DE4210086A1

DE4210086A1 - Zweidimensionale schieberegisteranordnung zur bildverdichtung von bildelementdaten

Info

Publication number: DE4210086A1
Application number: DE4210086A
Authority: DE
Inventors: James Dow Allen; Steven Michael Blonstein
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1992-10-01
Anticipated expiration: 2012-03-28
Also published as: GB9206774D0; US5305399A; GB2255845B; FR2674666A1; FR2674666B1; GB2255845A; DE4210086C2; JPH0595486A

Description

Die Erfindung betrifft eine zweidimensionale Schieberegister anordnung zur Bildverdichtung von Bildelementdaten in VLSI- Technik.

In einer hochschnellen Silizium-Ausführung einer Funktion, bei welcher es einen kontinuierlichen Datendurchlauf wie bei einer Bildverdichtung in VLSI-Technik gibt, ist es wichtig, alle Stufen ständig besetzt zu halten, um einen Datendurch lauf zu maximieren. Oft hat dies die Verwendung einer "Tan dem" -Lösung zur Folge. Bestimmte Funktionen können es erfor dern, "verdoppelt" zu werden, so daß einer von zwei Funkti onsblöcken mit Daten von einem Zeitpunkt an arbeitet und der andere Block vorgesehen und Daten von einem Zeitpunkt (t-1) durchläßt.

Eine Bildverdichtungstechnik ist in einer am 19 Aprilil 1990 eingereichten US-Patentanmeldung S.N. 07/5 11 245 mit dem Ti tel "Einrichtung und Verfahren zum Verdichten von Stehbildern ohne Multiplikation" beschrieben, auf welche hiermit Bezug genommen ist. In dieser Anmeldung erscheint ein derartiges "Verdoppeln" bei einer ganz bestimmten Stufe des Prozesses notwendig.

Es wäre wünschenswert, eine verbesserte Schieberegisteranord nung zu schaffen, welche in einer Bildverdichtungseinrichtung verwendet werden könnte, wie sie in der vorstehend angeführ ten US-Patentanmeldung beschrieben ist.

Gemäß der Erfindung soll eine zweidimensionale Schieberegi steranordnung für eine Bildverdichtung in VLSI-Technik ge schaffen werden. Gemäß der Erfindung ist dies bei einer zwei dimensionalen Schieberegisteranordnung zur Bildverdichtung von Bildelementen durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der auf den Anspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbezogenen Ansprüche.

In einem hochschnellen Farbbild-Verdichtungssystem ist es vorteilhaft, drei Sätze der Schieberegisteranordnungen zu ha ben. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Farbdaten übli cherweise in drei Farbkomponenten, nämlich die Y-, I- und Q- Komponenten unterteilt sind.

Um einen wirksamen Datendurchlauf zu maximieren, ist es vor teilhaft, die drei Sätze von Werten gleichzeitig zu verarbei ten. Die Einsparung, die erreicht worden ist, indem von einer 128 Schieberegisteranordnung auf eine 64 Schieberegisteranord nung gegangen wird, ist folglich vergrößert. In einem Drei fachsystem ergibt sich eine Einsparung von 192 Registern. Wenn es jeweils ein 12 Bit-Register ist, das annähernd 100 äquivalente Gatter erfordert, liegt die Einsparung nahe bei 20 000 äquivalenten Gattern. Dies stellt eine ansehnliche Men ge an eingespartem Silizium (real estate) dar.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausfüh rungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig 1 ein Tandem-Verfahren für einen Datenfluß;

Fig. 2A und 2B Diagramme einer Bildelement- bzw. Pixel-Block- Numerierung und einer Bildelement- bzw. Pixel- Abtastrichtung;

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer 128stelligen Schieberegi steranordnung;

Fig. 4A ein Diagramm einer verkleinerten zweidimensionalen Schieberegisteranordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 4B vier benachbarte Schieberegisterelemente der in Fig. 4A dargestellten zweidimensionalen Schiebere gisteranordnung, und

Fig. 5A bis 5G Diagramme, welche einen Datenfluß durch eine zweidimensionale Schieberegisteranordnung gemäß der Erfindung wiedergeben.

Nunmehr werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung be schrieben, von welchen Beispiele in den anliegenden Zeichnun gen dargestellt sind. Im folgenden wird eine zweidimensionale Schieberegisteranordnung beschrieben, welche, wenn sie in Si lizium ausgeführt ist, eine Einsparung von 50% gegenüber einer herkömmlichen Ausführung ergibt. Dieses Verfahren wird anhand der anliegenden Zeichnungen nachstehend erläutert.

Der übliche Lösungsweg für eine verallgemeinerte Chen-Trans formation ist das Verarbeiten der Daten in Blöcken von 8·8 Bildelementen. Eine Funktion des Algorithmus besteht darin, den Transformationsvorgang in 16 Transformierte einer Dimen sion von 1·8 (den linearen Vektor-Typ) aufzubrechen. Die Anzahl 16 sind in Wirklichkeit zwei Sätze von 8, d. h. acht horizontale und vertikale Vektoren werden transformiert. Das Endergebnis ist ein transformierter zweidimensionaler Block.

In Fig. 1 ist das vordere Ende des Prozesses dargestellt. Es gibt ein Eingabeschieberegister, das 8 der 64 Bildelemente in Form eines (1·8) Vektors hält. Dieser Vektor wird dann zu der ersten Umformeinheit durchgelassen. Der Ausgang der Um formeinheit wird in einer Schieberegisteranordnung gehalten bzw. gespeichert, welche aus 128 12 Bit-Schieberegistern be steht. (12 Bit sind eine beliebige Zahl; sie könnte auch ir gendwo zwischen 8 bis 16 liegen). Inzwischen ist der nächste (1·8) Vektor hineingeschoben und transformiert worden. Der sich ergebende transformierte Vektor wird in die Schiebere gisteranordnung geschoben und der vorherige Vektor um eins nach unten geschoben.

Wenn die ersten 8 Vektoren transformiert worden sind, ist die erste Hälfte der Schieberegisteranordnung voll. Zu diesem Zeitpunkt werden die Inhalte der 64 Register in 64 "Nachbar"- Register geschoben. Von hier aus werden die Zwischenwerte rechts-links herausgeschoben, um die zweite durchgeführte Transformation zu erhalten.

Während dieser Prozeß läuft, füllt der nächste Block Bildele mente die erste Hälfte der Schieberegisteranordnung. Dies stellt im Betrieb einen "Tandem"-Prozeß dar. Obwohl der Gerä telauf auf maximaler Geschwindigkeit gehalten werden kann, gibt es jedoch Zeitabschnitte, bei welchen bestimmte Reihen bzw. Zeilen der Schieberegisteranordnung nicht benutzt werden.

Fig. 2A zeigt die Anordnung von Bildelementblöcken, die in dem Prozessor darzustellen sind; Fig. 20 zeigt die Abtastrichtung von Bildelementen, welche dem Prozessor zuzuführen sind, d. h. die Reihenfolge der Vektoren. Fig. 3 zeigt die 128stellige Schieberegisteranordnung. Erste Transformationskoeffizienten erscheinen an der Oberseite der Anordnung und werden nach un ten verschoben, bis alle acht Vektoren drinnen sind. Dann wird der gesamte Satz von 8 Vektoren diagonal und unten in dem benachbarten Satz gehalten bzw. gespeichert, wie oben be schrieben ist.

Mit der Erfindung wird genau dieselbe Funktionalität mit halb soviel Silizium in der Schieberegisteranordnung durchgeführt. Folglich sind nur 64 12 Bit-Schieberegister erforderlich. Der Aufbau einer solchen Anordnung ist in Fig. 4A daragestellt. Es ist sehr wichtig zu bemerken, daß in dem Modell mit 128 Elementen jedes Element der Anordnung eine Eingabe aus nur einer Richtung erhalten würde. Die Hauptregister erhalten im mer Eingänge von der Oberseite und schieben sie in einer Ab wärtsrichtung heraus. Die "Nachbar"-Register erhalten Daten von rechts und schieben sie immer nach links heraus.

In dem Beispiel in Fig. 4A kann jedes Element Eingänge von zwei Richtungen erhalten und kann sie in zwei Richtungen ab geben. Folglich kann die Anordnung in zwei (2) Richtungen schieben. Dies ist ein Leit- oder Grundgedanke bei der Er findung.

In Fig. 4b ist der in Fig. 4A dargestellte Aufbau im einzelnen für vier benachbarte Elemente dargestellt. Flip-Flops mit Multiplex-(MUX-)-Eingängen sind ein gemeinsames Grundelement in Gatteranordnung- und Standardzellen-VLSI-Ausführungen. Diese sind etwa die schnellsten Elemente in dem Repertoire der meisten VLSI-Verkäufer.

Es wird nunmehr angenommen, daß diese Elemente eine Bitebene der Schieberegisteranordnung sind. (Dementsprechend können sie so breit wie die Wortbreite angenommen werden). Nicht darge stellt ist die gemeinsame Steuerleitung der MUX-Eingänge und der gemeinsame Takt zu den Flip-Flops. Alle Flip-Flops werden kontinuierlich und gleichzeitig getaktet. Ob die eingegebenen Daten von dem Flip-Flop oben oder links kommen, wird durch das eingegebene MUX gesteuert. Ebenso ist in Fig. 4A die 2-zu-1-Multiplex-Stufe an dem Ausgang nicht dargestellt. In der vorliegenden Beschreibung wird auf die Ausgangssourcen genauso wie bei der inneren Anordnung als von links oder von oben kommend verwiesen.

Beim Betrieb wird die MUX-Steuerleitung festgelegt, d. h. la den von links. Acht Vektoren werden mit acht Taktimpulsen ge taktet. Nunmehr ist der gesamte mittlere (mid) (8·8) Ergeb nisblock in der Anordnung und bereit, transformiert zu werden. Die MUX-Steuerleitung wird in der entgegengesetzten Polarität festgelegt, so daß die Source zu den Flip-Flops und dem Aus gang von oben kommt. Die in den Flip-Flops gespeicherten Da ten werden in einer umgestellten, transponierten Reihenfolge in die nächsten acht Takte abgegeben. Die neuen Daten sind in einer transponierten Reihenfolge gespeichert worden und nach acht Takten wird die MUX-Steuerleitung in die ursprüngliche Position gebracht. Folglich ist jedes Element in der Anord nung immer im Gebrauch (es gibt kein ungenutztes Silizium), die Vektoren parallel (mit einer Taktfolge, welche 1/8 der Bildelement- oder Komponenten-Taktfolge ist) behandelt, und die Steuerung wird mit Hilfe einer einzigen Leitung erreicht.

Fig. 5A zeigt drei Bildelementblöcke, nämlich Block 1, Block 2 und Block 3. Block 1 ist der erste in dem Transpositionsmecha nismus, dann folgt Block 2 (welcher mit ′ bezeichnet ist) und dann der Block 3 (welcher mit ′′ bezeichnet ist).

In Fig. 5B ist das Verarbeiten der horizontalen Vektoren von dem ersten Block an dargestellt, welche die Anordnung füllen. Wenn die Anordnung voll ist, wird sie um 90° gekippt, so daß sie vertikale Vektoren werden, wie in Fig. 5C dargestellt ist. Dann werden die vertikalen Vektoren (beginnend mit V0) nach rechts herausgeschoben (Fig. 5D). Inzwischen starten die ver tikalen, mit Strichindex versehenen Vektoren (V′) vom Block 2 aus, um von links aus einzutreffen (Fig. 5D-5E). Wenn schließ lich der Vektor V7 in Fig. 5D herausgeschoben wird, gibt es nunmehr eine Anordnung, welche voll mit den V′-Vektoren ist, welche den zweiten Block bilden. Zu diesem Zeitpunkt ver schiebt die Anordnung wieder um 90°, so daß nunmehr dies V- Vektoren H′-Vektoren werden (Fig. 5F). Die V′-Vektoren werden von der Unterseite aus herausgeschoben, und die H′′-Vektoren beginnen vom Block 3 aus einzutreffen (Fig. 5F-5G). Sobald die V′-Vektoren herausgeschoben sind, ist die Anordnung mit H′′- Vektoren gefüllt. Eine weitere Drehung um 90° bringt die Er findung wieder zurück an den Ausgangspunkt.

Kurzum kann, wenn die Vektoren H_i, wobei i = 0, 1, . . ., 7 ist, acht Elementvektoren sind, jedes Element mit H_ÿ bezeichnet werden, wobei j = 0, 1, . . ., 7 ist. Der Transponier-Operator verschiebt die Anordnungszeile von der Spalte aus:

TRANSPONIEREN [H_ÿ] = H_ÿ = V_ÿ

Durch Drehen der Verschiebungsrichtung um 90° und durch Ver schieben von links nach rechts, können die Zwischenvektoren in die erwartete Anzahl an Dimensionen für den horizontalen Transformator umgeformt werden. Folglich wird während aller geradzahlig nummerierter Bildelementblöcke die Anordnung von links nach rechts verschoben, und bei ungeradzahlig numme rierten Elementblöcken wird die Anordnung von oben nach un ten verschoben. Diese Methode ermöglicht eine vollständige Ausnutzung des Siliziums.

Zu Fig. 1

10 Tandem-Methode für einen Datenfluß
1 8-Punkt-Schieberegister in eine einzige Spalte von 8 Bildelementen eingeben
2 8-Punkt-GCT-Transformation
3 Matrix aus 128 12-Bit-Schieberegistern, welche die Zwischenvektoren an der zweiten horizontalen Transformations-Anordnung halten und darstellen
4 8-Punkt-GCT-Transformation
5 An nächste Stufe des Verdichtungsprozesses

Claims

1. Zweidimensionale Schieberegisteranordnung zur Bildverdich tung von Bildelementdaten, gekennzeichnet durch
eine Schieberegister-Einrichtung mit einer Anzahl Mehrbit- Schieberegistern, und
einer Einrichtung zum Verschieben der Bildelementdaten in zu mindest zwei Richtungen durch die Anzahl Schieberegister der Schieberegistereinrichtung.

2. Schieberegisteranordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schieberegistereinrichtung eine Einrichtung aufweist, um die Bildelementdaten von einem ersten linken Eingang oder einem ersten oberen Eingang der Schieberegistereinrichtung zu verschieben, und eine Einrich tung aufweist, um die verschobenen Bilddaten an einem ersten rechtsseitigen Ausgang bzw. an einem ersten unteren Ausgang abzugeben.

3. Schieberegisteranordnung nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch eine Einrichtung, um die Bildelement daten in horizontaler Richtung durch die Schieberegisterein richtung und dann in vertikaler Richtung durch die Schiebe registereinrichtung zu verschieben.

4. Schieberegisteranordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bildelementdaten in der Form von (1·N) linearen Vektoren vorliegen.

5. Schieberegisteranordnung nach Anspruch 4, gekenn zeichnet durch eine Einrichtung, um ungeradzahlige Bildelementblöcke in einer ersten Einrichtung zu verschieben, und durch eine Einrichtung, um geradzahlige Bildelementblöcke in einer zweiten unterschiedlichen Richtung zu verschieben.