The embedded-block coding with optimized truncation (EBCOT) employed in the JPEG2000 standard is the major bottleneck in realizing a high-throughput JPEG2000 encoding system, because it accounts for the majority of the processing time. The EBCOT consists of a bit-plane coder (BPC) and a binary arithmetic coder (BAC). As the up-to-date BPC architectures can produce symbols at a much higher rate than the conventional BAC architectures can handle, several pipelined BAC architectures have been suggested to reduce the performance gap either by encoding multiple symbols per cycle or by encoding a single symbol at a faster rate. In this thesis, two optimization schemes named as trace pipelining and renormalization look-ahead, that are effective in optimizing arithmetic coding and thus implementing JPEG2000 encoders are proposed. Two novel BAC architecture based on the proposed methods are also suggested to show the efficiency of the proposed methods. The first version is a single-symbol BAC that encodes a single input pair per clock cycle, and the second version is a dual-symbol BAC that encodes two of the input pairs simultaneously. The proposed single-symbol / dual-symbol BAC architectures can reduce the critical path delay significantly and can achieve a throughput of 400M symbols/sec and 500M symbols/sec respectively, which is much higher than conventional BAC architectures are capable of. The critical path delay of the proposed single-symbol / dual-symbol BAC synthesized with 0.18-$\mu$m CMOS technology is 2.42 ns and 3.68 ns respectively, which are almost half the delay taken in conventional BAC architectures.
JPEG을 잇는 차세대 영상 압축 기술로 표준화된 JPEG2000은 높은 압축률뿐만 아니라 이미지 품질, 점진적 전송, 관심영역 지정 및 처리(ROI) 등에서 기존의 표준안에 비해 훨씬 더 우수한 특징을 갖고 있다. 이에 의료영상, 인터넷/WWW 영상, 원격탐사, 영상저장, 디지털카메라 등과 같이 다양한 분야에서 JPEG2000이 활용되고 있으며 이는 앞으로도 지속될 것으로 예측되고 있다. 이러한 수요에 부합하여 다양한 형태의 JPEG2000 부호기(encoder) 및 복호기(decoder)가 연구되고 있는데, JPEG2000 부호화의 과정은 그 복잡한 연산과정 및 연산량 때문에 소프트웨어로 처리해주는 것보다는 전문적인 하드웨어(dedicated hardware)를 사용하여 처리해주는 것이 더 효율적인 것으로 알려져 있으며, 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중, JPEG2000의 연산 과정의 70% 이상을 차지하고 있는 것으로 알려져 있는 Embedded Block Coding with Optimized Truncation(EBCOT)에 대한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 고성능의 JPEG2000 부호기를 위한 연구의 상당수가 EBCOT의 효율적인 구현에 집중하고 있는 상황이다. EBCOT는 크게 Bit-Plane Coder(BPC)와 Binary Arithmetic Coder(BAC)의 두 부분으로 나뉘는데, BAC의 경우 여러 조건문(control statement)에 의해 다음 경로가 정해지고, 각각의 경로 간에 의존성(dependency)이 존재하기 때문에 효율적인 하드웨어 아키텍처로의 구현이 난해한 점이 있다. 이 때문에, BAC는 EBCOT의 전체 성능을 저하시키는 보틀넥(bottleneck)으로 작용하고 있으며, 이를 해결할 수 있는 고성능의 BAC 아키텍처가 필요한 상황이다. 본 논문에서는 BAC의 최적화를 위하여 Trace pipelining 기법 및 Renormalization Look-Ahead 기법을 제안하고 있으며, 이를 이용한 신개념의 파이프라인화된 BAC 아키텍처를 구현 함으로서 본 기법들의 효율성을 증명한다. 상기 기법들을 활용하여 설계된 BAC는 기존 연구에서 제안된 BAC의 코딩 성능을 2배 이상 향상시킬 수 있다.
