적응 불규칙 양자화와 반복 복호를 이용한 비디오 코딩 방식에의 응용

최강선,Choi Kang-Sun 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.4c

We propose a novel low complexity video encoder, at the expense of a complex decoder, where video frames are intra-coded periodically and frames in between successive intra-coded frames are coded efficiently using a proposed irregular binning technique. We investigate a method of forming an irregular binning which is capable of quantizing any value effectively with only small number of bins, by exploiting the correlation between successive frames. This correlation is additionally exploited at the decoder, where the quality of reconstructed frames is enhanced gradually by applying POCS(projection on the convex sets). After an image frame is reconstructed with the irregular binning information at the proposed decoder, we can further improve the resulting quality by modifying the reconstructed image with motion-compensated image components from the neighboring frames which are considered to contain image details. In the proposed decoder, several iterations of these modification and re-projection steps can be invoked. Experimental results show that the performance of the proposed coding scheme is comparable to that of H.264/AVC coding in m mode. Since the proposed video coding does not require motion estimation at the encoder, it can be considered as an alternative for some versions of H.264/AVC in applications requiring a simple encoder. 센서 네트워크와 같이 한정된 리소스만을 사용할 수 있는 차세대 소형 무선 비디오 시스템을 위해 움직임 추정(motion estimation)이 필요 없는 저 복잡도의 비디오 인코딩 방식과 이를 효과적으로 디코딩하는 새로운 비디오 코딩 방식을 제안한다. 비디오 프레임을 주기적으로 인트라 코딩(Intra coding)하고 인트라 코딩된 프레임 사이에 있는 프레임에 대해선 제안하는 불규칙 양자화(irregular binning) 방식을 이용하여 효과적으로 코딩한다. 불규칙 양자화 방식은 코딩할 데이터의 Local statistics에 따라 각 구간의 길이를 조절함으로써 적은 수의 불규칙적인 구간으로도 효과적으로 데이터를 표현할 수 있다. 이와 함께, 연속된 프레임 간에 존재하는 높은 상관 관계(correlation)를 활용하기 위해 디코딩 시 불규칙 양자화 정보로 복원된 영상을 기초로 하여, 주변 프레임으로부터 움직임이 보상된 선명한 영상 부분(motion compensated image components)을 가져와 합성함으로써 복원된 프레임의 화질을 향상시키는 방법을 제안한다. 제안된 비디오 코딩 방식은 실험 결과에서 최신의 비디오 압축 방식인 H.264/AVC의 IB 코딩 모드와 유사한 성능을 보여주고 있다. 따라서 제안된 비디오 코딩 방식은 저 복잡도의 인코더가 필요한 응용 분야에 H.264/AVC를 대신하여 사용될 수 있다.

Neural Networks Based Modeling with Adaptive Selection of Hidden Layer's Node for Path Loss Model

강창호,조성윤 사단법인 항법시스템학회 2019 Journal of Positioning, Navigation, and Timing Vol.8 No.4

The auto-encoder network which is a good candidate to handle the modeling of the signal strength attenuation is designed for denoising and compensating the distortion of the received data. It provides a non-linear mapping function by iteratively learning the encoder and the decoder. The encoder is the non-linear mapping function, and the decoder demands accurate data reconstruction from the representation generated by the encoder. In addition, the adaptive network width which supports the automatic generation of new hidden nodes and pruning of inconsequential nodes is also implemented in the proposed algorithm for increasing the efficiency of the algorithm. Simulation results show that the proposed method can improve the neural network training surface to achieve the highest possible accuracy of the signal modeling compared with the conventional modeling method.

Adaptive linear neuron‑based encoder measurement error compensation in vector control of two‑phase stepping motors

Do-Hyeon Kim,Sang-Hoon Kim 전력전자학회 2024 JOURNAL OF POWER ELECTRONICS Vol.24 No.5

This paper proposes an encoder measurement error compensation method using an adaptive linear neuron, a type of artificial neural network, for use in the vector control of two-phase stepping motors. Stepping motors can have an asymmetric structure due to an eccentricity that occurs in the manufacturing and assembly process. When performing vector control with a flux angle measured by an incremental encoder attached to stepping motors with eccentricity, the following two kinds of encoder measurement errors occur. First, an offset position error occurs during the forced excitation process for the initial rotor position alignment. Second, sinusoidal position and speed errors with a frequency equal to the mechanical speed occur. In this study, how the eccentricity causes offset and sinusoidal measurement errors in addition to the phenomena caused by these encoder measurement errors are analyzed. From these analyses, an encoder error compensation method based on an adaptive linear neuron is proposed. The validity of the proposed encoder errors compensation methods is verified through experiments on a two-phase stepping motor drive system.

Deep Auto-encoder Observer Multiple-Model Fast Aircraft Actuator Fault Diagnosis Algorithm

Jun Ma,Wen-han Dong,Shihong Ni,Wujie Xie 제어·로봇·시스템학회 2017 International Journal of Control, Automation, and Vol.15 No.4

In the extended multiple model adaptive estimation fault diagnosis algorithm, the extended Kalman filterhas theoretical limitations, and the establishment of accurate aircraft mathematical model is almost impossible. Meanwhile, there is no automatic method to optimally select the node number of deep neural network hiddenlayer. In this paper, a deep auto-encoder observer multiple-model fault diagnosis algorithm for aircraft actuatorfault is proposed. Based on the empirical formula of the basic auto-encoder hidden layer node number selection(three layered neural network), the recursive formula for deep auto-encoder hidden layer node number selectionare proposed. The deep auto-encoder observers for no-fault and different actuator faults are trained to observethe system state. Combined with multiple model adaptive estimation, the deep auto-encoder observer overcomesthe theoretical limitation of extended Kalman filter, and avoided the calculation of the nonlinear system Jacobianmatrix. The simulation results show that hidden layer node number selection recursive formula is useful. The faultdiagnosis algorithm is more efficient and has better performance compared to the standard methods.

버퍼 기반 에너지 통신모드 기회적 제어를 통한 동적 적응 비디오 스트리밍

김서향(Seohyang Kim),오하영(Hayoung Oh),김종권(Chongkwon Kim) 한국정보과학회 2015 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.21 No.7

최근 스트리밍 이용자는 자신이 처한 채널 상황에 따라 적응적으로 가장 적당한 비디오율(video rate)을 선택적으로 요청하여 서비스 받는 ABR(Adaptive Bitrate) 기법을 주로 이용하고 있다. 결과, 대부분의 ABR 비디오율 적응 기법 관련 연구는 채널 상황에 따른 실시간 비트율 적응에만 초점을 맞춘 나머지 모바일 기기의 배터리 의존성에 따른 에너지 제한적 특성을 놓치고 있다. 이는 모바일 장치의 중요한 특성을 고려하지 않은 것으로, 이에 따른 많은 에너지 소모는 궁극적으로 스트리밍 서비스 불만족의 원인이 될 수 있다. 본 논문에서는 ABR 적응 기법의 최신 연구인 버퍼 기반 비트율 적응 방법에 모바일 장치의 배터리 제한적 특성을 고려하여, 기존의 최신 연구와 동일한 성능을 내면서도 불필요하게 소모되는 에너지를 절약하는 기법을 제안한다. 에너지 소비를 줄이기 위해 버퍼에 스트리밍이 충분히 있으면 에너지 전원을 끄고 (off), 버퍼에 스트리밍이 충분히 있지 않은 경우 에너지 효율적 Prefetching통해 동적 적응 비디오 스트리밍을 서비스한다. 성능평가 결과, 세계 평균 모바일 다운로드 속도에서 기존 기법에 비해 에너지 소비율이 60%절약됨을 보였다. These days, streaming users are using ABR (Adaptive Bitrate) technique services by requesting the most adequate video rate selectively based on their own channel states. Most ABR related video rate adaptation techniques are only focused on real-time bitrate adaptations based on their own channel state, and misses energy limited characteristics that come from a mobile device’s battery dependence. In other words, the mobile device’s important characteristics and accompanying energy consumption are not being considered and causes dissatisfaction over streaming services. In this paper, we propose energy efficient prefetching based dynamic adaptive video streaming techniques, which saves unnecessary consumed energy while providing video rates of the same performance. Our scheme continuously turns off energy modules with enough streaming in the buffer and turns on in case of the opposite situation to save energy. Through the performance evaluation, this study’s proposed scheme is 60% better than the previous work at global average mobile download speed.

Automated Guided Vehicles Dispatching in Flexible Manufacturing System

Hui-Sang Lee,Lin LIn,Mitso Gen 대한산업공학회 2008 대한산업공학회 추계학술대회논문집 Vol.2008 No.11

Recently, the automated guided vehicles (AGVs) dispatching has received considerable attention in technical literature on flexible manufacturing system (FMS). The AGVs dispatching as well as the scheduling of operations is essential factor contributing to the efficiency of the overall FMS. In this paper, we focused on the simultaneous scheduling and dispatching AGVs in a FMS. We proposed an effective evolutionary approach for solving AGVs dispatching problems, minimizing the makespan, the number of AGVs and the mean tardiness. For this multiobjective problem, priority-based encoding method and adaptive weight Genetic Algorithm (awGA) were addressed. And numerical results show the effectiveness of proposed approach.

Precision Trajectory Tracking on XY Motion Stage Using Robust Interval Type-2 Fuzzy PI Sliding Mode Control Method

Wei-Lung Mao,Ding-Yu Shiu 한국정밀공학회 2020 International Journal of Precision Engineering and Vol.21 No.5

Precision contour tracking is one of the most important factors used to determine product quality in a machining tool. Aninterval type-2 fuzzy proportional–integral (PI) sliding mode control (IT2FPISMC) system is proposed herein to control themover position of the two-axis motion stage with optical encoder sensors for trajectory feedback. A type-2 fuzzy method thatcan handle rule uncertainties is developed to approach the unknown nonlinear systems. The PI term is used to approximatethe discontinuous control signal and mitigate the chattering phenomenon in the presence of unmodeled system dynamicsand external disturbances. The adaptive control laws are derived based on the Lyapunov theorem, such that the closed-loopstability is guaranteed, and the output tracking errors of the system asymptotically converge to zero. A non-uniform rationalB-spline interpolator with high accuracy is adopted in the biaxial linear stage. Moreover, typical circular, bowknot, heart,and star reference contours are tested. The results on the average tracking error and the tracking error standard deviationare experimented and compared to illustrate the performance of our proposed method. The tracking performance obtainedfrom the IT2FPISMC method is better than that of the conventional method. Furthermore, the proposed method can achieverobustness for tracking diff erent reference contours in industrial applications.

HEVC 인코더 용 SAO 필터에 대한 저면적 하드웨어 구조

김진산(Jinsan Kim),조경순(Kyeongsoon Cho) 대한전자공학회 2017 전자공학회논문지 Vol.54 No.12

본 논문은 4K-UHD 영상을 실시간으로 처리하는 저면적 SAO 필터 회로 구조를 제안한다. SAO 필터는 HEVC에서 새롭게 적용한 인루프 필터로서 양자화 에러로 인한 링잉 현상을 제거하고 원본화소와 복원화소 간의 왜곡을 감소시켜 영상의 화질 및 부호화 효율을 향상시킨다. SAO 필터는 CTU 내 모든 화소에 대해서 분류 및 누적 연산을 수행하기 때문에 초고해상도 영상을 지원하려면 많은 연산량과 저장 공간을 필요로 하여 고성능 저면적 회로로 구현하는 것이 중요하다. 제안하는 SAO 필터 회로의 저면적화를 위해 에지오프셋과 밴드오프셋을 모두 처리할 수 있는 통합 구조를 사용하였고, 제곱 연산과 곱셈 연산을 쉬프트 연산과 덧셈 연산으로 대체하였다. 제안하는 회로는 Verilog HDL을 사용하여 RTL로 설계하고, 130nm 표준 셀 라이브러리를 사용하여 게이트 수준으로 합성하였다. 합성된 회로의 면적은 55,759 게이트이며 총 8,220 비트의 싱글포트 SRAM을 사용하였고, 최대 동작 주파수 248MHz에서 4K-UHD급 영상을 초당 45 프레임의 속도로 처리한다. This paper proposes a low-area SAO filter circuit architecture for real-time processing of 4K-UHD video images. The SAO filter is a newly adapted in-loop filter in HEVC. It removes ringing artifacts due to quantization errors, reduces distortions between original and reconstructed pixels, and improves image quality and coding efficiency. Since the SAO filter performs classification and accumulation operations on all pixels in a CTU, it requires a large amount of computation and storage space to support UHD images. Therefore, it is important to implement the SAO filter into a high-performance and low-area hardware circuit. In order to achieve low area, the proposed SAO filter circuit uses unified architecture to process both of edge and band offsets. In addition, square and multiplication operations are replaced by shift and addition operations. The proposed circuit was described at RTL using Verilog HDL and synthesized using 130nm standard cell library. The synthesized gate-level circuit consists of 55,759 gates and a total of 8,220-bit single-port SRAMs. It processes 45 frames per second for 4K-UHD images at the maximum operation frequency of 248MHz.

모바일 디스플레이 구동 IC의 외부 메모리 접근 빈도 저감을 위한 PSR 동작 특화 적응형 무손실 이미지 압축 기법

송재우,한태희 대한전자공학회 2022 전자공학회논문지 Vol.59 No.9

디스플레이 구동 IC(display driver IC: DDI)의 후처리 기능은 디스플레이 패널의 미세 얼룩 보정이나 잔상 보상 등을 담당하며, 대용량 보상 데이터가 저장된 외부 메모리 접근을 요구하여 높은 전력 소모를 유발하는 요소이다. 저전력이 특히 중요한 모바일 DDI의 경우, 호스트에서 전달받은 이미지를 참조 프레임 메모리에 저장하여 재사용하는 패널 자체 갱신(panel self-refresh: PSR) 기술을 사용하며, 이때 매 프레임 주기마다 동일 이미지를 위한 반복적인 후처리와 외부 메모리 접근이 수반되므로 이를 최소화해야 한다. 본 논문은 저전력화를 저해하는 외부 메모리 접근 빈도를 감소시키기 위해 연속적인 동일 이미지에 대한 후처리 이미지를 제한된 사이즈의 참조 프레임 메모리에 저장 가능하도록 하는 PSR 특화 적응형 무손실 압축 기법을 제안한다. PSR 동작 특성에 의해 도출된 기본 인코딩 파라미터와 동적으로 업데이트되는 파라미터 LUT를 반영하여 헤더 코드 구성을 선택함으로써 적응형 인코딩 방식의 헤더 코드를 최소화한다. 추가적으로, 고정 크기의 참조 프레임 메모리에 저장하기 위해 압축 데이터의 크기를 사전 예측하여 가변 길이 인코딩으로 인한 메모리 오버플로를 방지한다. 제안 기술은 모바일 DDI의 프레임 주파수 유지에 영향이 없는 71 클럭 사이클의 오버헤드와 기존 적응형 Golomb-Rice 코딩을 이용한 압축 기법 대비 19.27% 더 향상된 압축률을 가진다.