H.264/AVC는 기존의 동영상 압축 표준안보다 훨씬 뛰어난 압축 효율을 보이나 상대적으로 높은 계산 복잡도를 보인다. 또한 최근 모바일 어플리케이션 및 DTV 등에서의 실시간 구현의 수요가 급증함에 따라 하드웨어 구현보다 상대적으로 flexible한 구조인 DSP 환경에서의 최적화 연구가 활발히 진행 중이다. 본 논문에서는 기존의 다중 참조 픽처 고속 움직임 보상 알고리즘에 대하여 DSP 환경에 맞게 구현 및 최적화를 통하여 실시간 구현 및 최적화 경향파악을 하고 있다. 수행된 DSP 최적화를 통하여 움직임 추정 평균 계산량을 픽셀 당 약 56.17%로 크게 감소시켰다.
본 논문에서는 소프트웨어 기반의 실시간 MPEG겨 비디오 부호화기를 제안하였다. MPEG 에서 제공하는 MPEG-4 참조 소프트웨어 비디오 부호화기는 여러 가지 기능이 혼합되어 있는 복잡한 구조를 가지고 있기 때문에 실시간으로 부호화하는 데 많은 어려움이 있다. 이를 PC에서 실시간으로 부호화할 수 있도록 목표를 심플 프로파일로 제한하여 이에 맞도록 구조를 수정하고, 고속 움직임 벡터 예측 알고리즘을 사용하여 움직임 예측시의 계산량을 줄였으며, 실시간으로 부호화할 시에 많은 부하를 주는 부분인 DCT, 움직임 예측 및 보상, 보간 부분을 MMX(MultiMedia Extention) 방법으로 구현하여 계산량과 부하를 줄임으로써 보다 향상된 성능을 제공한다. 기존 부호화기의 부호화 시의 복잡성을 감소시키고 윈도우 환경에서 간단한 조작만으로 부호화를 할 수 있도록 하였다.
최근 표준화가 완성된 H.264 는 가변 블록 움직임 보상, 복수 참조 영상, 그리고 1/4 화소 움직임 벡터 정확도를 지원하고 있다. 그러나 이러한 새로운 부호화기술은 부호화 효율 향상의 주된 요인이면서, 동시에 높은 복잡도의 요인이기도 하다 따라서 H.264 비디오 표준의 실제 응용 확대를 위해서는 이러한 기술의 속도향상이 필수적이다. [1]에서 제안한 고속 모드 결정법은 조기에 모드 결정을 할 수 있기 때문에, 움직임 벡터 탐색과 비트율-왜곡치 (Rate-Distortion cost) 계산 과정을 효율적으로 생략할 수 있는 방법이다. 하지만 [1]에서 제안된 측정치 r은 주변 블록의 정보를 이용하지 않기 때문에 모드 결정 에러를 좀 더 효과적으로 줄이지 못했다. 본 논문에서는 주변 블록의 정보를 이용하여 [1]의 방법을 개선시킨 것으로 실험 결과 큰 부호화 손실 없이 계산 량 감소에 있어 매우 높은 효율을 제공함을 확인하였다.
자동이득 제어장치에서 신호대잡음비가 큰 신호나 중첩신호(ova.lapped signal)인 경우, 장치의 출력단에서 신호 감쇄가 일어나게 된다. 이런 문제점을 해결하기 위해 guasi-noise alone reference (QNAR)알고리즘이 발표 되었다. 그러나 이 QNAR 알고리즘을 계산의 복잡성 때문에 real time processing 이 어려운 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이 문제점을 해결 하기위해 새로운 방법 즉 QNAR-Bl알고리즘을 제시 하였다. 제시된 QNAR-Bl 알고리즘은 계산의 복잡성을 대폭 감소시키면서도, 시abf레이션 결과 성능은 기존의 QNAR 알고리즘 보다 향상 되었다.
본 논문에서는 반복복호 부호의 복호과정시 채널 적응적으로 반복복호수를 가변할 수 있는 효율적인 제어기법을 제안한다. 반복복호 부호는 반복구조를 가지며 그 특성상 반복복호수가 증가할수록 성능이 우수하게 향상된다. 그러나 반복복호수가 증가한 수록 복호과정시 적용된 알고리즘의 복잡도에 따라 다소 차이는 있지만 공통적으로 계산량의 증가를 가지게 되며 이는 복호지연시간 증가로 나타난다. 또한 일정 반복복호수 이상에 도달하게 되면 그 성능 변화가 거의 없는 오류마구(floor) 현상이 나타난다. 즉 성능변화가 없는 적절한 반복복호수 종료점을 찾아야 한다. 따라서 본 논문에서는 프레임 주기로 수신된 정보를 프레임 에러체크 지시자를 이용하여 채널의 변화를 감시하며 반복복호 부호의 반복복호수를 채널 적응적으로 승가, 감소할 수 있도록 제어하는 기법을 제안하였으며 결과적으로 반복구조를 가지는 부호의 방대한 계산량 감소와 이로 인한 복호지연 시간을 성능저하없이 효율적으로 단축시킬 수 있음을 보였다.
LTE-Advanced 네트워크에서 D2D 통신은 기지국의 부하를 감소시켜줄 뿐만 아니라 네트워크 성능을 향상시키는 통신 기술이다. 그러나 이 기술은 셀룰러 사용자와 D2D 페어들간에 자원을 공유함으로써 많은 양의 간섭이 발생할 수 있는 문제점이 있으므로 D2D 통신의 자원 할당 시 간섭에 의한 영향이 고려되어야 함에도 불구하고, 기존 자원 할당 관련 기존 연구는 셀룰러 사용자에 기할당된 자원 중 최고의 CQI 값을 가지는 자원을 재사용하여 D2D 페어에 할당한다. 이로인해 D2D 페어와 셀룰러 통신이 같은 자원을 공유하기 때문에 D2D 페어는 주 통신인 셀룰러 통신에 간섭을 야기하며, 기할당된 셀룰러 자원의 재사용으로인해 계산 복잡도가 높아지는 문제점이 있다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해 셀 내 간섭을 제거하면서 계산 복잡도가 낮은 D2D 자원 할당 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 전체 자원 중 미사용 중인 자원을 임의로 선택하여 할당하고, 할당 받은 자원을 D2D 페어들간에 공유하게 한다. 즉 D2D 페어들 간 간섭이 발생하지 않는다면, 해당 페어들 간에는 같은 자원을 사용하도록 허용한다. 시뮬레이션을 통한 성능 분석 결과 비교 알고리즘에 비해 제안 알고리즘이 수용하는 D2D 페어의 개수에 비례하여 최대 11배까지 계산 복잡도가 낮아지는 것을 확인하였다.
무선 통신 시스템의 효율을 높이기 위해 제안된 무선인지 (Cognitive Radio) 시스템은 2차 사용자가 주사용자 (primary user)의 스펙트럼을 서로 공유하는 시스템이다. 2차 사용자가 주사용자에게 간섭을 일으키지 않으면서 효율적으로 데이터를 전송하기 위해서 NC-OFDM (Non-contiguous Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 사용한다. 하지만 NC-OFDM은 기존 OFDM과 마찬가지로 높은 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)을 발생시켜 시스템 성능을 저하시킨다. 본 논문에서는 첫 번째로 NC-OFDM에서 부반송파의 분포에 따른 PAPR에 대해 분석하였다. 두 번째로 기존 OFDM의 PAPR 감소기법인 PTS (Partial Transmit Sequence)와 SLM (Selective Mapping)을 NC-OFDM에 적용하여 PAPR 감소성능을 확인하였다. 마지막으로 pruned-FFT가 적용된 PAPR 감소기법을 NC-OFDM에 적용할 경우 계산복잡도를 기존 OFDM과 비교하였다. 시뮬레이션을 통해 pruned-FFT가 적용된 NC-OFDM이 기존 OFDM보다 PAPR 감소성능 및 계산복잡도 측면에서 보다 효율적임을 검증하였다.
기존 동영상 부호화 표준보다 더 높은 효율의 표준에 대한 수요가 커지면서, 최근 MPEG과 VCEG에서 Versatile Video Coding(VVC)이라는 차세대 동영상 부호화 프로젝트를 개발하고 표준화하고 있다. 압축 효율 증대를 위하여 다양한 화면간 부호화 기법이 등장하였으며, 특히 움직임 벡터의 적응적인 해상도 부호화가 등장하여 VVC의 압축 효율을 올리는데 기여하였다. 다만, 최적의 움직임 벡터 해상도를 결정하기 위해 부호화기에서 다양한 율-왜곡 비용을 계산해야 했기에, 부호화기 시간 복잡도가 높아지게 되었다. 실시간 동영상 방송 및 스트리밍 서비스를 위해서는 부호화기의 복잡도를 줄이는 것이 필요하나, 아직 적응적 움직임 벡터 해상도 결정기법에 대한 복잡도 감소 연구는 미개척분야이다. 따라서, 본 논문에서는 이 움직임 벡터 해상도 결정을 위한 부호화 복잡도를 줄이는 연구를 제안한다. 이를 위해, VVC의 특별한 트리 구조인 multi-type tree 구조 내에서의 부호화된 문맥을 활용한 고속 결정기법을 고안한다. 실험 결과, 본 고속결정 기법은 VVC 참조 소프트웨어 대비 약간의 압축효율 감소 내에서 10%의 전체 부호화 시간을 줄임을 확인하였다.
3GPP (3rd Generation Partnership Project) LTE (Long Term Evolution) 시스템의 하양링크에서는 초기 동기화 및 셀 탐색 과정을 수행하기 위해 PSS (primary synchronization signal) 와 SSS (secondary synchronization signal) 시퀀스를 사용한다. 단말기는 PSS를 이용하여 슬롯 타이밍과 주파수 동기, 그리고 셀 ID를 획득한 후 SSS를 검출해야 하는데, 3GPP LTE에서 지원되는 2 종류의 CP (Cyclie Prefix) 길이로 인해 2번의 FFT를 수행하여 SSS reference 신호와의 cross-correlation을 이용해 무선 프라밍 타이밍과 셀 그룹 ID를 획득한다. 본 논문에서는 단말기의 셀 탐색기에서 SSS 검출 시 복잡도를 최소화하기 위해 extended CP로 전송한 경우 CP 길이를 선 결정하여 FFT와 cross-correlation의 계산 복잡도를 최대 50%까지 감소시키는 알고리즘을 제안한다. 컴퓨터 모의실험을 통해 매우 작은 성능 열화를 가지면서, 복잡도는 크게 감소하는 결과를 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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