본 논문에서는 유한비트 근사화를 통하여 고정소수점 연산을 이용하여 DCT구현시 발생하는 오차 영향에 대한 해석을 수행하였다. 고정소수점 연산을 위해서는 유한 비트 근사화를 실시하여야 하는데 이 과정에서 수치 표현범위의 제약으로 인한 오차가 발생하게 되고, 특히 순환 연산구조를 가지는 DCT등의 알고리즘 구현시 급격한 성능의 감소를 가져오게 된다. 본 논문에서는 순환 연산식을 유한비트 근사화를 통하여 구현시 발생되는 에러에 대한 분석을 수행하고, 해석식을 도출하였다.
본 논문에서는 sliding-DFT(SDFT)를 계수의 유한 비트 근사구현에 기초하여 실시간 구현하는 기법을 제시하고, 이의 오차영향을 해석하였다. 오차의 영향을 오차전력과 신호전력비율(noise-to-signal power ratio : NSR)로 하여 이를 해석적으로 유도하였다. 가우스 렌덤신호 및 사람의 수면 EEG 신호를 대상으로 수행한 시뮬레이션 결과가 해석식과 잘 일치하는 것을 보임으로써 본 연구에서 얻은 해석식을 확인하였다.
본 논문에서는 sliding-DFT에 순환 구현에 기반한 위상 측정 앨고리즘을 제안하였다. 제안한 앨고리즘은 주파수 변이, 누적 잡음, 계수 근사 영향 등의 오차영향에 강인한 특성을 가지도록 설계되었다. DFT 계수의 유한 비트 근사 구현에 의한 위상 오차는 크기 오차에 비해 매우 작게 나타난다. 위상 오차의 혁신적인 감소는 근사 계수가 복소평면 상에서 4사분면상에 대칭적으로 존재함을 이용하여 얻을 수 있다. 제안한 앨고리즘을 시분할 공유 구조에 기반한 4-채널 전력선 위상 측정 시스템을 설계하고 구현하였다. 구현한 시스템의 동작은 실시간으로 host processor 시스템과 다채널 함수 발생기를 통한 test 환경에서 실험적으로 확인하였다. 제안한 앨고리즘의 위상 측정에 있어 정확한 특성과 유한비트 근사 영향에 강인한 특성은 특히, 빠른 처리 속도와 구현의 감소함이 주요 설계 고려사항인 ASIC 이나 microprocessor에 기반의 임베디드 시스템 적용에 중대한 효과를 제공할 수 있을 것이다.
본 논문에서는 Sliding-DFT(sliding discrete Fourier transform : SDFT)를 순환구조로 구현할 때 복소수 계수를 유한한 비트로 근사 표현하여 생기는 오차영향을 해석적으로 구하는 방법을 제시하고 유도 과정을 기술하였다. 해석한 결과는 오차전력과 신호전력 비(noise-to-signal power ratio : NSR)의 식으로 얻었으며, DFT 대상신호가 평균이 ‘0’인 가우스 백색신호(zero-mean white Gaussian signal)인 것으로 가정하였다. NSR 식은 복소수계수를 표현하는 비트 수와 DFT 구간길이에 대한 식으로 구하였다. 유도 과정은 SDFF 순환 식(recursive equation)으로 유도한 오차방정식(error dynamic equation)과 계수근 사오차의 공간적인 확률분포특성에 근거하였다. 해석적으로 유도한 NSR 결과를 시뮬레이션 실험을 통해 얻은 결과와 비교하여 타당성을 확인하였다.
본 논문에서는 sliding-DFT의 순환구현을 기반한 실시간 위상 측정 앨고리즘을 제시하였다. 종래의 순환형 SDFT 기반 위상 측정 기법은 단일 계수를 사용하기 때문에 계수 근사가 적용되는 하드웨어 구현시 심각한 오차 파급 특성을 나타낸다. 본 논문에서는 순환 구조이면서 회전 위상을 보정을 통해 N-point DFT의 N개의 모든 계수를 적용한 위상 측정 기법을 제시하였고, FPGA 등 하드웨어 구현에 있어서 계수의 유한 비트 근사에 따르는 성능 열화를 해석하였다. 제안한 위상측정 앨고리즘은 실시간 다채널 위상 측정이 가능하도록 FPGA에 구현하였고 동작을 확인하였다.
This paper proposes a phase measurement algorithm which is based on the recursive implementation of sliding-DFT. The proposed algorithm is designed to have a robust behavior against the erroneous factors of frequency drift, additive noise, and twiddle factor approximation. Four channel power-line phase measurement system is also designed and implemented based on the time-multiplexed sharing architecture of the proposed algorithm. The proposed algorithm's features of phase measurement accuracy and its robustness against the finite wordlength effects can provide a significant impact especially for the ASIC or microprocessor based embedded system applications where the enhanced processing speed and implementation simplicity are crucial design considerations.
본 논문에서는 MPEG-4 Version2 Audio 표준에 근거하여 낮은 연산부담을 갖는 독자적인 엘고리즘을 적용한 MPEG-4 BSAC Audio 디코더를 개발하였다. 개발된 BSAC 디코더는 32bit RISC 구조를 갖는 Intel Xscale Processor 기반 시스템에 최적화하여 구현 및 평가를 수행하였다. 수행속도 증가 및 연산 정밀도 향상을 위해 각 기능 블록별 기능 및 구현 원리 연구와 32 bit 연산 구조를 파악하여, 이를 고정소수점 연산 구조로 구현함으로써 성능을 향상시켰다. 유한비트에 따른 오차 영향을 최소화하기 위해 데이터의 표현 범위에 대한 연구를 통해 근사한 오차를 최소화 하여 연산 정밀도를 향상 시키고자 하였다. 비선형 양자화기 및 filter bank 등 상대적으로 높은 연산 부담을 갖는 기능 블록은 Table look-up, 보간법, 지수연산 제거, pre/post scrambling 기법 등을 적용하여 최적화 하였다. 최종적으로 개발된 BSAC 디코더는 32 bit 연산 구조의 X-scale 프로세서를 탑재한 Development Board와 WindowsCE OS로 구성된 타겟 system에 이식하여 performance 평가하였으며, 높은 연산 정밀도 및 다른 수행속도를 확인할 수 있었다. 주관적인 청각 평가에서도 MPEG-4 reference 디코더와의 음원의 차이가 거의 없음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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