共同研究・競争的資金等の研究課題

• 細分化深層学習による到来方向推定と実測検証
  科学研究費助成事業
  2023年04月01日 - 2027年03月31日
  大鐘 武雄, 筒井 弘, 西村 寿彦
  各到来波数に対応した特化型DNNの設計を図ることが大きな目標であった．そのため，まず3波到来環境に適したDNNを構築した．さらに，SN比に応じて訓練したSNR特化型DNNで推定すると特性が向上することから，あるSNRと推定波数における特化型DNNの構築を図った．次に，これを用いて，2波到来環境と3波到来環境に対応可能なシステムを構築するため，到来波数を推定するDNNとSNRを推定するDNNとを用意し，これらの推定結果を基に，最適な特化型DNNを選択する手法を採用した．その結果，2波到来環境で約95%以上に，3波到来環境においても約85%の成功率を達成できた．しかし，低SNR環境や，3波到来環境の成功率はまだ不十分であることも明らかとなった．
  低SNR環境での問題は，データに含まれる雑音が無駄な入力となっているということである．そこで，入力データに対して主成分分析を行い，SNRに応じて入力次元を削減することを新たに提案した．その結果，SNR=0dBの環境において，推定成功率を約10%から60%以上に改善することができた．
  3波到来環境においては，推定失敗例を解析した結果，3波が約20度以内の範囲に集中している場合に推定誤りが多く発生していることがわかった．そこで，3波が約20度以内の範囲に集中している場合を想定した近接波特化型DNNを構築し，通常の特化型DNNでの推定結果において3波が約20度以内の範囲に集中している場合には，前記の近接波用DNNを再度適用し直すことを行なった．これにより，推定成功率を約99%に向上することができた．
  実測用USRPに関しては，Lora変調を用いて通信実験を行うことができた．
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23K26101
• 細分化深層学習による到来方向推定と実測検証
  科学研究費助成事業
  2023年04月01日 - 2027年03月31日
  大鐘 武雄, 筒井 弘, 西村 寿彦
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23H01406
• IoT向け超低消費電力センサノードのための適応制御技術
  科学研究費助成事業
  2023年04月01日 - 2026年03月31日
  筒井 弘
  日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 23K11026
• 極低消費電力型マルチメディアIoTシステムの研究開発　　　　　　　　　　　　　　　
  戦略的情報通信研究開発推進事業（SCOPE）先進的電波有効利用型
  2020年04月 - 2021年03月
  筒井 弘
  総務省, 北海道大学, 研究代表者
• 電子ホログラフィを用いた３ＤストレスフリーなＨＭＤの開発
  科学研究費助成事業 基盤研究(B)
  2016年04月01日 - 2020年03月31日
  坂本 雄児, 似内 映之, 筒井 弘, 山ノ井 高洋, 山口 一弘, 奥山 文雄
  本研究によって、世界最小、最軽量の電子ホログラフィ技術を用いたHead-mounted display (ホロHMD)の開発に成功した。また、高速計算法およびデータ圧縮法の研究により、現在のハードウェア技術レベルにおいても、リアルタイム計算、および通信可能な手法を提案した。これらの研究により、ホロHMDがシステムとして実用になりうることを示した。一方、スペックルによる画質劣化が大きいことが問題として残ったが、アルゴリズムによる抑圧法を検討し、その可能性を示した。生理的反応の測定に関しては、今後とも検討が必要である。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 16H02852
• 極低消費電力型マルチメディアIoTシステムの研究開発　　　　　　　　　　　　　　　
  戦略的情報通信研究開発推進事業（SCOPE）先進的電波有効利用型
  2018年03月 - 2020年03月
  宮永 喜一, 筒井 弘
  総務省, 北海道大学, 研究分担者
• 戦略的情報通信研究開発推進事業（SCOPE）先進的電波有効利用型
  2018年04月 - 2019年03月
  岡田 健一, 堀 真一, 大島 直樹, 筒井 弘
  総務省, 北海道大学, 研究分担者
• 補間技術を用いた適応的高品位映像撮像技術に関する研究
  科学研究費助成事業 若手研究(B)
  2014年04月01日 - 2017年03月31日
  筒井 弘
  近年の撮像デバイスでは(1)高解像度・通常フレームレート(2)低解像度・高フレームレート，といった撮影モードをユーザが設定できるようになっている．このような2種類の動画像が利用可能である場合を想定し，それらから高品位映像(高解像度・高フレームレート)をフレーム補間により生成する手法を提案し，従来のフレーム補間より効率的に高品位映像を生成可能であることを示した．また，映像中の動きの有無に応じた適応処理を考え，縮小画像を用いた高速な動領域検出法を提案した．
  日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 26870009
• 大規模恒久保存基盤システムの構成方式の検討
  科学研究費補助金(基盤研究(B), 基盤研究(B))
  2011年 - 2013年
  越智 裕之, 佐藤 高史, 筒井 弘, 中村 行宏
  人類がこれまでアナログメディアで蓄積してきた書物、音楽、映像等の文化遺産のデジタル化や、増えつつあるオンラインコンテンツの散逸防止が急務であるが、既存の光ディスクや磁気ディスク等の寿命は数10年と言われている。そこで研究代表者らは、長寿命なデジタル記憶メディアとしてマスクROMに注目し、その長期信頼性を更に高めるべく、マスクROMの実装されたシリコンチップ全体を完全に絶縁層で封止し、エネルギー供給やデータの取り出しを全て非接触で行うことを考え、更に、各記憶メディアに相互通信する機構を持たせ、拡張性の高い大規模アーカイブシステムを実現することを考えた。この実現に向け、平成24年度は、(a)オンチップ非接触電源供給および(b)データ通信技術の予備評価、ならびに、(c)低電圧動作可能なマスクROMの方式検討と評価を行った。(a)オンチップ非接触電源供給技術の予備評価に関しては、通常の0.18μmCMOSプロセス上に太陽電池を実装したチップの試作及び測定を行った。CMOSプロセスで太陽電池を実装した場合、基板電位より高い電圧を効率よく取り出すことは困難であることが知られているが、それを可能とする回路方式を新たに着想し、その基本的な動作を実測により確認することができた。この技術はセンサネットワークや能動無線タグ等にも適用可能性があり、現在、特許出願を検討している。(b)オンチップ非接触データ通信技術の予備評価に関しても、実測による評価を行った。この結果、周辺回路の発熱の影響で受信回路の動作が大きく影響を受けることを示唆する有益な結果が得られた。(c)低電圧動作可能なマスクROMの方式検討と評価に関しては、単位面積当たりのビット数で優れるNAND型マスクROMについて、設計およびシミュレーションによる評価を行った。この結果、65nmプロセスで最小サイズのトランジスタを使用して実現した32bit・32wordのNAND型マスクROMが電源電圧0.7V程度までは正常に動作し得ることを確認した。
  文部科学省, 基盤研究(B), 基盤研究(B), 京都大学, 連携研究者, 競争的資金, 23300015
• モンテカルロ法にもとづくタイミング解析高速化の研究
  科学研究費補助金(基盤研究(B), 基盤研究(B))
  2010年 - 2012年
  佐藤 高史, 越智 裕之, 筒井 弘
  今年度は昨年度に引き続き、モンテカルロ法による統計的タイミング解析を高速化するための並列計算アルゴリズムの検討、および、時間的にパラメータが変動するばらつきモデルについての基礎検討を実施した。1)タイミング解析アルゴリズムに関しては、昨年度検討した回路の最遅到着時間の伝搬をFPGA上にタイミンググラフの構造通りに実現する方法、を発展させ、汎用のタイミング計算専用演算器を定義し、これがメモリに数値を読み書きするプロセッサ型の実装方法を提案した。この実装では、モンテカルロ試行レベルでの並列化を実現できる。従来法に存在していた回路規模の制約を無くし、大規模回路にも効率よく適用できる見通しを得ている。また、回路が変わる度に実行する必要があったFPGAへのマッピング処理を不要とし、実質的な解析時間を低減した。同時に、良質な乱数を多数同時に出力可能な乱数生成器をFPGA上に実現することで、従来手法と遜色の無いスループットが得られることを確認した。2)トランジスタの特性ばらつきは、チップ内の信号伝搬遅延時間に多大な影響を与える。近年になって、特にトランジスタのしきい値が回路の動作中、経時的に変動するNBTIやRTN等の現象がタイミングに与える影響が大きくなってきている。これらの影響をタイミング解析にフィードバックするため、チップ試作により特に時間的な変動に関するデータを取得した。チャネル面積の小さいトランジスタでは、全トランジスタの経時変化量やその速度が同一でなく、これらもトランジスタごとに異なっていることを実験的に明らかとした。さらに今後、ばらつきの影響が特に大きいと考えられる低電圧での回路動作と関連したタイミング解析についてもチップ試作を通じて検討を実施する。
  文部科学省, 基盤研究(B), 基盤研究(B), 京都大学, 連携研究者, 競争的資金, 22360143
• スケーラブル動画像符号化の組込み向け実装法に関する研究
  科学研究費助成事業
  2002年 - 2004年
  筒井 弘
  本研究の目的は,スケーラブル動画像符号化の組込み機器への効率的な実装手法の提案である.前年度までに於て,JPEG2000スケーラブル符号化/復号化を対象として,様々なシステム要求に対して最適な実装を容易かつ効率的に実現可能とするスケーラブルなデザインフレームワークの実現を目標とし,検討および実装/評価を行っている.本年度は,これまでに実装を行ったソフトウェアならびにハードウェア処理モジュールを組合せ,フレームワークの全体の構築を行い,「組込み向けJPEG2000符号化方式の実装法」と題した博士論文にまとめた.提案デザインフレームワークでは,アプリケーションの要求や設計時の制約条件に応じて,共通モジュールを選択的に利用することによって,最適なJPEG2000復号器/復号器/コーデックの実装を得ることができる.
  さらに,JPEG2000で各フレームを圧縮する動画像符号化方式であるMotion JPEG2000に関して,組込み機器での利用が見込まれる,低ビットレート符号化時における主観画質の向上手法を提案した.提案手法ではJPEG2000の持つ特長と人間の視覚特性を利用して,Motion JPEG2000の主観的画質を向上させる.JPEG2000は変換に離散ウェーブレット変換(DWT)を用いているために,符号化の過程で画像内の位置に応じて符号量の割り当てを制御することが容易となっている.人間の視覚特性は刺激の空間周波数,時間周波数に依存して特性が変化し,周波数が高いほど感度が低下する.提案する手法は,人間の視覚特性を利用して,時間周波数,空間周波数が高い領域に割り当てる符号量を減らし,それ以外の領域に割り当てる符号量を増やす.その結果,動画像全体の主観的画質を向上させることに成功した.
  日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 京都大学, 02J02016