JPH0431232B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はテレビ信号等の動画信号に対し、デイ
ジタルフイルタや高能率符号化等のデイジタル信
号処理をソフトウエアで実現する実時間信号処理
プロセツサに関する。

（従来技術とその問題点） 実時間デイジタル信号処理の利点はアナログ技
術では実現できない様な高精度もしくは高安定性
の保障されたフイルタや変復調装置が実現できる
こと、さらにアナログ信号処理では考えられなか
つた時変適応フイルタ等が容易に実現でることな
どが挙げられる。さらに最近急速に発展して来た
デイジタルLSI技術の成果を取り入れることによ
り、実時間デイジタル信号処理回路の小型化及び
低消費電力化が可能となり、アナログ回路の置換
及び高機能化への応用が徐々に進行して来つつあ
る。さらに詳しいデイジタル信号処理の利点等に
ついては電子通信学会誌1982年12月号の1280頁よ
り1284頁を参照されたい。

この様に多くの利点を持つデイジタル信号処理
も、その反面莫大な演算量を必要とする欠点を持
つている。実時間信号処理を行なうには、標本化
された入力信号１標本当り標本化周期以内に与え
られたデイジタル信号処理を行わなくてはなら
ず、例えば電話音声（8kHz標本化）に対し４次
の巡回形デイジタルフイルタ処理を施す場合、
125マイクロ秒の間に乗算８回、加算８回の演算
を要する。このため電話音声と比べ周波数帯域幅
が1000倍以上も広く、従つて標本化周期も1/1000
以下となる動画信号に対し信号処理を施すには電
話音声用信号処理回路と比べ1000倍以上高速な回
路が必要となる。このため、高度なデイジタル信
号処理が行えるのは現在のところ音声領域の信号
に留まつており、動画信号の処理はごく簡単な処
理に限られているのが現状である。

さらに音声領域の信号に対するデイジタル信号
処理に関しては、高度なデイジタル信号処理を行
ないたいため、種々のパラメータを変えたり、信
号処理アルゴリズムの一部を変えたりすることが
多い。このためソフトウエアによりアルゴリズム
やパラメータの変更が可能な信号処理装置の要求
が強い。従来ソフトウエアによりデイジタル信号
処理を行なうハードウエアとしては、アイ イー
イーイー ジヤーナル オブ ソリツドステート
サーキツツ（IEEE Journal of Solid State
Circuits）第SC−16巻４号（1981年８月）の372
頁より376頁に掲載されたシグナルプロセツサな
どがあり、このシグナルプロセツサの代表的な応
用例としては1982年アイイーイーイー発行のプロ
シーデイングズ オブ インターナシヨナル コ
ンフアレンス オン アクーステイクス スピー
チ シグナル プロセツシング（Proceedings
of International Conference on Acoustics，
Speech，Signal，Processing）誌の960頁より
963頁に掲載された32kbps ADPCMがあり、や
はり電話音声処理を対象としている。

この様な従来のプロセツサ形式ではいくら演算
回路を高速化しても1000倍以上の高速化は容易に
は望めないため、動画に対し高度なデイジタル信
号処理を行なうためのソフトウエア制御によるプ
ロセツサには不向きであつた。

（発明の目的） 本発明の目的はテレビ信号等の動画信号に対し
高度なデイジタル信号処理特に動画信号の高能率
符号化を施しうるソフトウエア制御の回路を提供
することにある。

（発明の構成） 本発明の実時間動画プロセツサは、テレビ信号
等の動画信号の一画面の始まりを知らせる同期信
号より定められた前記一画面中の入力すべき部分
画面位置を知らせる第１の制御信号及び出力すべ
き画面位置を知らせる第２の制御信号を発生する
制御部と、前記制御部より前記第１の制御信号が
入力され、別途別々に入力された入力動画信号及
び補助動画信号から前記第１の制御信号の指定す
る区間を別々に取込む取込部と、前記取込部に取
込まれた入力動画信号及び補助動画信号に対し次
の画面の取込みが始まるまでに信号処理を各々施
す処理部と、前記処理部の出力側に接続され、前
記処理部で処理した出力動画信号及び出力補助動
画信号を蓄えるとともに、別途前記制御部より入
力された前記第１の制御信号の指定する時刻に前
記蓄えられた出力動画信号及び出力補助動画信号
を別々に出力する出力部とから構成される複数個
の単位プロセツサと、複数個の前記単位プロセツ
サの各々に前記同期信号及び前記入力動画信号を
供給する入力バスと、前記複数個の単位プロセツ
サの各々から出力される前記出力動画信号を伝え
る出力バスと、前記複数個の単位プロセツサの
各々から出力される前記出力補助動画信号をまと
め、前記複数個の単位プロセツサの各々へ前記補
助動画信号として伝える帰還バスとから構成さ
れ、前記入力動画信号から構成される画面及び帰
還された前記補助動画信号から構成される画面を
重なりを許して分割し、分割した画面を各々に専
用に割当てられた処理することを特徴としてい
る。

（発明の原理） 本発明の原理は一画面（フレーム）を複数個の
部分画面に分割し、各部分画面に１台づつの単位
シグナルプロセツサを割当てることにより複数個
の単位シグナルプロセツサで動画を処理するもの
である。

まず、動画信号を伝送に適した一次元信号とし
て扱うと前述した様に約10MHzで標本化する必要
があり、この場合約100hsecの周期内に１標本当
りの処理を施す必要があつたが、動画信号を画面
という２次元信号として扱うと、例えばテレビ信
号では１秒間に30枚の画面を送るにすぎない。つ
まり33ミリ秒間で１板の画面を処理できれば１画
面分の遅延が発生するものの実時間性は保たれ
る。

このため、１枚の画面を複数の部分画面に分割
し、各部分画面を処理するために複数の単位シグ
ナルプロセツサを割り当て、複数の単位シグナル
プロセツサを並列に処理させることにより、単位
シグナルプロセツサ当たりの処理能力は、音声信
号を実時間信号処理できる程度のものであつても
全体としては動画信号を実時間信号処理が可能と
なる。

特に動画信号処理における重要な応用例として
は伝送路使用効率を高められる高能率符号化技術
がある。この代表的な例としては1981年７月22日
電子通信学会発行の通信方式研究会資料CS81−
87に掲載されている動き補償フレーム間符号化方
式がある。この方式は１画面分昔の画像と現在入
力されて来た画像との差を取りこの差を符号化し
て伝送することを基本としており、受信側では受
信した符号から復号された差画像信号を１画面昔
の復号画面に加算し新しい復号画面を再成する。
このため前述した送信側で使用する１画面分昔の
画像は受信側での演算結果との整合を取るために
送信側でも符号化信号より受信側で行なう復号画
像の再生を行い、入力されて来た画像との差は送
信側で再生された復号画像に対して計算されるの
が一般的である。特に動き補償フレーム間符号化
においては入力されて来た部分画像は復号画像の
うち動き分だけ位置のずれた部分画像に対して差
分を取ることとなる。第２図はこの関係を示した
もので符号化領域Ｏに対し復号部分画像領域Ｑを
広く取ることにより動き分だけ位置の異なつた画
像を用意できることをしめしている。

また、符号化に先立ち、入力画像をフイルタリ
ングすることも考えられるがこの場合座標（ｉ，
ｊ）の２次元標本化信号ｘ（ｉ，ｊ）に対し、２
次元インパルスレスポンス｛ｈ（ｋ，ｌ）｝を持つ
フイルタに通して符号化領域Ｏの信号ｙ（ｌ，ｊ）
を得るものとすると ｙ（ｉ，ｊ）＝ 〓 （ｋ，ｌ）εpｈ（ｋ，ｌ）ｘ（ｉ
−ｋ，ｊ−ｌ） (1) となる。ここで領域Ｐは Ｐ＝｛（ｋ，ｌ）：Ｍ≦ｋ≦Ｍ，−Ｍ≦ｌ≦Ｍ｝ (2) としＯの領域を Ｏ＝｛（ｉ，ｊ）：−Ｎ≦ｉ≦Ｎ，−Ｎ≦ｊ≦Ｎ｝
(3) とすると式(1)を計算するのに必要なｘ（ｉ，ｊ）
の領域Ｑは Ｑ＝｛（ｉ，ｊ）：−（Ｎ＋Ｍ）≦ｉ≦（Ｎ＋Ｍ）， −（Ｎ＋Ｍ）≦ｉ≦（Ｎ＋Ｍ）｝ (4) となる。よつてやはり入力画像も第２図に示すＯ
とＱとの関係の様に符号化領域Ｏよりも多くの領
域Ｑの入力信号を必要とする。

よつて、１画面を複数の部分画面に分割すると
ともに、各部分画面を処理する複数の単位シグナ
ルプロセツサを割当て、各単位シグナルプロセツ
サは各々割当てられた部分画面よりも広い領域の
入力画像信号及び復号画像信号を取り込み、取り
込みが終了すれば各単位シグナルプロセツサは
各々独立に信号処理を行なう。よつて各単位シグ
ナルプロセツサでは割当てられた部分画面の処理
を前述した１フレーム標本周期である33ミリ秒間
に処理し、予め定められた部分画像領域に復号部
分画像及び符号信号を出力すれば、全体として実
時間の画像処理が可能となる。

（本発明の実施例） 次に本発明の実施例を図面を参考しながら説明
する。第１図は単位シグナルプロセツサを４台用
いた場合の本発明の一実施例で同期信号入力線
１，動画信号入力線２，単位シグナルプロセツサ
３，４，５，６，動画信号出力線７及び補助動画
信号８からなつており、単位シグナルプロセツサ
３，４，５，６，は各々取込部１０，処理部１
１，出力部１２，制御部１３からなつている。取
込部１０，出力部１２は各々２組の記憶回路であ
り処理部１１及び制御部１３の詳細は後述する。

信号線１より伝えられる同期信号は単位シグナ
ルプロセツサ３，４，５，６，それぞれの制御部
１３に入力される。制御部１３では入力された同
期信号より予め割当てられた取込部分画面領域に
属する信号が動画信号入力線２及び補助動画信号
線８へ伝えられる時点を識別し、取込信号として
取込部１０へ知らせる。取込部１０は制御部１３
より伝えられた取込信号により信号線２及び信号
線８で伝えられる入力及び補助入力信号を取込み
記憶する。

制御部１３はまた、信号線１より入力された同
期信号より予め定められた取込部分画面領域の動
画信号が入力し終わると処理部１１に実行信号を
伝え、処理部１１は制御部１３から入力された実
行信号により予め定められたデイジタル信号処
理、例えば前述した動画信号入力線２を介して取
込部１０に蓄えられた入力動画信号に対して式(1)
のコンボリユージヨン演算を行ない、かつ、別途
補助動画信号線８を介して取込部１０に蓄えられ
た復号信号との間で差分を取つて符号化し演算結
果は符号信号及び復号信号に分けて出力部１２へ
書込む。

制御部１３は更に端子１より入力された同期信
号より予め定められた部分画面領域出力時点を検
出し、部分画面領域になると出力部１２へ出力指
令信号を伝え、出力部１２では制御部１３よりの
出力指令信号より前述した処理部１１で処理され
書き込まれた処理済データを符号信号は信号線７
へ復号信号は信号線８へ順次出力する。

第３図ａ〜ｅ，b′，c′，d′は第２図の構成の動
画プロセツサにおける単位シグナルプロセツサ３
および４で使用される取込信号、実行信号、出力
指令信号を示したものである。第３図で用いた動
画信号は説明を簡略化するため通常の全画面に亘
るスキヤン信号を部分画面毎に並べ変える走査線
変換を受けたものと考えている。信号線１に伝え
られる同期信号(a)は１画面の始まりを知らせるも
ので、最初の第１区画画面を処理する単位シグナ
ルプロセツサ３では制御部１３の発生する取込信
号(b)は同期信号と同時に立ち上がり取込領域が終
了するまで取込を指令し続ける。さらに、取込終
了後制御部１３はまた処理部１１に対し実行信号
(c)を伝える。この結果処理部１１は実行信号(c)の
立ち上がりから、次の取込信号(b)の次の立ち上が
りまでの間で信号処理を行なう。制御部１３は出
力部１２に対し出力指令信号(d)を伝える。この出
力指令信号は単位シグナルプロセツサ３の処理部
分画面の位置信号とも考えられる。第２図で説明
した様に取込部分画面は一般に処理部分画面より
大きいため、各々に対応する信号(b)と(d)とでは信
号(b)がオンとなつている時間の方が信号(d)より長
い。

信号（b′），（c′），（d′）は第２区画画面を処
理
するためにプロセツサ４の取込信号、実行信号、
出力指令信号である。信号（b′）と（d′）の関係
は第２図で示した取込部分画面と処理部分画面と
の差異から来るものである。単位プロセツサ４の
処理部１１に許される処理時間は実行信号（b′）
の立上りから出力指令信号の立上りまでで、この
長さは単位プロセツサ３の処理部１１に許される
時間と同じである。

第３図では単位プロセツサ３および４のみの制
御信号について述べたが単位プロセツサ５および
６も同様に行なわれる。各単位プロセツサが出力
する時点は各々の出力指令信号がオンの時のみで
あるか第１図の信号線７および８には第３図ｅで
示す形式で処理済符号信号及び復号動画信号が出
力される。ただし、ここで信号(e)のＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄと記した部分は各々単位シグナルプロセツサ
３，４，５，６，からの出力を意味する。よつて
信号線７及び８には処理済符号信号及び復号動画
信号が切れ目なく出力される。

第４図は単位シグナルプロセツサ３，４，５，
６，で用いられる制御部１３の一実施例であり、
同期信号入力端子２０，クロツク信号入力端子２
１，取込信号出力端子２２，実行信号出力端子２
３，出力指令信号出力端子２４，列カウンタ２
５，行カウンタ２６，読出専用メモリ２７，２
８，ゲート回路２９，３０，３１からなつてい
る。

読出専用メモリ２７は３ビツト出力で第１ビツ
トは入力アドレスの値が取込画面の行番号と一致
するものには１を他はゼロを出力する様プログラ
ムされており、第２ビツトは入力アドレスの値が
実行指令を出力したい時点の画面上の行番号とな
つたものには１を、他はゼロを出力するようプロ
グラムされており、第３ビツトは入力アドレスの
値が処理画面の行番号と一致するものには１を、
他はゼロを出力するようプログラムされている。

また、読出専用メモリ２８は同様に３ビツト出
力で第１ビツトは入力アドレスの値が取込画面の
列番号と一致するものには１を、他はゼロを出力
する様プログラムされており、第２ビツトは入力
アドレスの値が実行指令を出力したい時点の画面
上の列番号となつたものには１を他はゼロを出力
する様にプログラムされており、第３ビツトは入
力アドレスの値が処理画面の列番号と一致するも
のには１を他はゼロを出力する様プログラムされ
る。

同期信号が端子２０より入力されると、列カウ
ンタ２５及び行カウンタ２６はリセツトされ双方
ともゼロを出力する。いま第１図における第１区
画を処理する単位プロセツサ３の制御部を考えて
いるものとすると、列カウンタの値０により読出
専用メモリ２８は取込画面を示す第１ビツト目及
び出力画面を示す第３ビツト目に“１”を出力
し、第２ビツトは“０”である。また行カウンタ
の値０により読出専用メモリ２７は取込画面を示
す第１ビツト目及び出力画面を示す第３ビツト目
に“１”を出力し、第２ビツト目は“０”であ
る。このためゲート２９，３０，３１はそれぞれ
取込信号出力端子２２に“１”，実行信号出力端
子２３に“０”、出力指令出力端子２４に“１”
を出力する。標本化された動画信号が第１図の端
子２に加わる毎に第４図のクロツク端子２１に信
号が加わり列カウンタ２５を歩進し、列カウンタ
２５全画面の一列分が終了すると行カウンタ２６
を一歩進し列カウンタ２５はゼロにもどる。この
ため読出専用メモリ２８，２７の第１ビツト目は
取込み画面に属する列及び行を各々の列カウンタ
２５、行カウンタ２６が示している限り“１”を
出力し、ゲート２９はよつて取込画面に属する標
本位置に対して“１”端子２２へ出力する。

同様に列カウンタ２５及び行カウンタ２６が処
理開始を指示すべき列と行の値を示した時のみ読
出専用メモリ２８，２７は“１”を出力し、この
時ゲート３０は端子２３に実行信号として“１”
を出力する。

同様に列カウンタ２５及び行カウンタ２６が出
力画面に相当する列及び行を示した時に読出専用
メモリ２８，２７は各々“１”を出力し、この結
果ゲート３１は端子２４に出力指令信号として
“１”を出力する。第５図は第１図の単位シグナ
ルプロセツサ３，４，５，６における処理部の一
実施例であり、シグナルプロセツサ４０，レジス
タ４１，ゲート４２、取込部よりの入力端子４
３，取込部へのアドレス出力端子４４，出力部へ
の出力端子４５，出力部へのアドレス出力端子４
６、出力部への書込信号出力端子４７，実行信号
入力端子４８、取込部出力禁止信号出力端子４９
から構成される。シグナルプロセツサ４０は本発
明の第２の文献で述べられているNEC製の
μPD7720を用いるものと仮定している。μPD7720
は内部に乗算器や加算器を持ち、独特のバス構成
を持つ信号処理用のプロセツサであるが、詳細は
第２の文献に譲る。μPD7720は割込入力端子
（INT）に信号が来ると割込処理が動作できる様
になつており、さらにプログラム可能な出力ビツ
トＰ１，Ｐ２を持つている。入出力は双方向のパ
ラレルバス(D)を介して行ない、書込端子(W)に信号
が来ている場合は入力方向バスとして、書込端子
(W)に信号が来ない場合は出力方向バスとしいて用
いられる。

いま、第１図の制御部１３よりの実行信号が第
５図の端子４８に加わるとシグナルプロセツサ４
０は割込処理としてデイジタル信号処理を始め
る。このため、第１図の取込部１０よりの入力デ
ータを必要とし、まず、必要となるアドレスをポ
ートＤに用意してビツト出力ポートＰ１から
“１”を出力する。この時ゲート４２は“０”を
出力し、ポートＤのデータはシグナルプロセツサ
４０より外部へ出力でき、レジスタ４１にアドレ
スを格納する。次にＰ１を“０”とするとレジス
タ４１の内容が端子４４を介して取込部１０へ伝
達され、対応するデータが端子４３からポート
“Ｄ”へ入力される。

同様にシグナルプロセツサ４０より処理済とな
つたデータを出力部１２へ転送するには出力部１
２にアドレスを指定するため、必要となるアドレ
スをポートＤに用意してビツト出力ポートＰ１か
ら“１”を出力し、レジスタ４１にアドレスを書
込む。このアドレスは出力端子４６を介して出力
部１２へ伝達される。次に処理済みデータをポー
トＤに用意してビツト出力ポートＰ２から“１”
を出力する。この時、ゲート４２は“０”を出力
し、ポートＤはシグナルプロセツサ４０より外部
へ出力する状態となり、かつ、取込部には出力端
子４９を介して出力禁止を知らせるため、Ｄポー
ト上のデータは端子４５を介して出力部へ伝達さ
れる。ビツト出力ポートＰ２の“１”は端子４７
を込して出力部へ伝達され、端子４５から伝えら
れたデータを出力部へ書込むことを指令する。

以上の様にして本発明が実施できる。

以上述べた実施例では制御部に読出専用メモリ
を用いたが、ランダム・アクセス・メモリ等に置
換することにより予め定められた取込部分画像及
び処理部分画像の位置を動的に変化させるものも
本発明のうちである。

さらに、本発明では取込部分画像及び処理部分
画像の位置を指定する制御部を個々の単位シグナ
ルプロセツサに分散させて持たせたが、これ等を
集中させて各単位シグナルプロセツサに制御信号
のみを分配する方法も本発明のうちである。

また、本発明の一実施例として動画符号化を一
例として説明したが、単に動画符号化のみを行な
うものではないため、出力信号線７には必ずしも
符号がまた補助画像信号線８には必ずしも復号信
号が伝えられる訳ではなく、双方が画像信号であ
る場合も本発明のうちである。

さらに、本発明では入力動画部分画面及び補助
画像部分画面のサイズは同一としたが、これ等の
サイズを独立に設定する方法も本発明の一部であ
る。この場合、制御部１３は取込部１０に入力動
画部分画面用と補助画像部入画面用に２本の制御
信号を必要とし、この場合第４図のROM２７及
びROM２８を４ビツト出力とし、新たに増えた
１ビツト同志のアンドをとるゲートにより補助画
像部用入力制御信号を作れば良い。

（本発明の効果） 以上見て来たように、本発明によれば動画信号
を複数の単位シグナルプロセツサにより、お互い
に通信することなく、単位シグナルプロセツサ間
の境界部のデイジタル信号処理に何ら影響を与え
ることなく、高度なデイジタル信号処理を実現で
きる。このため、多くの単位シグナルプロセツサ
を用いることにより実時間デイジタル信号処理を
動画信号に対して適応できる様になる。

また、並列に置かれた単位シグナルプロセツサ
は取込画面および処理画面の指定のみが異なり、
各単位シグナルプロセツサの処理部では同一デイ
ジタル信号処理プログラムで処理すべきものであ
るから、プログラムの開発も単一シグナルプロセ
ツサについてのみ行えば良く、他の単位シグナル
プロセツサのプログラムは開発されたプログラム
のコピーで良いため、プログラム作業も容易とな
る。

さらに、単位シグナルプロセツサ間では取込画
面と処理画面の領域のみが異なるため、多くの単
位シグナルプロセツサと並列に設け、故障を起こ
した単位シグナルプロセツサの出力を禁止し、他
の予備単位シグナルプロセツサの取り込み画面と
処理画面の定義のみを変えるだけで故障を復帰で
きる。このため高信頼度の信号処理プロセツサと
しても利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は
本発明の原理を示す図、第３図は第１図の動作タ
イミングを示す図、第４図は第１図の一部を示す
図、第５図は第１図の一部を示す図である。 図において、１……同期信号線、２……動画信
号入力線、３，４，５，６……単位シグナルプロ
セツサ、７……出力信号線、８……補助動画信号
線、１０……取込部、１１……処理部、１２……
読出部、１３……制御部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ テレビ信号等の動画信号の一画面の始まりを
   知らせる同期信号より定められた前記一画面中の
   入力すべき部分画面位置を知らせる第１の制御信
   号及び出力すべき画面位置を知らせる第２の制御
   信号を発生する制御部と、前記制御部より前記第
   １の制御信号が入力され、別途別々に入力された
   入力動画信号及び補助動画信号から前記第１の制
   御信号の指定する区間を別々に取込む取込部と、
   前記取込部に取込まれた入力動画信号及び補助動
   画信号に対し次の画面の取込みが始まるまでに信
   号処理を各々施す処理部と、前記処理部の出力側
   に接続され、前記処理部で処理した出力動画信号
   及び出力補助動画信号を蓄えるとともに、別途前
   記制御部より入力された前記第１の制御信号の指
   定する時刻に前記蓄えられた出力動画信号及び出
   力補助動画信号を別々に出力する出力部とから構
   成される複数個の単位プロセツサと、複数個の前
   記単位プロセツサの各々に前記同期信号及び前記
   入力動画信号を供給する入力バスと、前記複数個
   の単位プロセツサの各々から出力される前記出力
   動画信号を伝える出力バスと、前記複数個の単位
   プロセツサの各々から出力される前記出力補助動
   画信号をまとめ、前記複数個の単位プロセツサの
   各々へ前記補助動画信号として伝える帰還バスと
   から構成され、前記入力動画信号から構成される
   画面及び帰還された前記補助動画信号から構成さ
   れる画面を重なりを許して分割し、分割した画面
   を各々に専用に割当てられた処理することを特徴
   とする実時間動画プロセツサ。