JP2008282150A - 信号処理装置及び信号処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】所定の時間内に指定された処理を完了するリアルタイム性を保証しつつ、処理能力と低消費電力の両方を制御すること。
【解決手段】信号処理装置は、信号データを信号処理して結果データを出力する信号処理部と、信号処理部に電源を供給する電源供給部と、信号処理部にクロックを供給するクロック供給部と、信号データに基づいて信号処理部での処理量を予測し、処理量予測値を出力する処理量予測部と、信号処理部が行った信号処理の処理量を観測して、処理完了値を出力する処理量観測部と、処理量予測値、処理完了値、及び信号処理開始からの経過時間を示す経過情報に基づいて、信号処理部に供給する電源の電圧及びクロックの周波数を決定する制御値決定部とを備える。電源供給部は、制御値決定部によって決定された電圧の電源を信号処理部に供給し、クロック供給部は、制御値決定部によって決定された周波数のクロックを信号処理部に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、処理量に応じたリアルタイム処理を保証する信号処理装置及び信号処理システムに関する。

消費電力を低減するために処理量に応じて電力制御を行う低消費電力制御としては、オペレーティングシステム（ＯＳ）上で実行するタスクの実行条件に応じてクロック制御を行うものがあった（例えば、特許文献１参照）。図１１は、特許文献１に記載されたタスク毎の省電力制御を示すタイミングチャートである。図１１に示すタイミングチャートは、各タスクの実行状態と性能設定状態とＣＰＵの動作状態とを示す。

一方、ＣＰＵの命令コードに電圧やクロックの供給・停止を行うための制御フラッグを組み込んで低消費電力を実現する技術（例えば、特許文献２参照）がある。当該技術では、命令コード、すなわちＣＰＵのサイクルベースで逐次的に実行させる命令に応じて、クロックの供給・停止を制御する。しかし、全体の命令量や処理データ量を予測又は観測して全体の処理量を監視しつつ、所定の時間内に処理を完了することを保証する消費電力制御は行っていない。

特開平８−７６８７４号公報 特開２００２―１６９７９０号公報

特許文献１を参照した上記低消費電力制御は、ＯＳで管理されたタスク単位での処理量に応じた適応型の動作状態制御である。しかし、当該制御では、タスクのリアルタイム管理が行われていないため、外的要因や内的要因によりにシステムの性能が変化し、かつ、ＯＳでの管理方法であるため即応性がない。このため、当該制御には、実行されるタスク（処理）が所定の時間内に完了することが保証されていない。

また、特許文献２を参照した上記低消費電力制御では、ＣＰＵの命令単位でのサイクルベースの制御は可能であるが、全体の命令量や処理データ量を所定の時間内に処理を完了することを保証した消費電力制御を行えない。

本発明の目的は、所定の時間内に指定された処理を完了するリアルタイム性を保証しつつ、処理能力と低消費電力の両方を制御する信号処理装置及び信号処理システムを提供することである。

本発明は、入力された信号データを信号処理して結果データを出力する信号処理部と、前記信号処理部に電源を供給する電源供給部と、前記信号処理部にクロックを供給するクロック供給部と、前記信号データに基づいて前記信号処理部での処理量を予測し、処理量予測値を出力する処理量予測部と、前記信号処理部が行った前記信号処理の処理量を観測して、処理完了値を出力する処理量観測部と、前記処理量予測部から出力された前記処理量予測値、前記処理量観測部から出力された前記処理完了値、及び前記信号処理部による前記信号処理の開始からの経過時間を示す経過情報に基づいて、前記電源供給部が前記信号処理部に供給する前記電源の電圧、及び前記クロック供給部が前記信号処理部に供給する前記クロックの周波数を決定する制御値決定部と、を備え、前記電源供給部は、前記制御値決定部によって決定された電圧の電源を前記信号処理部に供給し、前記クロック供給部は、前記制御値決定部によって決定された周波数のクロックを前記信号処理部に供給する信号処理装置を提供する。

本発明は、入力された信号データを信号処理して結果のデータを出力する信号処理部と、前記信号処理部に電源を供給する電源供給部と、前記信号処理部にクロックを供給するクロック供給部と、前記信号処理部が行った前記信号処理の処理量を観測して、処理完了値を出力する処理量観測部と、入力された処理量指定値、前記処理量観測部から出力された前記処理完了値、及び前記信号処理部による前記信号処理の開始からの経過時間を示す経過情報に基づいて、前記電源供給部が前記信号処理部に供給する前記電源の電圧、及び前記クロック供給部が前記信号処理部に供給する前記クロックの周波数を決定する制御値決定部と、を備え、前記電源供給部は、前記制御値決定部によって決定された電圧の電源を前記信号処理部に供給し、前記クロック供給部は、前記制御値決定部によって決定された周波数のクロックを前記信号処理部に供給する信号処理装置を提供する。

本発明は、上記信号処理装置と、この信号処理装置に入力される処理量指定値を出力する処理量指定装置と、を備えた信号処理システムを提供する。

本発明に係る信号処理装置及び信号処理システムによれば、所定の時間内に指定された処理を完了するリアルタイム性を保証しつつ、処理能力と低消費電力の両方を制御することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の信号処理装置を示すブロック図である。図１に示すように、第１の実施形態の信号処理装置は、信号処理部１００と、処理量予測部１０１と、処理量観測部１０３と、制御値決定部１０５と、タイマー部１０６と、電源供給部１１１と、クロック供給部１１３とを備える。

信号処理部１００は、外部から入力された信号データ１５１を信号処理して結果データ１５３を出力する。信号処理部１００には、電源供給部１１１から電源が、クロック供給部１１３からクロックが供給される。信号処理部１００は、電源供給部１１１から供給された電源の電圧、及びクロック供給部１１３から供給されたクロックの周波数に応じて、信号処理の処理能力と消費電力が変化する。

処理量予測部１０１は、入力された信号データ１５１に基づいて信号処理部１００での処理量を予測して、処理量予測値１０２を出力する。処理量観測部１０３は、信号処理部１００が行った信号処理の処理量を観測して、処理完了値１０４を出力する。タイマー部１０６は、信号処理部１００による処理開始からの経過時間を計測して、計測した経過時間を示す経過情報１０７を出力する。

制御値決定部１０５は、処理量予測値１０２、処理完了値１０４及び経過情報１０７に基づいて、電源供給部１１１が信号処理部１００に供給する電源の電圧を決定し、決定した電圧を示す設定値１０８を出力する。同様に、制御値決定部１０５は、入力された処理量予測値１０２、処理完了値１０４及び経過情報１０７に基づいて、クロック供給部１１３が信号処理部１００に供給するクロックの周波数を決定し、決定したクロック周波数を示す設定値１０９を出力する。なお、電源電圧が大きいほど、また、クロック周波数が高いほど、信号処理部１００での消費電力は大きい。

以下、図２〜図５を参照して、本実施形態の信号処理装置が行う制御の実施例１〜４について説明する。図２〜図５は、経過時間ｔに対する（ａ）信号処理部１００での残りの処理量ＰＡ、及び（ｂ）信号処理部１００での消費電力ＰＣの変化を示す図である。図中の横軸に示された符号ｔａは、リアルタイム処理を保証するための目標経過時間である。

（実施例１）
図２を参照して、実施例１について説明する。図２（ａ）中の縦軸に示される符号５０１は、実行する処理の処理量を示す。図２は、処理を開始してから目標経過時間ｔａまで同じペースで順調に処理を行った際の、経過時間ｔに対する（ａ）残りの処理量及び（ｂ）消費電力を示す図である。図２に示すように、同じペースで順調に処理を行った場合、信号処理部１００による処理量は変化しないため、残りの処理量は順調に減少し、消費電力は一定である。したがって、この場合は、目標経過時間ｔａまでに消費電力を最小で処理を完了したと言える。

（実施例２）
図３を参照して、実施例２について説明する。図２は処理が順調に進行した場合を示すが、処理が予定通りに進行しない場合も考えられる。処理が順調に進行しない要因は、処理するデータの複雑さや、本実施形態の信号処理装置と他の手段との関係、例えば共有化しているメモリの待機確保などがある。図３は、処理が順調に進行しない場合の、経過時間ｔに対する（ａ）残りの処理量及び（ｂ）消費電力の一例（後半に高速処理を適用した例）を示す図である。

図３（ａ）に示すように、処理が順調に進行せず目標経過時間ｔａまでに処理が完了しないと予測される場合、本実施例では、制御値決定部１０５は、処理完了値１０４から得られる処理完了量と、処理量予測値１０２及び処理完了値１０４から想定される残り処理量と、経過情報１０７が示す経過時間とに基づいて、電源電圧及びクロック周波数の少なくともいずれか一方を上げて信号処理部１００の処理能力を上げる。

図３（ａ）中の符号６０２で示される直線は、信号処理部１００が最大性能で信号処理を行った際の予測処理量を示す。図３（ａ）に示す例では、信号処理部１００の最大性能で行わないと残りの処理を目標経過時間ｔａまでに完了できないと制御値決定部１０５が判断したとき（図３（ａ）に示す符号６０３の時点）、制御値決定部１０５は、信号処理部１００の処理性能が最大となるよう設定値１０８，１０９を変更する。この結果、目標経過時間ｔａまでに処理を完了することができるため、リアルタイム性を保証することができる。なお、制御値決定部１０５は、目標経過時間ｔａまでの残り時間を経過情報１０７が示す経過時間より算出し、処理完了値１０４と残り時間に発生する処理量予測値１０２とを加算した値が信号データ１５１の全体の処理量よりも小さい場合、信号処理部１００が残りの処理を目標経過時間ｔａまでに完了できないと判断する。

但し、信号処理部１００が最大性能で信号処理を行う際の電圧は高く、クロック周波数も通常より高いため、消費電力は通常処理時よりも大きい。したがって、図３（ａ）に示す信号処理部１００の処理性能の制御を行った場合の消費電力は、図３（ｂ）中の実線で示すように、信号処理部１００の処理性能を最大とした時点で増大する。

なお、図３（ａ）に示す例では符号６０３で示す時点で信号処理部１００の性能を最大としているが、制御値決定部１０５は、符号６０３で示す時点よりも前の時点で信号処理部１００の性能を上げる制御を行っても良い。このときの処理量は、図３（ａ）中の符号６０４で示す一点鎖線で表される。符号６０３で示す時点よりも前の時点でこのような制御を行えば、信号処理部１００の性能を最大にまで上げる必要がないため、図３（ｂ）中の一点鎖線で示すように、消費電力の上昇は、信号処理部１００の性能を最大まで上げたときよりも小さい。

（実施例３）
図４を参照して、実施例３について説明する。図４は、処理が順調に進行しない場合の、経過時間ｔに対する（ａ）残りの処理量及び（ｂ）消費電力の一例（中盤で高速処理を適用した例）を示す図である。図４（ａ）に示すように、処理が順調に進行せず目標経過時間ｔａまでに処理が完了しないと予測される場合、本実施例では、制御値決定部１０５は、図４（ａ）に示す符号７０１の時点で、制御値決定部１０５は、処理量予測値１０１に基づいて処理完了の予測を行う。信号処理部１００は目標経過時間ｔａまでに残りの処理を完了できないと制御値決定部１０５が判断した場合、本実施例では、制御値決定部１０５は、電源電圧及びクロック周波数を最大に上げて信号処理部１００の処理性能を最大にする。その後、目標経過時間ｔａ前の図４（ａ）に示す符号７０４の時点で、制御値決定部１０５は、目標経過時間ｔａまでに処理が完了するよう電源電圧及びクロック周波数を下げて、信号処理部１００の処理性能を通常に戻す。

なお、図４（ａ）に示す例では、符号７０１の時点から符号７０４の時点までの間の信号処理部１００の処理性能を最大にしていているが、符号７０１の時点までの処理性能よりも上げれば良い。但し、符号７０４の時点及び符号７０４の時点後の信号処理部１００の処理性能は、目標経過時間ｔａまでに処理が完了するよう設定される。また、符号７０４の時点以降であっても、目標経過時間ｔａまでに処理を完了できないと制御値決定部１０５が判断した場合は、信号処理部１００の処理性能を再び上げても良い。

（実施例４）
最後に、図５を参照して、実施例４について説明する。図５は、処理が順調に進行しない場合の、経過時間ｔに対する（ａ）残りの処理量及び（ｂ）消費電力の一例（前半に高速処理を適用した例）を示す図である。図５（ａ）に示すように、処理量が大きく信号処理部１００が通常の処理性能であると目標経過時間ｔａまでに処理が完了しないと予測される場合、本実施例では、制御値決定部１０５は、符号８０１に示す処理開始の時点で、制御値決定部１０５は、信号処理部１００の処理性能を最大にして、信号処理部１００は処理を開始する。その後、目標経過時間ｔａ前の図４（ａ）に示す符号８０２の時点で、制御値決定部１０５は、目標経過時間ｔａまでに処理が完了するよう電源電圧及びクロック周波数を下げて、信号処理部１００の処理性能を通常に戻す。

以上説明したように、本実施形態の信号処理装置では、処理量の推測値や処理状況に応じて、信号処理部１００に供給する電源電圧やクロック周波数を動的に変化させることによって信号処理部１００の処理能力を制御することで、処理量に応じてリアルタイム処理を実現しつつ適当な低消費電力制御を行える。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態の信号処理装置を示すブロック図である。第２の実施形態の信号処理装置が第１の実施形態の信号処理装置と異なる点は、処理量予測部１０１を備えず、制御値決定部１０５の代わりに制御値決定部２０５を備えることである。この点以外は第１の実施形態と同様であり、図６において、図１と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

本実施形態の制御値決定部２０５は、外部から入力された処理量指定値２０１、処理完了値１０４及び経過情報１０７に基づいて、電源供給部１１１が信号処理部１００に供給する電源の電圧を決定し、決定した電圧を示す設定値１０８を出力する。処理量指定値２０１は、外部から入力された信号データ１５１と共に入力された情報であって、信号データ１５１の処理量を示す。

図７に示すように、信号データ１５１及び処理量指定値２０１は、例えば、本実施形態の信号処理装置の外部に設けられる信号発生装置２５１から当該信号処理装置に入力される。信号発生装置２５１は、例えば、ＣＤプレイヤーやＤＶＤプレイヤー、メモリカードリーダー、ネットワークを介してデータをストリーミング配信するサーバ等である。信号発生装置２５１がＣＤプレイヤーのとき、処理量指定値２０１は、曲毎のデータ処理量を示す。なお、ＣＤには、曲毎の音データに対して、処理量指定値２０１がそれぞれ記録されている。処理量指定値２０１は、音楽データや動画像データといった連続的な処理が必要なデータに付されている

以上説明したように、本実施形態の信号処理装置は、第１の実施形態の信号処理装置が備える処理量予測部１０１を備える必要がないため、構成を簡略化することができ、かつ、消費電力を低減できる。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態の信号処理装置を示すブロック図である。第３の実施形態の信号処理装置が第１の実施形態の信号処理装置と異なる点は、制御値決定部１０５の代わりに制御値決定部３０５を備えることである。この点以外は第１の実施形態と同様であり、図６において、図１と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

本実施形態の制御値決定部３０５は、処理量予測値１０２、外部から入力された処理量指定値２０１、処理完了値１０４及び経過情報１０７に基づいて、電源供給部１１１が信号処理部１００に供給する電源の電圧を決定し、決定した電圧を示す設定値１０８を出力する。処理量指定値２０１は、第２の実施形態で説明した。

以下、上記実施形態の信号処理装置の適用例について、図９を参照して説明する。図９は、放送局５０１及び携帯端末５０３によって構成されるシステムを示す。放送局５０１及び携帯端末５０３は、動画像符号復号化方式であるＭＰＥＧを利用したデジタルテレビ放送等を実現する。放送局５０１は、図７に示した信号発生システム２５１を備える。携帯端末５０３は、デジタルテレビ放送を受信する機能を有する電子機器や、当該機能を有する携帯電話等である。携帯端末５０３は、上記実施形態の信号処理装置を内部に有する。

図１０は、第３の実施形態の信号処理装置を有する携帯端末５０３を示すブロック図である。図１０に示すように、携帯端末は、アンテナ及びフロントエンド処理部１００２に加えて、第３の実施形態の信号処理装置を有する。図１０には、信号処理装置が備える信号処理部１００の内部構成が、ＭＰＥＧ復号化器として詳細に説明されている。図１０に示す携帯端末５０３では、フロントエンド処理部１００２で受信したストリーム信号から動画像データストリームと処理量指定値２０１を抽出し、動画像データストリームは信号処理部１００に入力され、処理量指定値２０１は制御値決定部１０５に入力される。

携帯端末５０３の周辺環境によっては、放送波を正しく受信できず障害が生じる場合がある。受信障害が発生した動画像のマクロブロック（ＭＢ）は画像を補間するなどといった特定のエラー訂正処理を行う。以下の表は、マクロブロックの種類（Not Codec、通常、エラー）毎の処理量予測値１０２を示す。

上記説明では、ＭＢの種類に応じた処理量予測値１０２が得られるが、図１０に示す信号処理部１００内の可変長変換部１００４から処理量予測値１０２を出力しても良い。

なお、上記実施形態に係る信号処理装置は、変則的に処理量が増減しても動的に低消費電力制御を行うため、動画像や音声、グラフィックス、ゲームといった、所定の時間内に指定された処理量を実行しなければならないリアルタイム処理が求められるアプリケーションを、２次電池で駆動するＬＳＩを搭載する電子機器が実行する際に効果を特に発揮する。

本発明に係る信号処理装置は、所定の時間内に指定された処理を完了するリアルタイム性を保証しつつ、処理能力と低消費電力の両方を制御する信号処理装置等として有用である。

第１の実施形態の信号処理装置を示すブロック図 処理を開始してから目標経過時間ｔａまで同じペースで順調に処理を行った際の、経過時間ｔに対する（ａ）残りの処理量及び（ｂ）消費電力を示す図 処理が順調に進行しない場合の、経過時間ｔに対する（ａ）残りの処理量及び（ｂ）消費電力の一例（後半に高速処理を適用した例）を示す図 処理が順調に進行しない場合の、経過時間ｔに対する（ａ）残りの処理量及び（ｂ）消費電力の一例（中盤で高速処理を適用した例）を示す図 処理が順調に進行しない場合の、経過時間ｔに対する（ａ）残りの処理量及び（ｂ）消費電力の一例（前半に高速処理を適用した例）を示す図 第２の実施形態の信号処理装置を示すブロック図 信号処理装置に入力する信号データ及び処理量指定値を出力する信号発生装置を示すブロック図 第３の実施形態の信号処理装置を示すブロック図 放送局及び携帯端末によって構成されるシステム 第３の実施形態の信号処理装置を有する携帯端末を示すブロック図 特許文献１に記載されたタスク毎の省電力制御を示すタイミングチャート

符号の説明

１００ 信号処理部
１０１ 処理量予測部
１０３ 処理量観測部
１０５，２０５，３０５ 処理量決定部
１０６ タイマー部

Claims (8)

1. 入力された信号データを信号処理して結果データを出力する信号処理部と、
   前記信号処理部に電源を供給する電源供給部と、
   前記信号処理部にクロックを供給するクロック供給部と、
   前記信号データに基づいて前記信号処理部での処理量を予測し、処理量予測値を出力する処理量予測部と、
   前記信号処理部が行った前記信号処理の処理量を観測して、処理完了値を出力する処理量観測部と、
   前記処理量予測部から出力された前記処理量予測値、前記処理量観測部から出力された前記処理完了値、及び前記信号処理部による前記信号処理の開始からの経過時間を示す経過情報に基づいて、前記電源供給部が前記信号処理部に供給する前記電源の電圧、及び前記クロック供給部が前記信号処理部に供給する前記クロックの周波数を決定する制御値決定部と、を備え、
   前記電源供給部は、前記制御値決定部によって決定された電圧の電源を前記信号処理部に供給し、前記クロック供給部は、前記制御値決定部によって決定された周波数のクロックを前記信号処理部に供給することを特徴とする信号処理装置。
2. 入力された信号データを信号処理して結果のデータを出力する信号処理部と、
   前記信号処理部に電源を供給する電源供給部と、
   前記信号処理部にクロックを供給するクロック供給部と、
   前記信号処理部が行った前記信号処理の処理量を観測して、処理完了値を出力する処理量観測部と、
   入力された処理量指定値、前記処理量観測部から出力された前記処理完了値、及び前記信号処理部による前記信号処理の開始からの経過時間を示す経過情報に基づいて、前記電源供給部が前記信号処理部に供給する前記電源の電圧、及び前記クロック供給部が前記信号処理部に供給する前記クロックの周波数を決定する制御値決定部と、を備え、
   前記電源供給部は、前記制御値決定部によって決定された電圧の電源を前記信号処理部に供給し、前記クロック供給部は、前記制御値決定部によって決定された周波数のクロックを前記信号処理部に供給することを特徴とする信号処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の信号処理装置であって、
   前記信号処理部は、
   前記電源供給部より供給された前記電源の電圧及び前記クロック供給部より供給された前記クロックの周波数に応じて、前記信号処理の単位時間当たりの処理量が異なる複数のモードの中から選択されたモードで前記信号処理を行い、
   前記制御値決定部は、
   前記信号処理部による前記入力された信号データの前記信号処理の完了を目指す目標経過時間までの残り時間を前記経過情報より算出し、
   所定のタイミングにおける、前記処理完了値と前記残り時間に発生する処理の前記処理量予測値又は前記処理量指定値とを加算した値が前記信号データの全体の処理量よりも小さい場合、前記信号処理部が前記信号処理を前記目標経過時間内に完了できないと判断し、通常状態で選択される第１のモードよりも単位時間当たりの処理量が大きい第２のモードで前記信号処理部が前記信号処理を行うよう、前記電源供給部及び前記クロック供給部を制御することを特徴とする信号処理装置。
4. 請求項３に記載の信号処理装置であって、
   前記制御値決定部は、
   前記第２のモードで前記信号処理を行っている前記信号処理部が前記信号処理を前記目標経過時間内に完了すると判断したとき、前記第１のモード又は前記第２のモードよりも単位時間当たりの処理量が小さい第３のモードで前記信号処理部が前記信号処理を行うよう、前記電源供給部及び前記クロック供給部を制御することを特徴とする信号処理装置。
5. 請求項１又は２に記載の信号処理装置であって、
   前記入力された信号データが、動画像を構成するデータである場合、
   前記信号処理部は、前記入力された信号データの復号化を行い、
   前記制御値決定部は、動画像を構成するマクロブロック又はフレームの種類に応じて、前記電源供給部及び前記クロック供給部を制御することを特徴とする信号処理装置。
6. 請求項１又は２に記載の信号処理装置であって、
   前記入力された信号データが、可変長符号化方式で圧縮されたデータである場合、
   前記信号処理部は、前記入力された信号データの可変長復号化を行い、
   前記制御値決定部は、データ長の変動量に応じて前記電源供給部及び前記クロック供給部を制御することを特徴とする信号処理装置。
7. 請求項２に記載の信号処理装置と、
   前記信号処理装置に入力される処理量指定値を出力する処理量指定装置と、
   を備えたことを特徴とする信号処理システム。
8. 請求項７に記載の信号処理システムであって、
   前記処理量指定装置は、前記信号処理装置に入力される信号データ及び前記処理量指定値を記憶する記録媒体を再生して、前記信号データ及び前記処理量指定値を出力することを特徴とする信号処理システム。

Images