VLSI로 구현 가능한 새로운 실시간 2차원 메디안필터의 VLSI구조를 제안하였다. 제안된 구조는 메디안필터의 효율적인 VLSI 구현을 위하여 작은 메모리 사용, 규칙적인 계산, 지역 데이터 전달 등의 특성을 갖고 있다. 이를 위하여 메디안필터링 알고리즘을 분석하여 메디안 필터링 알고리즘에 내재되어 있는 병렬처리 특성 중 파이프라인 가능성을 최대한 활용할 수 있도록 하였다. 또한 2차원 실시간 메디안필터에 사용되는 메모리와 Latency를 줄이기 위하여 Separable 2차원 메디안필터링 알고리즘을 사용하였는데 사용된 Separable2차원 메디안필터는 기존의 메디안필터와 거의 유사한 성능을 보여주고 있다. C 언어를 이용한 행위레벨 시뮬레이션을 통하여 성능을 확인하고 분석하였다.
기존의 창함수를 이용한 1차원 FIR 필터의 설계는 설계방법이 단순해 비교적 많이 사용되고 있으나 통과영역과 천이영역을 가변할 수 없다. 본 연구에서는 두 개의 영역을 가변할 수 있는 창함수를 사용하여 1차원 임펄스 응답을 구한 후 McCllenan 변환 방법을 이용하여 2차원 FIR 필터를 실현하여 특성을 비교하여 2차원 FIR 필터의 설계에 적용할 수 있음을 밝혔다.
2차원 메디안필터는 정지영상 및 동영상 신호처리 분야에 많이 활용되고 있다. 최근의 급속한 VLSI기술의 발전은 적절한 비용으로 실시간 2차원 메디안 필터의 구현을 가능하게 하여 주고 있다. 효율적인 VLSI구현을 위해서는 적은 양의 메모리 사용, 규칙적인 계산, 지역 데이터 전달 등의 특성을 갖는 알고리즘과 VLSI 구조가 필수적이다. 본 논문에서는 위와 같은 특성을 갖는 새로운 실시간 2차원 메디안필터의 VLSI구조를 제안하였다. 이를 위하여 메디안필터링 알고리즘을 분석하여 메디안 필터링 알고리즘에 내재되어 있는 병렬처리 특성, 특히 파이프라인 가능성을 최대한 활용할 수 있도록 하였다. 또한 Separable 2차원 메디안 필터링 알고리즘을 사용하여 하드웨어 복잡성을 크게 감소시켰다. Separable 2차원 메디안필터는 기존의 메디안필터와 거의 유사한 성능을 보여주었으며 bit-slice pipeline median searching 알고리즘은 기존의 메디안 필터에서 문제가 되었던 window의 크기에 따라 하드웨어 복잡성이 크게 증가하는 문제를 해결하여 window 크기에 관계없이 2차원 실시간 메디안 필터의 VLSI 구현을 가능하게 하여 주었다. C 언어를 이용한 행위레벨 시뮬레이션을 통하여 성능을 확인하고 분석하였다.
미디언 필터링은 임펄스 형태의 잡음의 제거에 매우 효과적이어서, 많은 신호처리 응용분야에서 널리 사용되어왔다. 하지만, 비선형성에 의한 시간 복잡도로 인하여, 미디언 필터링은 주로 작은 필터윈도우 크기를 사용하였다. 고속 미디언 필터링 알고리즘에 대한 많은 연구가 진행되었지만 대부분 영상과 같은 한정된 정수값을 갖는 입력데이타에만 적용될 수 있으며, 실수형 2차원 데이터의 고속 미디언 필터링 알고리즘에 대한 연구는 미미한 실정이다. 본 논문에서는 간단하면서도 실수형 2차원 데이터를 고속으로 미디언 필터링할 수 있는 알고리즘을 제안하고 Matlab의 2차원 미디언 필터와 힙(heap)기반의 2차원 미디언 필터와 성능을 비교하였다. 다양한 필터윈도우 크기에 대해서 제안된 알고리즘이 Matlab의 필터보다는 훨씬 빠르고, 힙기반의 필터보다는 대부분 일관되게 더 빠른 결과를 내었다. 또한, 한정된 데이터 값 범위를 갖는 실수형 2차원 데이터는 비트수가 큰 정수형 고속 2차원 미디언 필터링 알고리즘을 이용하여 거의 오차없이 매우 빠르게 미디언 필터링을 할 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 2차원 분모분리형 디지털 필터의 선계에 대한 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 진폭 특성과 위상특성으로 주어진 2차원 디지털 필터의 주파수 영역 설계명세조건을 특이치 분해를 이용하여 1차원 디지털 필터의 설계명세조건으로 분해한다. 따라서, 2차원 디지털 필터 설계문제는 1차원 디지털 필터의 설계 문제로 귀착되며 이는 계산적으로 유효하며 수치적으로 안정한 설계법으로 고려되며 설계 예로부터 유효성을 확인한다.
변환을 이용한 2차원 zero-phase FIR 디지털 필터의 설계는 인기가 있고 잘 발전된 기술이나, 현재 설계된 4상한 대칭 필터의 형태는 원점에서 원거리의 주파수에서 정확하게 환상 대칭이 되지 못하는 단점을 가지고 있다. 적절한 급수의 확장 방법에 의한 변환을 이용하여 어떻게 다차원 필터에 대해 임의의 정확성을 갖는 대칭의 필요성이 만족되게 할 수 있는가를 보인다. 이러한 변환 방법으로써 일반적으로 McClellan 변환이 알려져 왔다. 본 논문에서는 원점으로부터 원거리의 주파수에서 훌륭한 환상 대칭이 되는 간단한 방법을 제시하였다. 이 방법은 1차원 필터로부터 2차원 환상 대칭 FIR디지탈 필터의 설계를 위해서 변형된 McClellan 변환을 이용하는 것으로써 band-pass 필터와 같은 다수의 cut-off 영역을 갖는 2차원 FIR필터의 설계에 매우 유용하다.
본 논문에서는, 1차원 및 2차원 웨이브렛 함수를 전역통과필터(APF)와 지연기의 병렬접속에 위한 재귀형(IIR) 디지털 필터로 구성하는 방법을 제안한다. Mallat에 의하여 웨이브렛 변환과 필터뱅크가 밀접한 관계에 있다는 것이 알려졌고, 완전 재구성 필터뱅크로부터 웨이브렛 함수를 도출하는 다양한 방법이 알려져 있다. 그러나, 이러한 방법의 대부분은 비재귀형(FIR) 디지털 필터에 근거를 두는 것으로, 재귀형 디지털 필터에 의한 방법은 거의 제안되어 있지 않다. 재귀형 필터를 이용하는 장점은 비재귀형에 비하여 낮은 차수로 표현되는 점이다. 또 직교 웨이브렛 함수를 끌어내기 위한 직교조건을 용이하게 만족시킬 수 있다. 본 논문에서는 웨이브렛 함수에 요구되는 레귤레리티(Regularity)조건을 만족시키기 위하여, 최대 평탄성(Maximally Flat)을 부가한 새로운 1차원 및 2차원 재귀형 웨이브렛 함수의 도출법을 보인다.
본 논문에서는 영상신호를 필터링 하기 위해 필요한 현실적인 수학적 모델을 제시한다. 1차원 신호 뿐 아니라 2차원 또는 다차원 신호처리 및 분석에서 필터는 영상처리, 컴퓨터 비전, 패턴 인식 등의 다양한 분야에서 근본적이고 중요한 과정을 수행한다. 일반적인 신호처리에서 신호를 주파수 영역에서 해석할 경우 1차원 신호 영역에서의 이상적인 (저역통과) 필터는 직사각형 형태를 가지고 있듯이, 2차원 신호의 이상적인 필터는 원 형태를 가지고 있다. 본 논문에서는 주파수 영역에서 활용할 수 있는 실용적이고 효율적인 다각형 형태의 영상 필터 모델을 제안한다. 본 논문은 2차원 영상을 필터링 하기 위해 원형 필터를 사용하는 대신 육각형 형태의 필터를 모델링하여 적용한다. 이것은 무선 통신 시스템에서의 주파수 재사용 개념을 도입함으로서, 영상 필터링에서도 주파수 대역을 효율적으로 사용하기 위함이다. 본 논문에서 제시한 육각형태의 필터를 활용한 영상 필터링의 시뮬레이션 결과를 제시하고, 성능을 PSNR로 계산한 결과 제안한 방법이 이상적인 필터의 대안으로서 가능함을 보인다.
본 논문은 Particle Swarm Optimization(PSO)을 이용하여 2차원 IIR 디지털필터의 설계방법을 제안하였다. 먼저 2차원 디지털필터의 설계문제를 PSO에 적용하기 위하여 최소화 문제로써 형식화 과정이 논의된다. 제안된 PSO 알고리즘을 이용한 설계방법은 기존의 PSO 알고리즘에 IIR 필터설계에서 요구되는 안정성을 보증하는 과정이 검토되어 개선된다. 본 논문에서 제안된 방법의 타당성을 설계예시를 통해 고찰한 결과, 설계된 디지털필터는 동일한 설계사양으로 기존의 설계방법으로 설계된 디지털필터보다 근사오차 면에서 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 제안한 설계방법에 의한 2차원 IIR 디지털필터는 설계과정에서 필터의 안정성을 보증할 수 있었다.
효과적인 영상의 압축을 위하여 여러 가지 기법들이 연구되고 있는데, 그 중에 2 차원 필터링은 2 차원 영상 처리를 위해 많이 사용되고 있다. 2 차원 영상 필터링은 수평과 수직 방향으로 각각 1 차원 선형 필터를 수행함으로서 구현할 수 있으며, 필터링 방법에 따라 압축 효율에 많은 영향을 미치게 된다. 일반적으로 순환 콘볼루션을 이용한 필터링 기법은 영상을 감축하는데 가장 많이 사용되고 있는데, 경계 부분에서의 상관성 등이 전혀 고려되지 않기 때문에 필터링 효율이 떨어지는 문제를 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 루프 콘볼루션을 이용한 필터링 기법을 제안 하였다. 제안된 필터링 기법은 경계 부분의 필터링 시 상관성이 높은 데이터를 이용하기 때문에 필터링의 효율을 높일 수가 있다. 제안된 필터링의 효율을 정확하게 분석하기 위하여 대역분할 부호화에 적용하였고, 자바 기반의 시뮬레이터를 사용하여 성능을 평가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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