２４の処理を繰り返す。

上記ステップ２２４で、復元結果の性能が十分であると判定された場合、または上記ステップ２２６で、エリア内に未受信の分散情報が存在しないと判定された場合には、ステップ１３６へ移行し、復元結果記憶部５４に記憶された復元結果を最終的な復元結果として図示しない表示装置等に表示して、受信側処理を終了する。

以上説明したように、第２の実施の形態の分散情報処理装置によれば、第１の実施の形態の分散情報処理装置と同様に、情報量を増加させることなく、安定した復元結果を得ることができる。また、復元結果の性能が十分と判定されるまで、分散情報を１つずつ受信して復元結果を逐次更新していくため、必要以上の分散情報を受信する必要がなく、処理負荷の軽減を図ることができる。

ここで、図１０に、本実施の形態の分散情報処理装置の評価結果の一例を示す。ここでは、元情報を画像情報とし、性能の評価として、元情報（原画像）と復元結果（復元画像）との平均二乗誤差（Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ：ＭＳＥ）を用いた。図１０では、横軸に試行回数、縦軸にＭＳＥをとり、また、比較対象の従来例として、ＤＣＴを用いた分散情報配置システムによる評価結果も示している。図１０に示すように、従来例では、複数箇所において大幅な特性劣化が見られるが、本実施の形態の分散情報処理装置では、全体的に特性劣化が小さく、安定した復元結果が得られていることがわかる。

なお、上記実施の形態では、車両に搭載される分散情報処理装置について説明したが、本発明の分散情報処理装置は、図１１に示すように、エリア内に固定配置される通信端末として構成してもよいし、携帯電話等の移動通信端末として構成してもよい。

また、上記実施の形態では、送信側分散情報処理装置毎に異なるランダムパターン（乱数列）を発生させるために、自端末の位置座標をシード情報（乱数シード）として用いる場合について説明したが、自端末固有の識別情報をシード情報として用いるようにしてもよい。

また、上記では、プログラムが予め装置にインストールされている実施の形態として説明したが、当該プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して提供することも可能である。また、本発明の分散情報処理装置を、上記処理を実現するための半導体集積回路等のハードウエアにより構成してもよい。

１０ 分散情報配置システム
２０ 送信側分散情報処理装置
２２ ＧＰＳ受信機
２４ 通信部（送信側）
２６ コンピュータ（送信側）
２８ 座標・乱数シード変換部
３０ 圧縮率決定部
３２ 乱数発生部（送信側）
３４ 圧縮部
３６ 保持部
４０、２４０ 受信側分散情報処理装置
４２ 通信部（受信側）
４４、２４４ コンピュータ（受信側）
４６ 圧縮情報記憶部
４８ 乱数発生部（受信側）
５０ 乱数列記憶部
５２、２５２ 復元部
５４ 復元結果記憶部
５６ 復元結果判定部

Claims (13)

1. 予め定められたエリア内に存在する複数の端末に分散して保持された情報であって、かつ前記複数の端末毎に各々異なるランダムパターンにより同一の元情報を圧縮した圧縮情報、及び前記端末毎のランダムパターンを発生させるためのシード情報を含む分散情報を複数受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信した複数の前記分散情報に含まれる複数の前記シード情報に基づいて、複数のランダムパターンを発生させる発生手段と、
   前記発生手段により発生させた複数のランダムパターン、及び前記受信手段により受信した複数の前記分散情報に含まれる複数の前記圧縮情報に基づいて、前記元情報を復元する復元手段と、
   を含む分散情報処理装置。
2. 前記発生手段を、前記シード情報を初期値として前記ランダムパターンを示す乱数列を発生させる乱数発生器とした請求項１記載の分散情報処理装置。
3. 前記シード情報を、前記分散情報を保持する端末各々を識別する識別情報、または前記分散情報を保持する端末各々の位置情報とした請求項１または請求項２記載の分散情報処理装置。
4. 前記復元手段は、受信した複数の前記分散情報の合計情報量が前記元情報の情報量よりも小さくなる数の前記分散情報に基づいて、前記元情報を復元する請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の分散情報処理装置。
5. 前記圧縮情報は、前記エリア内の端末数に応じた圧縮率で圧縮され、前記分散情報は前記圧縮率を含む請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の分散情報処理装置。
6. 前記復元手段は、１つの前記分散情報と、前記同一の元情報に関する過去の復元結果とに基づいて、逐次的に復元結果を更新することにより前記元情報を復元する請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の分散情報処理装置。
7. 前記元情報を、画像情報または動画像情報とした請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の分散情報処理装置。
8. 移動体に搭載される端末、または移動端末として構成される請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の分散情報処理装置。
9. 前記受信手段は、無線通信により前記分散情報を受信する請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の分散情報処理装置。
10. 前記復元手段は、Ｌ１ノルム最小化基準を用いて前記元情報を復元する請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の分散情報処理装置。
11. 前記復元手段は、前記元情報の隣接するデータ間の差分の２乗和の合計を最小化する基準を用いて前記元情報を復元する請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の分散情報処理装置。
12. 予め定められたエリア内に存在する複数の端末毎に各々異なるシード情報に基づいて、ランダムパターンを発生させる発生手段と、
    前記発生手段により発生させたランダムパターンに基づいて、前記エリア内に存在する複数の端末に分散して保持される同一の元情報を圧縮して圧縮情報を生成する生成手段と、
    前記圧縮情報及び前記シード情報を含む分散情報を送信する送信手段と、
    を含む分散情報処理装置。
13. 予め定められたエリア内に存在する複数の端末毎に各々異なるシード情報に基づいて、ランダムパターンを発生させる第１発生手段と、
    前記第１発生手段により発生させたランダムパターンに基づいて、前記エリア内に存在する複数の端末に分散して保持される同一の元情報を圧縮して圧縮情報を生成する生成手段と、
    前記圧縮情報及び前記シード情報を含む分散情報を送信する送信手段と、
    前記エリア内に存在する複数の端末に分散して保持され前記分散情報を複数受信する受信手段と、
    前記受信手段により受信した複数の前記分散情報に含まれる複数の前記シード情報に基づいて、複数のランダムパターンを発生させる第２発生手段と、
    前記第２発生手段により発生させた複数のランダムパターン、及び前記受信手段により受信した複数の前記分散情報に含まれる複数の前記圧縮情報に基づいて、前記元情報を復元する復元手段と、
    を含む分散情報処理装置。