컴퓨터 생성 홀로그램의 하드웨어 구현을 위한 버스 구조 분석

서영호,김동욱,Seo, Yong-Ho,Kim, Dong-Wook 한국정보통신학회 2012 한국정보통신학회논문지 Vol.16 No.4

최근 차세대 영상 기술로 홀로그래피가 많은 주목을 받고 있다. 홀로그램은 광학적인 촬영을 통해서 획득할 수도 있지만 최근에는 컴퓨터를 이용한 홀로그램 생성 방법을 많이 사용하고 있다. 이를 컴퓨터 생성 홀로그램(computer generated hologram, CGH)이라 하는데 CGH는 많은 연산량이 요구되어 S/W를 이용하면 실시간으로 생성하는 것이 불가능하다. 따라서 실시간의 CGH를 위해서 FPGA나 GPU를 이용한 연산 방법이 주로 사용되고 있다. 하드웨어를 기반으로 하여 구현할 경우에 내부 시스템의 비트 제한으로 인하여 S/W와 같은 품질을 얻을 수 없다. 따라서 본 논문에서는 품질의 저하를 최소화하면서 하드웨어의 자원을 최대한 감소시킬 수 있는 하드웨어 비트 너비를 분석하여 가이드라인을 제시하고자 한다. 이를 위해서 1비트 단위의 고정소수점 시뮬레이션을 모든 내부 변수 및 연산과정에 대해 수행하고, 수치적인 결과와 시각적인 결과를 종합적으로 분석하여 최적의 비트 너비와 응용분야에 따른 비트 너비를 제시한다. Recently, holography has received much attention as the next generation visual technology. Hologram is obtained by the optical capturing, but in recent years it is mainly produced by the method using computer. This method is named by computer generated hologram (CGH). Since CGH requires huge computational amount, if it is implemented by S/W it can't work in real time. Therefore it should use FPGA or GPU for real time operation. If it is implemented in the type of H/W, it can't obtain the same quality as S/W due to the bit limitation of the internal system. In this paper, we analyze the bit width for minimizing the degradation of the hologram and reducing more hardware resources and propose guidelines for H/W implementation of CGH. To do this, we performs fixed-points simulations according to main internal variables and arithmetics, analyze the numerical and visual results, and present the optimal bit width according to application fields.

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.

드뷔시 필터를 이용한 고속 프레넬릿 변환의 구현

서영호,이윤혁,김동욱,Seo, Young-Ho,Lee, Yoon-Hyuk,Kim, Dong-Wook 한국정보통신학회 2017 한국정보통신학회논문지 Vol.21 No.4

차세대 영상 시스템인 디지털 홀로그램을 서비스하기 위해서는 다양한 측면에서 신호처리 기술이 필요하다. 우리가 주로 사용하는 2차원 및 3차원 자연 영상을 처리하는데 있어서 가장 많이 사용되는 영상처리 도구는 변환이다. 디지털 홀로그램의 특성은 자연 영상과 매우 다른 특성을 갖기 때문에 2차원 영상에서 사용되던 변환 도구들을 디지털 홀로그램에 적용하는 것은 효율성이 매우 낮다. 이를 극복하기 위해 프레넬릿 변환이 제안되었는데 본 논문에서는 웨이블릿 기저함수에 유니터리 프레넬 변환을 적용하고 드뷔시 필터를 이용하여 프레넬릿 변환을 유도하였다. 또한 프레넬릿 변환을 디바이스 및 커널 코드를 이용하여 구현하여 동작 성능을 향상시키도록 하였다. 모든 해상도에 대해 한 화소당 소요되는 평균 시간을 기준으로 살펴보았을 때 디바이스 코드를 이용하여 병렬화 연산을 수행하면 (9,7)필터의 경우에는 평균 242배, (5,3)필터의 경우에는 평균 30배의 성능향상을 가져온다는 것을 확인하였다. Service of digital hologram that has been recognized as a visual system for next generation requires various signal processing technologies. A transform is the most frequently used tool among signal processing techniques for 2-dimensional(D) and 3-D natural picture. A digital hologram has totally different property with a natural picture, so it is rarely efficient to apply transform tools used in 2-D image processing to a digital hologram. To overcome this a Fresnelet transform for a digital hologram has been proposed. We derive a Fresnelet transform by using the Daubechie's filter after applying an unitary Fresnel transform to a wavelet basis function. We also implement the transform as types of device and kernel code to improve operational performance. In consideration of the average time that is required for a pixel we can have observed the performance is improved up to 242 and 30 times for using the (9,7) and (5,3) filters in case of using device code.

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.

금속복합재료의 제조공정중 미시역학적 응고해석 Model 및 초기변형율 예측

서영호,강충길 ( Young Ho Seo,Chung Gil Kang ) 한국복합재료학회 1995 Composites research Vol.8 No.3

Eshelby model 을 이용한 입자 강화형 금속복합재료의 기계적 성질 예측

서영호,강충길 ( Y . H . Seo,C . G . Kang ) 한국복합재료학회 1997 Composites research Vol.10 No.3

MAP 기반 터보코드의 FPGA 설계

서영호,Seo, Young-Ho 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.3C

본 논문에서는 높은 에러정정 효율을 보이는 터보코드 알고리즘을 FPGA H/W(hardware) 자원 내에 효율적으로 구현하였다. 본 논문은 구속장의 크기가 3, 1/3 인코더, 2048 사이즈의 랜덤 인터리버에 기반한 터보코드 알고리즘을 사용한다. 제안된 H/W는 델타를 이용하여 알파와 베타를 연산하는 MAP 블록과 각 값들을 저장하는 버퍼 및 람다의 계산을 위한 곱셈기와 람다를 저장하는 버퍼로 구성된다. 제안된 알고리즘과 하드웨어 구조는 C++ 언어를 이용하여 검증하였고, VHDL을 이용하여 하드웨어 구현한 후 FPGA에 적용하여 무선통신 환경에서 성능에 대한 유효성을 보였다. 구현된 H/W는 VERTEX4 XC4VFX12-12-SF363의 FPGA를 타겟으로 하였고 최대 131.533MHz (7.603ns)에서 안정적으로 동작할 수 있었다. In this paper, we efficiently implemented turbo code algorithm in FPGA H/W(hardware) resource. The used turbo code algorithm has the characteristics; the size of constraint is 3, encoder type is 1/3, the size of random interleaver is 2048. The proposed H/W consists of MAP block for calculating alpha and delta using delta value, storing buffer for each value, multiplier for calculating lamda, and lamda buffer. The proposed algorithm and H/W architecture was verified by C++ language and was designed by VHDL. Finally the designed H/W was programmed into FPGA and tested in wireless communication environment for field availability. The target FPGA of the implemented H/W is VERTEX4 XC4VFX12-12-SF363 and it is stably operated in 131.533MHz clock frequency (7.603ns).

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.

국내 CNG 가스연료 자동차의 에너지소비효율 측정 및 계산절차에 관한 연구

서영호,권석주,강은정,Seo, Youngho,Kwon, Seokjoo,Kang, Eunjeong 한국교통대학교 융복합기술연구소 2013 융ㆍ복합기술연구소 논문집 Vol.3 No.2

The purpose of this study is to analysis of how to calculate fuel efficiency in major development countries (U.S. and Europe) and energy consumption formular derivation of domestic CNG fuel and prove by vehicle test. The formula of fuel consumption is different in mpg(mile per gallon), l/100km, and km/l each countries. CNG fuel has a significant impact on fuel density, composition, and Hydro-Carbon ratio. So, this study how to measurement and calculation procedures of CNG gaseous fueled vehicle energy consumption rate.

엽채류 유기재배의 병해충 관리

서영호,조병욱,최준근,강안석,정병찬,Seo, Young-Ho,Cho, Byoung-Ouk,Choi, Jun-Keun,Kang, An-Seok,Jeong, Byung-Chan 한국유기농업학회 2009 韓國有機農業學會誌 Vol.17 No.2

상추의 가을재배에서 공기 교반 장치로 실내 온도와 습도를 조절해 주면 잿빛곰팡이병(B. cinerea)과 무름병(E. carotovora)이 감소되었으며, 수량도 30% 이상 증수되었다. 배추의 진딧물 밀도는 천적인 무당벌레(H. axyridis)와 콜레마니진디벌(A. colemani)을 방사하며 현저히 감소되었다. 난황유와 BT제를 혼합하여 살포하면 배추의 무름병(E. carotovora), 노균병(P. brassicae), 흰가루병(E. polygoni)의 발생과 배추좀나방(P. xylostella)과 파밤나방(S. exigua)의 발생 밀도가 현저하게 감소하였다. 파의 노균병(P. destructor) 발생은 Neem 추출물을 처리하여 무처리 대비 60% 이상 낮출 수 있었다. 파좀나방의 충해는 잎굴파리고치벌에 의해 23% 감소되었다. This study was conducted to establish agricultural practices to control diseases and insects for chemical pesticide-free cultivation of leafy vegetables. Two diseases, gray mold(Botrytis cinerea) and soft rot(Erwinia carotovora), on lettuce were reduced by controlling temperature and humidity using air-circulation fan. The aphidophagous lady beetle(Harmonia axyridis) and primary parasitoids(Aphidius colemani) showed activity to control aphids density on Chinese cabbage. Co-application of cooking oil and yolk mixture (COY) and BT(Bacillus thuringiensis) decreased diseases including soft rot(Erwinia carotovora), downy mildew(Peronospora brassicae Gaumann), and powdery mildew(Eryslphe polygoni), and insects such as diamondback moth(Plutella xylostella) and beet armyworm(Spodoptera exigua Hubner). Neem extract treatment reduced downy mildew(Peronospora destructor) on Welsh onion.