In this thesis, a wavelet vector quantization algorithm and its VLSI architectures are proposed, which satisfy several design requirements for wireless image communication. Firstly, a real-time zerotree wavelet vector quantization (WVQ) is proposed for wavelet image compression. Conventional wavelet image compression algorithm cannot provide the real-time computation because they use iterative methods to decide zerotrees. In contrast, the proposed zerotree WVQ algorithm predicts in real-time zero-vector trees of insignificant wavelet vectors by a non-iterative decision rule and then encodes significant wavelet vectors by the classified VQ. These cause the zerotree WVQ algorithm to provide the best compromise between the coding performance and the computation time. Secondly, the semi-recursive DWT VLSI architecture is proposed, which has minimum H/W cost of internal word length, data-bus utilization and the number of functional units and registers. Furthermore, the semi-recursive DWT VLSI architecture exploits the overlapped block processing and hence has the minimum transposition storage size and the short latency. Finally, the cost-effective WVQ VLSI architecture is proposed, which has only one VQ module to execute in real-time the 3-stage MSVQ and the CVQ of the zerotree WVQ algorithm by utilizing the vacant cycles for zero-vector trees which are not transmitted. The VQ module exploits modified WTA and thus has minimum hardware cost for the real-time minimum distance calculation.
본 논문에서는 무선 영상 통신에서 요구되는 고성능 영상 압축, 실시간 처리, 채널 잡음 강인성, H/W 소형화의 조건을 만족하는 웨이블릿 벡터 영자화 알고리즘과 이의 구현을 위한 VLSI 구조를 제안한다. 첫째, 제안한 실시간 Zerotree Wavelet 벡터 양자화 영상 압축 방식은 기존의 Zerotree Wavelet 영상 압축 방식이 지원할 수 없는 실시간 처리를 지원하므로써 고효율 영상 압축 성능과 실시간 처리의 장점을 갖는다. 제안한 방식에서는 Wavelet 영상 신호의 통계적 특성을 기반으로 zero-vector tree를 실시간 예측하므로써 zerotree에 대한 최소 정보만을 전송하게 된다. 제안한 방식은 실시간 처리 및 압축 효율을 고려할 때 가장 우수한 결과를 보였다. 둘째, DWT를 구현하기 위한 준순환적 구조의 2차원 DWT VLSI 구조를 제안한다. 제안한 DWT VLSI 구조는 첫번째 Octave 계산을 위한 data-path와 나머지 Octave 계산을 위한 data-path를 분리하고, 각 Filter module은 매 clock마다 저역 필터와 고역 필터의 역할을 교대로 반복 하므로써, 영상 신호의 특성에 적합하도록 내부 Word length를 최적화할 수 있다. 기존의 순환적 구조에 비해 H/W 크기가 가장 작았으며, Lapped Block 처리를 결합하여 메모리 용량을 최소화하고, on-chip화 하였다. 셋째, 제안한 영상 압축 방식에서 사용하는 3-stage MSVQ와 Zerotree CVQ를 하나의 MDC unit 만으로 실시간 처리하는 Cost-effective WVQ VLSI 구조를 제안한다. 이러한 VQ를 실시간 처리하기 위해서는 일반적으로 3개의 MDC Unit이 요구되지만, 제안한 VLSI 구조는 Zerotree로 인해 비어 있는 시간을 이용하여 하나의 MDC 만으로 실시간 처리가 가능함을 보였다.
