教育部第13屆國家講座 - 國立臺灣大學

56
工程及應用科學
陳良基教授
現職單位: 國立臺灣大學終身特聘教授
學術專長: 數位信號處理系統設計、超大型積體電路設計、視訊編
碼系統設計
個人教學研究網址:https://video.ee.ntu.edu.tw/~lgchen/

學歷
經歷
國立成功大學電機工程學研究所博士 1986
國立成功大學電機工程學研究所碩士 1981
國立成功大學電機工程學系學士 1979
國立臺灣大學電資學院副院長 2009 - 迄今
國立臺灣大學創意創業學程主任 2008 - 迄今
國立臺灣大學副研發長 2008 - 2009
晶片系統國家型科技計畫共同主持人 2007 - 迄今
國立臺灣大學電子所所長,系統晶片中心主任 2001 - 2004,2001 - 迄今
國立臺灣大學電機系副教授,副主任,教授 1988 - 1992,1998 - 2000,1992 - 2006
教育部顧問室SOC總聯盟召集人,顧問 2000 - 2004,2005 - 2009
中國電機工程學會常務理事,理事 2007 - 2009,2009 - 迄今
工業技術研究院電子工業研究所所長 2004 - 2006
臺灣積體電路設計學會創會理事長,常務監事,榮譽理事長 2002 - 2004,2004 - 2006,2006 - 迄今
國立成功大學電機系講師,副教授 1981 - 1986,1986 - 1988
美國華盛頓大學西雅圖分校訪問學者 1997.9 - 1997.12
美國AT&T貝爾實驗室訪問研究員 1993.8 - 1994.7
曾獲得之學術獎勵
獲選國科會50週年慶「50科學成就」-及時影像編碼 2009
經濟部「大學產業經濟貢獻獎」 2007
教育部第50屆「學術獎」(工程與應用科學類科) 2006
財團法人東元科技文教基金會第十一屆「東元獎」 2004
傑出人才發展基金會「傑出人才講座」 2004 - 2009
國科會「傑出技術移轉貢獻獎」 2003、2006、2007、2008
獲選為IEEE Fellow 2001
從事研究過程
陳良基教授,民國68年畢業於成功大學電機系,為國內CAD領域第一位本土博士。在學期間,
曾獲頒優秀青年獎章,斐陶斐榮譽會員及中國工程師學會青年論文獎。1988年,陳教授任臺大電機
系教職,專注於數位視訊IC相關技術的研發。
陳良基教授於1989年接受國科會委託進行多計畫晶片設計服務研究,隨後推動晶片系統設計中
心(Chip Implementation Center,CIC)的創立,建立起臺灣學術界IC設計的優質環境。陳教授(1990
年)完成了國內由大學生所設計的第一顆超大型積體電路晶片。他於1993年至1994年期間訪問美國
AT&T公司的貝爾實驗室參與前瞻影像電話研究。於1997年,成為美國西雅圖華盛頓大學電機工程學
系的訪問學者。2000年籌備創設台大電子工程學研究所,目前該所擁有四十幾位教授,近七百名碩
博士研究生,是國內外電子半導體領域研究重鎮之一。2004到2006年期間,他擔任新竹工業技術研
究院(工研院)電子工業研究所(ERSO)所長。2007年起,陳良基教授擔任晶片系統國家型科技計畫的共
同主持人。目前他是臺灣大學電機資訊學院的特聘教授。
陳良基教授的研究專長在於數位訊號處理架構設計(DSP Architecture Design)、數位視訊技術
(Digital Video Technology)、多媒體晶片設計 (Multimedia IC Design)、超大型積體電路/系統晶片設
計 (VLSI/SOC Design)。在視訊IC的研究領域,陳教授在模組層次的移動估計(Motion Estimation)與離
散餘弦轉換(Discrete Cosine Transform)上,發表了許多高效能的演算法及架構,廣為之後的研究人員
57

58
所參考,更在完整的視訊壓縮編解碼系統上,一路從JPEG、MPEG-2、MPEG-4、JPEG2000到最先進
的H.264AVC及3D Video,都有領先世界的架構發表。這些卓越成果獲得國際的肯定,他於2001年榮
膺國際電子電機工程師協會IEEE Fellow,也獲選為IEEE Circuits and Systems領域2001-2002年度的Dis-
tinguished Lecturer。
這些優異的表現累積成許多陳良基教授個人「第一」的記錄:他是臺灣第一位拿到計算機輔助
設計的本土博士;成立了國內第一個涉足DSP(數位訊號處理)IC設計的研究室;推動「多計畫晶片設
計服務實驗室」計畫,成功完成國內大學設計的第一顆超大型積體電路晶片,促成設立「國家晶片
設計製作中心」,奠定培育IC設計人才的基礎;領先國際開發出最新的H.264/AVC編碼IC;並曾榮
獲兩次國科會技轉金額最高的榮譽,移轉之技術包括JPEG、MPEG-4、H.264/AVC等影像及視訊編解
碼技術與架構,累計已有十餘家廠商受惠,技術移轉金額超過六千萬元,為學界中的佼佼者。
在國際上,陳良基教授研究成果頗為國際上所肯定,從1995年起至今,受邀擔任各項與其研
究相關之IEEE著名期刊之編輯,如:Video Technology,VLSI System以及Circuits and Systems Part
II。亦參與一些相關之其他國際期刊之編輯如:Circuits,Systems and Signal Processing,VLSI Sig-
nal Processing。2002年並受邀為Proceedings of the IEEE之Editorial,Board Member,此為IEEE最高
Profile之期刊,編輯群皆需為IEEE Fellow,尤其是VLSI Architecture for image/video的論文主要在IEEE
Trans. CSVT,陳教授在此期刊被留任為編輯達十數年之久,幾乎這段期間全球有關VLSI Architecture
for Image/Video的論文都會經過他的協助,引領全球此領域之研究發展。此外陳教授獲推薦為1999 IEEE
Workshop on Signal Processing System (SiPS’99)之General Chair,曾任1999、2002 IEEE ISCAS 之Track
Chair,並歷任眾多IEEE CAS及DSP/IC相關會議之議程委員及Session Chair。舉凡與陳教授研究相關
之國際會議大多曾受邀擔任技術委員(Technical Program Committee)或擔任議程主席(Session
Chair),2002年起並獲選為IEEE CAS分會多媒體系統及應用技術委員會之主席。
具體學術成果
陳教授之研究起源於成大的博碩士學位,受過完整之半導體製程、超大型積體電路及計算機
輔助設計等訓練。1988年服役後轉入臺大,即致力於結合超大型積體電路及數位訊號處理演算法之
研究,並選定數位影像為主要應用,這在當年是一項極為前瞻的嘗試,也因為二十年來,不斷的努
力與突破,並藉由實驗室技術人才的擴散,數位影像晶片設計已是國內領先國際的一項重要關鍵技
術。陳教授因持續在此領域之創新,除獲得前述獎勵外,具體成果如下:
陳教授在1988年投入數位影像晶片設計時,影像之標準「JPEG」才剛被發佈,視訊之標準
H.261之演算法才剛開始被討論,陳教授從基礎模組之架構設計開始,如DCT模組、Motion Estima-
tion模組,一步步完成前人未能達成之整合設計及最佳化。其中有多項技術突破,至今已成為此類
晶片設計之典型作法,包括領先提出之樹狀結構移動估計架構(解決快速影像移動估計無法平行運
算之問題,實現影像即時編碼的夢想)、影像運算平台(首創單晶片平台之並行演算架構,讓MPEG 4
Video編碼能有效在單晶片上執行)、可重組式架構(同一IC其電路架構可依視訊規格不同,做架構之
最佳化調適)、功率及內容感知影像電路架構、可調式影像處理架構(可依影像內容對電路做調適,
使電路保存在最佳功耗操作),皆已成為典範。其中,主要的創見是將影像信號處理與積體電路設計
以時序重排(Re-timing)、交錯運算(Interleaving)等基本觀念做時間與空間交換之最佳化。使即時影像
編碼,不再是困難的學理,而是人人可以寫用的技術。至今數位相機、數位電視、智慧手機、健康
照護等,都可享受即時影像之功效。
陳教授在視訊積體電路領域有多項領先國際的研究發明,簡述數項如下:
(a) MPEG-4視訊編解碼器架構模型之提出:他提出了世界上第一個MPEG-4視訊編解碼器架構模
型,從而提供完整的分析,最近文獻上的設計多數都不脫這個架構型式,甚至是完全一樣
的架構。
(b) 世界上第一個針對H.264/AVC移動估計與完整編碼器的高度平行架構:他提出了許多平行設
計的概念與架構,讓複雜度高到難以即時運算完成的H.264/AVC編碼可以在此一高度平行化

影像處理之未來發展,將持續朝多維及即時智慧化處理等應用推進,其中VLSI扮演不可或缺之
角色,為提升未來即時智慧影像之能力,陳教授將延續原本在數位影像之成果持續致力於三項研究
重點,包含智慧型視訊感知系統架構設計,視覺處理器設計與架構,及生物導向視訊影像辦識晶片
設計。
的單晶片完成。多數平行的移動估計架構也都依循相同的設計觀念。
(c) 多媒體應用之可重組化架構:他的研究團隊是首先在多媒體系統中提出可重組化設計觀念
的研究團隊,之後的感知式設計(例如:功率感知、通訊頻寬感知等)也是奠基於此一可重組
化設計概念之上。
(d) 雙眼立體視訊系統:主要的創新在於延伸二維空間視訊壓縮的技術來解決雙眼立體視覺系
統中大量資料儲存與頻寬的問題。所提出的設計觀念以及其軟硬體共同設計的議題將成為
未來雙眼立體視訊和三維空間視訊系統的標準。
(e) Scalable視訊壓縮設計:Scalable視訊壓縮是視訊壓縮的最新趨勢,面對未來各式各樣規格
與應用需求,富有彈性的視訊壓縮與解壓縮是必要的,本研究率先提出硬體實現的詳盡分
析,提出數個資料重複運用以解決系統高度頻寬需求的問題。
(f) Motion-JPEG2000編碼技術與IC架構最佳化:提出全球效能比最佳之各式JPEG2000編解碼器
設計,領先美日韓英等相關公司及研究團隊。
電路設計之殿堂-國際固態電路會議(ISSCC)於2006年主辦一場「可重組式架構論壇」,陳教授
被邀請為“Power-Aware Multimedia”之講者,成為國內學術界第一位,也是至今唯一被邀請之講
者。而其在ICASSP 2006年發表之架構論文,亦榮膺當年IEEE Signal Processing Society會議論文Down-
load之第一名。
未來研究重點及方向
一、智慧型視訊感知系統架構設計 (Intelligent visual perceptual system)
從畫面中自動抽取事件行為,自動警示重點畫面,並輔以多物體於整個監控環境的追蹤,是未
來必須提供之影像視訊基本能力。即時架構設計的研究是將不規則的運算流程轉化成能高度平行化
與自由存取的模式,並以最具效率之電路來實現。
二、視覺處理器設計與架構 (Vision processor design and application)
智慧視訊處理技術之發展目標,就是讓電腦有能力了解它正在”看”什麼,以達成應用:如人臉
偵測照相機、智慧監視系統、行車輔助系統、居家危險感知、下一代人機介面等。如何兼顧設計彈
性及高處理速度、隱私權問題、低功率消耗將是智慧視訊系統設計上最大的挑戰:
三、生物導向視訊影像辨識晶片設計(Bio-inspired Chip design for image / video recognition)
近年來,神經科學領域蓬勃發展,未來研究將從模仿大腦階層處理及記憶-預測的聯結網路架
構去開發影像辨識的硬體平臺,並實現即時影像辨識智慧處理單元,期待藉由仿大腦的智慧處理能
力,使得人和電腦能夠無障礙的溝通。
教學課程綱要
擬以VLSI DSP做為講座課程,數位信號處理的積體電路設計在整個半導體產業、民生各種消費性
電子產品、及生醫信號儀器等,都是不可或缺的必備技術,這項技術同時也是臺灣在高科技領域領
先世界各國的主要因素。陳教授在數位信號處理積體電路設計的領域,投入長達20年的研究,故以
在國內外、學界及業界吸收到的經驗,獲得扎實豐碩的成果與榮譽,做為開授數位信號處理的積體
電路設計(Digital Signal Processing in VLSI Design)的基礎。
59

60
台
灣
大
學
電
機
系
陳
良
基
電
子
所
特
聘
教
授
教
授
工程及應用科學
堅定方向,必能走到終點
昔,千里之外,
今,就在咫尺。
耘,科技新田,
尋,無限創意,
見,一切可能,
圓,未來的夢。
採訪 楊秀靜
撰稿 楊秀靜
雲林縣褒忠鄉,一個純樸的農村,村中的人們大多以種植
蘆筍維生,凌晨四、五點,是種植蘆筍人家採收蘆筍的時間,
褒忠的鄉間,在此時揭開一天的序幕,這是陳良基教授的童年
回憶,聽教授娓娓道來,時空恍若交錯,此刻的我們彷彿回到
了藍天白雲襯托下的溫暖鄉間,陪著教授回憶往昔。
在田裡長大的陳良基教授,農忙時,在每天清晨到學校讀
書前,都得先到田裡幫忙,因白蘆筍一旦經由日照後,很快就
會轉為綠色,價格就會受到影響,所以常常要跟太陽比賽,這
時的教授就明白做事的時間點很重要,要講求效率,如果錯過
了那個時間點,往往就會錯過事情完成的最佳時機。
這段田間與教室兩頭跑的記憶,對很多人來說,是件苦差

61
耕耘一塊另類的田園
時間與空間的交互計算
大學聯考時,正值國家實行十項建設,電機
產業開始發展,所以想要畢業後能立即投入就業
市場的他,選擇了成功大學電機系,這一進成大
就待了十三年的時間,十三個年頭過去了,陳教
授說自己像是在一個大家庭中成長,讓他獲益良
多。
大四那一年,教授申請到台電的獎學金,原
本慶幸自己畢業就能到台電工作,因為許多同學
準備繼續就讀研究所的影響,亦因為當時家境已
漸改善,所以教授選擇在成大,繼續他的學習之
旅。
進入研究所就讀後,因著指導教授張俊彥
教授的建議,陳教授將研究的重心從半導體移至
積體電路,解決了教授在做影像處理時遇到的問
題;數位影像的處理最困難的地方,就是人雙眼
能見的東西非常多,要把所有想處理的影像都儲
存起來,需要極為龐大的記憶體,在傳送上也造
成困擾,進入積體電路研究後,可輕易的就將所
有數位化工作完成,將之前許多無法做到的都
人的雙眼所看到的影像,有很大區域的重
疊,但也有部分是有差異性,利用此種特性,我
們很輕鬆就能分辨前景跟後景,也可以很輕易地
辨識物體的距離,也就是說人眼可以很自然的構
築出一個立體3D的影像,但是拍攝影像的機器卻
無法分辨出這樣的差異性。陳教授認為,未來的
視覺媒體應該是立體影像的世界,他們利用多角
度的鏡頭擷取影像,結合之前的數位影像處理技
術,直接在電視螢幕上產生3D的立體影像,讓電
腦看到的影像感知,能往有意義的真實影像邁進
一大步。
將這些技術放進那小小的晶片中,進入到人
們的生活中,陳教授說:「未來的世界裡,人人
都可以變成千里眼,不管你身在何處,只要透過
手機或電腦,就能將影像傳遞。」人類的文明不
斷的在進步,電機的研究也越來越發達,提供越
來越多的便利,讓人們可以跨越時空的限制,看
見自己想要瞭解的世界。
陳教授常對學生說過:「我相信總有一天,
電腦會跟人一樣,知道他看到的是什麼影像。也
希望屆時其中重要的關鍵技術,能有一些是由我
們實驗室所開發出來。」這是教授未來努力的目
標,希望電腦能夠知道自己所傳遞的是什麼,如
此一來電腦就可以提前做一些處理,減少許多辛
苦的過程,這個夢想已經慢慢的從模糊變清晰,
離實現的那一天並不遙遠,陳教授笑著說,我們
的研究室走在未來,看的是未來可能發生的事,
並期許自己可以為這未知的技術貢獻自己所學,
將有限的資源,發揮到最大的功能,為大家謀求
更為便利的生活。
事,但對陳教授而言卻是他珍惜的回憶。在田間
常見的老牛拖車,成了教授學習的對象,牛車不
管載有多少的東西,行走的速度總是維持著一定
的節奏,不會忽快忽慢,踏實的一步步往目標走
去,最終一定會到目的地,從觀察牛車,陳教授
知道只要找到明確及正確的方向,堅定的走出每
一步,就能達到自己想要的目標,在往後的研究
中,每次遇到瓶頸與挫折時,陳教授總會先反思
自己所要達成的目標是否可行,如果確實可行,
他總會告訴自己和學生們,事情一定有解決的方
法,總會有辦法可以去做嘗試,學習牛車的精
神,堅定而穩健的踏出每一步,一步步的去完成
自己的夢想,也帶給大家更加美好的未來!
做到了。陳教授嘗試利用「可重組」的概念,在
運算技術上尋求突破,他說:「把晶片想像成客
廳,在這個空間裡,家具應可隨意置換以符合需
求。」陳教授指出,晶片體積的設計只會越來越
小,但是可以塞進去的功能卻越來越強,因此必
須有效運用有限的晶片空間以達到最高的效能。
可重組化的設計概念,是藉由改變硬體的資料運
算路徑,以符合各種系統規格的應用,不僅可降
低設計成本,也可快速因應市場需求。
陳教授指著自己手中的十二吋晶圓,說著:
「這就像是一塊農田,我們把影像輸入這塊晶圓
裡,所有的創意都在這裡得到實現!」之後這些
創意,都會變成一塊塊的晶片,進入到大家的生
活中,提昇大家生活的便利性。

62
主動、積極、樂觀、進取
「主動、積極、樂觀、進取」是陳良基教授
的座右銘,在教育學生時,也以這樣的人生態度
引領那些莘莘學子。陳教授笑言「念電機是很辛
苦的,要花許多苦心才會看見成果,先要有吃苦
耐勞的體認,才能在電機的世界裡闖出一片天。
」創意無所不在,就存在於你我的身邊,等待我
們去發掘,教授總是鼓勵自己的學生們,要主動
積極的去看自己研究的現象,有時就能早一點發
現發明新事物的契機。研究的目的是要去發現如
今還未發現的事物,走在領先的前端,將技術一
直往前推,讓更多的人們,可以享受科技的進步
所帶來的便利。
《愛迪生傳》是教授的童年讀物,卻對他
造成深遠的影響。愛迪生從小就在困頓的環境成
長,卻沒因此而減少對事物的好奇心,在困難的
環境中找到機會,這樣的精神讓陳教授深感敬
佩,「愛迪生的工廠曾經發生大火,將他的研究
都付之一炬,原本以為愛迪生會因此而失意喪
志,但愛迪生卻哈哈大笑的說,這把火燒得真
好,讓我有更多新的東西可以做。」想著這個令
自己印象深刻的小故事,陳教授從中學習到樂觀
進取的精神,在逆境中,只要樂觀以對,發揮自
己敏銳的想像力,就能找到不錯的機會,就能看
見解決的方法。
陳教授也鼓勵現今的青年學子,有機會時就
要出國去闖一闖,當年博士班畢業後的陳教授,
利用政府公費留考的機會到了美國留學,在這
個不同於國內的研究環境裡,面對許多不同文化
語言背景的人們,讓陳教授提高了對事物的警覺
性,累積了更高的能量,激發了自我的潛能;「
有衝突能量才會出現,在外國能接觸到不同的挑
戰,增加自己向上看齊的力道。」就像是世界的
頂尖選手,都要到奧運場上一較高下一般,與國
際接軌,可以接觸許多的標竿人物,使自己的眼
界與格局不同於以往。

63
是牽手亦是推手
培養興趣 面對更多的人生挑戰 桂冠背後的無限感激
在研究的歷程上,難免會有面臨挫折與瓶頸
的時候,而面對研究的困境,教授的紓解方式是
打羽球,運動可以讓教授放下負擔,排解研究所帶
來的壓力。他也會帶著學生一起打球,他說這是在
與學生分享自己的人生經驗與成長歷程,在年輕的
時候要培養運動的喜好,才能紓解各種壓力,能夠
面對壓力,解決問題,也才能夠有更多的超越。
除了運動,陳教授也愛看書,在忙碌的研
究之餘,他總會看些不同領域的書籍,這是高中
時培養起的興趣。高中獨自離鄉到台北讀書的教
授,每回聽見夜裡的火車鳴笛聲,總感覺火車已
將他思鄉的心帶走了,為了轉移自己離鄉背井的
苦悶,教授都會利用課餘的時間到書局去看書,
學習對陳教授而言是快樂的,看著不同領域的
書,可以接觸到不同的觀點,可以知道許多未知
的事物,維持學習的興趣,發展出更多新奇的創
意,對自己的研究之路帶來許多助益!
與夫人是大學同學的陳教授,兩人因為一
同參加國樂社而相識,進而相知相惜,個性溫和
的夫人,不只是教授生命中重要的牽手,亦是教
授研究與待人處事學習上的推手。兩人有著共同
的興趣-音樂,在生活中有所爭執時,兩人都會
在音樂中尋求出新的平衡。而英文能力極佳的夫
人,更是教授重要的幫手,在研究給予了教授許
多的協助,因為夫人的協助,研究的過程變得更
加的順利,另外在教授較為急躁時,夫人也會擔
任踩煞車的角色,提醒教授靜下心來思考,以免
在不對的情緒中做出錯誤的判斷,兩人在人生的
旅程中,互相搭配互相學習,是教授的動力來
源,推動教授去完成傲人的研究成果。除了夫
人,對於全力支持、無私奉獻的父母與岳父母,
教授充滿感念,因為有了他們的付出,才能孕育
出這麼卓越的表現。
學習路途上的師長們,也是教授成功背後重
要的推手,不管是研究所時,給與他積體電路研
究方向的張俊彥教授,亦或是研究歷程中,那些
給予無限協助的老師們,因為有著他們無私的培
育與鼓勵,造就了教授今日的成就,所以教授本
著感恩的心,提攜後進不遺餘力,期許能將自己
所學傳給更多的學子,讓他們盡情的發揮自己的
創意,找到屬於自己的人生定位。
對於得獎,陳良基教授感謝台灣大學給與的
資源,讓他可以盡情的發揮自己的想法,也感謝
這一路走來,與他一起努力過的學生們,他總說
學生也是他的老師,與學生的對談,也是他獲得
啟發的途徑,學生腦中往往存在著許多天馬行空
的想法,彼此的對談就是一種腦力激盪,時常激
發出許多新的火花,開創出嶄新的局面。
「這個榮耀並不是屬於我自己的,它是給
與這一路陪我走過的夥伴們的,我只是代替他們
接受這份榮譽。」是將研究上的突破當作一種享
受,所以感謝這些陪伴他一同走過的夥伴,不管
是家人、師長或學生們,有他們的相隨與相助,
讓他邁向學術的頂峰,繳出了亮麗的成績單!