Motion JPEG2000을 위한 리프팅 프로세서의 ASIC 설계

서영호,김동욱,Seo Young-Ho,Kim Dong-Wook 한국통신학회 2005 韓國通信學會論文誌 Vol.30 No.5C

본 논문에서는 JPEG2000을 위한 새로운 리프팅 구조를 제안하고 ASIC으로 구현하였다. 동일한 구조의 반복적인 연산을 통해서 수행되는 리프팅의 특성을 이용하여 단위 연산을 수행할 수 있는 셀을 제안하고 이를 확장하여 전체 리프팅을 재구성하였다. 먼저, 리프팅 연산의 동작 순서를 분석하고 하드웨어의 구현을 고려한 인과성을 부여한 후 단위 셀을 최적화하였다. 제안한 셀의 단순한 확장을 통해서 리프팅 커널을 구성하고, 이를 이용하여 Motion JPEG2000을 위한 리프팅 프로세서를 구현하였다. 구현한 리프팅 커널은 최대 $1024{\times}1024$ 크기의 타일(Tile)을 수용할 수 있고, (9,7)필터를 이용한 손실압축과 (5,3)필터를 이용한 무손실압축을 모두 지원한다. 또한 입력 데이터율과 동일한 출력율을 가지고, 일정 대기지연 시간이후 4가지 부대역(LL, LH, HL, HH)의 웨이블릿 계수들을 연속적으로 동시에 출력할 수 있다. 구현한 리프팅 프로세서는 SAMSUNG의 $0.35{\mu}m$ CMOS 라이브러리를 이용하여 ASIC 과정을 거쳤다. 약 9만개의 게이트를 사용하고, 곱셈기로 사용된 매크로 셀에 따라 차이는 있지만 약 150MHz 이상의 속도에서 안정적으로 동작이 가능하였다. 최종적으로 기존의 연구 및 상용 IP와의 비교에서도 종합적으로 우수한 성능을 보이는 것을 확인할 수 있었다. In this paper, we proposed a new lifting architecture for JPEG2000 and implemented to ASIC. We proposed a new cell to execute unit calculation of lifting using the property of lifting which is the repetitious arithmetic with same structure, and then recomposed the whole lifting by expanding it. After the operational sequence of lifting arithmetic was analyzed in detail and the causality was imposed for implementation to hardware, the unit cell was optimized. A new lifting kernel was organized by expanding simply the unit cell, and a lifting processor was implemented for Motion JPEG2000 using it. The implemented lifting kernel can accommodate the tile size of $1024{\times}1024$, and support both lossy compression using the (9,7) filter and lossless compression using (5,3) filter. Also, it has the same output rate as input rate, and can continuously output the wavelet coefficients of 4 types(LL, LH, HL, HH) at the same time. The implemented lifting processor completed a course of ASIC using $0.35{\mu}m$ CMOS library of SAMSUNG. It occupied about 90,000 gates, and stably operated in about 150MHz though difference from the used macro cell for the multiplier. Finally, the improved operated in about 150MHz though difference from the used macro cell for the multiplier. Finally, the performance can be identified in comparison with the previous researches and commercial IPs.

H.264/AVC Main Profile을 위한 CABAC-기반의 블라인드 워터마킹 알고리즘

서영호,최현준,이창열,김동욱,Seo, Young-Ho,Choi, Hyun-Jun,Lee, Chang-Yeul,Kim, Dong-Wook 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.2C

본 논문에서는 동영상 압축 기술인 MPEG-4 Part 10 H.264/AVC의 main profile에서 사용되는 엔트로피 코더인 CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coder)을 이용하여 워터마크를 삽입하고 추출하는 방법을 제안한다. 제안한 알고리즘은 워터마크 삽입을 위한 블록과 계수는 CABAC의 주변 블록 및 주변 계수와의 관계에서 추출된 컨텍스트(context)를 기반으로 선정한다. 이렇게 선별된 계수는 그 절대값과 삽입할 워터마크에 따라 원 계수를 그대로 유지하거나 LSB(Least Significant Bit) 만을 치환하는 방법으로 워터마크를 삽입한다. 따라서 공격자가 워터마크 삽입위치를 판별하기 어렵고, DC계수에 인접 계수들에 워터마크를 삽입함으로써 그 강인성(Robustness)을 만족할 수 있다. 여러 종류 및 강도의 공격을 가한 후 워터마크를 추출했을 때 최대 에러율이 5% 정도로 높은 강인성을 보였다. 또한 제안한 알고리즘은 CABAC 엔트로피 코딩 과정에서 컨텍스트 추출과정 및 이진화과정 수행 중에 워터마크를 삽입하므로, 하드웨어 구현을 고려했을 시에 워터마크 삽입을 위한 위치선정 및 계수선정에 필요한 별도의 연산 과정이 매우 적은 것이 특징이다. 따라서 이 방법은 비디오를 획득한 후 곧바로 압축하여야 하는 응용분야에서 매우 유용하게 사용될 것이라 기대된다. This paper proposed a watermark embedding/extracting method using CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding) which is the entropy encoder for the main profile of MPEG-4 Part 10 H.264/AVC. This algorithm selects the blocks and the coefficients in a block on the bases of the contexts extracted from the relationship to the adjacent blocks and coefficients. A watermark bit is embedded without any modification of coefficient or with replacing the LSB(Least Significant Bit) of the coefficient with a watermark bit by considering both the absolute value of the selected coefficient and the watermark bit. Therefore, it makes it hard for an attacker to find out the watermarked locations. By selecting a few coefficients near the DC coefficient according to the contexts, this algorithm satisfies the robustness requirement. From the results from experiments with various kinds and various strengths of attacks the maximum error ratio of the extracted watermark was 5.02% in maximum, which makes certain that the proposed algorithm has very high level of robustness. Because it embeds the watermark during the context modeling and binarization process of CABAC, the additional amount of calculation for locating and selecting the coefficients to embed watermark is very small. Consequently, it is highly expected that it is very useful in the application area that the video must be compressed right after acquisition.

RTL 수준에서의 합성을 이용한 Gated Clock 기반의 Low-Power 기법

서영호,박성호,최현준,김동욱,Seo, Young-Ho,Park, Sung-Ho,Choi, Hyun-Joon,Kim, Dong-Wook 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.3

본 논문에서는 RTL 수준에서의 클록 게이팅을 이용한 실제적인 저전력 설계 기술에 대해서 제안하고자 한다. 상위 수준의 회로 설계자에 의해 시스템의 동작을 분석하여 클록 게이팅을 위한 제어기를 이용하는 것이 가장 효율적인 전력 감소를 가져 온다. 또한 직접적으로 클록 게이팅을 수행하는 것보다는 합성툴이 자연스럽게 게이팅된 클록을 맵핑할 수 있도록 RTL 수준에서 유도하는 것이 바람직하다. RTL 코딩 단계에서부터 저전력이 고려되었다면 처음 코딩단계에서부터 클록을 게이팅 시키고, 만일 고려되지 않았다면 동작을 분석한 후에 대기 동작인 부분에서 클록을 게이팅 한다. 그리고 회로의 동작을 분석한 후에 클록의 게 이팅을 제어하기 위한 제어기를 설계하고 합성 툴에 의해 저전력 회로에 해당하는 netlist를 얻는다. 결과로부터 상위수준의 클록 게이팅에 의해 레지스터의 전력이 922 mW에서 543 mW로 42% 감소한 것을 확인할 수 있다. Power Theater 자체의 synthesizer를 이용하여 netlist로 합성한 후에 전력을 측정했을 경우에는 레지스터의 전력이 322 mW에서 208 mW로 36.5% 감소한 것을 확인할 수 있다. In this paper we proposed a practical low-power design technique using clock-gating in RTL. An efficient low-power methodology is that a high-level designer analyzes a generic system and designs a controller for clock-gating. Also the desirable flow is to derive clock-gating in normal synthesis process by synthesis tool than to insert directly gate to clock line. If low-power is considered in coding process, clock is gated in coding process. If not considered, after analyzing entire operation. clock is Bated in periods of holding data. After analyzing operation for clock-gating, a controller was designed for it, and then a low-power circuit was generated by synthesis tool. From result, we identified that the consumed power of register decreased from 922mW to 543mW, that is the decrease rate is 42%. In case of synthesizing the test circuit using synthesizer of Power Theater, it decreased from 322mW to 208mW (36.5% decrease).

디지털 시네마용 Motion JPEG2000 인코더의 FPGA 설계

서영호,최현준,김동욱,Seo, Young-Ho,Choi, Hyun-Jun,Kim, Dong-Wook 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.3C

본 논문에서는 주요 영화사들로 구성된 DCI(Digital Cinema Initiatives)에 의해 디지털 시네마를 위한 영상 압축 표준으로 제정된 Motion JPEG2000 부호화기를 FPGA를 타겟으로 구현하였다. JPEG2000의 주요 구성요소인 리프팅-기반의 DWT(Discrete Wavelet Transform)와 EBCOT(Embedded Block Coding with Optimized Truncation)의 Tier 1을 하드웨어로 구현하였고, Tier 2과정은 소프트웨어로 구현하였다. 디지털 시네마를 위해 입력 영상의 크기(tile size)는 최대 $1024\times1024$까지의 고해상도를 지원할 수 있도록 하였고, 실시간성을 보장하기 위해 3개의 엔트로피 부호화기를 사용하였다. Verilog-HDL을 이용하여 하드웨어로 구현했을 경우 Altera사의 Stratix EP1S80에서 32,470 LE (logic element)에 해당하는 자원을 사용하면서 FPGA에 사상되었고, 150Mhz의 주파수에서 안정적으로 동작하였다. In the paper, a Motion JPEG2000 coder which has been set as the standard for image compression by the Digital Cinema Initiatives (DCI), an organization composed of major movie studios was implemented into a target FPGA. The DWT (Discrete Wavelet Transform) based on lifting and the Tier 1 of EBCOT (Embedded Block Coding with Optimized Truncation) which are major functional modules of the JPEG2000 were setup with dedicated hardware. The Tier 2 process was implemented in software. For digital cinema the tile-size was set to support $1024\times1024$ pixels. To ensure the real-time operations, three entropy encoders were used. When Verilog-HDL was used for hardware, resources of 32,470 LEs in Altera's Stratix EP1S80 were used, and the hardware worked stably at the frequency of 150Mhz.

Studies on Molecular Structure Changes in Polyethylene/Polypropylene Sheath-Core Monofilament

서영호,임영민,오태환,한성수,남영식,남승민,함진수,Seo, Young Ho,Lim, Young Min,Oh, Tae Hwan,Han, Sung Soo,Nam, Young Sik,Nam, Seung Min,Ham, Jin Soo The Korean Fiber Society 2014 한국섬유공학회지 Vol.51 No.2

In this study, changes in the molecular structure of a sheath-core polyethylene (PE)/polypropylene (PP) bicomponent monofilament were investigated using different fractions of sheath or core components. The melt complex viscosity of sheath PE showed a greater shear thinning behavior than core PP. For both as-spun and drawn filaments, the crystal structure of sheath PE developed better than that of core PP. In the as-spun monofilament, the core PP crystal structure did not develop well, while sheath PE showed a more developed crystal structure. Further, sonic velocity indicating the molecular orientation increased upon drawing but was rarely dependent on the sheath PE fraction for both as-spun and drawn monofilaments.

HEVC기반의 디지털 워터마킹을 위한 인트라 예측의 분석

서영호,김보라,김동욱,Seo, Young-Ho,Kim, Bora,Kim, Dong-Wook 한국정보통신학회 2015 한국정보통신학회논문지 Vol.19 No.5

최근 디지털 방송기술의 비약적인 발전과 함께 초 고해상도 및 초 고화질 영상서비스에 관심이 높아지고 영상 서비스에 관한 수요가 늘어나고 있다. 따라서 기존의 Full HD 보다 4배 혹은 16배의 해상도가 크게 개선된 UHD나 Full HD를 지원하는 모바일 기기 등 영상기기의 보급이 이루어지고 있다. 이러한 큰 해상도의 콘텐츠가 보급이 됨에 따라 그에 해당하는 고효율의 비디오 압축 방법이 제시되고 있다. 따라서 새로운 압축방법에 적용할 수 있는 소유권/지적재산권 보호를 위한 워터마킹 기술 또한 필요하다. 본 논문에서는 새로운 압축 방법인 HEVC 기반의 재인코딩 과정시 인트라 프레임의 예측모드들을 분석하여 경향성을 분석해 HEVC 기반의 워터마킹 가능성 검토에 목적을 둔다. 인트라 프레임에서의 예측모드의 변화를 분석하고 나타나는 경향성의 분석을 통해 변화하지 않는 블록을 찾는 알고리즘을 제안한다. Recently, with rapid development of digital broadcasting technology, high-definition video service increased interest and demand. supplied mobile and image device support that improve 4~16 time existing Full HD. Such as high-definition contents supply, proposed compression for high-efficiency video codec (HEVC). Therefore, watermarking technology is necessary applying HEVC for protecting ownership and intellectual property. In this paper, analysis of prediction mode in intra frame and study feasibility of watermarking in re-encoding based HEVC. Proposed detect un-changed blocks in intra frame, using the result of analysis prediction mode.

강원지역 논 잡초 발생 양상 및 제초제의 사용 실태

서영호,김세원,최승출,정병찬,Seo, Young-Ho,Kim, Se-Won,Choi, Seung-Chul,Jeong, Byeong-Chan 한국잡초학회한국잔디학회 2012 Weed&Turfgrass Science Vol.32 No.1

The occurrence of sulfonylurea-resistant weeds has recently increased in Korea. A survey was performed to investigate major paddy field weeds and frequently used herbicides in Gangwon province, Korea in order to establish a system to efficiently control herbicide-resistant weeds. The dominant paddy field weeds included Monochoria vaginalis (14%), Sagittaria trifolia (14%), Scirpus juncoides (13%), and Echinochloa spp. (13%), and the most widely used herbicides were oxadiazon 12% EC (27%), butachlor 5% GR (20%), oxadiargyl 1.7% EC (16%), and benzobicyclon+imazosulfuron+pyriminobac-methyl 6.1% SC (14%) in Gangwon province, Korea. Many paddy rice growers considered Scirpus juncoides, S. trifolia, Echinochloa spp. and M. vaginalis as herbicide-resistant weeds. An extensive research deserves to be conducted to monitor occurrence of herbicide-resistant paddy weeds in Gangwon province, Korea.

CSCL 기반 디자인 사고를 적용한 SW교육이 초등학생의 창의성과 문제해결능력에 미치는 효과

서영호,김종훈,Seo, Youngho,Kim, Jonghoon 한국정보교육학회 2018 정보교육학회논문지 Vol.22 No.4

본 연구는 CSCL 기반 디자인 사고를 적용한 SW교육이 초등학생의 창의성과 문제해결능력에 미치는 효과를 분석하고자 하였다. J대학교 겨울방학 교육기부 신청학생 4, 5, 6학년 28명의 학생을 대상으로 연구를 실시하였다. 실험집단은 CSCL기반 디자인 사고를 적용한 SW교육 프로그램을 개발하여 진행하였다. 창의성과 문제해결능력 사전검사를 실시하고 42시간에 걸쳐 디자인 사고를 적용한 SW교육을 진행한 후 창의성과 문제해결능력 사후검사를 실시하였다. 창의성 검사도구로는 Torrance의 TTCT 도형 검사지 A, B형을 사용하였으며 문제해결능력 검사도구로는 생애능력 측정도구 개발 연구 중 문제해결능력 진단지 초등학생용을 사용하여 분석하였다. 검증 결과, 디자인 사고를 적용한 SW교육이 초등학생의 창의성과 문제해결능력 향상에 효과적인 것으로 나타났다. The purpose of this study is to analyze the effect of SW education applying CSCL based design thinking on elementary school students' creativity and problem solving skills. The study was conducted on 28 elementary school students in grades 4,5,6 participated in J university-sponsored educational donation program during the winter break. A SW education program based on design thinking was developed and applied to experimental group. First, we conducted a pre-test to check creativity and problem solving skills. After that, SW education program applying CSCL-based design thinking was conducted for 42 hours. Finally, post-test was conducted to examine creativity and problem solving skills. As a creativity test tool, the TTCT pattern test forms A and B of Torrance were used and analyzed. As the problem solving skills test tool, the problem solving skills test for the elementary school students developed as a life-ability measurement tool were used and analyzed. As a result of the verification, it was found that SW education applying design thinking was effective in improving elementary school students' creativity and problem solving skills.

가정식 대체식품(HMR) 소비시장 현황과 전망

서영호,Seo, Yeong-Ho 한국식품저장유통학회 2017 식품저장과 가공산업 Vol.16 No.2

임의의 가상시점 홀로그램 서비스를 위한 중간시점 영상 및 디지털 홀로그램 생성

서영호,이윤혁,구자명,김동욱,Seo, Young-Ho,Lee, Yoon-Hyuk,Koo, Ja-Myung,Kim, Dong-Wook 한국정보통신학회 2013 한국정보통신학회논문지 Vol.17 No.1

This paper proposes an intermediate image generation method for the viewer's view point by tracking the viewer's face, which is converted to a digital hologram. Its purpose is to increase the viewing angle of a digital hologram, which is gathering higher and higher interest these days. The method assumes that the image information for the leftmost and the rightmost view points within the viewing angle to be controlled are given. It uses a stereo-matching method between the leftmost and the rightmost depth images to obtain the pseudo-disparity increment per depth value. With this increment, the positional informations from both the leftmost view point and the rightmost view point are generated, which are blended to get the information at the wanted intermediate viewpoint. The occurrable dis-occlusion region in this case is defined and a inpainting method is proposed. The results from implementing and experimenting this method showed that the average image qualities of the generated depth and RGB image were 33.83[dB] and 29.5[dB], respectively, and the average execution time was 250[ms] per frame. Also, we propose a prototype system to service digital hologram interactively to the viewer by using the proposed intermediate view generation method. It includes the operations of data acquisition for the leftmost and the rightmost viewpoints, camera calibration and image rectification, intermediate view image generation, computer-generated hologram (CGH) generation, and reconstruction of the hologram image. This system is implemented in the LabView(R) environments, in which CGH generation and hologram image reconstruction are implemented with GPGPUs, while others are implemented in software. The implemented system showed the execution speed to process about 5 frames per second. 본 논문은 최근 관심이 고조되고 있는 디지털 홀로그램의 시야각을 확보하기 위하여 시청자의 시점을 추적하여 그 시점에 해당하는 데이터를 생성하고, 이를 디지털 홀로그램으로 변환하는 방법을 제안한다. 이 방법은 제어하는 시야각의 맨 좌측과 맨 우측 시점에 대한 정보(깊이정보와 컬러 또는 명도정보)가 주어졌다고 가정한다. 이 방법은 주어진 좌, 우측의 깊이영상을 대상으로 스테레오 정합에 의해 단위 깊이 당 의사변위증분을 구하여 사용한다. 이를 이용하여 주어진 좌, 우측시점으로부터 원하는 가상시점의 정보를 생성하고, 그 결과의 두 영상을 결합하여 해당시점의 정보를 획득한다. 이 경우 발생하는 비폐색 영역을 정의하고 이를 채우는 방법을 제안한다. 이 방법을 구현하여 실험한 결과 생성한 중간 시점의 깊이영상과 RGB영상의 평균 화질은 각각 33.83[dB]과 29.5[dB]이었으며, 평균 수행속도는 프레임 당 250[ms]이었다. 또한 이 방법을 이용하여 시청자와 인터랙티브하게 디지털 홀로그램을 서비스하는 시스템의 프로토타입을 제안한다. 이 시스템에는 좌, 우 시점의 영상정보를 획득, 카메라 캘리브래이션과 영상보정, 중간시점 영상생성, 컴퓨터-생성홀로그램(computer-generated hologram, CGH) 생성 및 홀로그램 영상복원기능을 포함한다. 이 시스템은 LabView(R) 환경에서 구현되며, CGH생성과 홀로그램 영상 복원은 GPGPU로, 나머지는 소프트웨어로 구현한다. 구현결과 평균 수행 속도는 초당 약 5 프레임을 처리할 수 있는 속도이었다.