A New Algorithm and High-Performance Hardware Design for 2-Dimensional Parallel Generation of Digital Hologram

In this paper, we propose and implement a high-speed algorithm for CGH that is to calculate digital hologram by modeling the interference phenomenon for tow lights. This algorithm changes the computation equations into a parallel-computable ones and implements it with a structure consisting of two kinds of cells (initial calculation cell, and update calculation cell). The parallel computation algorithm is to get the rest hologram pixels concurrently after calculation the first hologram column. Here, the initial calculation cells compute the first column of the hologram and the update calculation cells compute the rest of the hologram. The two kinds of cells performs a pipeline operation to complete the operations of the two cells at the same time. A CGH calculator to compute the hole hologram for a light source is structured by arranging the two kinds of cells. Results from simulation showed that the maximum operation frequency is about 215MHz. So, experiments are performed by setting this frequency and the same environments as the method showing the best performance. As the results, the proposed one could complete the computation of 81.75 CGH frames per second, while the previous method computes 62.9 CGH frames per second.

디지털 홀로그램의 2차원적인 병렬 생성을 위한 알고리즘 및 고성능 하드웨어 설계

본 논문에서는 홀로그램의 기본 원리인 빛의 간섭현상을 수학적 연산을 통하여 획득하는 컴퓨터 생성 홀로그램의 고속 알고리즘을 제안하고, 이를 하드웨어로 구현한다. 컴퓨터 생성 홀로그램을 고속화하기 위하여 연산 식을 변형하여 병렬 연산이 가능하도록 하며, 이를 두 종류의 (초기 연산 셀과 추가 연산 셀) 구조로 하드웨어를 구현한다. 병렬 연산 알고리즘은 홀로그램의 화소 맨 좌측 열의 값만 연산한 후 나머지 열의 화소 값은 모두 동시에 구할 수 있는 알고리즘으로, 초기 연산 셀은 화소 맨 좌측 값을 연산하고, 나머지 열의 값은 추가 연산 셀로 연산하는 방법이다. 최대 동작 주파수는 약 215MHz이었으며, 이 동작 주파수를 기준으로 기존의 방법들 중 가장 우수한 성능을 보이는 방법과 동일하게 환경을 설정하여 실험을 수행하였다. 그 결과 초당 62.9 CGH 프레임을 연산하는 기존의 방법에 비해 제안한 방법은 초당 81.75 CGH 프레임을 연산하여 약 1.3배의 속도가 향상됨을 확인하였다.