VoIP通信におけるパケット損失隠蔽を行う低消費電力LSIの開発

• Project/Area Number: 17760269
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 浅井 哲也 Hokkaido University, 大学院・情報科学研究科, 准教授 (00312380)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2007: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2006: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2005: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: 集積回路 / VoIP / ステガノグラフィ / 生物模倣 / 低消費電力 / アナログ集積回路 / ニューラルネットワーク / ピッチ波形複製 / 極低消費電力 / LSI / Neural Networks / Subthreshold MOS FET / Synchronization

Research Abstract

VolP(Voice over IP)による安価なIP電話サービスは、近年急速に普及が進んでおり、中でも「VolP携帯電話」はユビキタスの普及に貢献する立役者として期待されている。しかし、VolPでは本来リアルタイム通信に不向きなベストエフォート型のIPネットワークにより音声通話を実現するため、通話品質の低下を招きやすい。この通話品質の低下を小さく抑えるためには、モバイル端末の送・受信側で高度なエラー隠蔽処理を施す必要がある。従来の携帯電話と比較して、内蔵マイコン(ディジタル回路)の計算量の多いVolP携帯電話では、エラー隠蔽処理による消費電力の増加(=バッテリー駆動時間の短縮)が大きな問題となる。そこで本研究は、VoIP携帯電話に組み込み可能なエラー隠蔽処理を行う低消費電力LSIの開発を目的とした。エラー隠蔽のアルゴリズムとして、ピッチ波形複製法に基づくステガノグラフィを用いた方法を採用した。これを実行するために、一般的なアナデジ回路と比較して消費電力が低い「サブスレッショルドMOSデバイス」による集積回路を開発した。また、主構成回路にニューラルネットを用いることで、サブスレッショルドMOSデバイスの素子特性のバラツキを吸収しながら、ピッチ波形複製に必要な演算を並列に実行する回路を開発した。

Research Products

• [Journal Article] Neuromorphic CMOS circuits implementing a novel neural segmentation model based on symmetric STDP learning (2007)
  • Author(s): Fukuda E. S., Tovar G. M., Asai T., Hirose T., and Amemiya Y.
  • Journal Title: Journal of Signal Processing 11 Pages: 439-444
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A subthreshold CMOS circuit for a piecewise linear neuromorphic oscillator with current-mode low-pass filters (2007)
  • Author(s): Nakada K., Asai T., Hirose T., Hayashi H., and Amemiya Y.
  • Journal Title: Neurocomputing 71 Pages: 3-12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An inhibitory neural-network circuit exhibiting noise shaping with subthreshold MOS neuron circuits (2007)
  • Author(s): Utagawa A., Asai T., Hirose T., and Amemiya Y.
  • Journal Title: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer E90-A Pages: 2108-2115
  • NAID: 110007540880
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analog VLSI implementation of resonate-and-fire neuron (2006)
  • Author(s): Nakada K., Asai T., Hayashi H.
  • Journal Title: International Journal of Neural Systems 16・6 Pages: 445-456
• [Journal Article] Neuromorphic MOS circuits exhibiting precisely-timed synchronization with silicon spiking neurons and depressing synapses (2006)
  • Author(s): Tovar G.M., Hirose T., Asai T., Amemiya Y.
  • Journal Title: Journal of Signal Processing 10・6 Pages: 391-397
• [Journal Article] Power-supply circuits for ultralow-power subthreshold MOS-LSIs (2006)
  • Author(s): Hirose T., Asai T., Amemiya Y.
  • Journal Title: IEICE Electronics Express 3・22 Pages: 464-468
  • NAID: 130000088323
• [Journal Article] 弱反転MOSFET用いた温度検出スイッチ回路 (2006)
  • Author(s): 萩原 淳史, 廣瀬 哲也, 浅井 哲也, 雨宮 好仁
  • Journal Title: 電子情報通信学会論文誌C J89C・10 Pages: 654-656
• [Journal Article] Design methodologies for compact logic circuits based on collision-based computing (2006)
  • Author(s): Yamada K., Motoike I.N., Asai T., Amemiya Y.
  • Journal Title: IEICE Electronics Express 3・13 Pages: 292-298
  • NAID: 130000088259
• [Journal Article] Spiking neuron devices consisting of single-flux-quantum circuits (2006)
  • Author(s): Hirose T., Asai T., Amemiya Y.
  • Journal Title: Physica C 445-448 Pages: 1020-1023
  • NAID: 120000964742
• [Journal Article] A CMOS watchdog sensor for certifying the quality of various perishables with a wider activation energy (2006)
  • Author(s): Ueno K., Hirose T., Asai T., Amemiya Y.
  • Journal Title: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer E89A・4 Pages: 902-907
  • NAID: 110007502790
• [Journal Article] A subthreshold analog MOS circuit for Lotka-Volterra chaotic oscillator (2006)
  • Author(s): Asai T., Kamiya T., Hirose T., Amemiya Y.
  • Journal Title: International Journal of Bifurcation and Chaos 16・1 Pages: 207-212
• [Journal Article] Neuronal synchrony detection on signle-electron neural network (2006)
  • Author(s): Oya T., Asai T., Kagaya R., Hirose T., Amemiya Y.
  • Journal Title: Chaos, Solitons ＆ Fractals 27・4 Pages: 887-894
• [Journal Article] A subthreshold analog MOS circuit for Lotka-Volterra chaotic oscillator (2006)
  • Author(s): Asai T., Kamiya T., Hirose T., Amemiya Y.
  • Journal Title: International Journal of Bifurcation and Chaos 16・2 Pages: 207-212
• [Journal Article] Neuronal synchrony detection on signle-electron neural network (2006)
  • Author(s): Oya T., Asai T., Kagaya R., Hirose T., Amemiya Y.
  • Journal Title: Chaos, Solitons & Fractals 27・4 Pages: 887-894
• [Journal Article] しま・斑点画像パターンの修復を行う反応拡散モデルをそのLSI化 (2005)
  • Author(s): 鈴木 洋平, 高山 貴裕, 元池 N.育子, 浅井 哲也
  • Journal Title: 電子情報通信学会論文誌A J87-A・11 Pages: 1272-1281
• [Journal Article] Silicon implementation of a chemical reaction-diffusion processor for computation of Voronoi diagram (2005)
  • Author(s): Asai T., De Lacy Costello B., Adamatzky A.
  • Journal Title: International Journal of Bifurcation and Chaos 15・10 Pages: 3307-3320
• [Journal Article] A digital vision chip for early feature extraction with rotated template-matching cellular automata (2005)
  • Author(s): Ikebe M., Asai T.
  • Journal Title: Journal of Robotics and Mechatronics 17・4 Pages: 372-377
• [Journal Article] Analog CMOS implementation of a locomotion controller with floating-gate devices (2005)
  • Author(s): Nakada K., Asai T., Amemiya Y.
  • Journal Title: IEEE Transactions on Circuits and Systems I 52・6 Pages: 1095-1103
• [Journal Article] Ultralow-power current reference circuit with low temperature dependence (2005)
  • Author(s): Hirose T., Matsuoka T., Taniguchi K., Asai T., Amemiya Y.
  • Journal Title: IEICE Transactions on Electronics E88-C・6 Pages: 1142-1147
  • NAID: 110003215244
• [Journal Article] A quadrilateral-object composer for binary images with reaction-diffusion cellular automata (2005)
  • Author(s): Asai T., Ikebe M., Hirose T., Amemiya Y.
  • Journal Title: International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems 20・1 Pages: 57-68
• [Journal Article] 負帰還リセットによるCMOSイメージセンサのバラツキ補償 (2005)
  • Author(s): 加賀谷 亮, 池辺 将之, 浅井 哲也, 雨宮 好仁
  • Journal Title: 映像情報メディア学会誌 59・3 Pages: 415-421
  • NAID: 110006837469
• [Journal Article] On the fault tolerance of a clustered single-electron neural network for differential enhancement (2005)
  • Author(s): Oya T., Schmid A., Asai T., Leblebici Y., Amemiya Y.
  • Journal Title: IEICE Electronics Express 2・3 Pages: 76-80
  • NAID: 130000088203
• [Journal Article] Reaction-diffusion systems consisting of single-electron circuits (2005)
  • Author(s): Oya T., Asai T., Fukui T., Amemiya Y.
  • Journal Title: International Journal of Unconventional Computing 1・2 Pages: 177-194
• [Journal Article] Analog reaction-diffusion chip imitating the Belousov-Zhabotinsky reaction with Hardware Oregonator Model (2005)
  • Author(s): Asai T., Kanazawa Y., Hirose T., Amemiya Y.
  • Journal Title: International Journal of Unconventional Computing 1・2 Pages: 123-147
• [Presentation] (invited talk) Neuromorphic VLSIs: past, present & future (2007)
  • Author(s): Asai T.
  • Organizer: 2007 Unconventional Computing
  • Place of Presentation: Bristol, U. K.
  • Year and Date: 2007-07-12
• [Book] "量子ドット反応拡散系," 自己組織化ナノマテリアル-フロントランナーに60人に聞くナノテクノロジーの新潮流, 山口 智彦, 下村 正嗣 編 (2007)
  • Author(s): 浅井 哲也
  • Publisher: フロンティア出版
• [Book] Stochastic resonance among single-electron neurons on Schottky wrap-gate devices)(Brain-Inspired IT II) (International Congress Series, vol. 1291, pp. 213-216)(Ishii K., Natsume K., Hanazawa A., Eds.,) (2006)
  • Author(s): Oya T., Asai T., Kagaya R., Kasai S., Amemiya Y.
  • Total Pages: 292
  • Publisher: Elsevier, Netherlands
• [Book] Burst synchronization in two pulse-coupled resonate-and-fire neuron circuits (Professional Practice in Artificial Intelligence, IFIP International Federation for Infornation Processing) (vol. 218, pp. 285-294) (Debenham J., Ed.,) (2006)
  • Author(s): Nakada K., Asai T., Hayashi H.
  • Total Pages: 352
  • Publisher: Springer, Boston, USA
• [Book] On digital VLSI circuits exploiting collision-based fusion gates (From Utopian to Genuine Unconventional Computers) (Teuscher C. and Adamatzky A., Eds.) (2006)
  • Author(s): Yamada K., Asai T., Motoike I.N., Amemiya Y.
  • Total Pages: 211
  • Publisher: Luniver Press, U.K.
• [Book] 高次視覚情報処理アナログ・ヂィジタル混在チップ(ニューロインフォマティクス-視覚系を中心に-)(Chapter 6.2)(甘利 俊一 監修, 臼井 支郎 編) (2006)
  • Author(s): 浅井 哲也, 雨宮 好仁
  • Total Pages: 328
  • Publisher: オーム社, 東京
• [Book] Single-flux-quantum circuits for spiking neuron devices(Brain-Inspired IT II)(International Congress Series, vol. 1291, pp. 221-224)(Ishii K., Natsume K., Hanazawa A., Eds.) (2006)
  • Author(s): Hirose T., Ueno K., Asai T., Amemiya Y.
  • Total Pages: 292
  • Publisher: Elsevier, Netherlands
• [Book] ニューロインフォマティクス--視覚系を中心に--, 高次視覚情報処理アナログ・ディジタル混在チップ,(甘利 俊一 監修, 臼井 支郎 編) (2006)
  • Author(s): 浅井 哲也, 雨宮 好仁
  • Publisher: オーム社, 東京(印刷中)
• [Book] Brain-Inspired IT 2005, International Congress Series, vol. 1291 Single-flux-quantum circuits for spiking neuron devices, (Nakagawa H., Ishii K., Miyamoto H., Eds) (2006)
  • Author(s): Hirose T., Ueno K., Asai T., Amemiya Y.
  • Publisher: Elsevier, Netherlands(印刷中)
• [Book] Brain-Inspired IT 2005, International Congress Series, vol. 1291, Stochastic resonance among single-electron neurons on Schottky wrap-gate devices,(Nakagawa H., Ishii K., Miyamoto H., Eds) (2006)
  • Author(s): Oya T., Asai T., Kagaya R., Kasai S., Amemiya Y.
  • Publisher: Elsevier, Netherlands(印刷中)
• [Book] 自己組織化ナノマテリアル---フロントランナーに60人に聞くナノテクノロジーの新潮流, 自己組織化フラクタル材料---樹状パターンを生成する量子ドット回路, (山口 智彦, 下村 正嗣 編) (2006)
  • Author(s): 浅井 哲也, 元池 N. 育子
  • Publisher: フロンティア出版, 東京(印刷中)
• [Book] 自己組織化ナノマテリアル---フロントランナーに60人に聞くナノテクノロジーの新潮流, 量子ドット反応拡散系, (山口 智彦, 下村 正嗣 編) (2006)
  • Author(s): 浅井 哲也
  • Publisher: フロンティア出版, 東京(印刷中)
• [Book] Unconventional Computing 2005: From Cellular Automata to Wetware, A single-electron reaction-diffusion device for computation of a Voronoi diagram, (Teuscher C., Adamatzky A., Eds.) (2005)
  • Author(s): Oya T., Asai T., Amemiya Y.
  • Total Pages: 176
  • Publisher: Luniver Press, U.K.
• [Book] Unconventional Computing 2005: From Cellular Automata to Wetware, Striped and spotted pattern generation on reaction-diffusion cellular automata -- theory and LSI implementation --, (Teuscher C., Adamatzky A., Eds.) (2005)
  • Author(s): Suzuki Y., Takayama T., Motoike I.N., Asai T.
  • Total Pages: 176
  • Publisher: Luniver Press, U.K.
• [Book] Reaction-Diffusion Computers (2005)
  • Author(s): Adamatzky A., De Lacy Costello B., Asai T.
  • Total Pages: 348
  • Publisher: Elsevier, UK
• [Remarks]
  • URL: http://sapiens-ei.eng.hokudai.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 基準電圧発生回路 (2007)
  • Inventor(s): 廣瀬 哲也, 浅井 哲也, 雨宮 好仁, 上野 憲一
  • Industrial Property Rights Holder: 北海道大学
  • Industrial Property Number: 2007-191106
  • Filing Date: 2007-07-23