근사계산기법을 적용한 양방향 필터의 효율적인 하드웨어 구조 (Efficient Hardware Architecture of Bilateral Filter Using Approximate Computing Technique)

서지정보

· 발행기관 : 한국정보기술학회
· 수록지 정보 : 한국정보기술학회논문지 / 15권 / 9호 / 49 ~ 55페이지
· 저자명 : 박현상

초록

양방향 필터는 잡음제거나 윤곽선 강조 등을 비롯한 다양한 영상 처리 분야에서 대중적으로 사용되는 가장 강력한 도구 중의 하나이다. 양방향 필터는 필터 커널을 구성하는 각 화소에 대해서 서로 다른 가중치를 적용하는데, 자연지수함수를 이용하여 가중치를 계산하기 때문에 연산량의 부담이 크다는 것이 단점이다. 자연지수함수를 정확하게 구현하기 위해서 함수값을 LUT(Look-up Table)에 저장하는 방식이 보편적으로 사용되어 왔다. LUT에는 높은 연산 정밀도를 위해서 저장된 데이터의 비트 폭을 크게 유지해야하는데, 이는 수반되는 곱셈기의 복잡도를 증가시키는 요인이 된다. 본 논문에서는 양방향 필터에 적합한 근사연산 기법을 적용하여 자연지수함수를 8비트 이내의 정수로 표현하는 방법을 제안한다. 제안한 구조를 가지는 양방향 필터는 LUT 기반의 기존 하드웨어에 비해서 게이트 수를 63% 경감시킴에도 불구하고, 평균 PSNR은 부동소수점 연산에 의한 결과보다 오히려 향상되는 경우도 보여준다.

영어초록

The bilateral filter is one of the most powerful tools used in a variety of image processing applications, including noise reduction and edge enhancement. The bilateral filter applies different weights to the pixels constituting the filter kernel. The disadvantage is that the computation overhead is very huge because the weights are calculated using the natural exponential function. To accurately implement the natural exponential function, a method of storing the function value in a look-up table (LUT) has been widely used. The LUT has to keep the bit width of the stored data large for high computational accuracy, which increases the complexity of the following multiplier. In this paper, we propose a method of expressing a natural exponential function as an integer within 8 bits by applying an approximate computing technique derived for bilateral filters. Although the bilateral filter with the proposed structure reduces the number of logic gates by 63% compared to the conventional LUT-based hardware, it is shown that the average PSNR can be improved rather than the result by the floating-point operation.

참고자료

· 없음