JP5156655B2 - Image processing device - Google Patents
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Description
本発明は、画像処理装置に関し、特に、低消費電力と低コストを実現しつつ、かつ、同時に高画質な画像処理を可能にするための技術に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus, and more particularly to a technique for enabling low-power consumption and low-cost and simultaneously enabling high-quality image processing.
近年、画像や音声の高解像度化や高精度化に伴って、物体認識表示装置を含む信号処理システムにおけるデータの処理量は、増加する傾向にある。例えば、画像に関しては、最近のHD(High Definition)画質の普及により、1フレームあたり水平1920画素×垂直1080ライン分の画素データが存在し、従来のNTSCレベルのデータ(720画素×480ライン)に比べ、約6倍の処理量になっている。さらに、液晶ディスプレイの高画質化のためのフレーム倍速技術では、これまで60フィールド/SECで処理していたものを、120フィールド/SECにフレーム変換処理を行うため、やはり、これに伴って、信号処理量や途中のデータ格納量も増加する傾向となる。加えて、音声に関する処理においても、従来のステレオ2チャネルから、サラウンド感を創出するために、サブウーハチャネルを加えた5.1チャネル化、7チャネル化などが進んでおり、これに伴って、処理量が大きくなっている。 In recent years, the amount of data processing in a signal processing system including an object recognition display device tends to increase as the resolution and accuracy of images and sounds increase. For example, with respect to images, pixel data for horizontal 1920 pixels × vertical 1080 lines per frame exists due to the recent spread of HD (High Definition) image quality, and the conventional NTSC level data (720 pixels × 480 lines) exists. In comparison, the processing amount is about 6 times. Furthermore, in the frame double speed technology for improving the image quality of the liquid crystal display, since the frame conversion processing is performed to 120 fields / SEC, what has been processed at 60 fields / SEC so far, the signal conversion is performed accordingly. The processing amount and the data storage amount in the middle tend to increase. In addition, in the processing related to audio, in order to create a surround feeling from the conventional two stereo channels, the subwoofer channel is added to the 5.1 channel and the 7 channel. The amount is getting bigger.
一方、システムコストが重要な要素となっている家電などの分野においては、特に、信号処理LSIとデータ格納用メモリとを組み合わせて信号処理を行う事が多い。また、H.264やMPEG2に代表される画像圧縮技術と、ガンマ(γ)補正、画像のスケーリング、OSD重畳など、所謂、ベースバンド画像に対する処理と、更には、音声圧縮伸張処理及びサラウンドミキシングなどの処理とを、共有化されたSDRAMなどで処理することにより、メモリLSIの個数を低減し、システムコストを下げようとする傾向がある。また、メモリLSIの個数を減らすことによれば、接続される信号処理LSIのメモリとの接続に必要とされるアドレス線、データ線の本数が節約され、これにより、システムLSIのパッケージコスト、チップ面積を小さくする事ができ、やはりLSI価格を低減することが出来る。 On the other hand, in the field of home appliances where system cost is an important factor, signal processing is often performed by combining a signal processing LSI and a data storage memory. H. H.264 and MPEG2 image compression techniques, gamma (γ) correction, image scaling, so-called baseband image processing such as OSD superposition, and audio compression / decompression processing and surround mixing processing There is a tendency to reduce the number of memory LSIs and reduce the system cost by processing with a shared SDRAM or the like. Further, by reducing the number of memory LSIs, the number of address lines and data lines required for connection to the memory of the signal processing LSI to be connected can be saved, thereby reducing the system LSI package cost and chip. The area can be reduced, and the LSI price can also be reduced.
このようなシステム構成において、上述した画像や音声の信号処理量増加は、メモリアクセスのバンド幅増加、消費電力の増加につながる。これらの問題に対処するため、例えば、以下の特許文献1では、メモリのアクセスの際にメモリ側でデータ量を圧縮伸張するような技術が開示されている。これによれば、圧縮伸張を行うメモリにアクセスする際には、データバンド幅を実効的に削減することは出来るが、しかしながら、その最小値の保証については何らの言及もしていない。実際にリアルタイムのシステムを設計する場合には、これら最低限保証されるべきバンド幅や、必要とされる最大のメモリ格納量などの保証値がないと、処理の破綻を生じないリアルタイムなシステムを実現することは極めて困難になる。また、一方で、データ量に圧縮伸張を行うような処理を施す場合には、元データに対する圧縮後のデータ量を小さくすることで、よりメモリ効率を上げ、消費電力を削減する事が可能であるが、その場合、画像情報欠損に伴う画質の劣化が顕著になると言う問題があり、特に、高画質化が求められる場合には、安易に応用し難いという問題点があった。
画像処理をして出力する画像処理装置においては、高画質化を達成するためには、幾つかの高画質化のための処理を行う必要があり、これに伴って、消費電力の増大を伴う。一方で、電池駆動の機器では、消費電力の増大は、装置の動作時間の短縮につながり、ユーザの使い勝手を損なう。従って、高画質化と低消費電力化とは、互いにトレードオフの関係となり、本発明では、ユーザの使い勝手を考慮しながら、上記高画質化と低消費電力化との間のトレードオフを解消することを課題とする。 In an image processing apparatus that performs image processing and outputs, in order to achieve high image quality, it is necessary to perform some processing for high image quality, which is accompanied by an increase in power consumption. . On the other hand, in battery-powered equipment, an increase in power consumption leads to a reduction in the operating time of the apparatus, which impairs user convenience. Accordingly, high image quality and low power consumption are in a trade-off relationship with each other, and the present invention eliminates the trade-off between the high image quality and low power consumption in consideration of user convenience. This is the issue.
即ち、本発明では、上述した従来技術における問題点を解消することが可能な画像処理装置を提供することを目的とし、特に、格納するメモリ量やメモリバンド幅などを含め、装置全体として、高画質化処理と低消費電力のバランスを取り、もって、リアルタイム動作や画像の悪化、更には、消費電力の低減などを含めて総合的に解消し、当該装置が使用される状況に応じて適応的にその画像処理動作を制御することが出来る画像処理装置を提供することを目的とする。 That is, an object of the present invention is to provide an image processing apparatus capable of solving the above-described problems in the prior art, and in particular, the entire apparatus including the amount of memory to be stored and the memory bandwidth is high. A balance between image quality processing and low power consumption, comprehensively resolved including real-time operation, image deterioration, and power consumption reduction, and adaptive according to the situation in which the device is used Another object of the present invention is to provide an image processing apparatus capable of controlling the image processing operation.
即ち、上記課題を解決するため、本発明では、まず、圧縮された中間情報を記録したメモリと、外部メモリと、画像情報を信号処理して出力する信号処理手段と、前記信号処理手段が前記中間情報を前記外部メモリにデータを格納する際、当該データのデータ量を圧縮するデータ圧縮手段と、そして、前記信号処理手段が前記メモリから前記圧縮された中間情報を読み出す際、データを伸張するデータ伸張手段とを備えた画像処理装置であって、前記データ圧縮手段は、更に、データの圧縮効率が最も悪い際の最悪圧縮率を定義する手段を備える画像処理装置が提供される。 That is, in order to solve the above-described problem, in the present invention, first, a memory in which compressed intermediate information is recorded, an external memory, a signal processing unit that performs signal processing and output of image information, and the signal processing unit When storing the intermediate information in the external memory, the data compression means for compressing the data amount of the data, and when the signal processing means reads the compressed intermediate information from the memory, the data is expanded. An image processing apparatus comprising a data decompression unit, wherein the data compression unit is further provided with a unit for defining a worst compression rate when the data compression efficiency is the worst.
また、本発明によれば、やはり上記課題を解決するため、画像情報を信号処理する信号処理部と、前記信号処理部によって出力された画像情報をディスプレイ機器に対して出力する画像出力部とを備えた画像処理装置であって、前記信号処理部は、さらに、前記画像出力部から出力される画質の重要度が低い場合には、消費電力を低下させる手段を有する画像処理装置が提供される。 Further, according to the present invention, in order to solve the above-described problem, a signal processing unit that performs signal processing on image information and an image output unit that outputs image information output by the signal processing unit to a display device are provided. An image processing apparatus is provided, wherein the signal processing unit further includes means for reducing power consumption when the importance of the image quality output from the image output unit is low. .
以上のように、本発明によれば、画像処理の用途に応じて、消費電力と高画質化の両方に対して、柔軟に対応できる画像処理装置を提供することが可能となるという、実用的にも優れた効果を達成する。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an image processing apparatus that can flexibly cope with both power consumption and high image quality according to the purpose of image processing. Even achieve an excellent effect.
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
添付の図1に、本発明の第1の実施例になる画像処理装置のブロック図を示す。なお、本回路は、1920×1080画素のフレーム解像度を持つ画像データが毎秒60フレームのスループットで入力され、外部メモリに中間データを格納しつつ信号処理を行った後、同スループットで信号処理後のデータを出力する回路である。図中の符号1はデータ処理回路を示しており、当該データ処理回路1は、更に、その内部には、情報処理回路2、ホストプロセッサ(Host Processor)20、データ圧縮回路部(Encode)13、データ伸張処理部(Decode)17、メモリインタフェース部(Memory I/F)14を備えている。また、図中の符号11は、上記データ処理回路1の画像入力端子を、そして、符号19はデータ出力端子を、それぞれ示している。そして、図中の符号15は、上記データ処理回路1の外部メモリ端子を示しており、当該端子を介して外部メモリ(SDRAM)へ接続されている。また、上記情報処理回路2は、その内部には、前半処理部(Image Signal Processor)12と後半処理部(Image Signal Processor)18を備えている。
FIG. 1 is a block diagram of an image processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. In this circuit, image data having a frame resolution of 1920 × 1080 pixels is input at a throughput of 60 frames per second, and after performing signal processing while storing intermediate data in an external memory, This circuit outputs data. Reference numeral 1 in the figure denotes a data processing circuit. The data processing circuit 1 further includes an
続いて、上記に回路構成を説明した画像処理装置、特に、上記にその構成を説明したデータ処理回路1の動作について、添付の図2〜図6を参照しながら説明する。まず、データ処理回路1の入力端子11から入力されるデータは、走査線方向の画素毎に入力される。例えば、この入力端子11には、輝度と色差のデータが、各々、8ビットの量子化データとして、水平及び垂直の同期が、同期用の画素クロックと同時に入力される。なお、ここで、例えば、REC.656に代表されるように、特定の同期コード(SAV、EAV)と共に入力されたデータから同期信号部分をデコードし、所望の有効期間を取り出すインタフェースも、その代表的なものとして挙げることができる。
Next, the operation of the image processing apparatus whose circuit configuration has been described above, particularly the data processing circuit 1 whose configuration has been described above, will be described with reference to FIGS. First, data input from the
次に、この入力端子11へ入力されたデータは、その後、信号処理部2に入力される。ここでは、例えば、当該信号処理部2の前半部12では、画像のノイズを除去する処理とフレーム内の輝度分布(ヒストグラム)のデータ採取が行われ、その後半部18では、採取されたデータを基にしてガンマ(γ)補正が行われる。即ち、入力端子11から入力されたデータは、信号処理部2の前半処理部12において、そのノイズ除去処理とフレーム内の輝度分布の集計が行われ、順次、走査線方向に従って、データ圧縮部(Encode)13へ出力される。
Next, the data input to the
一方、データ圧縮部(Encode)13では、送信されたデータに対し、例えば、DCT処理、量子化処理、Wavelet変換など、所謂、画像符号化理論で用いられる符号化圧縮を用いることにより、データ圧縮を行う。この時、ホストプロセッサ20からは、上記の符号化圧縮を行う際、その圧縮効率が低下した場合の圧縮率(圧縮後データ量/圧縮前データ量)を、圧縮率の上限値(最悪値:Worst Ratio)として指定する。そして、この上限値を参照しながら、上記データ圧縮部13では、その圧縮率が上記上限値(最悪値)以下の圧縮率(≦Worst Ratio)になるように、圧縮が行なわれる。
On the other hand, the data compression unit (Encode) 13 performs data compression on the transmitted data by using, for example, coding compression used in so-called image coding theory such as DCT processing, quantization processing, and Wavelet transform. I do. At this time, when performing the above-described encoding compression, the
添付の図2には、上記データ圧縮部(Encode)13における圧縮方式の一例を示す。なお、本例では、8個の画素サンプルが入力される毎に、1次元のDCT(Discrete Cosine Transform)を行い、もって、8次の周波数成分に分解する処理を行う。この図2の例では、Y,Cb,Crの成分のうち、Y成分についての処理を示す。この図2に示すグラフ21では、横軸に画素サンプルの位置(画素位置)を、そして、縦軸には各画素の画素値を表現している。また、図において斜線で示す部分は、各画素値(左から、「130」、「35」、「31」、「5」、「7」、「3」、「2」、「6」)を表現するために必要なビット数(より具体的には、画素値を表現する際に「1」が立つ最上位ビット以下のレンジ)を示す。任意の画素値を表現するためには、8画素分では、8×8=64bitを必要とする。
FIG. 2 attached here shows an example of a compression method in the data compression unit (Encode) 13. In this example, every time eight pixel samples are input, a one-dimensional DCT (Discrete Cosine Transform) is performed, and a process of decomposing into eight-order frequency components is performed. In the example of FIG. 2, the processing for the Y component among the Y, Cb, and Cr components is shown. In the
この8画素のサンプルをDCT処理した後は、図2のグラフ22に示すように、8次の周波数成分(横軸:周波数次元)で表現される。このグラフからも明らかなように、各成分は最大で12ビットのデータとして表現される。そのため、この段階では、任意の画素に対するDCT係数を表現するためには、12bit×8=96bitのビット数を必要とする。
After the 8-pixel sample is subjected to DCT processing, it is expressed by an 8th-order frequency component (horizontal axis: frequency dimension) as shown in the
その後、例えば、図2のグラフ23に示すように、各成分を、例えば、左から順に「4」、「16」、「32」、「32」、「64」、「128」、「256」、「256」と決められた量子化ステップで量子化すると、量子化後の各成分は、(各画素値/量子化ステップ)で表現される。これに対し、整数値への切り捨てを行うと、上記のグラフ21において斜線部で示されたデータは、DCT変換後のグラフ23における斜線部分のビット領域内に変換される。各成分の任意の値に対し、表現するために必要なビット数は、図2のグラフ24で示すように、具体的には、各成分に対し、図の左から順に、10bit、8bit、7bit、7bit、6bit、6bit、5bit、4bit、4bitが必要となり、合計として51bitが必要となる。逆に言えば、51bit分の情報があれば、上記量子化ステップの組み合わせの如何なる値に対しても、十分に表現することが可能であり、それ以外のビット情報は削減することが出来ることとなる。そこで、上記のデータ圧縮部(Encode)13がこの51bit分のビット量のみを送信するものとすれば、常に、圧縮率(圧縮後/元データ)=79.7%で、そのデータ量を削減する事が可能である。
Then, for example, as shown in the
さらに、各成分毎にデータの有無を示すビットを付加し、「0」データの成分はデータを送らないなどの処理を行うことによれば、追加したビット分(=8bit)のオーバヘッドが追加され、(51+8)/64=92.1%となり、これにより、最悪圧縮率は悪化するものの、例えば、上記データでは、左端から3つの成分のみにデータが存在することを示すフラグ(具体的には、2進数で「1110000」というデータ)を送信すれば良く、その合計データ量は(10+8+7)bit+8bit=33bitとなり、この場合には、33/64=51.5%となり、更に効率の高い圧縮を実現する事が可能となる。 Further, by adding a bit indicating the presence / absence of data for each component and performing processing such as not transmitting data for the component of “0” data, overhead of the added bits (= 8 bits) is added. (51 + 8) /64=92.1%, which causes the worst compression ratio to deteriorate. For example, in the above data, a flag (specifically, a flag indicating that data exists only in three components from the left end (specifically, (The data “1110000” in binary number) may be transmitted, and the total data amount is (10 + 8 + 7) bit + 8 bits = 33 bits. In this case, 33/64 = 51.5%, which is more efficient compression. It can be realized.
なお、上述した方式では、圧縮後のデータ量は、元の画像に依存する事になるが、しかしながら、最悪となる圧縮率(Worst Ratio)を上記の92.1%として保証する事ができる。そして、上記量子化ステップの列では、例えば、さらに量子化ステップ値を大きくすると、その最悪圧縮率は小さくなり、即ち、圧縮効率は上がることとなるが、その反面、量子化による画質の劣化は大きくなる。一方、量子化ステップ値を小さくすると、最悪圧縮率は大きくなり、即ち、圧縮効率は下がるが、その反面、画質の劣化は少なくなる。そこで、例えば、上記データ圧縮部(Encode)13に複数種類の量子化ステップの列を用意しておき、ホストプロセッサ20からの最悪圧縮率(Worst Ratio)の指示に応じて、量子化ステップ列を一意に選択する処理を行うようにする。このことによれば、ホストプロセッサ20からの最悪圧縮率の指示に応じて、その指示に適合したデータ圧縮を行う事が可能となる。そして、このように圧縮されたデータは、メモリI/F14により、他のメモリアクセス(例えば、後述するデータ伸張部のデータ読み出し等)と時分割でデータアクセスするように調停され、外部メモリ端子15を介して、外部メモリ16内のメモリ領域内に格納される。
In the above-described method, the amount of data after compression depends on the original image. However, the worst compression ratio (Worst Ratio) can be guaranteed as 92.1%. In the above sequence of quantization steps, for example, if the quantization step value is further increased, the worst compression rate is reduced, that is, the compression efficiency is increased. growing. On the other hand, when the quantization step value is decreased, the worst compression rate increases, that is, the compression efficiency decreases, but on the other hand, the degradation of image quality decreases. Therefore, for example, a plurality of types of quantization step sequences are prepared in the data compression unit (Encode) 13, and the quantization step sequence is changed according to the worst compression ratio (Worst Ratio) instruction from the
一方、外部メモリ16内のメモリ領域内に格納されたデータは、メモリI/F14を介して、データ伸張部(Decode)17によって読み出され、上記データ圧縮部(Encode)13において圧縮されたデータの符号化の規則を想定し、データ伸張処理が施される。この時、データ圧縮部(Encode)13に指示したと同様の最悪圧縮率(Worst Ratio)が、ホストプロセッサ20からデータ伸張(Decode)部17に指示される。このことにより、データ伸張部(Decode)17は、上記データ圧縮部(Encode)13で選択されたと同じ、即ち、共通の量子化ステップテーブルを選択する。そして、選択された量子化ステップに対応する各成分のビット割当量は、圧縮時と同様に、一意に決定する事ができ、その規則に基づき、各周波数成分の量子化後のデータを取得する。なお、上述したように、「0」データを送らない場合においても、そのデータをまずデコードすることで、データが存在する位置を特定することが出来ることから、順次、その位置のデータを獲得し、そして、量子化後のデータとして定義する。その後、各成分を、決定された量子化ステップを用いて逆量子化(量子化後データ×各成分の量子化ステップ)を行うことで、量子化前のDCT係数を再現する事が可能である。その後、8個の画素毎のIDCT処理を行うことで、元の画素データに相当する画素サンプルを復元する事が可能となる。これを8画素単位で繰り返すことにより、全データを伸張し、もって、出力する事が可能となる。
On the other hand, the data stored in the memory area in the
なお、上述のようにして伸張されたデータは、その後、信号処理部2の後半処理部18に転送される。そして、この後半処理部18では、上述の前半処理部13から別途転送されたヒストグラム情報に従って、ガンマ(γ)補正処理を施し、もって、フレーム内の輝度レベルを視覚的に見易くして、その後、入力と同様に、走査線方向にデータを出力する。
The data expanded as described above is then transferred to the latter
上記の記述では、特に、DCT後の量子化処理を具体的に、その一例として説明したが、指定された最悪圧縮率に対応したデータ量を生成するアルゴリズムによれば、本発明の意図する効果が得られる。例えば、上記DCT処理の代わりに、ADPCMを行うことも可能である。このADPCMでは、例えば、各隣接する画素間の差分データを計算し、その後、各差分データ毎に、最悪圧縮率に基づいて選択された量子化ステップを用いて量子化しても、上記と同様の効果が得られる。また、この量子化処理の代わりに、ビットシフト処理を用いても良い。 In the above description, the quantization processing after DCT is specifically described as an example. However, according to the algorithm for generating the data amount corresponding to the designated worst compression rate, the intended effect of the present invention is described. Is obtained. For example, ADPCM can be performed instead of the DCT process. In this ADPCM, for example, even if the difference data between each adjacent pixel is calculated and then quantized using the quantization step selected based on the worst compression rate for each difference data, the same as above An effect is obtained. Further, a bit shift process may be used instead of the quantization process.
例えば、最悪圧縮率が50%と定義された場合、8bitのADPCMデータでは、4bitまで、LSB側にビットシフトする。これにより、そのデータ量は、50%に圧縮される。また、画質の劣化を減らすために、例えば、4bit以上のデータを持つ差分値の位置をフラグで指示し、その部分にのみビットシフトを施すことによれば、差分値が小さい位置について、データの劣化を生じさせないようにする事が可能である。この場合、8画素毎に8bitのオーバヘッドが出るが、しかし、その分加味して最悪圧縮率を計算すれば良い。また、このビットシフトされたデータは、データ伸張時には、最悪圧縮率からビットシフト量を導き、ビットシフト後のビット数ずつデータを展開し、各データを所定ビット数だけ上位側にシフトする。その後、隣接するデータ毎に加算していくことで、データを元の状態に伸張する事ができる。なお、上述したDCT変換やADPCMなどのデータ処理時において、マイナスの値が出た場合には、符号ビットと絶対値とに分け、符号化ビットをLSB側に再配置することで、上位ビットに1が集中することを避け、上記と同様に、量子化処理やビットシフト処理を行うことによれば、その圧縮処理の妨げにはならない。 For example, when the worst compression rate is defined as 50%, 8-bit ADPCM data is bit-shifted to the LSB side up to 4 bits. Thereby, the data amount is compressed to 50%. In order to reduce image quality degradation, for example, by indicating the position of a difference value having data of 4 bits or more with a flag and performing bit shift only on that portion, the data of the position where the difference value is small It is possible to prevent deterioration. In this case, an overhead of 8 bits is generated for every 8 pixels. However, the worst compression rate may be calculated in consideration of the overhead. Also, when the data is bit-shifted, the bit-shifted data is derived from the worst compression rate, the bit shift amount is derived, the data is expanded by the number of bits after the bit shift, and each data is shifted upward by a predetermined number of bits. Thereafter, by adding each adjacent data, the data can be expanded to the original state. When a negative value is output during data processing such as DCT conversion or ADPCM described above, the bit is divided into a sign bit and an absolute value, and the encoded bit is rearranged on the LSB side, so that the upper bit is obtained. By avoiding the concentration of 1 and performing quantization processing and bit shift processing in the same manner as described above, the compression processing is not hindered.
続いて、上記データ圧縮(Encode)部13から上記メモリI/F14にデータが転送される際の処理について、添付の図3を用いながら、詳細に説明する。なお、本説明では、外部メモリ(DRAM)16へのアクセスは、2048bit単位での転送を、その基本バーストアクセス単位と仮定する。即ち、データ圧縮部(Encode)13に入力されるデータは、図中の符号30〜33により示すように、各々、8bitx256画素分のデータが入ってくるものとする。
Next, processing when data is transferred from the data compression (Encode)
まず、各256画素毎に、データ圧縮処理を行う。その際、最悪圧縮率を75%と定義したとする。この時、各256画素毎のデータは、図中の符号41〜44により示すように、必ず、元データの75%以下の圧縮率に圧縮される。なお、この図3の例では、各々、50%、43%、75%、25%に圧縮された状態を例示している。こられの圧縮されたデータは、各々、ビット単位で、データ圧縮(Encode)部13において詰めて配置され、バースト単位である8192bitのデータ量を超えた段階で、メモリI/F14に出力される。この図3の例では、符号41〜44で示すデータは、8192ビットの2つのデータ46、47として、即ち、2バースト以内に収めて出力することができる。逆に、データ伸張時には、各バーストを順次リードし、データ46、47のデータ列からデータ41〜44を展開し、さらに、伸張処理を行うことにより、元のデータ30〜33に相当する画素数を復元する事が可能である。
First, data compression processing is performed for each 256 pixels. In this case, it is assumed that the worst compression rate is defined as 75%. At this time, the data for each 256 pixel is always compressed to a compression rate of 75% or less of the original data, as indicated by
更に、添付の図4には、上記図1において符号16で示した外部メモリ(SDRAM)内のメモリの活用例について説明する。例えば図1における信号処理部2の前半処理部12が処理したデータを書き込む領域と、後半処理部18が処理するためにリードする領域とを、2つのフレームで処理し、毎フレーム期間毎にバッファを切り替えることを想定する。具体的には、例えば、前半処理部12が図4の左側の「非圧縮時」に示す「buf0」に書き込んでいる期間、後半処理部18が「buf1」からデータをリードし、次のフレーム期間では、バッファを交換し、かかるトグル処理を繰り返す処理を想定する。その際、データ圧縮を行わない場合には、4:2:0ので割合でY、U、V成分を持つ1920(水平)×1080(垂直)のHD画像を記録する際には、片側には、約4.15MByte分のデータ領域が必要となる。
Further, FIG. 4 attached will describe an example of utilization of the memory in the external memory (SDRAM) indicated by
これに対し、最悪圧縮率50%として、上記のような仕組みによりデータ圧縮を行うよう、量子化ステップを定義し、又は、ビットシフト量を定義するなどを行うことによれば、各格納領域内のデータ量は、最大時でも、上記4.15MByte×1/2=2.07MByteとすることが出来る。ここで、図4の中央部に示す「最悪圧縮率50%圧縮時」では、非圧縮時と同様のメモリマップに、各々のバッファ毎に、下位詰めでデータを格納した例を示しており、各々、「adr0」と「adr2」から始まる領域を順次アクセスすれば、上記画像毎に圧縮率が変わった場合にも、データ伸張を行う事が可能である。このように、各バッファへのデータアクセス量は、データ圧縮された分、削減され、単位時間当たりのアクセス量であるデータバンド幅も圧縮率に対応して削減されることになる。
On the other hand, if the quantization step is defined or the bit shift amount is defined so that the worst compression rate is 50% and the data is compressed by the above-described mechanism, The maximum data amount can be 4.15 Mbyte × 1/2 = 2.07 Mbyte even at the maximum. Here, in the case of “
更に、上述のように、最悪圧縮率を定義しているため、図4の左側の「最悪圧縮率50%圧縮時、データを詰めて配置」に示すように、最悪圧縮率以下のデータになることを利用して、「buf0」と「buf1」を詰めて配置することで、余剰分のデータ領域を削除する事が可能となる。
Furthermore, since the worst compression rate is defined as described above, the data is equal to or lower than the worst compression rate, as shown in “
上記のように、最悪圧縮率を元に、格納するメモリ量、メモリバンド幅のシステム合計値を見積もり、システム全体を設計すれば、リアルタイム処理を破綻させることなく、即ち、リアルタイム処理を保障しながら、各動作を規定する事が可能となる。また、圧縮率の最悪値が規定されることにより、メモリでのデータ保持に必要とされる電力消費量やバンド幅の消費量などを、より正確に見積もる事が可能となり、特に、装置が電池駆動の場合には、その駆動時間の見積もりの精度などを、より向上する事が可能となる。即ち、本実施例によれば、リアルタイム動作を保証した、データ圧縮率の適応的制御が可能となる。 As mentioned above, based on the worst compression rate, estimate the total amount of memory to be stored and the total system bandwidth of the memory bandwidth, and design the entire system without breaking real-time processing, that is, ensuring real-time processing. Each operation can be specified. In addition, by specifying the worst value of the compression ratio, it becomes possible to more accurately estimate the power consumption and bandwidth consumption required for data retention in the memory. In the case of driving, it is possible to further improve the accuracy of estimation of the driving time. That is, according to the present embodiment, it is possible to adaptively control the data compression rate while guaranteeing real-time operation.
次に、添付の図5により、本発明の第2の実施例になる画像処理装置、特に、かかる装置における画像処理の動作について述べる。なお、この実施例2では、その処理ブロックは上記の図1のブロック図と同様であるが、しかしながら、符号13で示すデータ圧縮(Encode)部では、可逆圧縮アルゴリズムを用いる。また、本実施例でも、上記第1の実施例と同様、8bit×256画素のデータが入力される度に、データの圧縮を掛けていく。
Next, an image processing apparatus according to a second embodiment of the present invention, particularly, an image processing operation in the apparatus will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the processing block is the same as the block diagram of FIG. 1 described above. However, the data compression (Encode) unit indicated by
その際、例えば、ADPCMのように各画素の隣接画素間の差分値を取り、ハフマン符号化を行うなどが行われる。シャノンの定理より、理論的には、可逆圧縮符号化を行った場合には、どのようなデータに対しても常に100%未満の圧縮を実現する方法は存在しない。すなわち、データによって、例えば、ある確率に基づく圧縮符号化によっては、120%、130%と、元のデータ量より多くなる可能性が存在する。したがって、本実施例では、各8画素毎に、100%以内の圧縮率となる場合には、上記ADPCMとハフマン符号化を行い、データを圧縮し、他方、100%以上になる場合には、その増加率を最小限に食い止めるべくオリジナルのデータをそのまま転送する。ただし、圧縮後のデータ列が圧縮されたデータか、オリジナルのデータか否かを示すため。1ビットの識別フラグを付加する(例えば、0=圧縮されたデータ、1=オリジナルのデータ)。 At that time, for example, a difference value between adjacent pixels of each pixel is taken as in ADPCM, and Huffman coding is performed. From Shannon's theorem, theoretically, when lossless compression coding is performed, there is no method that always realizes compression of less than 100% for any data. That is, depending on the data, for example, depending on the compression encoding based on a certain probability, there is a possibility that 120% and 130% may be larger than the original data amount. Therefore, in this embodiment, when the compression rate is 100% or less for every 8 pixels, the ADPCM and Huffman coding are performed to compress the data, and when the compression rate is 100% or more, The original data is transferred as it is to keep the increase rate to a minimum. However, to indicate whether the compressed data string is compressed data or original data. A 1-bit identification flag is added (for example, 0 = compressed data, 1 = original data).
その後、データを詰めて配置し、第1の実施例と同様、2048ビットごとに、メモリインタフェース14にデータを送信していく。この図5の例では、符号50が識別ビットに相当し、51、52、54は、各々、50%、43%、25%に圧縮可能であったため、識別ビット0とともに圧縮後のデータを送信した場合を示す。データ53については、圧縮した結果が100%より大きかったため、識別フラグ「1」を付加し、オリジナルのデータを送信する。データ伸張部(Decode)17では、各データを受信毎に、最初に上記識別フラグを解析し、そして、当該フラグが「0」の場合には、ハフマン符号化を解き、その後、ADPCMの逆処理を行う。他方、識別フラグが「1」の場合には、オリジナルのデータとして扱う。
Thereafter, the data is packed and arranged, and the data is transmitted to the
本方式によれば、上述した識別フラグのデータ量の分だけオーバヘッドは増大するが、しかしメモリの容量およびバンド幅としては、確実に、2049bit×バースト分のデータを見込むことで、圧縮率最悪時の挙動を規定する事が可能となる。さらに、画像データを扱う場合には、確率的なモデルを利用した圧縮アルゴリズムを用いることによれば、実効上のバンド幅やメモリ容量を縮小させる事が可能であり、特に、画質が重要視されるような用途においては、本方式は画質劣化を生じさせないというメリットをも奏することとなる。即ち、本実施例は、特に、可逆アルゴリズムを用いたシステムに関しており、当該可逆アルゴリズムを用いた場合でも、最悪時のデータ圧縮率の大幅な悪化を回避することが可能となる。 According to this method, the overhead increases by the amount of data of the identification flag described above, but the memory capacity and bandwidth surely allow for data of 2049 bits × burst, so that the worst compression rate can be obtained. It is possible to specify the behavior of Furthermore, when handling image data, it is possible to reduce the effective bandwidth and memory capacity by using a compression algorithm that uses a probabilistic model, and image quality is particularly important. In such applications, this method also has the advantage of not causing image quality degradation. That is, the present embodiment particularly relates to a system using a reversible algorithm, and even when the reversible algorithm is used, it is possible to avoid a significant deterioration in the worst-case data compression rate.
続いて、添付の図6は、本発明の第3の実施例になる画像処理装置、特に、かかる装置におけるメモリへのデータ格納方式を説明した図である。なお、本実施例の画像処理装置も、上記図1のブロック図と同様の構成を持つが、但し、その外部メモリ(SDRAM)16にデータを格納する際、画像データの領域では、上記データ圧縮(Encode)部13に指示された最悪圧縮率(Worst Ratio)×nバースト(nは整数)で区切られた領域毎に、圧縮前にnバースト分のデータであったデータ量を格納する。
Next, attached FIG. 6 is a diagram for explaining an image processing apparatus according to the third embodiment of the present invention, and in particular, a method for storing data in a memory in such an apparatus. The image processing apparatus of the present embodiment also has the same configuration as the block diagram of FIG. 1, except that when data is stored in the external memory (SDRAM) 16, the data compression is performed in the image data area. For each area divided by the worst compression ratio (Worst Ratio) × n bursts (n is an integer) instructed by the (Encode)
この図6では、例えば、圧縮前のオリジナルデータ4バースト分(n=4)毎に領域を区切っており、上記図3で説明したように、圧縮前に8192ビットあったデータが、3953ビットに圧縮された場合には、rowアドレス(00(16進))で、Columnアドレス(000〜0EO(16進))のエリアに格納される。次に、5632bitのデータが圧縮されて格納されたとすると、「0E0」の続きに格納するのではなく、rowアドレス(00(16進))で、Columnアドレス(180〜2EO(16進))のエリアにスキップして配置される。以下、同様に、8192ビットで区切られたデータごとに、圧縮前に4バースト分であったデータを配置する。 In FIG. 6, for example, the area is divided every four bursts (n = 4) of original data before compression. As described in FIG. 3, the data that was 8192 bits before compression is converted into 3953 bits. When compressed, it is stored in the area of the column address (000 to 0EO (hexadecimal)) with the row address (00 (hexadecimal)). Next, assuming that 5632-bit data is compressed and stored, the row address (00 (hexadecimal)) is used instead of “0E0”, and the column address (180-2EO (hexadecimal)) is stored. Skipped to the area. Hereinafter, similarly, for each data segmented by 8192 bits, data corresponding to four bursts before compression is arranged.
本方式によれば、必要されるデータ量は、圧縮前のデータ量をMbyteとすると、M(byte)x最悪圧縮率(%)分のデータとなり、メモリ格納量を削減しつつ、必要メモリを計算する事が可能となる。また、例えば、画像データの一部切り出し表示などで必要とされるメモリのランダムアクセスを行う場合には、nバースト単位の精度で、データの格納位置を計算する事ができる。 According to this method, if the data amount before compression is Mbyte, the required data amount is M (byte) × worst compression rate (%) data, and the required memory is reduced while reducing the memory storage amount. It is possible to calculate. In addition, for example, when performing random access to a memory required for partial cut-out display of image data, the data storage position can be calculated with an accuracy of n burst units.
また、本方式を用いずに、全てのデータを前詰めでメモリに配置した場合には、データがその途中から必要となる場合でも、圧縮符号化を解かないと必要なデータの位置を特定できない。これに対して、本方式では、ランダムアクセス時には、必要な情報は、nバースト単位の精度で、必要エリア分だけアドレス計算により読み出し、データ伸張部17で前のデータに依存せずに伸張する事が可能である。そのため、GUI、グラフィックス、画像データの拡大縮小時に、メモリI/F14からのデータリードアクセスを削減する事ができ、さらには、バンド幅の削減を実現する事が可能である。即ち、本実施例は、データのメモリへの格納に関しており、特に、データ圧縮処理を用いる場合、メモリ内のランダムアクセスが不可能となってデータアクセス量が増大してしまうのを避けると共に、GUIシステムにもデータ圧縮処理を活用できるようにする。
In addition, when all data is arranged in the memory without using this method, even if the data is needed from the middle, the position of the necessary data cannot be specified unless the compression encoding is solved. . On the other hand, in this method, at the time of random access, necessary information is read by address calculation for the necessary area with an accuracy of n burst units, and is decompressed by the
添付の図7は、本発明の第4の実施例になる画像処理装置のブロック構成を示した図である。なお、本実施例の画像処理装置では、上述した本発明の画像処理装置をディスプレイ表示装置を含む画像処理システムに適用したものであり、予めメモリIC200に格納された映像のビットストリーム(ビデオHD画質(1920x1080 60iがMPEG2Video(ISO/IEC13818−2)で記録されたもの)を再生し、もって、同装置内にある小型LCD219や、外部接続された大型のディスプレイ224に表示するものである。
FIG. 7 attached herewith is a diagram showing a block configuration of an image processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In the image processing apparatus of this embodiment, the above-described image processing apparatus of the present invention is applied to an image processing system including a display display device, and a video bit stream (video HD image quality) stored in the
以下、図に示す第4の実施例になる画像処理装置の構成を、図中の記号を用いて説明すると、まず、メモリIC200には、予め記録されたビデオストリームが格納されている。そして、図示されていないユーザI/F回路により、本装置に対してビデオストリームの再生が指示された場合、最初に、カードI/F部201によってデータが読み出される。この読み出されたデータには、上記ビデオストリームのほか、データの管理情報などが含まれる。この読み出されたビデオストリームについては、Demuxブロック204において、システムデコード処理が行われ、パケット化され、かつ、他の音声データなどと多重化された情報から、次段のビデオデコーダ(Decode)205が、復号可能なストリーム形態に処理される。例えば、MPEG2Systems規格(ISO/IEC13818−1)に則った場合には、トランスポートストリーム(TS)パケット化されているストリームから、ヘッダ類を解析、除去し、MPEG2のエレメンタリストリーム(ES)レベルのデータを抽出する。抽出されたESデータ(ビデオES)は、一度、メモリI/F202を介して、大容量メモリ(SDRAM)203に格納され、再び、ビデオデコーダ(Decode)205によって読み出される。
Hereinafter, the configuration of the image processing apparatus according to the fourth embodiment shown in the drawing will be described using symbols in the drawing. First, a pre-recorded video stream is stored in the
上述したビデオデコーダ(Decode)205によって読み出されたデータは、MPEG2Video規格に則ってデコードされ、復号画像がメモリI/F202を介してメモリ(SDRAM)203に格納される。次に、この復号画像は、ノイズ除去ブロック207、エッジ強調ブロック209、ガンマ補正ブロック211など、所謂、画像処理ブロックに順次データ転送され、各ブロックでは、それぞれ、ノイズ除去処理、エッジ部分の強調処理、ガンマ補正による色階調調整処理などが行われる。
The data read by the video decoder (Decode) 205 described above is decoded in accordance with the MPEG2 Video standard, and the decoded image is stored in the memory (SDRAM) 203 via the memory I /
その場合、各データ処理がメモリ部203にアクセスする際には、上述した実施例1、2にも示したようなデータ圧縮伸張処理を行い、もって、バンド幅の圧縮を行う。そして、これらの処理を行う際、特に、画質が重要視される場合には、例えば、デコードを一時停止し、他方、スチル画面で表示する場合、高品位TVに画像を出力するような場合、更には、後述するように、外部の高品位ディスプレイを接続し出力する場合には、ホストCPU223が各データ圧縮/伸張ブロック206、208、210に対して、バンド幅の最悪圧縮率(Worst Ratio)を引き上げる設定を行うことで、画質を優先する処理を行う事ができる。逆に、装置がバッテリ駆動の状態であり、その消費電力を抑えたい場合には、最悪圧縮率を引き下げる設定をすることで、メモリI/F202を介してメモリ(SDRAM)203へのアクセスデータ量を削減する事ができ、もって、消費電力を削減する事が可能となる。
In this case, when each data process accesses the
さらに、フレームレートが低いコンテンツをデコードして表示する場合を考える。例えば、1280x720x30pのコンテンツがメモリカードにあり、デコード後、フレームレート変換部213で、フレームレート変換を行う。ここでは、30p(30Hzプログレッシブ画像)をフレームレート変換を行うことで、60p(60Hzプログレッシブ画像)画像として出力することにより、動きを滑らかに演出する事ができる。この場合も、FRCでは、30Hzのデータを読み、60Hz化して出力する際に、データ圧縮伸張214ブロックでバンド幅圧縮処理を行うことで、消費電力を削減する事が可能である。
Further, consider a case where content with a low frame rate is decoded and displayed. For example, a content of 1280 × 720 × 30p exists in the memory card, and after decoding, the frame
上記のように、出力する画像の重要度に応じて、最悪圧縮率(Worst Ratio)をホストCPU223から制御することも可能である。ガンマ補正後、もしくは、フレームレート変換後の画像は、通常、データ伸張216部で、データが伸張され、その後、スケーラ217によってディスプレイサイズに合わせてLCDドライバ218に転送され、最終的に、備え付けのLCD219に出力される。例えば、1920x1080の画像をWVGAサイズLCDに出力する際には、水平、垂直を縮小し、800x480画素のサイズに変換し出力する。
As described above, the worst compression ratio (Worst Ratio) can be controlled from the
他方、外部に接続されたプラズマTVや液晶大型ディスプレイなど、所謂、大型ディスプレイ224に出力する場合には、画像データは、データ伸張220において、バンド幅圧縮のための符号化が解かれた後、スケーラ221において、外部ディスプレイのサイズに合わせた解像度に変換され、その後、HDMIインタフェース回路222を介して外部の大型ディスプレイ224に出力される。さらに、画像出力時に付加するOSD(オンスクリーンディスプレイ)処理が、OSD215により施される。すなわち、出力する画像を、メモリ(SDRAM)203からリードし、さらに、合成するグラフィックスデータを、やはり、メモリ(SDRAM)203よりリードし、そして、αブレンディング合成などを行って、再び、メモリ(SDRAM)203に戻す。この際にも、上述した他の画像データと同様に、データ圧縮伸張部214により、OSDデータと復号画像の双方において、バンド幅圧縮を行う事ができる。
On the other hand, when outputting to a so-called
上述したように、データ圧縮/伸張を、各画像処理に関連するメモリアクセスのデータパスにおいて執り行うことによれば、画像処理に関するデータアクセス量を削減し、もって、回路の消費電力を削減する事が可能である。また、画像の重要度に応じて、最悪圧縮率(Worst Ratio)を制御することにより、画質とデータアクセス量削減のバランスを取ることが可能となる。 As described above, by performing data compression / decompression in the memory access data path related to each image processing, it is possible to reduce the amount of data access related to the image processing, thereby reducing the power consumption of the circuit. Is possible. Further, by controlling the worst compression ratio (Worst Ratio) according to the importance of the image, it is possible to balance image quality and data access amount reduction.
例えば、60iの画像(4:2:2)画像をリード・ライトアクセスする際には、1920×1080×8bit×30×2=約995Mbpsのデータアクセスが発生する。また、無圧縮時では、ノイズ除去処理から、LCD出力、更には、HDMI−I/F222に出力するまでのメモリアクセス(データ圧縮/伸張ブロック206、208、210、214、216、220を経由する符号画像データで、フレームレートを変換部)には、9×995Mbps=8995Mbpsのバンド幅が必要になる。例えば、メモリI/F202が64bitのデータバスである場合には、データがアクセス有効なクロック数のみの場合でも、8995/64=140MHzを必要とする。
For example, when a 60i image (4: 2: 2) image is read / written, 1920 × 1080 × 8 bits × 30 × 2 = approximately 995 Mbps data access occurs. Further, when no compression is performed, memory access (via data compression / decompression blocks 206, 208, 210, 214, 216, and 220) from noise removal processing to LCD output and further output to the HDMI-I /
これに対し、しかしながら、一律に、最悪圧縮率(Worst Ratio)を65%に設定をした場合には、140−140×0.65=約49MHzのクロック数を削減する事ができる。従って、この場合、ホストCPU223は、最悪圧縮率(Worst Ratio)を各データ圧縮/伸張部(具体的にはデータ圧縮/伸張ブロック206、208、210、214、216、220)に指定した後、メモリI/F部203に供給する動作クロックを、クロック発生回路225において、49MHzだけ低下させることにより、恒常的なクロックの供給に伴ってフリップフロップなどで消費される電量を、大幅に削減する事が可能である。
On the other hand, however, if the worst compression ratio (Worst Ratio) is set to 65%, the number of clocks of 140−140 × 0.65 = about 49 MHz can be reduced. Therefore, in this case, after the
同様に、メモリ(SDRAM)203が32ビットのDDR−SDRAMであったとすると、49MHz分のクロック消費を削減する事ができるため、やはり供給するクロックを削減する事ができる。これにより、メモリ(SDRAM)203とのI/O端子などで消費される電力を削減することが出来、本発明のバンド幅圧縮回路によって得られる消費電力の低減効果は大きいものとなる。しかも、最悪圧縮率によって、リアルタイムデータ処理が破綻しないバンド幅が保証されるという利点をも併せ持つこととなる。なお、上記に加えて、OSD処理、フレームレート処理において、上記のバンド幅圧縮処理を行ったときには、さらに、その電力削減効果を大きくする事が出来る。 Similarly, if the memory (SDRAM) 203 is a 32-bit DDR-SDRAM, the clock consumption for 49 MHz can be reduced, so that the supplied clock can also be reduced. As a result, the power consumed by the I / O terminal with the memory (SDRAM) 203 can be reduced, and the power consumption reduction effect obtained by the bandwidth compression circuit of the present invention is great. In addition, the worst compression rate has the advantage of guaranteeing a bandwidth that does not cause real-time data processing to fail. In addition to the above, when the above bandwidth compression processing is performed in OSD processing and frame rate processing, the power reduction effect can be further increased.
本実施例では、HDMI経由で外部ディスプレイ(即ち、大型ディスプレイ224)を接続しているが、HDMI規格においては、CEA−861Eなどに記載されているように、ディスプレイの画素数や画像サイズについて、EDID(Extended Display Identification Data)として、信号元に出力する手段を備える。本実施例では、HDMI−IFブロック222で、このEDID情報を受け取り、その画素数や画像サイズをホストCPU223に通知する。この通知された情報とバンド幅の最悪圧縮率(Worst Ratio)の対応をあらかじめ設定しておき、そして、画像サイズ又は画素数が大きくなるにつれて、当該最悪圧縮率を100%に近づけるように制御を行うことにより、知覚される画像の変化を低減しながら、消費電力の削減効果を出す事が可能となる。即ち、外部ディスプレイの接続状況に応じた消費電力の削減や自動化を達成することが可能となる。
In this embodiment, an external display (that is, a large display 224) is connected via HDMI. However, in the HDMI standard, as described in CEA-861E, the number of display pixels and the image size are as follows. As EDID (Extended Display Identification Data), a means for outputting to a signal source is provided. In this embodiment, the HDMI-
なお、本実施例では、メモリIC200からストリームを読み出してデコードするシステムについて説明しているが、しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、例えば、ストリームの入力が、放送受信やネットワーク経由であり、本発明で説明する画像処理システムに入力されてデコードされる場合においても、本発明に記載しているものと同等の効果が得られることは明らかである。
In this embodiment, a system for reading and decoding a stream from the
また、本実施例では、ビデオデコーダ(Decode)205によって生成された復号画像をメモリ(SDRAM)203に格納し、また、これを読み出しする場合には、バンド幅圧縮伸張処理を施していないが、しかしながら、このデータパス上において、例えば、上記デコード(Decode)205とメモリI/F202との間に、データ圧縮伸張処理部を挿入し、もって、バンド幅圧縮処理を施しても良い。この場合には、復号画像がデータ圧縮によって元の絵から変化した場合、画像の参照により誤差が蓄積し、そのため、復号が進むにつれて、画像が乱れるという懸念がある。そこで、この場合には、Iピクチャ、Pピクチャのように、他のフレームから参照できるものについては、可逆圧縮を用いて、もって、伸張後のデータが変化しないようにすることにより、かかる懸念を回避することができる。また、Bピクチャのように、他の参照画像として用いられないピクチャについては、非可逆圧縮を用いて、圧縮効果を挙げることを行っても良い。また、上述したIピクチャやPピクチャに関しても、画質劣化が許容される範囲で非可逆圧縮を用いても良い。
In the present embodiment, the decoded image generated by the video decoder (Decode) 205 is stored in the memory (SDRAM) 203, and when this is read, the bandwidth compression / decompression processing is not performed. However, on this data path, for example, a data compression / decompression processing unit may be inserted between the decode (Decode) 205 and the memory I /
なお、動画像圧縮規格で用いられる、動き補償による参照画像のデータのアクセス時には、動きベクトルに従って、参照画像領域をランダムにアクセスする場合が生じる。かかる場合においても、上述した実施例2のように、バンド幅圧縮処理を行ってメモリに格納する際に、最悪圧縮率により規定されたデータ区切り毎にアドレス配置すること、圧縮データに対してランダムアクセスを行う事が可能となり、もって、MC時のデータアクセスのオーバヘッドを減らす事が可能となる。 Note that when accessing reference image data by motion compensation, which is used in the moving image compression standard, a reference image region may be randomly accessed according to a motion vector. Even in such a case, when the bandwidth compression processing is performed and stored in the memory as in the above-described second embodiment, an address is arranged for each data segment defined by the worst compression rate, and the compressed data is randomly selected. It is possible to perform access, thereby reducing the data access overhead during MC.
次に、添付の図8を用いて、本発明の第5の実施例になる画像処理装置について説明する。なお、この図8に示す画像処理装置は、上記図7にも示したビデオデコード(Decode)部205の詳細を示した図であり、本実施例では、上述した実施例1〜4までに説明した画像処理のブロック構成を持ち、さらに、ビデオデコードの縮小デコード処理を行う機能を、上記ビデオデコード(Decode)部205に備えた装置である。
Next, an image processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The image processing apparatus shown in FIG. 8 is a diagram showing the details of the
以下、この図8に従って、1920×1080の解像度を持つストリームのデコード処理について説明する。なお、MPEG2の規格に則った詳細処理は、さらに複雑な処理が必要であるが、以下では、本発明に関連する主要なデータフローについてのみ説明する。 Hereinafter, the decoding process of a stream having a resolution of 1920 × 1080 will be described with reference to FIG. The detailed processing according to the MPEG2 standard requires more complicated processing, but only the main data flow related to the present invention will be described below.
高画質でデコード画質を求めたい場合の処理は、通常のMPEG2に規定されているデコード処理となる。すわなち、VLDブロック410には、デコードすべきビデオES信号が、前段の、即ち、上記図7に示すDemuxブロック204から供給され、処理される。即ち、可変長符号化されたデータを復号し、各MB毎の量子化ステップ情報、量子化後のDCT係数、DCTtype、更には、動きベクトル情報などを得る。これらの情報のうち、量子化ステップ情報は、後段の逆量子化ブロック411に送信され、ここでMPEG2の規格に則り逆量子化され、各量子化後のDCT係数が出力される。
The processing for obtaining the decoded image quality with high image quality is the decoding processing defined in normal MPEG2. In other words, the video ES signal to be decoded is supplied to the VLD block 410 from the previous stage, that is, the Demux block 204 shown in FIG. 7, and is processed. That is, the variable length encoded data is decoded to obtain quantization step information for each MB, DCT coefficients after quantization, DCTtype, and motion vector information. Among these pieces of information, the quantization step information is transmitted to the subsequent
次に、DCT係数は、各MBで指定されたDCTtype(FiledDCT/FrameDCTなど)に従って、逆DCTブロック412において、逆DCT処理が行われ、画像サンプル値(Iピクチャについては、画像サンプル値、P、Bピクチャについては、参照画像との差分情報)が得られる。その後、P,Bピクチャに関しては、動きベクトル情報に従って、参照画像がMC(Motion Conpensation)ブロック413によって処理され、復号画像が得られる。本実施例では、低電力デコード処理を備える。
Next, the DCT coefficient is subjected to inverse DCT processing in the
ホストCPU223において、デコード処理に対して低電力モードを指示した場合には、VLDブロックは、量子化後の各DCT画像サンプルを出力する際、添付の図9に示すように、オリジナルの全ての画素(図中の符号420で示した、8x8=64サンプルのDCT成分を示す。)の代わりに、低周波領域に示す一部のデータ(図中の符号421で示した、4x4=16サンプルの低周波側の成分)だけを量子化ブロックに転送する。この量子化ブロックでは、送られた16サンプル分のみ、各対応する逆量子化の式に従って、逆量子化を行う。その後、16サンプル分のみに逆DCTを行い、MCブロック413に転送する。MCブロック413では、Iピクチャについて、4×4の画像サイズのデータを順番に並べる。結果として、水平1/2、垂直1/2の画像サイズのデータ(960画素×540画素)のデータが作成される。
When the
また、P、Bピクチャは、通常の動き補償処理では、符号422で示すように、復号中の現在のフレームの各MB(16画素×16画素)毎に、参照画像から動きベクトル(MV)分だけ移動したところから、データをリードし、逆DCT部から出力された16×16画素分の画素差分値を参照画像に加算する。しかしながら、低電力デコードモードでは、動きベクトルを1/2化して、即ち、8x8のデータを復号画像からリードする。その後、符号421で示した画素差分値を用いて処理を行い、復号画像に加算する。本処理は、量子化前のDCT係数の段階で、処理するサンプル数を間引くため、その後の画像処理データ数は1/4となる。更に、画像サイズを1/16化したい場合は、符号421により示したデコード処理を行うエリアを、2画素×2画素に絞ることで、更に処理量を削減する事が可能である。
In the normal motion compensation process, the P and B pictures are obtained from the reference image by the motion vector (MV) for each MB (16 pixels × 16 pixels) of the current frame being decoded, as indicated by
各モードにおける処理時間の変化を、添付の図10に示す。フルデコード時に、例えば、1/30Hzで周期的に出力されるVsync信号をスタートの基準として、各フレーム期間以内に1/30秒分の1フレームのデコード処理を行う。デコードはI0、B1、B2、P3、B4(各々、Iピクチャ、Bピクチャ、Bピクチャ、Pピクチャ、Bピクチャを示す。)の順に処理を行う。 Changes in processing time in each mode are shown in FIG. At the time of full decoding, for example, 1 frame for 1/30 seconds is decoded within each frame period using a Vsync signal periodically output at 1/30 Hz as a reference of start. Decoding is performed in the order of I0, B1, B2, P3, and B4 (representing I picture, B picture, B picture, P picture, and B picture, respectively).
ここで、上記図9で符号421により示したように、DCT係数を逆量子化前に1/4化する場合(1/4サイズデコード)には、各フレームの処理期間は、概ね1/4のフレーム期間で処理が終了する。そのまま、引き続き、次のフレームデコード処理を行うと、復号画像をバッファするためのメモリがオーバーフローするため、次のフレームのスタートであるVsync信号まで、次のフレームのデコード処理を保留し、デコードブロックの動作クロックを休止する。また、次のVsyncを起点に再びクロックが動作するように制御する。同様に、1/16サイズのデコードを行う際には、各フレームの約1/16期間で各フレームの処理を行い(図10の符号427を参照)、その後のVsyncまでは、クロックを休止する。
Here, as indicated by
以上のように、Vsync同期でデコードを開始し、デコード期間を終了した段階で、クロックを休止することにより、デコードブロック内のフリップフロップの動作を止める事ができる。一般に、LSIによる消費電力は、信号処理が実際に動作しているか否かに関わらず、システムクロックが供給されているフリップフロップで消費される電力が非常に多い。従って、本実施例のように、休止期間中にクロックを停止することで大きく消費電力を低減することができる。また、本実施例のように、Vsync期間前半などの一部期間に処理を集中させることで、クロック供給、停止の制御を単純にする事ができ、この点においても、回路のコスト低減に有効である。また、フルデコード時とスループットは変わらないため、復号画像領域、その他の中間データ領域を変更する必要がないため、システム動作の変更を最小限にしつつ動作モードを変更する事ができる。 As described above, the operation of the flip-flop in the decode block can be stopped by stopping the clock at the stage where the decode is started in synchronization with Vsync and the decode period is completed. In general, power consumed by an LSI is very much consumed by a flip-flop to which a system clock is supplied, regardless of whether or not signal processing is actually operating. Therefore, the power consumption can be greatly reduced by stopping the clock during the suspension period as in this embodiment. Further, as in this embodiment, the control of clock supply and stop can be simplified by concentrating the processing in a part of the period such as the first half of the Vsync period, which is also effective for reducing the cost of the circuit. It is. Further, since the throughput does not change from that at the time of full decoding, there is no need to change the decoded image area and other intermediate data areas, so that the operation mode can be changed while minimizing changes in system operation.
一方、MC処理時には、本来とは異なる復号画像を参照することとなり、通常のデコードを行った後に画像を縮小した場合に比べ、一般的には、画像の劣化が大きくなる事が知られている。このため、上記サイズ縮小を伴うデコード処理には、画像の重要度に応じてデコード処理方法を切り替える手段を備えることが望ましい。すなわち、内蔵の小型LCD219のみで出力する場合には、画像は最終的に800×480画素のデータサイズで出力するため、960×540画素の1/4デコードを用いてデータを作成しても、さらにスケーラ217において縮小処理が行われる。このため、参照画像において通常のデコード時に比べて若干の画像の誤差が生じても、視認されるレベルは小さく、ユーザに違和感を与えることは少ない。
On the other hand, during MC processing, a decoded image different from the original is referred to, and it is generally known that degradation of the image is larger than when the image is reduced after normal decoding. . For this reason, it is desirable to provide a means for switching the decoding processing method according to the importance of the image in the decoding processing accompanied with the size reduction. That is, when outputting only with the built-in
他方、外部ディスプレイに出力する際には、1920×1080以上の解像度を持つ場合には、960×540画素以下のデータでは、スケーラ221において拡大処理が入り、1/4デコードを行うことで生じる画像の乱れが強調して出力される。従って、小型のLCDに出力する場合には、ホストCPU223は1/4デコードモードを選択し、そして、ビデオデコーダ205が1/4デコードモードで動作するように、ビデオデコーダ205内の各ブロックの動作を定義する。また、外部ディスプレイに出力する際には、ビデオデコーダ205内の各ブロックがフルデコードモードとして動作するように制御する。一般に、小型LCDのみで出力する場合は、電池駆動での動作が多く、他方、外部ディスプレイに出力する場合は、宅内など、比較的、装置をAC電源に接続し易い状況であることが多いことから、上記デコードモード制御は、画質と消費電力の削減効率とのバランスを取りながら、実際の使い勝手に適した動作を自動的に選択する装置を提供するのに効果的である。
On the other hand, when output to an external display, if it has a resolution of 1920 × 1080 or higher, the
次に、添付の図11を用いて、本実施例における、フルデコードと、1/4デコードの切り替え制御について説明する。あるコンテンツを再生中に、例えば、それまで接続されていなかった外部ディスプレイが接続されたような場合、ビデオストリームの再生を止めずにデコードモードを変更する。この際、デコードモードは、1/4デコードから、フルデコードに変更されることになるが、デコードモードの切り替わり時には、異なる復号画像サイズのデータが共に存在することになる。例えば、切り替わり後のフルデコードでは、本来参照すべき復号画像が1920×1080の解像度を持つべきなのに、前方側の参照画像が、960×480の画像が格納されている場合が生じる。この場合、MCのデコード処理が正しく画像位置を参照できなくなる。 Next, switching control between full decoding and 1/4 decoding in this embodiment will be described with reference to FIG. During playback of a certain content, for example, when an external display that has not been connected is connected, the decoding mode is changed without stopping the playback of the video stream. At this time, the decoding mode is changed from 1/4 decoding to full decoding, but when the decoding mode is switched, data of different decoded image sizes exist together. For example, in full decoding after switching, a decoded image that should be referred to should have a resolution of 1920 × 1080, but a 960 × 480 image is stored as a reference image on the front side. In this case, the MC decoding process cannot correctly refer to the image position.
そのため、切り替えが生じたときには、図11において符号500で示すように、GOP(Group of Pictures)の切り替わり部分まで切り替え処理を待ち、切り替わり部分では、前方にあるフルデコード画像からの参照(具体的には、B2デコード時におけるP0の参照、B3デコード時におけるP0の参照)を行わずに、デコード処理を続行する。これにより、参照画像の不整合を解消できる。さらに、後段のスケーラ217では、P0以前の画像は、960×480のデータから800×480(WVGA)に縮小する処理を行い、B2以降の画像については、1920×960のデータから800×480の画像に縮小するように処理を行う。また、B2、B3の表示時には、P0のデータを代わりに出力し、又は、ブランク画面の表示を行うなどにより、参照画像が片方向参照になる影響を画像として見せないようにしても良い。これにより、デコードモードをデコード中に変更しても、画像の乱れを起こさないように出力する事が可能となる。即ち、本実施例によれば、消費電力の削減を、デコード処理の適応的制御により実現することが可能となる。
Therefore, when switching occurs, as indicated by reference numeral 500 in FIG. 11, the switching processing waits until the switching portion of GOP (Group of Pictures), and in the switching portion, the reference from the full decoded image ahead (specifically, Continue the decoding process without performing P0 reference at the time of B2 decoding and P0 reference at the time of B3 decoding. Thereby, the mismatch of the reference image can be eliminated. Further, in the
1…データ処理回路、2…情報処理回路、11…画像入力端子、12…情報処理回路内の前半処理部、13…データ圧縮回路部、14…メモリインタフェース部、15…外部メモリ端子、16…外部メモリ、17…データ伸張処理部、18…情報処理回路内の後半処理部、19…データ出力端子、20…ホストプロセッサ、80…画像処理装置、200…メモリIC、201…カードインタフェース、202…メモリインタフェース、203…メモリ、204…Demuxブロック、205…ビデオデコーダ、206…データ圧縮伸張部、207…ノイズ除去ブロック、208…データ圧縮伸張部、209…エッジ強調部、210…データ圧縮伸張部、211…ガンマ補正部、212…データ圧縮伸張部、213…フレームレート変換部、214…データ圧縮伸張部、215…OSD処理部、216…データ伸張部、217…スケーラ、218…LCDドライバ、219…小型LCD,220…データ伸張部、221…スケーラ、222…HDMIインタフェース、223…ホストCPU,224…大型ディスプレイ、225…クロック発生回路、410…VLD処理部、411…逆量子化部、412…逆DCT部、413…動き補償部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Data processing circuit, 2 ... Information processing circuit, 11 ... Image input terminal, 12 ... First half processing part in information processing circuit, 13 ... Data compression circuit part, 14 ... Memory interface part, 15 ... External memory terminal, 16 ... External memory, 17... Data decompression processing unit, 18... Second half processing unit in information processing circuit, 19... Data output terminal, 20 ... Host processor, 80 ... Image processing device, 200 ... Memory IC, 201 ... Card interface, 202 ... Memory interface, 203 ... Memory, 204 ... Demux block, 205 ... Video decoder, 206 ... Data compression / decompression unit, 207 ... Noise removal block, 208 ... Data compression / decompression unit, 209 ... Edge enhancement unit, 210 ... Data compression / decompression unit, 211: Gamma correction unit, 212: Data compression / decompression unit, 213: Frame rate conversion unit, 2 4. Data compression / decompression unit, 215 ... OSD processing unit, 216 ... Data decompression unit, 217 ... Scaler, 218 ... LCD driver, 219 ... Small LCD, 220 ... Data decompression unit, 221 ... Scaler, 222 ... HDMI interface, 223 ... Host CPU, 224... Large display, 225... Clock generation circuit, 410... VLD processing unit, 411 .. inverse quantization unit, 412 ... inverse DCT unit, 413.
Claims (16)
前記信号処理手段から出力されたデータのデータ量を圧縮するデータ圧縮手段と、
前記データ圧縮手段で圧縮されたデータを中間情報として記録する外部メモリと、
前記外部メモリから読み出した前記中間情報のデータを伸張するデータ伸張手段とを備え、
前記データ伸張手段は、前記外部メモリから前記中間情報を読み出す際、当該中間情報のデータを伸張するものであり、
前記データ圧縮手段は、前記中間情報を前記外部メモリに格納する際、データの圧縮効率が最も悪い際の最悪圧縮率以下となるように、前記中間情報のデータ量を圧縮するものであり、前記信号処理手段から出力されたデータが複数のバーストとして入力され、該入力されたデータを前記最悪圧縮率以下となるデータ量になる個数のバーストアクセス数に変換して出力し、
前記外部メモリから前記圧縮後の中間情報を読み出す際に、アドレス計算によって圧縮前の中間情報のデータ位置が小領域ごとに特定されることを特徴とすることを特徴とする画像処理装置。 Signal processing means for signal processing and outputting image information;
Data compression means for compressing the amount of data output from the signal processing means;
An external memory for recording the data compressed in the data compressor as intermediate information,
And a data decompression means for decompressing the data of the intermediate information read from the external memory,
The data decompression means decompresses the data of the intermediate information when reading the intermediate information from the external memory,
The data compression means compresses the data amount of the intermediate information so that the intermediate information is stored in the external memory so as to be equal to or lower than the worst compression rate when the data compression efficiency is the worst. The data output from the signal processing means is input as a plurality of bursts, and the input data is converted into the number of burst accesses corresponding to the data amount equal to or less than the worst compression rate, and output.
An image processing apparatus according to claim 1, wherein when the compressed intermediate information is read from the external memory, a data position of the intermediate information before compression is specified for each small region by address calculation .
前記信号処理手段は、さらに、前記画像出力部から出力される画質の重要度が低い場合には、消費電力を低下させる手段を有することを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 1, further comprising an image output unit that outputs the image information output by the signal processing unit to a display device,
The signal processing means further comprises means for reducing power consumption when the importance of the image quality output from the image output unit is low .
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