In this paper, a new optical parallel binary arithmetic processor (OPBAP) capable of computing arbitrary n-bit look-ahead carry full-addition is proposed and implemented. The conventional Boolean algebra is considered to implement OPBAP by using two schemes of optical logic processor. One is space-variant optical logic gate processor (SVOLGP), the other is shadow-casting optical logic array processor (SCOLAP). SVOLGP can process logical AND and OR operations different in space simultaneously by using free-space interconnection logic filters, while SCOLAP can perform any possible 16 Boolean logic function by using spatial instruction-control filter. A dual-rail encoding method is adopted because the complement of an input is needed in arithmetic process. Experiment on OPBAP for an 8-bit look-ahead carry full addition is performed. The experimental results have shown that the proposed OPBAP has a capability of optical look-ahead carry full-addition with high computing speed regardless of the data length.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.52
no.12
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pp.167-173
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2015
This paper presents a study on the Full-HD HEVC(High Efficiency Video Coding) encoder IP(Intellectual Property) design. The designed IP is for HEVC main profile 4.1, and performs encoding with a speed of 60 fps of full high definition. Before hardware and software design, overall reference model was developed with C language, and we proposed a parallel processing architecture for low-power consumption. And also we coded firmware and driver programs relating IP. The platform for verification of developed IP was developed, and we verified function and performance for various pictures under several encoding conditions by implementing designed IP to FPGA board. Compared to HM-13.0, about 35% decrease in bit-rate under same PSNR was achieved, and about 25% decrease in power consumption under low-power mode was performed.
White-box cryptography presented by Chow et al. is an obfuscation technique for protecting secret keys in software implementations even if an adversary has full access to the implementation of the encryption algorithm and full control over its execution platforms. Despite its practical importance, progress has not been substantial. In fact, it is repeated that as a proposal for a white-box implementation is reported, an attack of lower complexity is soon announced. This is mainly because most cryptanalytic methods target specific implementations, and there is no general attack tool for white-box cryptography. In this paper, we present an analytic toolbox on white-box implementations of the Chow et al.'s style using lookup tables. According to our toolbox, for a substitution-linear transformation cipher on n bits with S-boxes on m bits, the complexity for recovering the $$O\((3n/max(m_Q,m))2^{3max(m_Q,m)}+2min\{(n/m)L^{m+3}2^{2m},\;(n/m)L^32^{3m}+n{\log}L{\cdot}2^{L/2}\}\)$$, where $m_Q$ is the input size of nonlinear encodings,$m_A$ is the minimized block size of linear encodings, and $L=lcm(m_A,m_Q)$. As a result, a white-box implementation in the Chow et al.'s framework has complexity at most $O\(min\{(2^{2m}/m)n^{m+4},\;n{\log}n{\cdot}2^{n/2}\}\)$ which is much less than $2^n$. To overcome this, we introduce an idea that obfuscates two advanced encryption standard (AES)-128 ciphers at once with input/output encoding on 256 bits. To reduce storage, we use a sparse unsplit input encoding. As a result, our white-box AES implementation has up to 110-bit security against our toolbox, close to that of the original cipher. More generally, we may consider a white-box implementation of the t parallel encryption of AES to increase security.
KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.6
no.2
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pp.103-116
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2017
In this paper, we present the design and implementation of a large-scale qualitative spatial reasoner, which can derive new qualitative spatial knowledge representing both topological and directional relationships between two arbitrary spatial objects in efficient way using Aparch Spark SQL. Apache Spark SQL is well known as a distributed parallel programming environment which provides both efficient join operations and query processing functions over a variety of data in Hadoop cluster computer systems. In our spatial reasoner, the overall reasoning process is divided into 6 jobs such as knowledge encoding, inverse reasoning, equal reasoning, transitive reasoning, relation refining, knowledge decoding, and then the execution order over the reasoning jobs is determined in consideration of both logical causal relationships and computational efficiency. The knowledge encoding job reduces the size of knowledge base to reason over by transforming the input knowledge of XML/RDF form into one of more precise form. Repeat of the transitive reasoning job and the relation refining job usually consumes most of computational time and storage for the overall reasoning process. In order to improve the jobs, our reasoner finds out the minimal disjunctive relations for qualitative spatial reasoning, and then, based upon them, it not only reduces the composition table to be used for the transitive reasoning job, but also optimizes the relation refining job. Through experiments using a large-scale benchmarking spatial knowledge base, the proposed reasoner showed high performance and scalability.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.46
no.11
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pp.66-76
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2009
The motion estimation in video encoding system occupies the biggest part. So, we require the motion estimator with efficient structure for real-time operation. And for motion estimator's implementation, it is desired to design hardware module of an exclusive use that perform the encoding process at high speed. This paper proposes motion estimation detection block(MED), 41 SADs(Sum of Absolute Difference) calculation block, minimum SAD calculation and motion vector generation block based on parallel processing. The parallel processing can reduce effectively the amount of the operation. The minimum SAD calculation and MED block uses the pre-computation technique for reducing switching activity of the input signal. It results in high-speed operation. The MED and 41 SADs calculation blocks are composed of adder tree which causes the problem of critical path. So, the structure of adder tree has changed the most commonly used ripple carry adder(RCA) with carry skip adder(CSA). It enables adder tree to operate at high speed. In addition, as we enabled to easily control key variables such as control signal of search range from the outside, the efficiency of hardware structure increased. Simulation and FPGA verification results show that the delay of MED block generating the critical path at the motion estimator is reduced about 19.89% than the conventional strukcture.
Kim, Myoungjin;Han, Seungho;Cui, Yun;Lee, Hanku;Jeong, Changsung
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.11
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pp.2827-2848
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2012
Previously, we described a social media cloud computing service environment (SMCCSE). This SMCCSE supports the development of social networking services (SNSs) that include audio, image, and video formats. A social media cloud computing PaaS platform, a core component in a SMCCSE, processes large amounts of social media in a parallel and distributed manner for supporting a reliable SNS. Here, we propose a Hadoop-based multimedia system for image and video transcoding processing, necessary functions of our PaaS platform. Our system consists of two modules, including an image transcoding module and a video transcoding module. We also design and implement the system by using a MapReduce framework running on a Hadoop Distributed File System (HDFS) and the media processing libraries Xuggler and JAI. In this way, our system exponentially reduces the encoding time for transcoding large amounts of image and video files into specific formats depending on user-requested options (such as resolution, bit rate, and frame rate). In order to evaluate system performance, we measure the total image and video transcoding time for image and video data sets, respectively, under various experimental conditions. In addition, we compare the video transcoding performance of our cloud-based approach with that of the traditional frame-level parallel processing-based approach. Based on experiments performed on a 28-node cluster, the proposed Hadoop-based multimedia transcoding system delivers excellent speed and quality.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.4
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pp.774-780
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2017
This paper proposes an efficient binary arithmetic encoder hardware architecture for CABAC encoding, which is an entropy coding method of HEVC. CABAC is an entropy coding method that is used in HEVC standard. Entropy coding removes statistical redundancy and supports a high compression ratio of images. However, the binary arithmetic encoder causes a delay in real time processing and parallel processing is difficult because of the high dependency between data. The operation of the proposed CABAC BAE hardware structure is to separate the renormalization and process the conventional iterative algorithm in parallel. The new scheme was designed as a four-stage pipeline structure that can reduce critical path optimally. The proposed CABAC BAE hardware architecture was designed with Verilog HDL and implemented in 65nm technology. Its gate count is 8.07K and maximum operating speed of 769MHz. It processes the four bin per clock cycle. Maximum processing speed increased by 26% from existing hardware architectures.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.46
no.7
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pp.13-23
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2009
In this paper, the network performance of a turbo coded optical code division multiple access (CDMA) system with cross-layer, which is between physical and network layers, concept is analyzed and simulated. We consider physical and MAC layers in a cross-layer concept. An intensity-modulated/direct-detection (IM/DD) optical system employing pulse position modulation (PPM) is considered. In order to increase the system performance, turbo codes composed of parallel concatenated convolutional codes (PCCCs) is utilized. The network performance is evaluated in terms of bit error probability (BEP). From the simulation results, it is demonstrated that turbo coding offers considerable coding gain with reasonable encoding and decoding complexity. Also, it is confirmed that the performance of such an optical CDMA network can be substantially improved by increasing e interleaver length and e number of iterations in e decoding process. The results of this paper can be applied to implement the indoor optical wireless LANs.
Kim, Young-Back;Kim, Tae-Ho;Lee, Dae-Gyu;Kim, Jae-Joon
Journal of Internet Computing and Services
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v.11
no.2
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pp.143-153
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2010
When providing high quality panoramic video across the Internet, mobile communications, and broadcasting areas, it requires a suitable video codec that satisfies both high-compression efficiency and random access functionality. The users must have high-compression efficiency in order to enable video streaming of high-volume panoramic data. Random access allows the user to move the viewpoint and direction freely. In this paper, we propose the parallel processing scheme under cell units in order to improve the performance of streaming service for large screen panoramic video in 10Mbps bandwidths based on H.264/AVC with high compression rate. This improved algorithm divides a screen composed of cells less than $256{\times}256$ in size, encodes it, and decodes it with the cells in the present view. At this point, encoding/decoding is parallel processed by the present cell units. Also, since the cells only included in the present view are packed and transmitted, the possible processing of not extricating blocks is proven by experiment.
Proceedings of the Korean Society of Broadcast Engineers Conference
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2010.11a
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pp.136-137
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2010
본 논문에서는 고속, 저전력 비디오 부호화에 적합한 변환영역 Wyner-Ziv 분산비디오부호화기를 더욱 고속화하기 위한 병렬처리 방법을 제안한다. 기존에는 변환영역 Wyner-Ziv 분산비디오부호화를 위해 양자화 정보를 비트플레인단위로 분해후 이를 순차적으로 LDPCA 부호화하여 전체 부호화기 연산량에서 LDPCA의 복잡도가 약 54% 정도 차지하였고, 이는 고비트율로 부호화 할수록 더욱 증가하였다. 제안방법은 이를 개선하기 위해 여러 개의 비트플레인을 하나의 심벌 (symbol)로 묶어서 LDPCA 부호화를 수행하여 한 번의 연산으로 여러 개의 데이터를 동시에 처리할 수 있게 한다. 일종의 단일 명령 복수 데이터 처리 (SIMD, Single instruction, multiple data)에 의한 고속화 방법이다. 이를 통해 제안방법은 기존의 순차적 처리 방법에 비해 저비트율에서는 8배, 고비트율에서는 55배까지 LDPCA의 부호화 속도를 향상시켰다. 결과적으로 전체 부호화에서 LDPCA의 상대적인 복잡도 비율은 4%정도로 낮아지게 되었으며 Wyner-Ziv 영상의 부호화 속도도 약 1.5 ~ 2배까지 향상되었다. 제안방법은 LDPCA를 사용하는 다른 Wyner-Ziv 분산비디오부호화 구조에도 적용 가능할 것으로 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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