디스플레이 장치를 위한 고정 비율 압축 하드웨어 설계

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2016. 2. 이혁재.디스플레이 장치에서의 압축 방식은 일반적인 비디오 압축 표준과는 다른 몇 가지 특징이 있다. 첫째, 특수한 어플리케이션을 목표로 한다. 둘째, 압축 이득, 소비 전력, 실시간 처리 등을 위해 하드웨어 크기가 작고, 목표로 하는 압축률이 낮다. 셋째, 래스터 주사 순서에 적합해야 한다. 넷째, 프레임 메모리 크기를 제한시키거나 임의 접근을 하기 위하여 압축 단위당 목표 압축률을 실시간으로 정확히 맞출 수 있어야 한다. 본 논문에서는 이와 같은 특징을 만족시키는 세 가지 압축 알고리즘과 하드웨어 구조를 제안하도록 한다. LCD 오버드라이브를 위한 압축 방식으로는 BTC(block truncation coding) 기반의 압축 방식을 제안하도록 한다. 본 논문은 압축 이득을 증가시키기 위하여 목표 압축률 12에 대한 압축 방식을 제안하는데, 압축 효율을 향상시키기 위하여 크게 두 가지 방법을 이용한다. 첫 번째는 이웃하는 블록과의 공간적 연관성을 이용하여 비트를 절약하는 방법이다. 그리고 두 번째는 단순한 영역은 2×16 코딩 블록, 복잡한 영역은 2×8 코딩 블록을 이용하는 방법이다. 2×8 코딩 블록을 이용하는 경우 목표 압축률을 맞추기 위하여 첫 번째 방법으로 절약된 비트를 이용한다. 저비용 근접-무손실 프레임 메모리 압축을 위한 방식으로는 1D SPIHT(set partitioning in hierarchical trees) 기반의 압축 방식을 제안하도록 한다. SPIHT은 고정 목표 압축률을 맞추는데 매우 효과적인 압축 방식이다. 그러나 1D 형태인 1D SPIHT은 래스터 주사 순서에 적합함에도 관련 연구가 많이 진행되지 않았다. 본 논문은 1D SPIHT의 가장 큰 문제점인 속도 문제를 해결할 수 있는 하드웨어 구조를 제안한다. 이를 위해 1D SPIHT 알고리즘은 병렬성을 이용할 수 있는 형태로 수정된다. 인코더의 경우 병렬 처리를 방해하는 의존 관계가 해결되고, 파이프라인 스케쥴링이 가능하게 된다. 디코더의 경우 병렬로 동작하는 각 패스가 디코딩할 비트스트림의 길이를 미리 예측할 수 있도록 알고리즘이 수정된다. 고충실도(high-fidelity) RGBW 컬러 이미지 압축을 위한 방식으로는 예측 기반의 압축 방식을 제안하도록 한다. 제안 예측 방식은 두 단계의 차분 과정으로 구성된다. 첫 번째는 공간적 연관성을 이용하는 단계이고, 두 번째는 인터-컬러 연관성을 이용하는 단계이다. 코딩의 경우 압축 효율이 높은 VLC(variable length coding) 방식을 이용하도록 한다. 그러나 기존의 VLC 방식은 목표 압축률을 정확히 맞추는데 어려움이 있었으므로 본 논문에서는 Golomb-Rice 코딩을 기반으로 한 고정 길이 압축 방식을 제안하도록 한다. 제안 인코더는 프리-코더와 포스터-코더로 구성되어 있다. 프리-코더는 특정 상황에 대하여 실제 인코딩을 수행하고, 다른 모든 상황에 대한 예측 인코딩 정보를 계산하여 포스터-코더에 전달한다. 그리고 포스트-코더는 전달받은 정보를 이용하여 실제 비트스트림을 생성한다.제 1 장 서론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 연구 내용 4 1.3 논문 구성 8 제 2 장 이전 연구 9 2.1 BTC 9 2.1.1 기본 BTC 알고리즘 9 2.1.2 컬러 이미지 압축을 위한 BTC 알고리즘 10 2.2 SPIHT 13 2.2.1 1D SPIHT 알고리즘 13 2.2.2 SPIHT 하드웨어 17 2.3 예측 기반 코딩 19 2.3.1 예측 방법 19 2.3.2 VLC 20 2.3.3 예측 기반 코딩 하드웨어 22 제 3 장 LCD 오버드라이브를 위한 BTC 24 3.1 제안 알고리즘 24 3.1.1 비트-절약 방법 25 3.1.2 블록 크기 선택 방법 29 3.1.3 알고리즘 요약 31 3.2 하드웨어 구조 33 3.2.1 프레임 메모리 인터페이스 34 3.2.2 인코더와 디코더의 구조 37 3.3 실험 결과 44 3.3.1 알고리즘 성능 44 3.3.2 하드웨어 구현 결과 49 제 4 장 저비용 근접-무손실 프레임 메모리 압축을 위한 고속 1D SPIHT 54 4.1 인코더 하드웨어 구조 54 4.1.1 의존 관계 분석 및 제안하는 파이프라인 스케쥴 54 4.1.2 분류 비트 재배치 57 4.2 디코더 하드웨어 구조 59 4.2.1 비트스트림의 시작 주소 계산 59 4.2.2 절반-패스 처리 방법 63 4.3 하드웨어 구현 65 4.4 실험 결과 73 제 5 장 고충실도 RGBW 컬러 이미지 압축을 위한 고정 압축비 VLC 81 5.1 제안 알고리즘 81 5.1.1 RGBW 인터-컬러 연관성을 이용한 예측 방식 82 5.1.2 고정 압축비를 위한 Golomb-Rice 코딩 85 5.1.3 알고리즘 요약 89 5.2 하드웨어 구조 90 5.2.1 인코더 구조 91 5.2.2 디코더 구조 95 5.3 실험 결과 101 5.3.1 알고리즘 실험 결과 101 5.3.2 하드웨어 구현 결과 107 제 6 장 압축 성능 및 하드웨어 크기 비교 분석 113 6.1 압축 성능 비교 113 6.2 하드웨어 크기 비교 120 제 7 장 결론 125 참고문헌 128 ABSTRACT 135Docto

Image and Video Coding Techniques for Ultra-low Latency

The next generation of wireless networks fosters the adoption of latency-critical applications such as XR, connected industry, or autonomous driving. This survey gathers implementation aspects of different image and video coding schemes and discusses their tradeoffs. Standardized video coding technologies such as HEVC or VVC provide a high compression ratio, but their enormous complexity sets the scene for alternative approaches like still image, mezzanine, or texture compression in scenarios with tight resource or latency constraints. Regardless of the coding scheme, we found inter-device memory transfers and the lack of sub-frame coding as limitations of current full-system and software-programmable implementations.publishedVersionPeer reviewe

Passive Techniques for Detecting and Locating Manipulations in Digital Images

Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Informática, leída el 19-11-2020El numero de camaras digitales integradas en dispositivos moviles as como su uso en la vida cotidiana esta en continuo crecimiento. Diariamente gran cantidad de imagenes digitales, generadas o no por este tipo de dispositivos, circulan en Internet o son utilizadas como evidencias o pruebas en procesos judiciales. Como consecuencia, el analisis forense de imagenes digitales cobra importancia en multitud de situaciones de la vida real. El analisis forense de imagenes digitales se divide en dos grandes ramas: autenticidad de imagenes digitales e identificacion de la fuente de adquisicion de una imagen. La primera trata de discernir si una imagen ha sufrido algun procesamiento posterior al de su creacion, es decir, que no haya sido manipulada. La segunda pretende identificar el dispositivo que genero la imagen digital. La verificacion de la autenticidad de imagenes digitales se puedellevar a cabo mediante tecnicas activas y tecnicas pasivas de analisis forense. Las tecnicas activas se fundamentan en que las imagenes digitales cuentan con \marcas" presentes desde su creacion, de forma que cualquier tipo de alteracion que se realice con posterioridad a su generacion, modificara las mismas, y, por tanto, permitiran detectar si ha existido un posible post-proceso o manipulacion...The number of digital cameras integrated into mobile devices as well as their use in everyday life is continuously growing. Every day a large number of digital images, whether generated by this type of device or not, circulate on the Internet or are used as evidence in legal proceedings. Consequently, the forensic analysis of digital images becomes important in many real-life situations. Forensic analysis of digital images is divided into two main branches: authenticity of digital images and identi cation of the source of acquisition of an image. The first attempts to discern whether an image has undergone any processing subsequent to its creation, i.e. that it has not been manipulated. The second aims to identify the device that generated the digital image. Verification of the authenticity of digital images can be carried out using both active and passive forensic analysis techniques. The active techniques are based on the fact that the digital images have "marks"present since their creation so that any type of alteration made after their generation will modify them, and therefore will allow detection if there has been any possible post-processing or manipulation. On the other hand, passive techniques perform the analysis of authenticity by extracting characteristics from the image...Fac. de InformáticaTRUEunpu

Approachable Error Bounded Lossy Compression

Compression is commonly used in HPC applications to move and store data. Traditional lossless compression, however, does not provide adequate compression of floating point data often found in scientific codes. Recently, researchers and scientists have turned to lossy compression techniques that approximate the original data rather than reproduce it in order to achieve desired levels of compression. Typical lossy compressors do not bound the errors introduced into the data, leading to the development of error bounded lossy compressors (EBLC). These tools provide the desired levels of compression as mathematical guarantees on the errors introduced. However, the current state of EBLC leaves much to be desired. The existing EBLC all have different interfaces requiring codes to be changed to adopt new techniques; EBLC have many more configuration options than their predecessors, making them more difficult to use; and EBLC typically bound quantities like point wise errors rather than higher level metrics such as spectra, p-values, or test statistics that scientists typically use. My dissertation aims to provide a uniform interface to compression and to develop tools to allow application scientists to understand and apply EBLC. This dissertation proposal presents three groups of work: LibPressio, a standard interface for compression and analysis; FRaZ/LibPressio-Opt frameworks for the automated configuration of compressors using LibPressio; and work on tools for analyzing errors in particular domains

Academic Year 2019-2020 Faculty Excellence Showcase, AFIT Graduate School of Engineering & Management

An excerpt from the Dean\u27s Message: There is no place like the Air Force Institute of Technology (AFIT). There is no academic group like AFIT’s Graduate School of Engineering and Management. Although we run an educational institution similar to many other institutions of higher learning, we are different and unique because of our defense-focused graduate-research-based academic programs. Our programs are designed to be relevant and responsive to national defense needs. Our programs are aligned with the prevailing priorities of the US Air Force and the US Department of Defense. Our faculty team has the requisite critical mass of service-tested faculty members. The unique composition of pure civilian faculty, military faculty, and service-retired civilian faculty makes AFIT truly unique, unlike any other academic institution anywhere