본 논문에서는 정규 허프만 트리의 성질을 이용하여 허프만 코드를 효율적으로 디코딩 하는 방법을 제안하고 그 특성을 살펴보았다. 허프만 코드를 정규 허프만 트리로 변환한 후 각 레벨의 단말 노드 값들에 대한 규칙을 이용하여 최소한의 정보로 허프만 트리를 표현하였다. 제안한 방법은 기존의 방법과 동일한 수행 시간을 유지하며 트리정보를 위한 메모리를 줄일 수 있었다. 트리정보를 저장하기 위한 메모리의 크기는 2h + 2klogn로서 기존의 방법들보다 적었으며 심벌로 변환하기 위한 검색의 수는 비슷하였다.
본 논문에서는 허프만 코드의 효율적인 복호화를 위하여 균형이진 트리와 정규 허프만 트리를 이용한 복호화 방법을 제안하였다. 균형이진 트리 방식은 트리의 높이를 낮추고 이진탐색이 가능하도록 하여 검색횟수를 줄일 수 있었지만 심벌의 발생확률이 아니라 코드의 크기에 트리를 만드는 것이 단점이다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 트리의 레벨 마다 심벌의 발생확률에 따른 균형이진 트리를 구성하고 이진탐색을 레벨 별로 수행하였다. 최상위 레벨부터 순차적으로 검색을 하지 않고 코드가 있는 레벨을 찾아 검색하기 위하여 정규 허프만 트리를 사용하여 검색횟수를 최소화하였다.
본 논문에서는 비디오 코덱을 비롯한 멀티미디어 데이터 압축에 주로 이용되는 엔트로피 코딩 방식 중의 하나인 허프만 코딩을 위한 전용 하드웨어를 제안하고 구현하였다. 제안한 허프만 코덱은 허프만 인코더와 디코더로 구성되어 있다. 허프만 인코더는 룩업 테이블을 이용하여 심볼을 허프만 코드로 변환한다. 가변 길이의 허프만 코드는 데이터 패킷화 블록에서 32 비트의 일정한 형식으로 맞추어진 후에 프레임 단위로 직렬로 출력된다. 허프만 디코더는 직렬로 입력되는 비트스트림을 버퍼링 없이 트리 구조의 FSM을 이용하여 디코딩하여 심볼로 변환한다. 제안한 하드웨어는 동작의 유연성을 위해서 인코딩과 디코딩 하드웨어를 프로그래머블하게 동작시킬 수 있도록 하여 프로그래밍 과정을 통해서 다양한 허프만 코딩을 수행할 수 있도록 하였다. 구현한 하드웨어는 Altera사의 Cyclone III FPGA를 이용하여 검증하였고, 3725개의 LUT를 사용하면서 최대 365MHz로 동작이 가능하였다.
본 논문의 내용은 데이터 전송시 코드의 변화량을 줄여서 시스템이 소비하는 전략량을 감축하기 위한 효율적인 데이터 압축 알고리즘에 관한 것이다. 기존의 압축방법은 코드의 길이를 줄이는 것만을 목적으로 하였고 전송시 스위칭 동작량은 고려하지 않았다. 연속된 문자 코드의 서로 다른 비트 수를 해밍거리로 표시하는데 본 논문에서는 허프만 부호화 알고리즘에 의하여 발생된 압축률을 유지하면서 허프만코드를 재구성하여 스위칭 동작 횟수를 줄여 소비전력량을 줄이는 알고리즘을 제안한다. 실험결과 제안된 알고리즘은 아스키코드에 비하여 평균 15% , 허프만코드에 비하여 평균 4.6% 의 전력감축효과를 보였다.제안된 알고리즘은 압축률 개선에도 응용가능하다.
본 논문에서는 임베디드 시스템으로의 적용을 위한 균형이진트리 방식의 허프만 코딩 복호화 방법에 대하여 논한다. 그리고 구현된 전체 시스템의 간단한 코드 최적화(code optimization)를 추가하여 시스템 전체의 처리 속도를 감소시키고자 하였다. 본문에서는 구현된 복호화 성능 향상의 정확한 측정을 위하여 하드웨어 시뮬레이터를 사용했다. 이를 통해서 실질적인 환경에서 어느 정도의 duration으로 동작될 수 있는지, 그리고 해당 환경에서 얼마나 성능을 향상시킬 수 있을지를 비교적 정확하게 판단할 수 있도록 했다. 본문의 마지막에 명시된 대로, 최적화의 결과로, 허프만 코드를 표에서 찾는 기존의 방법에 비하여, 복호화 부분과 복호화 부분을 제외한 시스템 코드 최적화 각각 36%, 2%의 duration 횟수의 감소를 확인할 수 있었다.
비트 값의 반전을 이용하여 정규 허프만 코드의 선택적인 암호화 방법을 제안하였다. 심벌들을 일정한 크기의 블록으로 나누어 블록안의 각 심벌들을 정규 허프만 코딩으로 압축한다. 블록별로 원 코드로 보낼 것인지 암호화하여 보낼것인지 결정하고 암호화 블록은 전제 비트들의 값을 반전시키고 암호화하지 않는 블록들은 원 코딩 데이터를 암호화 정보와 함께 전송한다. 수신측에서 압축된 데이터를 암호화 정보를 이용하여 해독가능하다.
여러 가지 압축알고리즘 중에서 허프만 부호화는 데이터의 통계적인 중복성을 제거하기 위한 방법으로 많이 사용되어 왔다. 이제까지 허프만 테이블의 특성과 코드워드의 패턴에 따라 효율적으로 복호화할 수 있는 알고리즘이 많이 제안되었다. 본 논문에서는 8진 트리 검색 방법을 이용한 허프만 복호화 알고리즘을 제안하고 효율적인 하드웨어 구현 방법을 제안한다. 하드웨어의 메모리와 게이트 면적을 소형화하였고 빠른 검색을 위하여 알고리즘을 최적화하여 MPEG 오디오 복호화기 시스템에 적용할 수 있게 하였다.
네트워크에서 데이터의 보안은 암호화에 의해 제공된다. 최근 영상이나 비디오와 같은 대용량의 데이터 파일의 암호화의 비용 및 복잡성을 줄이기 위한 방안으로 선택적 암호화가 제안되었다. 본 논문에서는 허프만 코딩으로 압축된 데이터의 암호화 방안을 제안하고 그 성능에 대해 논한다. 허프만 코드에 적용 가능한 단순한 선택적 암호화 방법을 제안하고 불안전한 채널에서 암호화 방법의 효율성에 대해 논의한다. 암호화 과정과 데이터 압축 과정이 하나로 결합될 수 있으며 그렇게 함으로서 데이터를 압축하고 암호화하는 과정을 간략화 하고 시간을 줄일 수 있다.
본 논문에서는 허프만 코딩의 기본 원리인 이진트리로부터 생성된 효율적인 일차원 검색테이블 구성과, 프로세싱 효율을 증가시키기 위한 수치연산 기법의 도입을 통하여 도출된 효율적인 허프만 디코딩 방법을 제시한다. 제안된 방법에서는 허프만 코드화 된 비트스트림으로부터 읽어 들인 비트 데이터를 직접 이진트리를 검색하기 위한 주소연산에 적용함으로써, 기존의 이진트리 검색을 위하여 수행되던 비교 및 분기문의 제거를 가능토록 하였다. 본 논문에서 제안하는 허프만 디코딩 기법은 기존의 비교 및 분기구분에 의하여 수행되던 허프만 디코딩 기법대비 30%이상의 검색속도 증가 및 이진트리 방식의 검색을 수행하기 위하여 필요로 하는 검색테이블에서 존재하던 데이터 및 노드간의 연결주소를 저장하기 위하여 사용되던 메모리 공간을 효율적으로 제거할 수 있는 일차원 검색테이블을 구성함으최써, 기존 방법대비 1/3의 메모리 공간만을 사용하도록 하였다. 제안된 허프만 디코딩 기법의 성능평가를 위하여 MPEG-2 AAC의 허프만 디코더에 적용한 결과 기존의 순차검색방법에 의한 디코딩 기법대비 198%의 성능향상 결과를 확인할 수 있었다.
본 논문은 한글 텍스트 데이터에 대한 부호화 효율을 극대화시키는 관점에서 예외 부호화를 통해 최적의 허프만 부호를 얻는 다. 한글 코드는 표준 완성형과 유니 코드를 대상으로 하였으며 같은 허프만 부호를 부여하였다. 현재 우리나라의 디지털 TV는 한글 문자를 압축하지 않고 전송하는 형태이며. 본격적인 데이터 방송이 시작되면 한글 데이터가 차지하는 전송량으로 인한 심자 한 문제가 야기된다. 본 논문에서는 데이터 방송에서 문제가 되는 전송량을 줄이기 위해 한글 진용 퇴적의 허프만 부호를 생성한 다. 미국의 ATSC 표준을 바탕으로 한 디지털 TV 국내 표준에 적용하기 위해 프로그램 및 시스템 프로토콜(PSIP) 구조를 제안한 다. 결과로서. 발생확률 0.0043 이하의 확률을 갖는 문자를 예외 부호화하여 최대 47%의 압축율을 얻는 기법을 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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