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Fast LDPC Decoding using Bit Plane Correlation in Wyner-Ziv Video Coding
오양근,심혁재,전병우,Oh, Ryanggeun,Shim, Hiuk Jae,Jeon, Byeungwoo The Institute of Electronics and Information Engin 2014 전자공학회논문지 Vol.51 No.4
와이너 지브(Wyner-Ziv) 비디오 압축은 리소스 제한적인 부호화기를 사용하는 다양한 어플리케이션에 있어 상당히 유용하지만, 와이너 지브 복호화기는 상당량의 복잡도를 요구하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 복잡도의 주요 원인으로는 LDPC 채널 복호과정을 꼽을 수 있는데, 이는 점진적으로 요구되는 패리티량에 따라 매번 반복적인 채널 복호과정을 거치기 때문이라 할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 복잡도의 문제를 해결하기 위해 비트 플레인을 두 개의 그룹으로 나누고, 각 그룹의 패리티 요구량의 예측치를 비트 플레인 간의 상관관계에 근거하여 계산한다. 따라서 제안된 와이너 지브 복호화기는 예측된 최소 패리티 예측량에 따른 패리티를 전송 받은 이후 반복적인 복호 과정을 거치게 된다. 본 제안 방법을 적용할 경우 LDPC 복호 과정의 71% 정도의 시간을 절약할 수 있다. Although Wyner-Ziv (WZ) video coding proves useful for applications employing encoders having restricted computing resources, the WZ decoder has a problem of excessive decoding complexity. It is mainly due to its iterative LDPC channel decoding process which repeatedly requests incremental parity data after iterative channel decoding of parity data received at each request. In order to solve the complexity problem, we divide bit planes into two groups and estimate the minimum required number of parity requests separately for the two groups of bit planes using bit plane correlation. The WZ decoder executes the iterative decoding process only after receiving parity data corresponding to the estimated minimum number of parity requests. The proposed method saves about 71% of the computing time in the LDPC decoding process.
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적응적 경판정 출력을 이용한 고속 분산 비디오 복호화 기술
오양근(Ryanggeun Oh),심혁재(Hiuk Jae Shim),전병우(Byeungwoo Jeon) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.47 No.6
최근 부호화기의 성능 및 전력이 제한된 환경을 위한 비디오 부호화 기술로 분산 비디오 부호화 기술 (DVC : Distributed Video Coding)이 각광받고 있으며, Wyner-Ziv (WZ) 부호화 기술은 이의 대표적인 기술이다. WZ 부호화기는 기존 인트라 부호화 기술과 채널 부호를 사용하여 각각 키 (key)프레임과 WZ 프레임을 독립적으로 부호화한다. WZ 복호화기는 프레임 간 시간적 유사도를 기반으로, 복호화 된 키 프레임으로부터 보조 정보 (Side Information)를 생성한다. 보조 정보는 가상의 채널잡음이 존재하는 WZ 프레임으로 간주되고, 가상의 채널 잡음은 채널 부호 복호화 과정을 통해 제거된다. 따라서 WZ 부호화 기술의 성능은 채널 부호의 성능에 크게 좌우된다. 현존하는 채널 부호 중 LPDC 채널 부호와 Turbo 채널 부호는 강력한 에러 정정 능력을 가지고 있으며, 확률적인 계산을 기반으로 반복적인 복호화 알고리즘을 수행하는 것이 특징이다. 하지만 반복적인 복호화 과정은 상당히 소모적인 과정으로 WZ 복호화기의 복잡도를 증가시킨다. 실제 WZ 부호화 기술에 LDPCA 채널부호를 사용한 경우, WZ 복호화기 전체 복잡도에서 채널 복호화 과정이 차지하는 비율은 평균 60%에 이른다. 채널 복호화 과정 복잡도의 감소를 위해 채널 부호 분야에서 제안되었던 HDA (Hard Decision Aided) 방법을 LDPCA 채널 부호에 적용할 경우, 채널 복호화 과정의 복잡도는 상당히 줄어든다. 하지만 HDA 방법 적용을 위해 설정할 경계치에 따라 율 왜곡 측면에서 상당한 성능 저하가 있을 수 있으며. 적정 경계치는 영상마다 각각 다르다. 이에 본 논문에서는 영상의 특성에 따라 경계치가 설정되는 적응적 HDA 방법을 제안한다. 제안 방법은 적정 율 왜곡 성능을 유지하며, 채널 복호화 과정 및 WZ 복호화 과정에서 각각 약 62%, 32%의 시간 절감 성능을 보인다. Recently distributed video coding (DVC) is spotlighted for the environment which has restriction in computing resource at encoder. Wyner-Ziv (WZ) coding is a representative scheme of DVC. The WZ encoder independently encodes key frame and WZ frame respectively by conventional intra coding and channel code. WZ decoder generates side information from reconstructed two key frames (t-1, t+1) based on temporal correlation. The side information is regarded as a noisy version of original WZ frame. Virtual channel noise can be removed by channel decoding process. So the performance of WZ coding greatly depends on the performance of channel code. Among existing channel codes, Turbo code and LDPC code have the most powerful error correction capability. These channel codes use stochastically iterative decoding process. However the iterative decoding process is quite time-consuming, so complexity of WZ decoder is considerably increased. Analysis of the complexity of LPDCA with real video data shows that the portion of complexity of LDPCA decoding is higher than 60% in total WZ decoding complexity. Using the HDA (Hard Decision Aided) method proposed in channel code area, channel decoding complexity can be much reduced. But considerable RD performance loss is possible according to different thresholds and its proper value is different for each sequence. In this paper, we propose an adaptive HDA method which sets up a proper threshold according to sequence. The proposed method shows about 62% and 32% of time saving, respectively in LDPCA and WZ decoding process, while RD performance is not that decreased.
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Fast LDPC Decoding using Bit Plane Correlation in Wyner-Ziv Video Coding
Ryanggeun Oh(오양근),Hiuk Jae Shim(심혁재),Byeungwoo Jeon(전병우) 대한전자공학회 2014 전자공학회논문지 Vol.51 No.4
와이너 지브(Wyner-Ziv) 비디오 압축은 리소스 제한적인 부호화기를 사용하는 다양한 어플리케이션에 있어 상당히 유용하지만, 와이너 지브 복호화기는 상당량의 복잡도를 요구하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 복잡도의 주요 원인으로는 LDPC 채널 복호 과정을 꼽을 수 있는데, 이는 점진적으로 요구되는 패리티량에 따라 매번 반복적인 채널 복호과정을 거치기 때문이라 할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 복잡도의 문제를 해결하기 위해 비트 플레인을 두 개의 그룹으로 나누고, 각 그룹의 패리티 요구량의 예측치를 비트 플레인 간의 상관관계에 근거하여 계산한다. 따라서 제안된 와이너 지브 복호화기는 예측된 최소 패리티 예측량에 따른 패리티를 전송 받은 이후 반복적인 복호 과정을 거치게 된다. 본 제안 방법을 적용할 경우 LDPC 복호 과정의 71% 정도의 시간을 절약할 수 있다. Although Wyner-Ziv (WZ) video coding proves useful for applications employing encoders having restricted computing resources, the WZ decoder has a problem of excessive decoding complexity. It is mainly due to its iterative LDPC channel decoding process which repeatedly requests incremental parity data after iterative channel decoding of parity data received at each request. In order to solve the complexity problem, we divide bit planes into two groups and estimate the minimum required number of parity requests separately for the two groups of bit planes using bit plane correlation. The WZ decoder executes the iterative decoding process only after receiving parity data corresponding to the estimated minimum number of parity requests. The proposed method saves about 71% of the computing time in the LDPC decoding process.
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패리티 요구량 예측을 이용한 적응적 경판정 출력 기반 고속 분산 비디오 복호화 기술
심혁재(Hiuk Jae Shim),오양근(Ryanggeun Oh),전병우(Byeungwoo Jeon) 한국방송·미디어공학회 2011 방송공학회논문지 Vol.16 No.4
In distributed video coding, low complexity encoder can be realized by shifting encoder-side complex processes to decoder-side. However, not only motion estimation/compensation processes but also complex LDPC decoding process are imposed to the Wyner-Ziv decoder, therefore decoder-side complexity has been one important issue to improve. LDPC decoding process consists of numerous iterative decoding processes, therefore complexity increases as the number of iteration increases. This iterative LDPC decoding process accounts for more than 60% of whole WZ decoding complexity, therefore it can be said to be a main target for complexity reduction. Previously, HDA (Hard Decision Aided) method is introduced for fast LDPC decoding process. For currently received parity bits, HDA method certainly reduces the complexity of decoding process, however, LDPC decoding process is still performed even with insufficient amount of parity request which cannot lead to successful LDPC decoding. Therefore, we can further reduce complexity by avoiding the decoding process for insufficient parity bits. In this paper, therefore, a parity request estimation method is proposed using bit plane-wise correlation and temporal correlation. Joint usage of HDA method and the proposed method achieves about 72% of complexity reduction in LDPC decoding process, while rate distortion performance is degraded only by -0.0275 ㏈ in BDPSNR.
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