JPH07120347B2 - Spatial information relocation device - Google Patents
Spatial information relocation deviceInfo
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- JPH07120347B2 JPH07120347B2 JP3326941A JP32694191A JPH07120347B2 JP H07120347 B2 JPH07120347 B2 JP H07120347B2 JP 3326941 A JP3326941 A JP 3326941A JP 32694191 A JP32694191 A JP 32694191A JP H07120347 B2 JPH07120347 B2 JP H07120347B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、パターン情報処理装
置、データプロセサー、空間フィルター装置、並列計算
機、シストリックアレイプロセサー等に適用される空間
情報の再配置装置に関するものである。ここで、「空間
情報」とは、イメージデータなど、空間的に分布した形
態で存在し、構成するそれぞれのデータの空間的な相対
的位置関係も重要な意味を有する関係にあるデータの集
合体を意味するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spatial information rearrangement device applied to a pattern information processing device, a data processor, a spatial filter device, a parallel computer, a systolic array processor and the like. Here, "spatial information" is a collection of data that exists in a spatially distributed form such as image data, and that the relative spatial relationship between the constituent data also has an important meaning. Is meant.
【0002】[0002]
【従来の技術】動物の視覚機能は、その種の保存にも関
わる重要な機能であるため、その進化の過程を通じて極
めて高度なものになっていることは周知の事実である。2. Description of the Related Art It is well known that the visual function of animals is extremely advanced through the process of evolution because it is an important function related to the conservation of the species.
【0003】このような視覚に代表されるパターン認識
機能を人工的に模倣する研究はアナログ技術を基礎とし
て1950年代に始まり、その後のディジタル技術の発
展にともない現在ではコンピュータ処理によるシステム
の研究が現在も各方面で進められている。Research on artificially imitating such pattern recognition functions represented by visual sense started in the 1950s on the basis of analog technology, and with the development of digital technology thereafter, research on computer processing systems is now under way. Is being promoted in various fields.
【0004】Rosenblattのパーセプトロンは
その先駆的な研究例として有名であるが、概略の構成は
図1の網膜組織と三層パーセプトロンの物理的構成の対
応に示す通りである。The Rosenblatt perceptron is well known as a pioneering research example, but the schematic configuration is as shown in the correspondence between the physical configuration of the retinal tissue and the three-layer perceptron in FIG.
【0005】パーセプトロンはS,A,Rの3層からな
る階層型ニューラルネットワークの一種で、受容器に当
たるS層(感覚層)、双極細胞に相当するA層(連合
層)、神経節細胞に相当するR層(反応層)、及びそれ
らを結合するシナプス群に相当するランダム結線で構成
されており、一連の入力パターンとそれに対して期待さ
れる出力を多数用意し、これらを繰り返し提示しなが
ら、実際の出力が、期待される出力に漸近するようにR
層のパラメータを制御して正解の率を改善していく構成
を採用している。Perceptron is a kind of hierarchical neural network composed of three layers of S, A and R, and corresponds to S layer (sensory layer) which corresponds to a receptor, A layer (association layer) corresponding to a bipolar cell, and ganglion cell. It is composed of R layer (reaction layer) and the random connection corresponding to the synapse group that connects them. A series of input patterns and a large number of expected outputs are prepared, and while presenting these repeatedly, R so that the actual output is asymptotic to the expected output
It adopts a configuration that controls the parameters of layers to improve the rate of correct answers.
【0006】パーセプトロンは学習をする機械として極
めて画期的なシステムであり、限られた範囲の問題には
かなりの性能を発揮したが、その後の理論解析の結果か
ら、このシステムでは判別が不可能な問題が相当数存在
することが判明している。このため、パーセプトロン自
体は現在殆ど研究されてはいないが、これを基礎として
改善を図る研究は現在も各方面で行われている。The perceptron is an extremely epoch-making system as a learning machine, and has shown considerable performance for a limited range of problems, but it is impossible to discriminate with this system from the results of theoretical analysis thereafter. It turns out that there are quite a few problems. For this reason, the perceptron itself has not been researched at present, but research to improve it based on this is still being carried out in various fields.
【0007】視覚情報は、音声と比較して著しく情報量
が多いのが通例であるが、ディジタルデータとしてこれ
を処理する場合、入力情報はアナログ信号であるため、
ピクセルの数に対応した膨大な量のAD変換操作が不可
欠である。Visual information usually has a remarkably large amount of information as compared with voice, but when processing this as digital data, since the input information is an analog signal,
A huge amount of AD conversion operation corresponding to the number of pixels is indispensable.
【0008】また取得したデータの処理も膨大なものと
なるため、複雑な処理では複数のプロセサーを使用し
て、高速化を図るなどの対策が必要となり、従来からの
ノイマン型のコンピュータによる処理ではすでに限界に
達しているとされる。Further, since the processing of the acquired data becomes enormous, it is necessary to take measures such as speeding up by using a plurality of processors in a complicated processing, and in the processing by the conventional Neumann type computer. It is said that the limit has already been reached.
【0009】ディジタル処理は、与えられたデータの範
囲で任意のデータにアクセスし、それらを正確に処理で
きるという大きな利点を有する反面、視覚情報のように
データ量が膨大になると処理の高速化はハード、ソフト
両面からの急激なコストの増大を招くのが通例である。Digital processing has a great advantage of being able to access arbitrary data within a given data range and to process them accurately, but on the other hand, if the data amount becomes huge like visual information, the processing speed becomes faster. It is customary to cause a rapid increase in costs in terms of both hardware and software.
【0010】動物の視覚に関する研究結果によれば、受
容器である網膜の段階ですでにかなりの情報処理が加え
られ、脳の視覚中枢へはそのエッセンスと言うべき集約
された結果が伝達されると見られている。この観点から
網膜をアナログ電子回路で模擬する研究も各方面でされ
ており、すでにかなりの研究成果が報告されている。According to the results of research on the visual sense of animals, a considerable amount of information processing is already applied at the stage of the retina, which is a receptor, and the summarized result called essence is transmitted to the visual center of the brain. Is seen. From this point of view, research on simulating the retina with analog electronic circuits has also been conducted in various fields, and considerable research results have already been reported.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】網膜に限らず神経組織
では、一般に複数の神経細胞の間の複雑なシナプス結合
が全体を構成しているといわれるが、実際に電子回路で
模擬を行う場合、この結合を実現するのはかなりの困難
をともない、大量の空間的な結線を必要とする。例えば
パーセプトロンでは、実際にこのような方法でシナプス
結合の模擬を行っているが、ハード的な結線を変えるの
は容易でないためシステムの自由度は乏しい。It is said that the complex synaptic connection between a plurality of nerve cells generally constitutes the whole not only in the retina but also in the nerve tissue. However, when actually simulating with an electronic circuit, Achieving this connection is quite difficult and requires a large amount of spatial connections. For example, in the perceptron, the synapse connection is actually simulated by such a method, but it is not easy to change the hard connection, so the system has a low degree of freedom.
【0012】完全ディジタル処理の場合は、これをメモ
リアドレッシングでソフト的に実現するので、上述のご
とく時間がかかることさえ覚悟すればこの面での障害は
比較的に少なく、システムの自由度も高いと言える。In the case of complete digital processing, this is realized by software by memory addressing, so if it is prepared to take time as described above, there are relatively few obstacles in this respect and the degree of freedom of the system is high. Can be said.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は上記の如き観点
に鑑みてなされたものであって、相互に交差のない複数
の経路に沿って配置された電荷転送素子列で構成された
経路群を複数個相互に交差する位置に配置し、その結果
として生じる経路の交差点に位置する電荷転送素子を、
その交差に関与する複数の電荷転送素子列間で共有さ
せ、上記各経路群が異なる時間区間において、その経路
群に沿った転送動作を行うように構成された空間情報の
再配置装置を得ようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned viewpoints, and is a group of paths composed of charge transfer element arrays arranged along a plurality of paths that do not intersect each other. A plurality of charge transfer elements arranged at positions intersecting each other, and the charge transfer elements positioned at the intersections of the resulting paths,
(EN) A spatial information rearrangement device configured to be shared among a plurality of charge transfer element arrays involved in the intersection so that each path group performs a transfer operation along the path group in different time intervals. It is what
【0014】[0014]
【作用】本発明では、ニューラルネットワークが必要と
するこれら大量の空間結線をCCD等によって構成され
た空間データバス(Spatial DataBus 以下、SDBと
称する)を介して疑似的に実現するものである。According to the present invention, a large amount of these spatial connections required by the neural network are pseudo-realized through a spatial data bus (hereinafter referred to as SDB) composed of a CCD or the like.
【0015】現在ビデオカメラなどで広く採用されてい
るCCDは代表的な電荷転送素子であるが、この素子は
電荷の量に変換された入力信号を、外部電極からの駆動
電圧によって半導体表面を移動する「ポテンシャル井
戸」に封じ込めて転送を行う素子である。これ以外にも
電荷を介して信号の転送を行う機構の素子があるが、作
動原理は異なるものの機能的には類似しているので、以
下CCDを中心に説明をする。The CCD, which is widely used in video cameras and the like at present, is a typical charge transfer device. This device moves an input signal converted into the amount of charges on a semiconductor surface by a driving voltage from an external electrode. It is an element that performs transfer by confining it in a “potential well”. In addition to this, there is an element of a mechanism that transfers a signal via electric charge, but since the operation principle is different but the functions are similar, the description will be given centering on the CCD.
【0016】SDBは、CCDなどが有する信号転送機
能を利用し撮像素子のように単一の方向にではなく相互
に交差した関係にある多数の転送経路で交互に転送を行
うことで、分散した平面上のデータを一点に集めたり、
逆に一点のデータを周辺に分散させる機能を実現する。The SDB is distributed by utilizing a signal transfer function of a CCD or the like and performing transfer alternately not in a single direction like an image pickup device but in a plurality of transfer paths having a crossing relationship with each other. Collecting data on the plane at one point,
On the contrary, it realizes the function of distributing one point of data to the periphery.
【0017】SDBの作動は、例えれば、定まった経路
を循環する都市バスがくまなく往来する市街のいくつか
の地点に町中のひとがこのバスシステムに乗って集合し
ていく様子に非常によく似ていると考えると理解しやす
い。The operation of the SDB is very similar to how people in the town gather on this bus system at several points in the city where city buses that circulate through a fixed route come and go. It is easy to understand if you think that they are very similar.
【0018】SDBの駆動経路は、それぞれの経路の駆
動量と駆動の順序により多様な形態をとり、例えば正六
角形の頂点に位置する点の信号をその中心に収束させた
り、ほぼ直線上に並んだ6個の点の信号を一点に収束さ
せるなど、用途に応じて柔軟な選択が可能である。The driving path of the SDB has various forms depending on the driving amount and driving order of each path, and for example, the signals at the points located at the vertices of a regular hexagon are converged to the center thereof or arranged in a substantially straight line. It is possible to flexibly select according to the application, such as converging the signals of the six points to one point.
【0019】SDBの入力信号は、電荷信号であれば何
でもよいが、とくに光学的な入力の場合、撮像素子と同
様に光電変換素子をSDB周辺に配置することで容易に
入力信号を得ることができる。The input signal of the SDB may be any charge signal, but in the case of optical input in particular, the input signal can be easily obtained by arranging a photoelectric conversion element around the SDB like the image pickup element. it can.
【0020】また、CCD素子は転送の機能以外に通常
の2値論理演算、和などのアナログ演算、多値論理演
算、多値AD変換機能、最大値選別機能、ファジー論理
演算などの演算機能が可能であり、これらの機能で構成
した演算部をSDBに併設することで、上述のように周
辺から一点に収束された一連の信号を集約して局部処理
し、その結果を出力させることができる。In addition to the transfer function, the CCD element has a normal binary logic operation, an analog operation such as a sum, a multivalued logic operation, a multivalued AD conversion function, a maximum value selection function, and a fuzzy logic operation. It is possible, and by installing an arithmetic unit configured with these functions in the SDB, it is possible to aggregate a series of signals converged from a peripheral to one point as described above, perform local processing, and output the result. .
【0021】演算処理結果は、直接配線を通じて外部に
伝達したり、SDBを介して外部に伝達することもでき
るが、赤外LEDなどの電磁波の出力信号に変調し直接
外部に伝達することもできる。The calculation processing result can be directly transmitted to the outside through the wiring or to the outside through the SDB, or can be directly modulated to an output signal of an electromagnetic wave such as an infrared LED and directly transmitted to the outside. .
【0022】SDBの経路の間に生じた隙間をここでは
セルと称することにするが、このようなセルを、上述の
入力、演算、出力の3機能の用途に応じて分散的に配置
することができる。The gap created between the paths of the SDB will be referred to as a cell here, but such cells should be arranged in a distributed manner according to the use of the above-mentioned three functions of input, operation and output. You can
【0023】このような演算処理は、処理結果を再度S
DB上に戻すことによって、別の演算機能を有するセル
に転送し上位の演算処理をつけ加えていけるので、より
高度な処理に発展させるのに適している。In such arithmetic processing, the processing result is again S.
By returning it to the DB, it is possible to transfer it to a cell having another arithmetic function and add a higher arithmetic processing, which is suitable for developing a more advanced processing.
【0024】[0024]
【実施例】以下、本発明の一実施例の構成を図面を参照
しながら詳述する。まず、用語の定義について説明す
る。 経路群数: (L)全経路数のうち、常に同時にシフト
操作が行われる経路をひとつの経路群とみなした場合の
全経路群の数。 交差次数: (X)ひとつの素子をとって考える場合、
それに接続された他のSDB素子の数で、入出力素子の
数は算入しない。従って、十字路では X=4 また、
交差のない単純なシフトレジスタでは X=2 とな
る。 交差点比率:(Y)全SDB素子のうち、特定の次数の
交差点が占める比率。 ステージ: SDBを構成する個々の電荷転送素子を指
す。 ノード: 2本以上の経路がその上で交差するステー
ジ。 アーク: 1本の経路のみが関与するステージ、また
はその連なり。 ノード信号:例えば一連のシフト操作の開始時点などの
基準となるタイミングにノードで保持される情報。 アーク信号:上記の時点でアークに保持される情報。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. First, the definition of terms will be described. Number of route groups: (L) Of the total number of routes, the number of all route groups when the route in which the shift operation is always performed at the same time is regarded as one route group. Intersection order: (X) When considering one element,
The number of input / output elements is not included in the number of other SDB elements connected thereto. Therefore, at the crossroads, X = 4
For a simple shift register with no intersections, X = 2. Intersection ratio: (Y) The ratio of intersections of a specific order among all SDB elements. Stage: Indicates an individual charge transfer element forming SDB. Node: A stage on which two or more paths intersect. Ark: A stage or series of stages that involves only one path. Node signal: Information held by a node at a reference timing such as the start of a series of shift operations. Arc signal: Information held in the arc at the above points.
【0025】SDBの構成を比較的に単純な例として、 経路群数 L=3 最大交差次数 Xmax=4 4次の交差点比率 Y4=100% (全てがノード、
アークなし) の場合のSDBの構造例を図2に示す。図2全体は点線
で示す六角形の繰り返しで構成されている。As a relatively simple example of the structure of the SDB, the number of route groups L = 3 the maximum intersection degree Xmax = 4 the fourth-order intersection ratio Y4 = 100% (all are nodes,
FIG. 2 shows an example of the SDB structure in the case of (without arc). The whole of FIG. 2 is composed of repeating hexagons shown by dotted lines.
【0026】図2では、混乱をさけるために、すでに自
明である電荷転送機構は省略し転送出力の方向のみをハ
ッチングで示すにとどめるが、当然ながら各SDB素子
にはその転送方向に合致した駆動電極などが付設されて
いる。In FIG. 2, in order to avoid confusion, the charge transfer mechanism, which is already obvious, is omitted and only the direction of the transfer output is shown by hatching. Of course, each SDB element is driven in accordance with the transfer direction. Electrodes are attached.
【0027】図2は巨視的にみて相互に120度の角度
をもって交差する3個の経路群P、Q、Rで構成されて
おり、すべての交差点は次数4である。また各経路群を
構成する経路は隣接する同一経路群に属する他の経路と
反対方向のシフト方向が割り当てられている。FIG. 2 is composed of three route groups P, Q, and R macroscopically intersecting each other at an angle of 120 degrees, and all the intersections are of degree 4. Further, a shift direction opposite to the other routes belonging to the same route group adjacent to each other is assigned to the routes forming each route group.
【0028】以上のSDBを構成する経路群P,Q,R
に対しては、順次シフト操作が加えられるが、SDBに
おいては以下の原則に従ってシフトが行われる。 SDBのシフト操作の原則 「相互に交差点を有する経路に沿ったシフトは同時に行
ってはならない。」Route groups P, Q, R constituting the above SDB
For S, the shift operation is sequentially added, but in SDB, the shift is performed according to the following principle. Principles of SDB's shift operation "Do not shift along a route that has intersections with each other at the same time."
【0029】従って、P,Q,R は独立してそれぞれ
の経路群に割り当てられた時間区間以外は、シフト操作
を休止することになる。Therefore, P, Q, and R suspend the shift operation independently of the time intervals assigned to the respective route groups.
【0030】ほとんどの場合、SDBのシフト操作は有
限の回数で目的を達成するが、各経路ごとにシフトの方
向が固定されている場合は、この一連の操作は有限個の
P,Q,Rの羅列で一意的に表現されるが、これをSD
Bの駆動ベクトル(V)と定義する。In most cases, the SDB shift operation achieves the purpose with a finite number of times, but when the shift direction is fixed for each path, this series of operations has a finite number of P, Q, R. It is uniquely represented by a list of
It is defined as a drive vector (V) of B.
【0031】例えば、 V=(P,Q,P,Q,Q,Q,Q,P,P,P) ・・・・・・ 1 1式は、たまたまR方向のシフトを全く含まないベクト
ルとなっているが、図2のSDBでこの操作を繰り返し
実行した場合の、ある一点の信号が辿る順路を図3に示
す。図3では初期位置S(0,0)にあった情報がVの
操作で移動する軌跡が示されている。For example, V = (P, Q, P, Q, Q, Q, Q, P, P, P) ........ 11 Equation 1 happens to be a vector that does not include any shift in the R direction. However, FIG. 3 shows a route followed by a signal at a certain point when this operation is repeatedly executed in the SDB of FIG. In FIG. 3, a locus in which the information at the initial position S (0,0) moves by the operation of V is shown.
【0032】仮に、この点の初期位置S(0,0)で周
囲のセルに配置された光電変換素子の出力信号を取り込
んでいれば、Vで定まる10回のシフト操作の後にこの
信号は位置S(0,9)に至るが、上記のVの操作によ
れば、位置S(0,9)に隣接するセルCの周辺に位置
する他の5点S(1,9)−S(5,9)の初期位置S
(1,0)−S(5,0)は位置S(0,0)を含めて
正六角形状の配置となっていることが分かる。If the output signal of the photoelectric conversion element arranged in the surrounding cells is taken in at the initial position S (0,0) at this point, this signal is output after 10 shift operations determined by V. Although reaching S (0,9), the above-mentioned operation of V causes the other five points S (1,9) -S (5) located around the cell C adjacent to the position S (0,9). , 9) initial position S
It can be seen that (1,0) -S (5,0) has a regular hexagonal arrangement including the position S (0,0).
【0033】つまり、もともと分散していた空間情報
が、Cのセルの周辺に集合することになるので、6本の
空間配線をSDBが疑似的に実現したことに等しく、こ
のセルCに演算回路を設置すればこれらの分散した入力
信号を容易に集約することができる。That is, since the spatial information originally distributed is gathered around the cell of C, it is equivalent to the SDB pseudo-realizing six spatial wirings, and the arithmetic circuit is provided in this cell C. By installing, these dispersed input signals can be easily aggregated.
【0034】尚、図3中に*印で示すセルは全てセルC
と同等のセルで必要に応じて上記の演算機能を付与する
ことができ、演算の結果が位置S(0,9)−S(5,
9)のいずれかに再配置される構成であれば、この信号
は別のさらに上位の演算機能を有するセルC’に転送さ
れる。The cells marked with * in FIG. 3 are all cells C.
The above-mentioned calculation function can be added to a cell equivalent to the above-mentioned cell if necessary, and the result of the calculation is the position S (0,9) -S (5.
In the case of the rearrangement in any one of 9), this signal is transferred to another cell C ′ having a higher arithmetic function.
【0035】また、セルCに集合する初期地点S(N,
0)は、式1以外のVを採用する場合、全く異なる多様
な形態を示すが、この例を図4に示す。図4では、操作
V=(Q,P,R,Q,P,P,P,P,P,P)によ
る信号の移動を示している。Also, the initial point S (N,
0) shows a variety of completely different forms when V other than Equation 1 is adopted, and this example is shown in FIG. In FIG. 4, the movement of the signal by the operation V = (Q, P, R, Q, P, P, P, P, P, P) is shown.
【0036】上記の説明はS(N,0)の位置からのみ
入力信号が取り込まれる場合に沿ったものであるが、さ
らに拡張して操作Vのスタート時点の直前で全てのSD
Bステージに同時に周辺の入力セルからの光学信号が取
り込まれる場合を考える。Although the above description is based on the case where the input signal is taken in only from the position of S (N, 0), it is further expanded and all SDs are read immediately before the start point of the operation V.
Consider a case where optical signals from peripheral input cells are simultaneously captured in the B stage.
【0037】この場合、セルCには各信号軌跡に沿った
セルCに最も近い入力セルの信号を先頭に、シフトごと
に順次異なった地点の光学信号が到着することになり、
当然10回目のシフトでは位置S(0,0)−S(5,
0)の信号が到着することとなる。この間の到着信号を
すべてセルCで取り込めば、さらにより多くの地点から
の信号を集約することが可能となる。In this case, optical signals at different points sequentially arrive at each shift, starting with the signal of the input cell closest to the cell C along each signal locus, in the cell C.
Naturally, in the tenth shift, the positions S (0,0) -S (5,
The signal 0) will arrive. If all the arrival signals during this period are captured by the cell C, it is possible to aggregate signals from more points.
【0038】つぎに 経路群数 L=3 最大交差次数 Xmax=4 2次の交差点比率 Y2=80% 4次の交差点比率 Y4=20% の例を図5に示す。図5はノードとアークを有するSD
Bの例であり、ハッチングは各アークの出力端を示して
いる。Next, FIG. 5 shows an example in which the number of route groups is L = 3, the maximum crossing degree is Xmax = 4, the second-order intersection ratio is Y2 = 80%, and the fourth-order intersection ratio is Y4 = 20%. Figure 5 SD with nodes and arcs
In the example of B, hatching indicates the output end of each arc.
【0039】図5から分かる通り、この例は図2の構成
の各SDBステージの間に、4段のシフトレジスターを
介在させたものであるため、P,Q,R方向のシフトを
5回づつまとめて実行すれば、ノード信号がたどる経路
は、図2の構成の場合と全く同様であるが、アーク信号
は全く異なった挙動軌跡を示す。即ち、アーク信号はシ
フト方向の切り替えの時点では常にX=2のステージ上
(従って、P,Q,Rのいずれかひとつの方向性しか有
しない)に配置されるため、SDB上を単一の経路に沿
って間欠的に移動することになる。As can be seen from FIG. 5, in this example, since four stages of shift registers are interposed between the SDB stages of the configuration of FIG. 2, the shifts in the P, Q, and R directions are performed 5 times each. When executed collectively, the path that the node signal follows is exactly the same as in the case of the configuration of FIG. 2, but the arc signal shows a completely different behavior locus. That is, since the arc signal is always arranged on the stage of X = 2 (therefore, it has only one directionality of P, Q, and R) at the time of switching the shift direction, a single SDB is arranged. It will move intermittently along the route.
【0040】従って、同一のシフト操作で2種類の異な
った挙動軌跡を示す信号のグループが存在する形にな
る。 これはたとえれば、都市バスと地下鉄が混在する
場合に似ていると考えると理解しやすい。Therefore, there are two types of signal groups showing different behavior loci by the same shift operation. It is easy to understand if this is similar to the case where city buses and subways are mixed.
【0041】図5の例に式2で指定されたシフトを適用
した場合の信号軌跡を図6に示す。 V=(P5,P5,P5,P5,Q5,Q5,Q5,Q5,R5,R5,R5,R5) ・・・・・・・ 2 P5,Q5,R5 はそれぞれ各方向への5回のシフトを
示す。FIG. 6 shows a signal locus when the shift specified by the equation 2 is applied to the example of FIG. V = (P5, P5, P5, P5, Q5, Q5, Q5, Q5, R5, R5, R5, R5) ···· 2 P5, Q5, R5 are each shifted 5 times in each direction Indicates.
【0042】図6から分かる通り、アーク信号はひとつ
の演算セルCに周辺から放射状に集合してくるので、こ
の経路に沿った地点への入力信号は中央の演算セルで全
てアクセスが可能である。アークを構成するステージは
最小で1個であるが、より広い範囲にデータを分配する
場合にはアークを図5の例のように数個のステージで構
成し、その結果を1ステージずつ演算セルで使って行く
方式にすればよい。As can be seen from FIG. 6, since the arc signals are radially gathered in one arithmetic cell C from the periphery, all input signals to points along this path can be accessed by the central arithmetic cell. . The number of stages that make up an arc is at least one, but when distributing data to a wider range, the arc is made up of several stages as shown in the example of FIG. You can use the method that you use.
【0043】他方、上記2式の操作では演算セルC周辺
のノード信号は図2の例と類似の正六角形の移動を発生
するので、セルCと同様の演算セルを図示のように適切
に配置し、演算結果を転送方向の切り替え時点でノード
信号としてSDB上に再配置すれば、次の一連のシフト
終了時点には6個のCからの演算結果を次の演算セル
C’の周辺に集合させることができ、必要に応じてさら
にC’’,C’’’などのセルに転送して他の演算を重
ねることも可能である。On the other hand, in the operation of the above formula 2, since the node signal around the operation cell C causes the movement of a regular hexagon similar to the example of FIG. 2, the operation cell similar to the cell C is properly arranged as shown. Then, if the operation result is rearranged on the SDB as a node signal at the time of switching the transfer direction, the operation results from the six Cs are gathered around the next operation cell C ′ at the end of the next series of shifts. It is also possible to transfer the data to cells such as C ″ and C ′ ″ and stack other operations if necessary.
【0044】当然ながら出力信号はノード信号としてば
かりでなく、アーク信号として直線的に転送することも
可能であり、要はバスを使うか地下鉄に乗るかの選択が
出来ることがこの構成の特色である。Of course, the output signal can be linearly transferred not only as a node signal but also as an arc signal, and the point is that it is possible to select whether to use a bus or to take a subway. is there.
【0045】演算セルの内容は本願発明とは無関係であ
るので詳細な記述は避けるが、一例として図7に図5の
構成のSDBに適合する加重和演算のための演算セルの
例を示す。図7は光学出力と電荷出力の両方を有する演
算セルの例が示されている。図7中の1は、アークから
信号を取り込むためのステージを示す。The contents of the arithmetic cells are irrelevant to the present invention, so a detailed description thereof will be omitted. As an example, FIG. 7 shows an example of the arithmetic cells for the weighted sum operation conforming to the SDB having the configuration of FIG. FIG. 7 shows an example of a computing cell having both optical output and charge output. Reference numeral 1 in FIG. 7 indicates a stage for acquiring a signal from the arc.
【0046】5回のシフト毎に取り込まれるデータはス
テージ1に連なるシフトレジスター2に逐次転送され、
全データが揃った時点で、トランスバーサルフィルター
による加重和回路3の出力が決定され、電荷出力手段5
で電荷信号としてノード6に出力される。Data taken in every five shifts are sequentially transferred to the shift register 2 connected to the stage 1,
When all the data are collected, the output of the weighted sum circuit 3 by the transversal filter is determined, and the charge output means 5
Is output to the node 6 as a charge signal.
【0047】尚、特に図示はしないが、上記加重和回路
3をステージ1、シフトレジスター2を介することな
く、直接SDBのアーク上に設置しても同等の機能を実
現させることができ、必要に応じてアーク上を移動する
信号を非破壊的に利用することも可能となる。Although not shown in particular, even if the weighted sum circuit 3 is directly installed on the arc of the SDB without passing through the stage 1 and the shift register 2, an equivalent function can be realized, and it is necessary. Accordingly, the signal moving on the arc can be used nondestructively.
【0048】また図7では、光学出力を変調装置7を介
してLED8を駆動し、光学信号の形で演算結果を出力
する構成を併せ備えている。さらに、この装置を組み込
んだ場合の光学系の例を図8に示す。In FIG. 7, the optical output is driven through the modulator 7 to drive the LED 8 to output the calculation result in the form of an optical signal. Further, FIG. 8 shows an example of an optical system in which this device is incorporated.
【0049】図8において、1は光学フィルタ装置、2
は外部情報取り込みのための第1次結像系、3は本発明
によるSDBを含んだ回路、4は出力光を選択的に反射
するミラー装置、5は出力情報を外部に取り出す第2次
結像系、6は出力信号を検出する検出装置をそれぞれ示
す。In FIG. 8, 1 is an optical filter device, 2
Is a primary imaging system for capturing external information, 3 is a circuit including the SDB according to the present invention, 4 is a mirror device for selectively reflecting output light, and 5 is a secondary connection for extracting output information to the outside. The image system 6 indicates a detection device for detecting the output signal.
【0050】以上をまとめれば、人間の脳神経組織は一
説によると、おおよそ100億からのニューロンがそれ
ぞれ1000−10万個のシナプス結合で他のニューロ
ンと接続されて全体を構成していると考えられている。In summary, according to one theory, it is considered that about 10 billion neurons are connected to other neurons by 1000 to 100,000 synaptic connections to constitute the whole human brain nerve tissue. ing.
【0051】ニューラルネットワークは、このような神
経組織の構造と機能を範として、従来のノイマン型コン
ピュータ等が不得意とするパターン情報などの処理に適
した情報処理システムを構築することを目的としてい
る。The neural network aims at constructing an information processing system suitable for processing pattern information and the like, which the conventional Neumann computer is not good at, based on the structure and function of such neural tissue. .
【0052】現在のところ、実際の神経組織のような規
模のシステムを構築することは現実的に不可能である
が、より小さな規模で類似の機能を構成し、生体のシミ
ュレーションを行い、応用の可能性が模索されつつある
現状にある。At present, it is practically impossible to construct a system of a scale similar to that of an actual nerve tissue, but similar functions are configured on a smaller scale to simulate a living body and apply it. There is a situation where the possibility is being explored.
【0053】このような高度な並列型システムをハード
ウエアー上で実現する場合、実際の神経組織を模して大
量のデータを並列的に処理する構造を有するため、シナ
プス結合に相当する膨大な量の配線を必要とするが、こ
の配線の量がシステムの規模を決定づける一つの重大な
要因となっており、配線やシナプスに対応する演算回路
などの資源を時分割的に利用し合う構成で、これらの困
難を回避することも検討されている。When such a highly parallel system is realized on hardware, since it has a structure for processing a large amount of data in parallel by imitating an actual neural tissue, an enormous amount of data equivalent to synapse connection is obtained. However, the amount of this wiring is one of the important factors that determine the scale of the system, and the resources such as wiring and arithmetic circuits corresponding to synapses are used in a time-divisional manner. Avoiding these difficulties is also being considered.
【0054】しかしながら、ハードウエアーによる従来
のネットワークの場合、一度、配線を形成した後は配線
の変更が容易でない場合も多く、資源の多重利用にも困
難は多いと考えられる。However, in the case of a conventional network using hardware, it is often difficult to change the wiring once the wiring has been formed, and it is considered that there are many difficulties in multiple use of resources.
【0055】本発明では、これらの配線を電荷転送素子
を用いた空間的なデータバスで代替して、分散した空間
データを演算に適した配列に再配置することによって、
再配置に要する若干の時間遅れと引き替えに、実体とし
ての配線を大幅に削減し、配線数の増大に起因する様々
な困難を回避することを可能にすると同時に、上記のデ
ータバスの駆動形態の選択を通じて等価的に結線の変更
に自由度を与えることができるものであり、場合によっ
ては演算回路などの資源を多重利用することも可能とな
ることが大きなメリットである。In the present invention, these wirings are replaced by a spatial data bus using a charge transfer element, and the dispersed spatial data is rearranged in an array suitable for calculation.
In exchange for a slight time delay required for rearrangement, it is possible to drastically reduce wiring as a substance and avoid various difficulties caused by an increase in the number of wiring. It is possible to give a degree of freedom to change the connection equivalently through selection, and it is a great merit that resources such as arithmetic circuits can be used in multiple cases in some cases.
【0056】例えば、網膜組織の中で光学刺激の局所平
均強度を算出しているとされる水平細胞層の機能をSD
Bを介して実現する操作は、上記図6、図7に示された
構成を用いることで容易に実現することができ、さら
に、これに接続する双極細胞層の機能を実現するには、
図7に示された対数化された出力信号と、このセル内ま
たはその周辺部に付設された光電変換素子の対数出力信
号の差を算出する演算回路を設置するだけで、これも容
易に実現される。For example, the function of the horizontal cell layer, which is said to calculate the local average intensity of optical stimulation in the retinal tissue, is SD.
The operation realized via B can be easily realized by using the configuration shown in FIG. 6 and FIG. 7, and further, to realize the function of the bipolar cell layer connected thereto,
This can be easily realized by simply installing an arithmetic circuit for calculating the difference between the logarithmic output signal shown in FIG. 7 and the logarithmic output signal of the photoelectric conversion element provided in or around the cell. To be done.
【0057】尚、上記の機能はすでにC.Meadによ
ってCMOSアナログ回路に抵抗ネットワークを組み合
わせて構成したハードウエアーを用いたシミュレーショ
ン実験が行われており、着実な成果を収めているが、回
路が複雑となるため、目下のところ、50×50画素程
度の比較的小規模なシステムに留まっており、水平細胞
層を単純な抵抗ネットワークで近似しているため、この
近似に起因する性能上の制約がつきまとうという懸念も
ある。Note that the above-mentioned function has already been performed by C.I. A simulation experiment using hardware configured by combining a CMOS analog circuit with a resistor network has been carried out by Mead, and steady results have been achieved, but since the circuit becomes complicated, it is currently 50 × 50 pixels. Since it remains in a relatively small-scale system, and the horizontal cell layer is approximated by a simple resistance network, there is also a concern that performance restrictions due to this approximation may be imposed.
【0058】これに対してSDBを用いた構成では、高
密度の集積が可能なCCDの技術を採用できるので、規
模の大きなシステムを構築する上で極めて有利であり、
また隣接した信号だけでなく、空間的に分散した信号を
演算回路の周囲に集合させられることから実際の生体
に、より近い機能を組み込むことが可能となる。On the other hand, in the structure using SDB, CCD technology capable of high-density integration can be adopted, which is extremely advantageous in constructing a large-scale system.
Further, not only adjacent signals but also spatially dispersed signals can be collected around the arithmetic circuit, so that it is possible to incorporate a function closer to an actual living body.
【0059】また、演算回路は空間的に固定されていて
も、信号は固定的な結線で特定の入力ソースに接続され
ているわけではないので、必要な入力信号が演算装置の
周辺に集合した時点で演算を実行すれば、その時点の出
力が得られるので、異なった種類の入力ソースのデータ
群に対して多重的に同種の演算処理を加えるような構成
を選択する自由度があり、さらに1個のセルに複数の演
算機能を割当て演算処理の切り替え制御を付与すれば、
この自由度はさらに向上するのは当然である。Even if the arithmetic circuit is spatially fixed, the signal is not connected to a specific input source by a fixed connection, so that the necessary input signals are gathered around the arithmetic unit. Since the output at that time can be obtained by executing the operation at that time, there is a degree of freedom to select a configuration in which the same kind of arithmetic processing is multiply applied to the data groups of different types of input sources. If a plurality of arithmetic functions are assigned to one cell and switching control of arithmetic processing is given,
Naturally, this degree of freedom will be further improved.
【0060】[0060]
【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、以下の効果が得られる。 (1) 空間的に分散した情報を、固定した配線を介するこ
となく、演算装置の周辺に集合させることができると同
時に、その演算結果を空間的に離れた場所に分配するこ
とができ、従来技術では不可避的であった膨大な量の配
線を削減することが可能である。 (2) この「集合」「分配」の態様を、システムの駆動方
式、入力サンプリング、演算のタイミング等を変更する
ことによって、選択的に変更することができる。 (3) CCDなどで実現され得るため、光学情報の直接入
力や高密度の集積化が従来技術の範囲で比較的に容易で
ある。As is apparent from the above description, the present invention has the following effects. (1) Spatially dispersed information can be gathered around the arithmetic unit without passing through fixed wiring, and at the same time the arithmetic result can be distributed to spatially separated places. It is possible to reduce a huge amount of wiring, which was inevitable with technology. (2) The mode of “collection” and “distribution” can be selectively changed by changing the system driving method, input sampling, operation timing, and the like. (3) Since it can be realized by a CCD or the like, direct input of optical information and high-density integration are relatively easy within the range of conventional techniques.
【図1】網膜組織と三層パーセプトロンの物理的構成の
対応を示す関係図である。FIG. 1 is a relationship diagram showing the correspondence between the physical configurations of a retinal tissue and a three-layer perceptron.
【図2】本発明一実施例のSDBの構造を示す構造図で
ある。FIG. 2 is a structural diagram showing the structure of an SDB according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明一実施例のSDBの、ある一点の信号が
辿る順路を示す軌跡図である。FIG. 3 is a trajectory diagram showing a route followed by a signal at a certain point in the SDB according to the embodiment of the present invention.
【図4】本発明一実施例のSDBのセルCに集合する初
期地点S(N,0)を示し、所定操作による信号の移動
を示している。FIG. 4 shows an initial point S (N, 0) gathering in a cell C of an SDB according to an embodiment of the present invention, and shows movement of a signal by a predetermined operation.
【図5】本発明のノードとアークを有するSDBの一例
を示し、所定の指定されたシフトを適用した場合の信号
軌跡を示す。FIG. 5 shows an example of an SDB having nodes and arcs of the present invention, showing a signal trajectory when a predetermined designated shift is applied.
【図6】本発明のノードとアークを有するSDBの一例
に所定の指定されたシフトを適用した場合の信号軌跡を
示す。FIG. 6 shows a signal trajectory when a predetermined designated shift is applied to an example of the SDB having nodes and arcs of the present invention.
【図7】本発明一実施例の出力を変調装置を介してLE
Dを駆動し、光学信号の形で演算結果を出力する構成を
併せ備えた光学出力と電荷出力両方を有する演算セルの
構成図である。FIG. 7 shows the output of one embodiment of the present invention as LE through a modulator.
It is a block diagram of the arithmetic cell which has both the optical output and the electric charge output which also equipped the structure which drives D and outputs the arithmetic result in the form of an optical signal.
【図8】本発明一実施例の光学出力手段を併設したSD
Bの出力検出手段を示す構成図である。FIG. 8: SD equipped with optical output means of one embodiment of the present invention
It is a block diagram which shows the output detection means of B.
Claims (6)
置された電荷転送素子列で構成された経路群を複数個相
互に交差する位置に配置し、その結果として生じる経路
の交差点に位置する電荷転送素子を、その交差に関与す
る複数の電荷転送素子列間で共有させ、上記各経路群が
異なる時間区間において、その経路群に沿った転送動作
を行うように構成されたことを特徴とする空間情報の再
配置装置。1. A plurality of route groups each including a plurality of charge transfer element arrays arranged along a plurality of routes which do not intersect each other are arranged at positions intersecting each other, and the resultant is located at an intersection of the routes. A plurality of charge transfer element columns involved in the intersection, and each path group is configured to perform a transfer operation along the path group in different time intervals. Relocation device for spatial information.
差点が主として2経路のみの交差で構成された請求項1
記載の空間情報の再配置装置。2. The number of the route groups is three or more, and each intersection of the routes is mainly constituted by the intersection of only two routes.
Relocation device for the described spatial information.
変換素子を併設し、外部からの光学刺激を直接的に電荷
信号として取り込む請求項1記載の空間情報の再配置装
置。3. The spatial information rearrangement apparatus according to claim 1, wherein a photoelectric conversion element is provided in a part or all of the charge transfer element, and the optical stimulus from the outside is directly taken in as a charge signal.
る電荷信号をもとに各種の演算を加える演算部を分散的
に配置した請求項1記載の空間情報の再配置装置。4. The spatial information rearrangement apparatus according to claim 1, wherein arithmetic units for performing various calculations based on charge signals held by a plurality of adjacent charge transfer elements are dispersedly arranged.
電荷転送素子に戻す機構を備えた請求項4記載の空間情
報の再配置装置。5. The spatial information rearrangement device according to claim 4, further comprising a mechanism for returning the charge signal of the calculation result to the charge transfer element on the path.
の電磁波出力信号に変換する機構を備えた請求項4記載
の空間情報の再配置装置。6. The spatial information rearrangement apparatus according to claim 4, further comprising a mechanism for converting an electromagnetic wave output signal such as infrared rays, which is modulated by a signal of a calculation result, into the electromagnetic wave output signal.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3326941A JPH07120347B2 (en) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | Spatial information relocation device |
| US08/436,985 US5530953A (en) | 1991-11-15 | 1995-05-08 | Apparatus for relocating spatial information for use in data exchange in a parallel processing environment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3326941A JPH07120347B2 (en) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | Spatial information relocation device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05143567A JPH05143567A (en) | 1993-06-11 |
| JPH07120347B2 true JPH07120347B2 (en) | 1995-12-20 |
Family
ID=18193488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3326941A Expired - Lifetime JPH07120347B2 (en) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | Spatial information relocation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07120347B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2563090B2 (en) * | 1994-10-31 | 1996-12-11 | 株式会社ジーデイーエス | General-purpose charge mode analog operation circuit |
-
1991
- 1991-11-15 JP JP3326941A patent/JPH07120347B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05143567A (en) | 1993-06-11 |
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