JP2006109222A - Signal processing apparatus - Google Patents

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JP2006109222A JP2004294863A JP2004294863A JP2006109222A JP 2006109222 A JP2006109222 A JP 2006109222A JP 2004294863 A JP2004294863 A JP 2004294863A JP 2004294863 A JP2004294863 A JP 2004294863A JP 2006109222 A JP2006109222 A JP 2006109222A
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Toshiki Ishida
俊樹 石田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent competition between image data buses without complicating a system. <P>SOLUTION: This apparatus has an imaging device, an image input means for inputting an image from the imaging device, a plurality of signal processing means, a memory for holding processed image data, and a bus arbitrating means for managing access from the imaging device and the plurality of signal processing means other than that to the memory. The apparatus controls the driving of the imaging device, depending on a state of competition between buses. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は撮像装置に関するものであり、特に画像データの転送効率を向上させるための制御方法をもつ撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus, and more particularly to an imaging apparatus having a control method for improving the transfer efficiency of image data.

近年、撮像素子の飛躍的な技術的進歩に伴い、画像データの解像度も大幅に増加している。画像データ処理系が属するバスは、それに伴い混雑するようになり、CPUの応答が悪くなる等の弊害がでている。それに対してモードに応じて、転送帯域に収まるように画像データバスの管理をするものもでている。(例えば特許文献1参照)。   In recent years, the resolution of image data has greatly increased along with the dramatic technological advancement of image sensors. The bus to which the image data processing system belongs becomes congested along with it, and there are problems such as poor CPU response. On the other hand, some image data buses are managed so as to be within the transfer band according to the mode. (For example, refer to Patent Document 1).

また、撮像素子としてCMOSセンサも普及している。CMOSエリアのひとつの特徴として比較的自由な画像データアクセスが可能なことが挙げられる。この特徴を生かして、後段で行う符号化のシーケンスに同期させるといったものも提唱されている。(特許文献2参照)
また、現状考えられる撮像装置のシステム構成例を図5に示す。レンズで結像された画像データがCMOSイメージセンサ(501)で電荷として蓄積され、CDS(502),AD(503)を経由しデジタルデータとして信号処理部(505)へ入力される。信号処理部ではSDRAM(504)を媒介として各処理が行われ、外部へ出力されていく。
In addition, CMOS sensors are also widely used as image sensors. One feature of the CMOS area is that relatively free image data access is possible. Taking advantage of this feature, it has been proposed to synchronize with a coding sequence performed later. (See Patent Document 2)
FIG. 5 shows an example of the system configuration of an imaging apparatus that can be considered at present. Image data imaged by the lens is accumulated as electric charges in the CMOS image sensor (501), and is input to the signal processing unit (505) as digital data via the CDS (502) and AD (503). In the signal processing unit, each process is performed via the SDRAM (504) and output to the outside.

この信号処理ブロック部で画像データを最前段で受けるFIFO(505_09)及びその制御部(505_10)はセンサーの読み出しレートと、SDRAMへのアクセスの調停処理レートとの整合をとるために必要なものである。
特開2000−92365号公報 特許平5−326701号公報
The FIFO (505_09) and its control unit (505_10) that receive the image data at the front stage in this signal processing block part are necessary to match the sensor reading rate and the arbitration processing rate of access to SDRAM. is there.
JP 2000-92365 A Japanese Patent No. 5-326701

撮像素子の解像度は大幅に増加している上、今後もその傾向が続くと考えられる。ビデオカメラでは1フィールド、あるいは1フレームという時間内に処理を完結しなければならないという制約もあり、画像データバスのパフォーマンスによりシステムとして成り立たなくなることも考えられる。また、それを解決するために複数のバスを装備し、各バス競合を緩和することも対策としては考えられ不可欠となってくるだろうが、これはシステムの複雑化、大規模化、検証性の劣化という弊害をもたらす。   The resolution of the image sensor has increased significantly, and this trend is expected to continue. In a video camera, there is a restriction that processing must be completed within a time of one field or one frame, and it may be impossible to establish a system due to the performance of the image data bus. In order to solve this problem, it would be indispensable to equip multiple buses and alleviate bus contention as a countermeasure, but this is becoming more complex, larger-scale, and more verifiable. It brings about the harmful effect of deterioration.

また、従来例としてあげたシステム構成の中での画像データを最初に受けるFIFO(505_09)にも問題はある。このFIFOはセンサーの解像度、あるいは処理レートにより大きく依存するものであり、システムが改変されるたびに見直される必要がある。もし、FIFOのサイズ増加といったことが必須となった場合のICの規模、コストへの影響は大きい。   There is also a problem with the FIFO (505_09) that first receives the image data in the system configuration given as the conventional example. This FIFO is highly dependent on sensor resolution or processing rate and needs to be reviewed each time the system is modified. If it is necessary to increase the size of the FIFO, the impact on the scale and cost of the IC is significant.

本発明は以下を特徴としている。   The present invention is characterized by the following.

1)撮像素子及び撮像素子からの画像入力手段と、複数の信号処理手段と、上記処理画像データを保持するメモリと、撮像素子及び、その他複数の信号処理手段からのメモリへのアクセスを管理する、バス調停手段を持ち、前記、撮像素子駆動をバス競合の状態に応じて制御することを特徴とする撮像装置。   1) Managing access to the memory from the image sensor and the image input means from the image sensor, a plurality of signal processing means, a memory for holding the processed image data, and the image sensor and other signal processing means. An image pickup apparatus having bus arbitration means and controlling the image pickup element drive according to a bus competition state.

2)撮像素子からの入力を保持するメモリが複数信号処理手段からのアクセスと競合していないタイミングを選択し、撮像素子からの画像データ読み出し及びその画像データをメモリへ書き込みとすることを特徴とする1)記載の撮像装置。   2) A feature in which the memory holding the input from the image sensor selects a timing that does not compete with the access from the plurality of signal processing means, and the image data is read from the image sensor and the image data is written to the memory. 1) The imaging apparatus according to 1).

3)撮像素子の駆動上禁止とされる期間を除くものを、撮像素子からメモリへの画像データ転送可能領域として、メモリの競合状態に応じて撮像素子を駆動することを特徴とする1)記載の撮像装置。   3) The image sensor is driven according to the competition state of the memory, except for the period that is prohibited for driving the image sensor, as an image data transferable area from the image sensor to the memory. Imaging device.

4)上記、撮像素子からメモリへの画像転送可能領域で、撮像素子で保持され外部へ転送可能な画像データのサイズを、メモリへの転送単位の最大として可変に制御することを特徴とする1)記載の撮像装置。   4) In the image transferable area from the image sensor to the memory, the size of the image data held by the image sensor and transferable to the outside is variably controlled as the maximum transfer unit to the memory. The imaging device described in the above.

本発明により、以下の理由のよりシステムとして複数のバスを利用する等の複雑化せずに、データバス転送効率向上を実現することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to improve the data bus transfer efficiency without complicating the use of a plurality of buses as a system for the following reasons.

* 画像データバスの渋滞状況を直接センサの駆動へフィードバックし、タイミングを制御することのより、他ポートの渋滞期間を回避することが可能となる。   * It is possible to avoid the congestion period of other ports by feeding back the traffic condition of the image data bus directly to the sensor drive and controlling the timing.

* センサの駆動上、電荷の読み出し可能期間に、その時点での転送可能データ量をSDRAMへの最大バースト長として可変に制御することにより、バス転送効率が上がる。   * The bus transfer efficiency is improved by variably controlling the amount of data that can be transferred at that time as the maximum burst length to SDRAM during the charge read-out period for sensor driving.

また、この構成によりセンサ、SDRAMのレートの整合を簡易な制御により実現できるのでFIFOが不要となり規模、開発コストの向上も見込むこともできる。   In addition, with this configuration, sensor and SDRAM rate matching can be realized by simple control, so there is no need for FIFO, and scale and development costs can be expected to increase.

(実施例1)
本発明を実施するためのシステムの構成を図1に示す。
Example 1
The configuration of a system for carrying out the present invention is shown in FIG.

全体として、CMOSイメージセンサ(101)、CDS(102)、AD(103)、TG(104)、信号処理部(105)、及び複数のSDRAM(106)より構成されている。   As a whole, it is composed of a CMOS image sensor (101), a CDS (102), an AD (103), a TG (104), a signal processing unit (105), and a plurality of SDRAMs (106).

レンズにより結像された画像データは、CMOSイメージセンサに蓄積される。CMOSイメージセンサの駆動はTGから出力されるパルスにより制御される。蓄積電荷はTGからのパルスの制御により順次CDSへ出力される。本実施例では出力が1つ(1チャンネル)のごとく記載しているが、それが複数チャンネル出力でありさらに転送レートを向上させることも可能である。CDS、AD変換を経てデジタル信号となった画像データは信号処理ブロックへ入力される。信号処理部で各モードに応じて信号処理がされ、SDRAMを媒介として最終的にビデオIFより再生、外部メディアIFよりカードまたはテープへ記録される。また、前記外部メディアより画像データを入力し再処理を施し再度記録、再生が可能となる。   Image data imaged by the lens is stored in a CMOS image sensor. The driving of the CMOS image sensor is controlled by a pulse output from TG. The accumulated charge is sequentially output to the CDS by controlling the pulse from the TG. In this embodiment, the output is described as one output (one channel), but it is a multi-channel output, and the transfer rate can be further improved. Image data that has become a digital signal through CDS and AD conversion is input to a signal processing block. The signal processing unit performs signal processing according to each mode, and finally plays back from the video IF through the SDRAM, and records to the card or tape from the external media IF. Also, image data can be input from the external medium, reprocessed, and recorded and reproduced again.

信号処理部の各ブロックについて説明する。CPU(105_02)は全体のシーケンス制御、あるいはキャッシュにより高速化を実現する。カメラDSP(105_07)は入力画像に対して、かかる信号処理を行う。リサイズ(105_03)は撮像素子からの入力画像を各用途に応じてサイズを変更し、次の処理へ供給するものである。NR(105_08)は入力画像中のノイズを除去するものである。エフェクト(105_04)は画像のエフェクト処理、あるいは合成処理を行うものである。JPEG(105_09)は画像の圧縮、伸張を行う。外部メディアIF(105_05)、ビデオIF(105_06)はそれぞれ処理画像を外部へ入出力するものである。   Each block of the signal processing unit will be described. The CPU (105_02) realizes high speed by overall sequence control or cache. The camera DSP (105_07) performs such signal processing on the input image. Resizing (105_03) changes the size of the input image from the image sensor according to each application and supplies it to the next processing. NR (105_08) is for removing noise in the input image. The effect (105_04) performs effect processing or composition processing of an image. JPEG (105_09) compresses and decompresses images. The external media IF (105_05) and the video IF (105_06) are for inputting and outputting processed images to the outside.

バス調停手段は前記信号処理部の各ブロックでの処理シーケンスに応じて、SDRAMへデータを保持、読み出しをする際の各ブロックのリクエストを調停し、SDRAM(106)との転送を行うものである。   The bus arbitration means arbitrates the request of each block when holding and reading data to the SDRAM in accordance with the processing sequence in each block of the signal processing unit, and performs transfer with the SDRAM (106). .

このバス調停は画像サイズの増加、シーケンスの複雑化により、渋滞することが考えられる。その渋滞の状況をTG(104)へ直接フィードバックし制御することにより、CMOSイメージセンサ(101)の電荷読み出しタイミングを制御する。   The bus arbitration may be congested due to an increase in image size and a complicated sequence. The charge readout timing of the CMOS image sensor (101) is controlled by directly feeding back and controlling the traffic situation to the TG (104).

各ポートのSDRAMへのバス調停が渋滞した場合におきる弊害について図2に図示する。例えばセンサがCCDである場合、CCDからの電荷読み出しタイミングは電荷蓄積と連動するものであり、一定の周期での駆動が必要である。このような場合、SDRAMへの画像データの保持も一定周期の間に一定データ量を終了させておく必要がある。このような一定周期で一定データ量を転送しおくことが必要なポートについての正常な転送形態について図2-1に示す。まず、転送のリクエストが調停部へだされたところから転送周期が始まる。リクエストが出されてからそれが認可されるまで(すなわち競合ポートの転送が終わった時)をWait期間として、その後にSDRAMへコマンドが発行されバースト転送が始まる。バースト長はあらかじめ設定されていて各ポート、各モードにより異なる。バースト転送終了から転送周期が終わる期間がマージンとしてSDRAM上のバスの余裕となる。図2-2は他ポートの転送のWaitが長く、転送周期内でバースト転送が終了しないケースである。この場合、バースト転送中に次の転送データのリクエストが始まり、このポートの転送の動作が誤動作あるいは、正常動作の保証がされないことになる。   FIG. 2 illustrates the adverse effects that occur when the bus arbitration to SDRAM of each port is congested. For example, when the sensor is a CCD, the charge readout timing from the CCD is linked with the charge accumulation, and it is necessary to drive with a certain period. In such a case, the retention of image data in the SDRAM also needs to end a certain amount of data during a certain period. FIG. 2-1 shows a normal transfer mode for such a port that needs to transfer a certain amount of data at a certain period. First, the transfer cycle starts when a transfer request is sent to the arbitration unit. From the time when a request is issued until it is granted (that is, when the transfer of the contention port is completed), a wait period is set, and then a command is issued to the SDRAM to start burst transfer. The burst length is preset and varies depending on each port and each mode. The period from the end of burst transfer to the end of the transfer cycle is the margin of the SDRAM bus. Figure 2-2 shows a case where the transfer wait of the other port is long and burst transfer does not end within the transfer period. In this case, a request for the next transfer data starts during the burst transfer, and the transfer operation of this port does not operate correctly or the normal operation is not guaranteed.

図3はCMOSエリアセンサの駆動について図示している。TGからのリセットパルスにより、フォトダイオードに残存する電荷をリセットする。CMOSイメージセンサの場合、リセットパルスをシフトさせて供給するので、各走査線でタイムラグが生じる(図中C期間)、リセット後、シャッターを開放し電荷蓄積を開始する。このシャッタ開放期間(図中D期間)は、シャッター時間として撮像モードにより切り替えられる。電荷蓄積後、蓄積電荷は図中A期間で読み出しをされる。この際もやはりTGからの駆動パルスをシフトさせて制御するので各走査線のタイムラグが生じる。   FIG. 3 illustrates driving of the CMOS area sensor. The charge remaining in the photodiode is reset by a reset pulse from TG. In the case of a CMOS image sensor, since the reset pulse is supplied by shifting, a time lag occurs in each scanning line (period C in the figure). After resetting, the shutter is opened and charge accumulation is started. This shutter opening period (D period in the figure) is switched by the imaging mode as the shutter time. After the charge is accumulated, the accumulated charge is read out during period A in the figure. Also at this time, since the drive pulse from the TG is shifted and controlled, a time lag of each scanning line occurs.

CMOSエリアセンサの特徴として、他回路との混載が容易であることが挙げられる。例えば、保持手段とその制御部を混載すれば、A期間で読み出された電荷を次フィールドの電荷読み出しまで全画素保持しておくことも可能である。その場合、A,C期間を除く、B,D期間で保持された全画素をSDRAMへ転送するということが可能になる。これは、CMOSエリアセンサからSDRAMの転送が非常に自由度をもつということである。バースト長に関しても保持された全画素を最大として設定することが可能である。   A feature of the CMOS area sensor is that it can be easily mixed with other circuits. For example, if the holding means and its control unit are mounted together, it is possible to hold the charges read in the A period for all pixels until the next field charge reading. In that case, it is possible to transfer all the pixels held in the B and D periods except the A and C periods to the SDRAM. This means that SDRAM transfer from the CMOS area sensor is very flexible. Regarding the burst length, it is possible to set all held pixels as the maximum.

転送可能なバースト長が長くなった場合について図4に図示している。図4では2回にわけて転送しているものとバースト長を倍にして1回で完結しているものとを比較しているものを図示しているが、図よりわかるようにマージンが増え、転送効率の向上が実現できる。   FIG. 4 shows the case where the transferable burst length is increased. FIG. 4 shows a case where the data transferred in two times is compared with the data that has been completed in one time by doubling the burst length. As can be seen from the figure, the margin increases. Improvement of transfer efficiency can be realized.

図6はSDRAMのバスの競合状況とCMOSセンサの駆動シーケンスを合わせてタイミングチャートとして図示したものである。図よりわかるようにセンサからの画像データはSDRAMのバスの競合しておらず、なおかつセンサ駆動上禁止となる領域を回避したタイミングで効率的にSDRAMへの書き込みを行っていることがわかる。   FIG. 6 is a timing chart illustrating the SDRAM bus contention and the CMOS sensor drive sequence. As can be seen from the figure, the image data from the sensor is not competing with the SDRAM bus, and the data is efficiently written to the SDRAM at a timing that avoids the area that is prohibited for sensor driving.

本発明システム構成。The system configuration of the present invention. SDRAMバースト転送について。About SDRAM burst transfer. CMOSエリアセンサ駆動について。About CMOS area sensor drive. バースト長を長くした場合の効果について。About the effect of increasing the burst length. 従来システム構成。Conventional system configuration. SDRAMとセンサについて。About SDRAM and sensors.

Claims (4)

撮像素子及び撮像素子からの画像入力手段と、
複数の信号処理手段と、
上記処理画像データを保持するメモリと、
撮像素子及び、その他複数の信号処理手段からのメモリへのアクセスを管理する、バス調停手段を持ち、
前記、撮像素子駆動をバス競合の状態に応じて制御することを特徴とする撮像装置。
An image sensor and image input means from the image sensor;
A plurality of signal processing means;
A memory for holding the processed image data;
Has bus arbitration means for managing access to the memory from the image sensor and other signal processing means,
An image pickup apparatus that controls the image pickup element drive in accordance with a bus competition state.
撮像素子からの入力を保持するメモリが複数信号処理手段からのアクセスと競合していないタイミングを選択し、撮像素子からの画像データ読み出し及びその画像データをメモリへ書き込みとすることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。   The memory that holds the input from the image sensor selects a timing at which the memory does not compete with the access from the plurality of signal processing means, and the image data is read from the image sensor and the image data is written to the memory. Item 2. The imaging device according to Item 1. 撮像素子の駆動上禁止とされる期間を除くものを、撮像素子からメモリへの画像データ転送可能領域として、メモリの競合状態に応じて撮像素子を駆動することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。   2. The image pickup device is driven according to a race condition of the memory, except for a period prohibited for driving the image pickup device, as an image data transferable area from the image pickup device to the memory. Imaging device. 上記、撮像素子からメモリへの画像転送可能領域で、撮像素子で保持され外部へ転送可能な画像データのサイズを、メモリへの転送単位の最大として可変に制御することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。   2. The image transferable area from the image sensor to the memory, wherein the size of the image data held by the image sensor and transferable to the outside is variably controlled as a maximum transfer unit to the memory. The imaging device described.
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JP2014158134A (en) * 2013-02-15 2014-08-28 Ricoh Co Ltd Image processing system and sensor substrate for use in image processing system and image processing substrate for use in image processing system

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