Design and Implementation of Efficient Decoder for Fractal-based Compressed Image

효율적 프랙탈 영상 압축 복호기의 설계 및 구현

Fractal image compression algorithm has been studied mostly not in the view of hardware but software. However, a general processor by software can't decode fractal compressed images in real-time. Therefore, it is necessary that we develop a fast dedicated hardware. However, design examples of dedicated hardware are very rare. In this paper, we designed a quadtree fractal-based compressed image decoder which can decode $256{\times}256$ gray-scale images in real-time and used two power-down methods. The first is a hardware-optimized simple post-processing, whose role is to remove block effect appeared after reconstruction, and which is easier to be implemented in hardware than non-2' exponents weighted average method used in conventional software implementation, lessens costs, and accelerates post-processing speed by about 69%. Therefore, we can expect that the method dissipates low power and low energy. The second is to design a power dissipation in the multiplier can be reduced by about 28% with respect to a general array multiplier which is known efficient for low power design in the size of 8 bits or smaller. Using the above two power-down methods, we designed decoder's core block in 3.3V, 1 poly 3 metal, $0.6{\mu}m$ CMOS technology.

최근에 등장한 프랙탈 영상 압축 알고리즘은 소프트웨어적인 측면에서는 많이 연구되고 있으나, 하드웨어 구현을 위한 연구는 드물다. 그러나 , 프랙탈 영상 압축 기법이 동영상 처리를 위해 사용될 경우 소프트웨어적으로는 실시간 처리의 어려움이 있어 고속의 전용 하드웨어가 필요하다. 그러나 , 아직 복호기의 구체적인 하드웨어의 설계 예는 드물다. 본 연구에서는 $256{\times}256$의 크기의 흑백 영상의 실시간 처리가 가능한 quadtree 방식의 프랙탈 영상 압축 복호기를 전용 하드웨어로 설계하였으며, 이를 위한 저전력 기법을 제안한다. 제안한 두 가지 방법 중 첫번째는 영상의 복원 후 발생하는 블록 현상을 제거하기 위한 post-processing 방법을 하드웨어 측면에서 최적화하는 것이다. 이 방식은 기존의 소프트웨어에서 사용하던 승산기가 필요한 가중 평균 방식보다 하드웨어를 적게 소모하여 비용을 줄이며, 속도는 69%정도의 향상이 있다. 두번째 방식은 데이터 패스 내부의 곱셈기를 입력 벡터의 통계적 특성을 이용하여 소비 전력이 적도록 설계하는 것이다. 이 방식으로 설계할 경우 8 bits 이하의 크기의 곱셈기에서 저전력에 유리하다고 알려진 어레이(array) 형태의 곱셈기에 비해 약 28%정도 소비 전력을 줄일 수 있었다. 위 두 가지 전력 절감 방식을 사용하여 동작 전압 3.3V, 1 poly 3 metal, $0.6{\mu}m$ CMOS 공정으로 복호기의 코어 부분을 칩으로 제작하였다.