• 대한전자공학회논문지SD
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• 제47권12호
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• pp.39-47
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• 2010

본 논문에서는 하드웨어 효율이 100%가 되는 2차원 이산 웨이블렛 변환 필터 구조를 제안한다. 전체 구조는 두 채널 QMF PR Lattice 필터로 구성된 1차원 DWT 필터 4개로 구성되었다. 1 레벨부터 J 레벨까지 순차적으로 수행함으로써 메모리 사용을 최소화 하면서도 하드웨어 효율이 100%가 되도록 설계하였으며 필터 입력 데이터를 구성해주는 DFC구조와 DCU구조를 제안하였다. 인접한 4개의 데이터를 동시에 입력 받아 처리함으로써 동시에 행방향과 열방향 DWT를 수행하므로 $N{\times}N$ 이미지를 처리하는데 $N^2(1-2^{-2J})/3$ 사이클이 소요되며 이 때 필요한 저장공간은 약 2MN-3N이다. 기존의 2D DWT 구조와 비교해 보았을 때 하드웨어 효율과 동작 속도가 향상되었으며 두 개의 1D DWT를 직렬로 연결하므로 임계경로를 감소시키기 위해서 최대 4 단까지 파이프라인을 적용하여 임계경로를 향상시킬 수 있다. 제안된 구조는 VerilogHDL로 모델링되고 동부아남 $0.18{\mu}m$ 표준셀로 합성되어 검증되었다.

• 전자공학회논문지
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• 제49권12호
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• pp.201-208
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• 2012

본 논문에서는 실시간 동영상 부호화를 위한 효과적인 비트율 제어 방법을 제안하고 하드웨어로 구현한다. 제안하는 비트율 제어는 각 기본유닛 마다 R-D 파라미터 갱신에 의해 많은 연산 처리를 필요로 하는 이차원 R-D 모델을 사용하지 않고, 프레임의 평균 복잡도 가중치를 이용한 Qstep 결정 모델을 사용함으로써 연산량을 감소시킨다. 또한 적은 연산량과 빠른 MAD 예측을 위해 부호화된 기본유닛을 기반으로 영상의 공간적 및 시간적 상관관계를 이용하여 MAD를 예측한다. 제안하는 비트율 제어는 프레임 레벨 MAD 예측과 매크로블록 레벨 MAD 예측, GOP 비트 할당, 프레임 비트 할당, 가상버퍼, Qstep 결정 모델, 비트율 제어 파라미터 갱신, QP 결정 모듈을 포함하며 총 8개의 모듈로 구성된다. 비트율 제어 하드웨어는 Verilog-HDL을 이용하여 설계하였으며, Synopsys사의 Design Compiler를 이용하여 UMC 공정 $0.18{\mu}m$ 셀 라이브러리로 합성한 결과, 최대 동작 주파수는 108 MHz이고, 게이트 수는 19.1k이다. 실험 결과로부터 제안한 구조는 기존 구조 보다 게이트 수가 85% 감소하였고, 매크로블럭 당 QP를 결정하는데 평균 220 사이클 수가 소요되어 기존 구조보다 64% 단축됨을 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제41권7호
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• pp.97-103
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• 2004

본 논문에서는 고속 블록 터보 코드 복호 알고리즘을 제안하고 이를 하드웨어로 검증하였다. 멀티미디어 무선 데이터 통신시스템은 높은 에러 정정 능력을 가진 채널 부호 방식을 요구한다. 블록 터보 코드는 블록 코드의 특성으로 인하여 다양한 코드율과 패킷 사이즈를 지원할 수 있으며, 터보 코드의 연판정 반복 기법으로 높은 성능을 보인다 하지만, 반복 기법과 외부정보 연산의 복잡한 구조로 때문에 복호 시간이 긴 단점을 갖고 있다. 이러한 긴 복호 시간의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 복호 알고리즘은 외부정보 연산단계에서 이를 해결하였다. 외부정보 연산을 할 때 채널 정보를 이용하여 채널 정보 상태에 대한 임계치를 정한 후, 채널 정보가 좋은 비트에 대해서 외부 정보 연산 과정을 생략하는 대신 높은 신뢰도의 값을 할당함으로써 외부정보 연산이 감소되는 고속 복호기를 구현하였다. 채널 상태를 나타내는 임계치를 복호기의 입력인 신뢰도(Log Likelihood Ratio, LLR)가 가우시안 분포를 이루게 된다는 점에 착안하여 평균과 표준편차의 선형 조합으로써 결정하였다. 제안된 알고리즘을 Verilog-HDL을 이용하여 설계한 결과 기존 블록 터보 코드 복호 알고리즘에 비하여 약 30%의 외부정보 연산량과 복호시간이 감소되었고, 약 20K logic gate와 32Kbit의 메모리를 포함하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권11호
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• pp.26-36
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• 2006

본 논문에서는 화소간의 상관관계를 이용한 CCD/CMOS 이미지 센서용 효율적인 색 보간 기법을 제안한다. 최근 각광받고 있는 CCD/CMOS 이미지 센서는 컬러 필터 배열(Color Filter Array)을 사용하기 때문에, 각 화소는 컬러 영상을 만들기 위한 3가지 색 채널 중 한 가지 채널만 갖고 있게 된다. 따라서 컬러 영상을 만들기 위해서는 색 보간 구조가 필요하다. 최근 제안되는 색 보간 기법은 보간된 영상의 품질 향상에만 주력하고 있는데 반해, 본 논문에서는 낮은 복잡도를 갖으면서 잘못된 색을 최소화하기 위한 방법을 제안한다. 제안된 색 보간 기법에서는 인접한 화소간의 상관관계를 이용하여, 현재 화소의 방향성을 결정할 때 이웃 화소의 방향성 정보를 이용하였다. 기존의 방향성을 고려한 색 보간 기법에 제안된 기법을 적용한 결과, 알고리즘의 종류에 따라 PSNR이 $0.09{\sim}0.47dB$ 향상되었고, 대부분의 잘못된 색(False color)을 최소화함으로써 색 보간된 컬러영상의 품질이 향상되었다. 제안된 색 보간 기법은 Verilog HDL 및 FPGA를 이용하여 실시간으로 구현 검증되었다. 0.25um CMOS 표준 셀 라이브러리를 이용하여 합성하였을 때, 총 게이트 수는 12K개였으며 5개의 라인 메모리가 사용되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권2호
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• pp.34-45
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• 2007

오버샘플링(oversampling) 방식의 시그마-델타(sigma-delta) A/D 컨버터에서는 오버샘플링된 신호를 최종 Nyquist rate 으로 낮춰주는 디지털 데시메이션 필터가 필수적이다. 본 논문에서는 면적을 크게 줄이면서 time-to-market의 이점을 가져다주는 고해상도 시그마-델타(sigma-delta) A/D 컨버터용 디지털 데시메이션(decimation) 필터의 Verilog-HDL 설계 및 구현을 보였다. 디지털 데시메이션 필터는 CIC(cascaded integrator-comb) filter와 두 개의 half-band FIR filter로 이루어져 있다. FIR필터에서 곱셈연산의 복잡성을 줄이고 면적을 최소화하기 위해 계수를 CSD(canonical signed digit) 코드로 표현하여 사용하였다. 곱셈 연산은 일반 곱셈기 없이 쉬프트 와 덧셈방식을 이용하여 구현되었다. 3단 데시메이션 필터는 $0.25-{\mu}m$ CMOS 공정으로 제작되었고, 필터의 면적은 $1.36mm^2$ 이며 2.8224 MHz의 클럭 주파수에서 4.4 mW의 파워소모를 보였다. 측정 결과 높은 신호대 잡음 비(SNR)를 요구하는 디지털 오디오용 데시메이션(decimation) 필터의 사양을 충분히 만족시키고 있음을 볼 수 있다.

• 전자공학회논문지C
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• 제35C권11호
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• pp.21-30
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• 1998

본 논문에서는 FPGA를 이용하여 산업용 구동장치로 널리 사용되고 있는 유도 전동기의 디지털 전류 제어시스템을 구현하였다. 이를 위해 VHDL을 이용하여 FPGA를 설계하였으며 이 FPGA는 PWM 발생부, PWM 보호부, 회전속도 검출부, 프로그램 폭주 방지부, 인터럽트 발생부, 디코더 로직부, 신호 지연 발생부 및 디지털 입·출력부로 각각 구성되어있다. 본 FPGA의 설계시 고속처리의 문제점을 해결하기 위해 클럭전용핀을 활용하였으며 또한 40 MHz에서도 동작할 수 있는 삼각파를 만들기 위해 업다운 카운터와 래치부를 병렬 처리함으로써 고속화하였다. 특히 삼각파와 각종 레지스터를 비교 연산할 때 많은 팬아웃 문제에 따른 게이트 지연(gate delay) 요소를 줄이기 위해 병렬 카운터를 두어 고속화를 실현하였다. 아울러 삼각파의 진폭과 주파수 및 PWM 파형의 데드 타임 등을 소프트웨어적으로 가변 하도록 하였다. 이와 같은 기능들을 FPGA로 구현하기 위하여 퀵로직(Quick Logic)사의 pASIC 2 SpDE와 Synplify-Lite 합성툴을 이용하여 로직을 합성하였다. 또한 Verilog HDL 환경에서 최악의 상황들(worst cases)에 대한 최종 시뮬레이션이 성공적으로 수행되었다. 아울러 구현된 FPGA를 84핀 PLCC 형태의 FPGA로 프로그래밍 한 후 3상 유도전동기의 디지털 전류 제어 시스템에 적용하였다. 이를 위해 DSP(TMS320C31-40 MHz)와 FPGA, A/D 변환기 및 전류 변환기(Hall CT) 등을 이용하여 3상 유도 전동기의 디지털 전류 제어 시스템을 구성하였으며, 디지털 전류 제어의 효용성을 실험을 통해 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제47권1호
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• pp.20-27
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• 2010

본 논문에서는 고성능 H.264/AVC 복호기 설계를 위해 디블록킹 필터의 수행시간 단축과 저전력 설계를 위한 필터링 순서 및 효율적인 메모리 구조를 제안하고 5단 파이프라인으로 구성된 필터의 설계에 대해 기술한다. 디블록킹 필터는 블록 경계에서 발생하는 왜곡을 제거하여 영상의 화질을 개선시키지만 하나의 경계에 여러 번 필터링을 수행하여 많은 메모리 접근과 반복되는 연산과정이 수반된다. 따라서 본 논문에서는 메모리 접근과 필터 수행 사이클을 최소화하는 새로운 필터 순서를 제안 하고 반복되는 연산의 효율적 관리를 위해 파이프라인 구조를 적용하였다. 제안하는 디블록킹 필터는 메모리 읽기, 임계값 계산, 전처리 연산, 필터 연산, 메모리 쓰기로 구성된 5단 파이프라인으로 구현되어 순차적인 필터 연산에 병렬적 처리가 가능하며 각 단계에 클록 게이팅을 적용하여 하드웨어 자원에 불필요한 전력을 감소시켰다. 또한, 적은 내부 트랜스포지션 버퍼를 사용하면서 필터링 순서를 효율적으로 개선하여 필터 수행을 위한 메모리 접근과 수행 사이클을 감소시켰다. 제안하는 디블록킹 필터의 하드웨어는 Verilog HDL로 설계 하였으며 기존의 복호기에 통합하여 Modelsim 6.2g 시뮬레이터를 이용해 검증하였다. 입력으로는 표준 참조 소프트웨어 JM9.4 부호기를 통해 압축한 다양한 QCIF영상 샘플을 사용하였다. 기존 필터들과 수행 사이클을 비교한 결과, 제안하는 구조의 설계가 비교적 적은 트랜스포지션 버퍼를 사용했으며 최소 20%의 수행 사이클이 감소함을 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제46권7호
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• pp.53-60
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• 2009

H.264/AVC 코덱에 사용되는 움직임 추정은 다중 참조 프레임과 다양한 가변 블록을 이용하기 때문에 복잡하고 많은 연산을 필요로 한다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 다중 참조 프레임 선택, 블록 매칭, 블록 모드 결정, 움직임 벡터예측을 고속으로 처리하는 방법을 바탕으로 동작 속도가 빠른 정수 화소 움직임 추정 회로 구조를 제안한다. 또한 부화소 움직임 추정을 위한 고성능 보간 회로 구조도 제안한다. 제안한 회로는 Verilog HDL을 이용하여 RTL로 기술하였고, 130nm 표준 셀 라이브러리를 이용하여 합성하였다. 정수 화소 움직임 추정 회로는 77,600 게이트와 4개의 $32\times8\times32$-비트 듀얼-포트 SRAM으로 구현되었고 최대 동작 주파수는 161MHz이며 D1(720$\times$480)급 칼라 영상을 1초에 51장 까지 처리할 수 있다. 부화소 움직임 추정 회로는 22,478 게이트로 구현되었고 최대 동작주파수 200MHz에서 1080HD(1,920$\times$1,088)급 칼라 영상을 1초에 69장 까지 처리할 수 있다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권5호
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• pp.71-81
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• 2008

본 논문에서는 새로운 On-Chip 버스로 다중처리 기반의 GALDS 버스 구조를 제안하였고 성능을 검증하였다. 제안된 GALDS 버스 구조는 멀티 마스터 멀티 슬레이브의 다중 처리를 지원하는 세그먼트(segment) 기반의 고성능의 양방향 다중처리 버스 구조(bi-direction multitasking bus architecture)이다. 또한, 시스템의 태스크(task) 분석에 의해서, 버스는 버스 동작 주파수의 배수 값을 갖는 주파수 사이에서 각각의 IP에 최적화된 동작 주파수를 선택하기 때문에 전체 전력 소모를 줄일 수 있다. 서로 다른 동작 주파수를 입력받은 IP들 간의 효율적인 데이터 통신을 위하여, 본 구조에서는 비동기 양방향 FIFO를 기반으로 하는 비동기 Wrapper 설계하였다. 또한, 버스 세그먼트의 추가만으로 시스템의 쉬운 확장이 가능하기 때문에, 제안된 구조는 IP 재사용 및 구조적 변경이 용이한 장점을 갖는다. 제안된 버스의 검증을 위해 4-마스터/4-슬레이브를 가지는 4-세그먼트의 버스와 비동기 Wrapper를 Verilog HDL을 이용하여 구현하였다. 버스의 다중처리동작 검증은 버스와 IP의 동작 주파수 비가 1:1, 1:2, 1:4, 1:8인 경우를 기준으로 시뮬레이션을 통해 마스터 IP에서 슬레이브 IP 사이의 데이터 읽기 및 쓰기 전송 동작을 확인하였다. 데이터 전송은 Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA)과 호환 가능한 16 Burst Increment 모드로 하였다. 제한된 GALDS 버스의 최대 동작 지연시간은 쓰기 동작 시 22 클럭, 읽기 동작 시 44 클럭으로 확인되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권1호
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• pp.64-70
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• 2008

고성능 영상 압축 알고리즘으로서 널리 사용되고 있는 H.264 디코더의 디블록킹(Deblocking) 필터는 복호된 영상의 블록화 현상을 제거함으로써 영상의 질을 높이는 역할을 하는데 연산량이 많은 유닛중 하나이다. 본 논문에서는 효율적인 디블록킹 필터 설계를 위해 파이프라인 구조 및 1-D 필터를 사용하고 효율적인 메모리 관리를 통해 하드웨어 면적과 연산 사이클 수를 줄이고 H.264 디코더의 성능을 향상시킬 수 있는 하드웨어 구조를 제안한다. 제안된 구조에서는 픽셀의 재배치를 통해 동일한 1-D 필터를 이용하여 수직방향의 필터연산과 수평방향의 필터연산을 모두 지원한다. 또한 4 개의 메모리 블록 구조를 이용하여 현재 매크로블록의 픽셀과 인접한 다른 매크로블록의 픽셀의 접근 및 저장을 효율적으로 할 뿐만 아니라 필터 연산중에 움직임 보상기의 출력 픽셀을 저장하여 디블록킹 필터와 움직임 보상기 사이의 병목현상을 제거하였다. 이를 통해 디블록킹 필터에 관련된 메모리의 크기를 최소화하고 H.264 디코더의 성능을 향상시키는 이점을 얻을 수 있다. 제안된 디블록킹 필터는 Verilog-HDL을 이용하여 설계하고 FPGA를 통해 검증하였다. 합성 결과 77 MHz에서 HD 영상 디코딩이 가능함을 확인하였다.