論文の概要: Rate-Distortion-Perception Theory for Semantic Communication

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.05437v1
• Date: Sat, 9 Dec 2023 02:04:32 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-12 20:45:19.579300
• Title: Rate-Distortion-Perception Theory for Semantic Communication
• Title（参考訳）: 意味コミュニケーションのためのレートゆらぎ知覚理論
• Authors: Jingxuan Chai, Yong Xiao, Guangming Shi, and Walid Saad
• Abstract要約: シンボル歪みおよび意味知覚制約下での意味コミュニケーションの達成可能なデータレートについて検討する。 我々は、受信者が特定の歪みや知覚の制約を満たす意味情報ソースを直接推測できるケースが存在することを観察する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 73.04341519955223
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Semantic communication has attracted significant interest recently due to its capability to meet the fast growing demand on user-defined and human-oriented communication services such as holographic communications, eXtended reality (XR), and human-to-machine interactions. Unfortunately, recent study suggests that the traditional Shannon information theory, focusing mainly on delivering semantic-agnostic symbols, will not be sufficient to investigate the semantic-level perceptual quality of the recovered messages at the receiver. In this paper, we study the achievable data rate of semantic communication under the symbol distortion and semantic perception constraints. Motivated by the fact that the semantic information generally involves rich intrinsic knowledge that cannot always be directly observed by the encoder, we consider a semantic information source that can only be indirectly sensed by the encoder. Both encoder and decoder can access to various types of side information that may be closely related to the user's communication preference. We derive the achievable region that characterizes the tradeoff among the data rate, symbol distortion, and semantic perception, which is then theoretically proved to be achievable by a stochastic coding scheme. We derive a closed-form achievable rate for binary semantic information source under any given distortion and perception constraints. We observe that there exists cases that the receiver can directly infer the semantic information source satisfying certain distortion and perception constraints without requiring any data communication from the transmitter. Experimental results based on the image semantic source signal have been presented to verify our theoretical observations.
• Abstract（参考訳）: 近年、ホログラフィー通信、eXtended Reality(XR)、人間と機械の相互作用といった、ユーザ定義および人間指向のコミュニケーションサービスに対する急速な需要を満たす能力によって、セマンティックコミュニケーションは大きな関心を集めている。 残念ながら、近年の研究では、従来のシャノン情報理論は、主に意味不明なシンボルを提供することに焦点を当てており、受信側で回収されたメッセージのセマンティックレベルの知覚品質を調べるには不十分であると示唆されている。 本稿では,シンボル歪みおよび意味知覚制約下でのセマンティックコミュニケーションの達成可能なデータレートについて検討する。 意味情報には通常エンコーダが直接観察することができない豊かな内在的知識が関与しているという事実に動機づけられ、エンコーダによって間接的にしか知覚できない意味的情報源を考える。 エンコーダとデコーダの両方が、ユーザの通信嗜好と密接に関連している可能性のある様々なサイド情報にアクセスすることができる。 データレート、シンボル歪み、意味知覚の間のトレードオフを特徴付ける達成可能領域を導出し、確率的符号化方式によって理論的に達成可能であることが証明される。 任意の歪みや知覚の制約の下で二項意味情報ソースに対して、クローズドフォーム実現率を導出する。 我々は,送信者からのデータ通信を必要とせずに,特定の歪みや知覚制約を満たす意味情報ソースを直接推測できるケースが存在することを観察した。 画像意味源信号に基づく実験結果は、我々の理論的観察を検証するために提示された。

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