JP2001309386A - 画像処理装置 - Google Patents

画像処理装置

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JP2001309386A
JP2001309386A JP2000118434A JP2000118434A JP2001309386A JP 2001309386 A JP2001309386 A JP 2001309386A JP 2000118434 A JP2000118434 A JP 2000118434A JP 2000118434 A JP2000118434 A JP 2000118434A JP 2001309386 A JP2001309386 A JP 2001309386A
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unit
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memory
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processing apparatus
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Fumitoshi Karube
文利 軽部
Toshihisa Kamemaru
敏久 亀丸
Koichi Suzuki
弘一 鈴木
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    • H04N19/42Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals characterised by implementation details or hardware specially adapted for video compression or decompression, e.g. dedicated software implementation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多様な符号化方式に対応でき、クロックサイ
クル数を削減する。 【解決手段】 SIMD型演算装置101は、外部から
プログラマブルに制御可能なパイプライン演算器によ
り、動き補償、動き予測、DCT,IDCT,量子化、
逆量子化の各演算を行い、VLC処理装置102は、符
号化方式に応じた可変長符号化処理、可変長復号処理を
行い、外部データインタフェース103は外部とのデー
タ転送を処理する。プロセッサ105は、命令メモリ1
04に保持された命令をデコードし、SIMD型演算装
置101,VLC処理装置102,外部データインタフ
ェース103を、プログラマブルに制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は多様な符号化方式
に対応できる画像処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図9は例えば、映像情報メディア学会誌
1999 Vol.53 N0.4「MPEG−4 L
SIとインタネット、放送サービス」に示された従来の
画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【0003】図9において、201はプログラムを記憶
する命令メモリ、202は可変長符号化を行うVLE
(Variable Length Encode),
203は可変長復号を行うVLD(Variable
Length Decode),204はVLD203
が保有するメモリ、205は動き補償処理を行う動き補
償部、206,207は、それぞれ動き予測処理を行う
動き予測部A,動き予測部Bで、208はDCT(Di
screte Cosine Transform)処
理を行うDCT部、209はIDCT(Inverse
Discrete Cosine Transfor
m)処理を行うIDCT部である。
【0004】また、図9において、220は画像信号を
保持する外部メモリ、230a〜230fは後述のプロ
セッサ211,動き補償部205,動き予測部A20
6,動き予測部B207,DCT部208,IDCT部
209に内蔵されたローカルメモリ、210は各ローカ
ルメモリ230a〜230fと外部メモリ220を制御
するDMA(Direct Memory Acces
s)制御部、211はVLE202,VLD203,D
MA制御部210を制御するプロセッサである。
【0005】次に動作について説明する。従来の画像処
理装置において、動き補償、動き予測、DCT,IDC
Tを行う場合には、それぞれ動き補償の処理を行う動き
補償部205,動き予測の処理を行う動き予測部A20
6,動き予測部B207,DCTの処理を行うDCT部
208,IDCTの処理を行うIDCT部209の各固
有のブロックが、各処理に対応した処理を行う。また、
量子化を行う場合には、プロセッサ211が量子化処理
を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の画像処理装置は
以上のように構成されているので、動き補償部205,
動き予測部A206,動き予測部B207,DCT部2
08,IDCT部209は、アルゴリズムに固有のブロ
ックになり、多様な符号化方式に対応できないという課
題があった。
【0007】また、量子化を行う場合には、量子化固有
のブロックではなく、プロセッサ211が量子化処理を
行うので、クロックサイクル数が多くなるという課題が
あった。
【0008】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、多様な符号化方式に対応でき、画
像処理を行うためのクロックサイクル数を削減した画像
処理装置を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明に係る画像処理
装置は、外部からプログラマブルに制御可能なパイプラ
イン演算器により、動き補償、動き予測、DCT,ID
CT,量子化、逆量子化の各演算を行うSIMD型演算
手段と、符号化方式に応じて可変長符号化処理、可変長
復号処理を行うVLC処理手段と、外部とのデータ転送
を処理する外部データインタフェースと、処理用の命令
を保持する命令メモリと、上記命令メモリに保持された
命令をデコードし、上記SIMD型演算手段、上記VL
C処理手段及び上記外部データインタフェースをプログ
ラマブルに制御するプロセッサとを備えたものである。
【0010】この発明に係る画像処理装置は、命令メモ
リにRAMを使用するものである。
【0011】この発明に係る画像処理装置は、命令メモ
リにROMを使用するものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による画
像処理装置の構成を示すブロック図である。図におい
て、101は、外部からプログラマブルに制御可能なパ
イプライン演算器により、動き補償、動き予測、DC
T,IDCT,量子化、逆量子化の各演算を実現するS
IMD(Single Instruction st
ream Multiple Data strea
m)型演算手段、102は符号化方式に応じて可変長符
号化、可変長復号処理を実現するVLC処理手段、10
3は外部とのデータ転送を処理する外部データインタフ
ェースである。
【0013】また、図1において、104は、この画像
処理装置の処理用の命令を保持する命令メモリ、105
は、スカラー演算やビット操作演算、比較分岐命令を行
うと共に、命令メモリ104に保持されている命令をデ
コードし、SIMD型演算手段101,VLC処理手段
102,外部データインタフェース103,後述するビ
デオ入力装置201,後述するビデオ出力装置202を
制御するプロセッサである。
【0014】さらに、図1において、201は外部から
ビデオ信号を入力するビデオ入力装置、202は外部に
ビデオ信号を出力するビデオ出力装置、203はビデオ
信号を保持する外部メモリである。
【0015】さらに、図1において、151は外部デー
タインタフェース103とビデオ入力装置201,ビデ
オ出力装置202,外部メモリ203を接続する32ビ
ット幅のビデオデータバス、152,153はそれぞれ
プロセッサ105とビデオ入力装置201,ビデオ出力
装置202を接続し、ビデオ信号の入出力を制御する入
出力制御信号、154はSIMD型演算装置101,V
LC処理装置102,外部データインタフェース103
を接続する32ビット幅の内部データバスである。
【0016】次に動作について説明する。図2は実施の
形態1による画像処理装置の符号化処理を示すフローチ
ャートである。ステップST1において、ビデオ入力装
置201から画像データAを外部メモリ203に転送す
る。ステップST2において、外部メモリ203からS
IMD型演算手段101で行う処理に応じて、画像デー
タAのうち必要な画素データBを外部データインタフェ
ース103に転送する。
【0017】ステップST3において、SIMD型演算
手段101で、動き補償、DCT,量子化の各処理を行
い、変換係数データCを得る。ステップST4におい
て、VLC処理手段102で変換係数データCを可変長
符号に変換する。ステップST5において、VLC処理
手段102での処理の結果としてビットストリームデー
タDを得る。
【0018】次に、一例として、SIMD型演算手段1
01によるDCT処理で行う8行8列の行列の積の演算
動作について説明する。図3は16並列の並列メモリと
8並列のパイプライン演算器からなる汎用的SIMD型
演算手段の構成を示すブロック図である。図において、
301a−1,301a−2,301b−1,301b
−2,301c−1,301c−2,・・・,301d
−1,301d−2は16並列のメモリ、311a,3
11b,311c,・・・,311dは8並列のパイプ
ライン演算器である。ここで、Unit#0はメモリ3
01a−1,301a−2,パイプライン演算器311
aにより構成され、以下、同様にUnit#1,Uni
t#2,・・・,Unit#7は各メモリと各パイプラ
イン演算器により構成されている。
【0019】また、図3の各パイプライン演算器におい
て、351は加算、減算の各処理を行う加減算器、35
2は乗算の処理を行う乗算器、353は差分の処理を行
う差分器、354は累算の処理を行う累算器、355は
シフト処理、丸め処理を行うシフト器、丸め器、356
はクリッピングの処理を行うクリッピング器、361a
〜361gは演算結果の値を保持するレジスタである。
【0020】図4は行列の積を行う2つの行列X,行列
Yの要素を示す図である。行列Xの1行目と行列Yの1
列目の積の演算を開始するにあたり、メモリ301a−
1,301b−1,301c−1,・・・,301d−
1には、行列Xの第1行目、すなわち、X1,X2,・
・・,X8が共通に保持される。また、メモリ301a
−2には、行列Yの第1列目、すなわち、Y1,Y2,
・・・,Y8が保持され、301b−2には、行列Yの
第2列目、すなわち、Y9,Y10,・・・,Y16が
保持され、以下、同様にして、メモリ301c−2,・
・・,301d−2には、それぞれ行列Yの第3列目か
ら第8列目が保持される。
【0021】そして、Unit#0により、行列Xの第
1行目と行列Yの第1列目の演算が行われ、Unit#
1により、行列Xの第1行目と行列Yの第2列目の演算
が行われ、以下、同様にして、Unit#7により、行
列Xの第1行目と行列Yの第8列目の演算が行われる。
【0022】図5はUnit#0による8行8列の行列
の積のパイプライン動作を示す図である。第1番目のサ
イクルで、メモリ301a−1から行列Xの要素X1
を、メモリ301a−2から行列Yの要素Y1をパイプ
ライン演算器311aに転送する。
【0023】第2番目のサイクルで、パイプライン演算
器311aの乗算器352によりX1とY1の乗算を行
い、同時にメモリ301a−1から行列Xの要素X2
を、メモリ301a−2から行列Yの要素Y2をパイプ
ライン演算器311aに転送する。
【0024】第3番目のサイクルで、パイプライン演算
器311aの乗算器352により、X2とY2の乗算を
行い、同時にメモリ301a−1から行列Xの要素X3
を、メモリ301a−2から行列Yの要素Y3を、パイ
プライン演算器311aに転送する。
【0025】第4番目のサイクルで、パイプライン演算
器311aの累算器354により、X1×Y1とX2×
Y2との累算を行い、同時にパイプライン演算器311
aの乗算器352で、X3とY3の乗算を行い、同時に
メモリ301a−1から行列Xの要素X4、メモリ30
1a−2から行列Yの要素Y4をパイプライン演算器3
01aに転送する。
【0026】Unit#0による行列Xの第1行目と行
列Yの第1列目の演算と同様に、Unit#1からUn
it#7により各演算が行われ、上記の処理を繰り返し
行うことにより、8行8列の行列の積を実現する。
【0027】次にクロックサイクル数について説明す
る。様々な符号化方式に対応させるためには、汎用プロ
セッサによる機能の実現が一般的である。図6はマクロ
ブロック当たりのクロックサイクル数を汎用プロセッサ
のみによる場合と、汎用プロセッサとVLC処理手段1
02を共に動作させた場合の比較を示す図である。図6
に示すように、VLC処理手段102を用いることによ
り、クロックサイクル数を削減できるが、行列演算に多
くのサイクル数を必要としており十分とは言えない。
【0028】図7はマクロブロック当たりのクロックサ
イクル数を汎用プロセッサのみによる場合と、汎用プロ
セッサとSIMD型演算手段101を共に動作させた場
合の比較を示す図である。図7に示すように、SIMD
型演算手段101を用いることによりクロックサイクル
数を削減できるが、VLC演算に多くのサイクル数を必
要としており十分とは言えない。
【0029】図8はマクロブロック当たりのクロックサ
イクル数を汎用プロセッサのみによる場合と、汎用プロ
セッサとVLC処理手段102とSIMD型演算手段1
01を共に動作させた場合の比較を示す図である。図8
に示すように、VLC処理手段102とSIMD型演算
手段101を共に用いることにより、十分にクロックサ
イクル数の削減を実現できる。
【0030】以上のような構成により、命令メモリ10
4からSIMD型演算手段101,VLC処理手段10
2,外部データインタフェース103用のプログラムを
プロセッサ105がデコードし、プログラマブルにSI
MD型演算手段101,VLC処理手段102,外部デ
ータインタフェース103を制御することができるの
で、多様な符号化方式に対応することができる。
【0031】また、従来の画像処理装置では、DCT
部、IDCT部がそれぞれ独立していたが、DCT処理
とIDCT処理は同時に実行しないので、この実施の形
態の画像処理装置のSIMD型演算手段101のように
1つにすることで、ハ−ドウェアの削減を実現できる。
【0032】従来の画像処理装置では、動き補償を行う
場合、動き補償部、動き予測部A,動き予測部Bが同時
に動き得るが、この実施の形態の画像処理装置のSIM
D型演算手段101は、並列に画像データを処理するこ
とができるので、1つのブロックでも高速演算を実現で
きる。
【0033】なお、関連する従来技術として、特開平6
−292178号公報に開示された適応形ビデオ信号演
算処理装置、及び特開平8−50575号公報に開示さ
れたプログラマブルプロセッサがあるが、この実施の形
態におけるVLC処理手段102に相当する手段は含ま
れていない。この実施の形態における画像処理装置で
は、SIMD型演算手段101とVLC処理手段102
は並列に動作するので、少ないクロックサイクル数で効
率的な画像処理を実現できる。
【0034】以上のように、この実施の形態1によれ
ば、動き補償、動き予測、DCT,IDCT,量子化、
逆量子化の各処理を行うSIMD演算手段101と、可
変長符号化を行うVLC処理手段102を備えることに
より、多様な符号化方式に対応できると共に、画像処理
を行うためのクロックサイクル数を削減することができ
るという効果が得られる。
【0035】実施の形態2.この実施の形態2による画
像処理装置の構成は、実施の形態1の図1の命令メモリ
104に、命令を外部からダウンロードするRAM(R
andom Access Memory)を用いたも
のである。その他の動作については実施の形態1と同様
である。
【0036】以上のように、この実施の形態2によれ
ば、命令を外部からダウンロードするRAMを使用する
ことにより、1つのLSIで多様な符号化方式に対応で
きる画像処理装置を実現できるという効果が得られる。
【0037】実施の形態3.この実施の形態3による画
像処理装置の構成は、実施の形態1の図1の命令メモリ
104に、低価格で面積の小さいROM(Read O
nly Memory)を用いたものである。その他の
動作については実施の形態1と同様である。
【0038】以上のように、実施の形態3によれば、R
OMを使用することにより、LSIの面積を小さくで
き、低価格化な画像処理装置を実現できるという効果が
得られる。
【0039】以上の各実施の形態では、符号化処理に関
するものであるが、復号処理でも良く本願を制限するも
のではない。
【0040】また、上記実施の形態1では、SIMD型
演算手段101の動作として、DCTの場合を例示した
が、動き予測、IDCT,量子化、逆量子化、フィルタ
生成においても、加減算器351,乗算器352,差分
器353,累算器354,シフト器、丸め器355,ク
リッピング器356により各処理を実現でき、本願を制
限するものではない。
【0041】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、外部
からプログラマブルに制御可能なパイプライン演算器に
より、動き補償、動き予測、DCT,IDCT,量子
化、逆量子化の各演算を行うSIMD型演算手段と、符
号化方式に応じて可変長符号化処理、可変長復号処理を
行うVLC処理手段と、外部とのデータ転送を処理する
外部データインタフェースと、処理用の命令を保持する
命令メモリと、命令メモリに保持された命令をデコード
し、SIMD型演算手段、VLC処理手段及び外部デー
タインタフェースをプログラマブルに制御するプロセッ
サとを備えたことにより、多様な符号化方式に対応でき
ると共に、画像処理を行うためのクロックサイクル数を
削減することができるという効果がある。
【0042】この発明によれば、命令メモリにRAMを
使用することにより、1つのLSIで多様な符号化方式
に対応できる画像処理装置を実現できるという効果があ
る。
【0043】この発明によれば、命令メモリにROMを
使用することにより、LSIの面積を小さくでき、低価
格化な画像処理装置を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による画像処理装置
の構成を示すブロック図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による画像処理装置
の処理を示すフローチャートである。
【図3】 この発明の実施の形態1による画像処理装置
のSIMD型演算手段の構成を示す図である。
【図4】 この発明の実施の形態1による画像処理装置
のSIMD型演算手段により行列の積を行う場合の行列
要素を示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態1による画像処理装置
のSIMD型演算手段により行列の積を行う場合のパイ
プライン動作を示す図である。
【図6】 マクロブロック当たりのクロックサイクル数
を、汎用プロセッサのみの場合とVLC処理手段を用い
た場合とで比較した図である。
【図7】 マクロブロック当たりのクロックサイクル数
を、汎用プロセッサのみの場合とSIMD型演算手段を
用いた場合とで比較した図である。
【図8】 この発明の実施の形態1による画像処理装置
のマクロブロック当たりのクロックサイクル数を示す図
である。
【図9】 従来の画像処理装置の構成を示すブロック図
である。
【符号の説明】
101 SIMD型演算手段、102 VLC処理手
段、103 外部データインタフェース、104 命令
メモリ、105 プロセッサ、151 ビデオデータバ
ス、152,153 入出力制御信号、154 内部デ
ータバス、201ビデオ入力装置、202 ビデオ出力
装置、203 外部メモリ、301a−1,301a−
2,301b−1,301b−2,301c−1,30
1c−2,301d−1,301d−2 メモリ、31
1a,311b,311c,311d パイプライン演
算器、351 加減算器、352 乗算器、353 差
分器、354 累算器、355 シフト器、丸め器、3
61a〜361g レジスタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 弘一 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5C059 KK14 MA05 MA23 MC11 ME01 NN01 RB02 SS26 UA29 UA38 UA39 5J064 AA02 BA09 BB03 BB06 BC01 BC02 BC08 BC09 BC16 BC29 BD03

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部からプログラマブルに制御可能なパ
    イプライン演算器により、動き補償、動き予測、DCT
    (Discrete Cosine Transfor
    m),IDCT(Inverse Discrete
    CosineTransform),量子化、逆量子化
    の各演算を行うSIMD(Single Instru
    ction stream Multiple Dat
    astream)型演算手段と、 符号化方式に応じて可変長符号化処理、可変長復号処理
    を行うVLC(Variable Length Co
    de)処理手段と、 外部とのデータ転送を処理する外部データインタフェー
    スと、 処理用の命令を保持する命令メモリと、 上記命令メモリに保持された命令をデコードし、上記S
    IMD型演算手段、上記VLC処理手段及び上記外部デ
    ータインタフェースをプログラマブルに制御するプロセ
    ッサとを備えたことを特徴とする画像処理装置。
  2. 【請求項2】 命令メモリにRAM(Random A
    ccess Memory)を使用することを特徴とす
    る請求項1記載の画像処理装置。
  3. 【請求項3】 命令メモリにROM(Read Onl
    y Memory)を使用することを特徴とする請求項
    1記載の画像処理装置。
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