본 논문에서는 허프만 코딩의 기본 원리인 이진트리로부터 생성된 효율적인 일차원 검색테이블 구성과, 프로세싱 효율을 증가시키기 위한 수치연산 기법의 도입을 통하여 도출된 효율적인 허프만 디코딩 방법을 제시한다. 제안된 방법에서는 허프만 코드화 된 비트스트림으로부터 읽어 들인 비트 데이터를 직접 이진트리를 검색하기 위한 주소연산에 적용함으로써, 기존의 이진트리 검색을 위하여 수행되던 비교 및 분기문의 제거를 가능토록 하였다. 본 논문에서 제안하는 허프만 디코딩 기법은 기존의 비교 및 분기구분에 의하여 수행되던 허프만 디코딩 기법대비 30%이상의 검색속도 증가 및 이진트리 방식의 검색을 수행하기 위하여 필요로 하는 검색테이블에서 존재하던 데이터 및 노드간의 연결주소를 저장하기 위하여 사용되던 메모리 공간을 효율적으로 제거할 수 있는 일차원 검색테이블을 구성함으최써, 기존 방법대비 1/3의 메모리 공간만을 사용하도록 하였다. 제안된 허프만 디코딩 기법의 성능평가를 위하여 MPEG-2 AAC의 허프만 디코더에 적용한 결과 기존의 순차검색방법에 의한 디코딩 기법대비 198%의 성능향상 결과를 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 정규 허프만 트리의 성질을 이용하여 허프만 코드를 효율적으로 디코딩 하는 방법을 제안하고 그 특성을 살펴보았다. 허프만 코드를 정규 허프만 트리로 변환한 후 각 레벨의 단말 노드 값들에 대한 규칙을 이용하여 최소한의 정보로 허프만 트리를 표현하였다. 제안한 방법은 기존의 방법과 동일한 수행 시간을 유지하며 트리정보를 위한 메모리를 줄일 수 있었다. 트리정보를 저장하기 위한 메모리의 크기는 2h + 2klogn로서 기존의 방법들보다 적었으며 심벌로 변환하기 위한 검색의 수는 비슷하였다.
영상 압축을 위하여 제시된 JPEG, MPEG 등과 같은 표준에서는 영상 자료의 허프만 부호화를 위하여 한쪽으로 기운 허프만 트리를 사용하고 있다. 본 논문에서는 이러한 허프만 트리에 대하여 효율적인 새로운 허프만 부호 복원방법을 제안한다. 제안한 허프만 부호 복원방법에서는 입력된 비트열로부터 미리 결정된 수 만큼의 연속된 비트를 반복적으로 취하여 이를 토대로 심볼 정보가 저장된 테이블을 참조함으로써 부호회된 심볼을 복원한다. 이러한 복원방법은 주어진 허프만 트리가 한쪽으로 기울어진 경우에 복원을 위한 테이블의 크기를 작게 할 수 있으며 실제로 본 논문에서는 이의 상한값을 제시한다. 또 한, 이 방법은 한 클릭에 여러 비트를 동시에 처리하기 때문에 실시간 동작이 가능하며 이에 대한 평가 결과를 보인다.
본 논문에서는 비디오 코덱을 비롯한 멀티미디어 데이터 압축에 주로 이용되는 엔트로피 코딩 방식 중의 하나인 허프만 코딩을 위한 전용 하드웨어를 제안하고 구현하였다. 제안한 허프만 코덱은 허프만 인코더와 디코더로 구성되어 있다. 허프만 인코더는 룩업 테이블을 이용하여 심볼을 허프만 코드로 변환한다. 가변 길이의 허프만 코드는 데이터 패킷화 블록에서 32 비트의 일정한 형식으로 맞추어진 후에 프레임 단위로 직렬로 출력된다. 허프만 디코더는 직렬로 입력되는 비트스트림을 버퍼링 없이 트리 구조의 FSM을 이용하여 디코딩하여 심볼로 변환한다. 제안한 하드웨어는 동작의 유연성을 위해서 인코딩과 디코딩 하드웨어를 프로그래머블하게 동작시킬 수 있도록 하여 프로그래밍 과정을 통해서 다양한 허프만 코딩을 수행할 수 있도록 하였다. 구현한 하드웨어는 Altera사의 Cyclone III FPGA를 이용하여 검증하였고, 3725개의 LUT를 사용하면서 최대 365MHz로 동작이 가능하였다.
여러 가지 압축알고리즘 중에서 허프만 부호화는 데이터의 통계적인 중복성을 제거하기 위한 방법으로 많이 사용되어 왔다. 이제까지 허프만 테이블의 특성과 코드워드의 패턴에 따라 효율적으로 복호화할 수 있는 알고리즘이 많이 제안되었다. 본 논문에서는 8진 트리 검색 방법을 이용한 허프만 복호화 알고리즘을 제안하고 효율적인 하드웨어 구현 방법을 제안한다. 하드웨어의 메모리와 게이트 면적을 소형화하였고 빠른 검색을 위하여 알고리즘을 최적화하여 MPEG 오디오 복호화기 시스템에 적용할 수 있게 하였다.
본 논문에서는 효율적인 허프만 디코딩을 수행할 수 있도록 하기 위하여 Bit-wise comparison 방법을 제시하였다. 이 방법은 허프만 코딩 원리인 이진트리 구성에 기초하여 허프만 테이블을 재구성 함으로서 디코딩 사간의 단축 및 알고리즘의 간소화를 가져오도록 하였고, 이를 토대로 MPEG-2 AAC 디코더의 허프만 디코딩 부분에 적용함으로써 성능검증을 수행하였다.
멀티미디어 응용분야에 사용하는 데이터는 매우 크다. 이러한 대용량의 데이터를 관리하기 위해서 압축은 반듯이 필요하다. 본 논문에서는 허프만 부호화, 복호호 과정의 불규칙한 정렬구조와, 검색과정을 없애서 고속의 허프만 부호화 및 복호화가 가능한 허프만 코덱의 하드웨어 구조를 제안하였다.
본 연구는 정지 영상을 무손실 압축하기 위해 영상 각 화소의 값 상위 4비트의 중복성을 이용하여 런랭스 코딩 전처리로 1차 압축을 수행한 후 허프만 코딩으로 무손실 압축률을 향상시키는 새로운 방법을 제시한다. 본 연구에서 제안된 방법은 영상의 종류에 따라 자동적으로 허프만 코딩과 전처리 허프만 코딩을 선택하도록 하고, 전처리는 상위 4비트와 하위 4비트를 분리하여 상위 4비트의 중복성을 이용하여 런 랭스 코딩을 하여 기존의 일반적인 허프만 방법보다 더 나은 결과를 나타내었다.
JBIG2는 차세대 이진 영상의 압축 표준으로서 차세대 팩스가 실용화되기 위해서는 임베디드 장비에서 사용가능한 하드웨어 모듈의 제작이 필수적이다. 본 논문에서는 JBIG2의 부호화에서 핵심이 되는 고속허프만 부호화기의 하드웨어 모듈을 제안하였다. 모두 15개의 허프만 부호화 테이블을 메모리에 저장하여 선택적으로 이용하도록 하였다. 본 논문은 최소의 필요 데이터만을 이용하여 허프만 부호화를 하도록 설계하여 효율적으로 메모리를 사용함으로써 고속의 처리가 가능하도록 제안하였다. 설계된 허프만 부호화기는 Xilinx의 Virtex-4 FPGA칩에 포팅하여 임베디드 보드상에서 Microblaze코어를 이용한 소프트웨어 모듈의 연동 실행이 가능하도록 구현하였다. 설계된 허프만 IP모듈은 시뮬레이션과 연동 실험 및 검증을 통하여 성공적으로 동작함을 확인하였다. 효율적 메모리 이용에 의한 하드웨어 설계로 임베디드 시스템 상에서 소프트웨어만으로 실행한 것 보다 10배 이상의 빠른 처리 속도를 나타내었다.
본 논문은 표준완성형코드를 표준으로 허프만 부호를 생성하기 위해 부호화 효율이 가장 높은 곳에서 예외 부호화를 통해 최적의 허프만 부호를 얻는다. 현재 우리나라의 DTV는 한글문자를 압축하지 않고 전송하는 형태이며, 본격적인 데이터 방송이 시작되면 한글 데이터가 차지하는 전송량으로 인한 심각한 문제가 야기된다. 본 논문에서는 데이터 방송에서 문제가 되는 전송량을 줄이기 위해 한글 전용 최적의 허프만 부호를 생성하여 일련의 해결책을 찾고자 하며 영문 위주인 데이터 압축기술을 한글에 맞게 적용하여 DTV 방송용 한글 전용 압축부호를 만드는데 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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