본 논문은 웨이브릿을 기반으로 하는 EZW(Embedded Zerotree Wavelet) 복호기의 설계와 구현에 대하여 소개한다. EZW 부호화는 zerotree를 이용하는 부호화 방법으로서 웨이브릿 변환된 영상이 지니고 있는 계수의 특징을 잘 활용한 부호화 방법이다. EZW 복호화는 EZW 부호화와 대칭 관계를 갖는 구조로 구성되어 있다. EZW 복호기는 부호화의 결과로 생성된 파일의 bit stream을 입력으로 받아서 dominant와 subordinate pass로 구성된 2-pass의 EZW 복호화 과정을 수행하여 부호화 이전의 웨이브릿 변환된 입력 영상의 계수값을 복원한다. 복원된 웨이브릿 변환된 영상의 계수 값은 IDWT(Inverse Discrete Wavelet Transform)를 수행하여 부호화 되기 이전의 원래의 영상으로 재구성된다.
SPIHT(Set Partitioning In Hierarchical Trees) 부호화 알고리즘은 EXW(Embedded Zerotree Wavelet) 부호와 알고리즘의 부호화 방법을 개선하여 압축 효율을 개선한 알고리즘이다. SPIHT 부호화 알고리즘은 웨이브렛 변환된 영상의 계수 값이 동일한 방향은 갖는 대역 사이에서 상관 관계를 갖는다는 점을 이용한다는 점에서 EZW 부호화 알고리즘과 동일하다. 그러나 zerotree의 부호화 부분에서 계수의 중요도에 따라 부분 집합으로 분할해 가는 과정과 분할된 계수들을 부호화하는 과정을 개선하였다. 이 부호화 과정에서의 significant map은 모든 threshold에 대해서 LSP(List of Insignificant Pixels), LIP(List of Insignificant), LIS(List of Insignificant Sets)의 세가지 리스트를 통하여 구하여 진다. 그리고, 전체 알고리즘은 초기화, Sorting pass, Refinement pass, 양자화 값 갱신의 네 가지 단계로 구성된다. 본 논문에서는 SPIHT 구현에 필요한 자료구조를 제안하고 SPIHT 부호화 모듈을 구현에 대하여 설명한다.
본 논문은 threshold 에 기반한 (threshold-adjusted) EZW(Embedded Zerotree Wavelet) 부호화 모듈의 설계와 구현에 대하여 소개한다. EZW 부호화는 먼저 입력된 정지 영상에 대하여 Haar 웨이브릿 변환을 수행한다. Haar 웨이브릿 변환된 영상은dominant와 subordinate의 2-pass과정을 거쳐 zerotree를 구성함으로서 EZW 부호화 과정을 수행한다. Threshold에 기반한 EZW는 부호화 과정에서 인간의 시각 체계를 고려하여 threshold 값을 적절히 조절함으로서 효율적인 출력 영상을 얻을 수 있도록 구현하였다.
본 연구에서는 UHD($3840{\times}2160$)영상을 실시간 처리하는 고성능 H.264/AVC CAVLC 부호화기를 설계하였다. 연산처리 성능을 높이기 위해 통계값 탐색 과정과 코드워드 부호화 과정을 각각 1사이클에 처리하도록 설계하였다. 통계값 탐색과정을 1사이클에 처리하기 위해 16개 계수들의 '0' 또는 '0'이 아님을 표시하는 비트열을 만들어 산술 및 논리연산을 통해 통계값을 한 번에 구하였다. 그리고 코드워드 부호화 과정을 1사이클에 처리하기 위해 레벨의 코드워드 길이를 결정하는 계수들과 임계값들과의 비교 연산을 동시에 처리함으로써 코드워드 부호화 과정의 재귀적 연산을 제거하였다. 제안하는 H.264/AVC 병렬 CAVLC 부호화기는 통계값 탐색 단계과 코드워드 부호화 단계로 나뉘는 2단 파이프라인 구조로 고속 병렬 연산 회로를 구현하였으며, 산술 연산을 적용하여 코드워드 부호화 테이블을 회로의 크기를 줄이고자 하였다. 0.13um 공정에서 시뮬레이션한 결과, 게이트 수는 33.4Kgates이며, 최대동작주파수 100MHz에서 UD 영상을 초당 100프레임으로 실시간 처리가 가능하다.
본 논문은 파운틴 코드를 기반으로 하는 응용계층 순방향오류정정을 설계하고 무선 네트워크 사용자에게 효율적으로 정보를 전송하기 위한 방안에 관하여 논한다. 파운틴 코드는 이진 대칭 소실 (erasure) 채널에서 데이터 전송을 효율적으로 하기 위해 개발된 채널 부호화 방식이다. 송신단은 원 정보를 부호화하여 전송하고, 수신단은 일정량 이상의 부호화된 데이터 수신한 후 원 정보를 복원한다. 파운틴 코드의 복호화 성능은 정해진 변수 c값에 따라 달라질 수 있으며, 적절한 값으로 설정되지 않을 경우, 필요이상의 부호화된 데이터를 수신하게 될 수 있다. 본 논문에서는 파운틴 코드의 특성을 분석하고, 실험을 통하여 원하는 복호화 성능을 유지할 수 있는 적절한 c의 값을 찾는다. 또한, 무선 네트워크 테스트베드 환경에서 파운틴 코드 기반의 응용계층 순방향오류정정을 구현하고 부호화 및 복호화 성능을 평가한다.
본 논문은 웨이브릿 계수를 활용하여 영상 압축을 수행하는 EZW(Embedded Zerotree Wavelet) 부호화의 성능 개선에 대한 방법을 제시한다. EZW부호화는 웨이브릿 계수를 그 중요도에 따라 POS, NEG, IZ, ZTR의 4개의 심벌을 사용하여 부호화를 수행한다. 본 연구에서는 EZW 부호화에 웨이블릿 계수 threshold 방법을 적용하여 성능을 개선하였다. 시스템 전체적으로는 계수 threshold 방법을 적용하여 전체 부호화 시간을 단축하였으며, run-length 부호화와 산술 부호화를 적용하여 영상을 최대한으로 압축하였다. 마지막으로 실험을 통하여 EZW 부호화 방법에 적용된 계수 조정 값을 조절하여, 값의 변화에 따른 입력 영상과 복원 영상을 비교 분석한 결과를 제시하였다.
본 논문은 LDPC 부호화 과정에서 기존의 부호화 방식은 패리티를 구하는 과정에서 이전의 패리티 값을 알아야 다음 패리티 값을 알 수 있으므로, 항상 패리티 개수만큼의 클럭이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 기존의 직렬구조에서 360 개의 부분 병렬을 이용하여, 그리고 부호화 구조에서 메모리를 효율적으로 적용하여, 고속으로 부호화 알고리즘을 제안하였다. DVB-S2기반의 LDPC 부호화율 1/2 일 때, 기준 클럭 100MHz에서 최대 throughput이 10Gbps 가 가능함을 알 수 있었다.
T-DMB 서비스의 경우 무시할 수 없는 빈도로 자주 전송 오류가 발생할 가능성이 있으므로, 내부 비디오 코덱인 H.264/AVC는 이 전송 오류에 의한 영향을 극복하기 위한 방안을 갖추도록 설계되어야 한다. 본 논문은 이 경우에 대비하여, 오류 내성이 있는 새로운 부호화 모드 결정 기법을 제안한다. WCDMA 채널을 통한 전송 시뮬레이션을 통하여, 제안하는 부호화 모드 결정 기법을 적용하는 경우 오류 내성을 고려하지 않고 부호화 모드를 결정하는 경우에 비해서 고-복잡도의 경우에는 평균적으로 0.77dB, 저-복잡도의 경우에는 0.35dB의 재생화질 개선 효과가 있음을 보였다. 고-복잡도 부호화 모드 결정 기법의 경우는 H.263에서 제시된 고-복잡도 부호화 모드 결정 기법에 비해서 평균적으로 0.l1dB 개선된 값이다.
VLSI(Very large scale integration) 기술을 통한 트랜지스터의 소형화를 통해 CMOS 집적 회로의 성능은 지속적으로 발전해 왔다. 이와 같은 기술 발전에 따라 집적 회로를 구성하는 디지털 논리 요소 또한 진화를 하고 있다. 디코더는 부호화된 정보를 다시 부호화되기 전으로 되돌아가는 처리를 하는 디지털 논리 요소이며 컴퓨터 설계에서 많이 사용되는 핵심 요소이다. 본 논문에서는 양자점 셀룰라 오토마타(Quantum Cellular-Automata, QCA)를 사용하여 인에이블 입력을 가진 2-to-4 디코더를 제안하였다. 4-입력 유니버설 게이트의 하나의 입력을 1로 고정시켜 3-입력 NOR 게이트로 사용하며, 입력 값 X와 입력 값 Y의 중복된 배선 수를 감소시키고 한 배선으로 두 게이트에 입력을 연결하여 디코더의 배선 수와 배선 교차부를 최소화한다. 제안안하는 4-to-2 인에이블 디코더는 기존 디코더보다 셀의 개수와 클럭수를 감소시켜 디코더의 성능을 더 효율적으로 향상시켰다. 이를 통해 고속 회로 설계에 활용 및 높은 성능을 기대 할 수 있으며 QCA 연구에 기여할 수 있을 것으로 전망 한다.
본 논문에서는 NNVQ (nearest neighbor vector quantization)를 위한 고속탐색 알고리듬을 제안하였다. 제안된 알고리듬은 입력 벡터 내 지정된 요소의 부호화 왜곡을 임계값과 비교해서 최적 코드워드가 될 가능성이 없는 코드워드를 탐색 대상 코드워드에서 제외함으로써 코드북 탐색의 범위를 줄인다. 이를 통해 기존의 풀서치(full-search) 알고리듬과 동일한 SD(spectral distortion) 성능을 얻으면서 부호화 과정에서의 처리시간과 복잡도를 감소시킨다. 제안된 알고리듬을 Gauss-Markov 소스에 대해 설계된 일반적인 벡터 양자화기와 3GPP에서 표준화된 AMR (adaptive multi-rate) 음성 코덱의 LSP 양자화기에 각각 적용하여 실험하였다. 실험결과 제안된 알고리듬은 SD 성능감쇄 없이 탐색 대상 범위를 감소시킴으로써 부호화시 복잡도를 50%이상 줄일 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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