JPH02230473A - 並列計算機の画像処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ フレームメモリに対する画像の人出力処理を複数のプロ
セッサエレメントで行う並列計算機の画像処理システム
に関し、 画像入出力処理機能をプロセッザエレメントの数に応じ
て向上させることを目的とし、画像データを入力する画
像入力部と、該画像入力部の出力を受けて画像データの
人出力の画累位置の同期制御を行う同期制御部と、該同
期制御部の出力を受ける複数個の直列接続されたプロセ
ッサエレメントと、これらプロセッザエレメン１・の最
終段の出力を受けて画像データとして出力する画像出力
部とによりなり、前記各プロセッザエレメントは、ＦＩ
ＦＯ形式のフレームメモリと、該フレームメモリから読
出した画像データの演算処理を行うプロセッザと、フレ
ームメモリ及びプロセッサ間に接続されたデータ入出力
部とで構成される。

［産業上の利用分野コ 本発明はフレームメモリに対する画像の入出力処理を複
数のプロセッザエレメントで行う並列計算機の画像処理
システムに関する。

各種画像データの処理や、コンピュータグラフィクスの
数値モデルからの画像生成等において、これらの処理を
行う計算機（コンピュータ）の高速化が要求されている
。このため、処理の高速化の手段として、単位プロセッ
サ（プロセッサエレメン１・）を複数個接続した並列計
算機が用いられている。このような並列計算機を用いた
画像処理システムを実現するためには、画像データの入
出力機能を具備させる必要がある。

［従来の技術］ 第４図，第５図は従来システムの構成例を示す図である
。第４図に示す例は、外部からの画像入力を受けてビデ
オ信号に変換するだめの１個のフレームメモリＦと複数
個のプロセッザエレメン１・ＰＥｏ−ＰＥｎとがネット
ワークで接続され、フレームメモリＦを共用するように
したものである。

各プロセッサエレメンＩ・ＰＥｏ−ＰＥｎは、フレムメ
モリＦにアクセスして自己の担当する番地から画像デー
タを読出し（リードし）、読出したデータに必要な処理
を加え、再び元の番地に戻す等の処理を行う。

これに対し、第５図に示す例は各プロセッザエレメント
ＰＥｏ〜ＰＥｎかそれぞれ独立にフレームメモリＦ。−
Ｆｎを分散して持ち、これらプロセッサエレメントをバ
スＢにより接続したものである。画像データは、バスＢ
上を連続して流れており、各プロセッサエレメンｔ−Ｐ
　Ｅ　ｏ　−Ｐ　Ｅ　ｎはバスＢから自己の担当する領
域のデータを高速でフレームメモリに読取り、プロセッ
ザにより所定の演算処理を行った後、フレームメモリに
返す。

処理を終わった各フレームメモリＦ。−Ｆｎの内容は、
バスＢに戻される。

［発明が解決しようとする課題コ 第４図に示す従来例の場合、フレームメモリに各プロセ
ッサエレメン）・が同時にアクセスすることはできない
ので、アクセスの競合制御を行なわなければならない。

従って、各プロセッサエレメン１・との画像データを高
速に転送する１対ｎのネットワークを実現することは非
常に困難である。

また、各プロセッザエレメン１・の要求がフレームメモ
リに集中してしまうため、プロセッザエレメントの個数
に比例した性能の向上が期待できないと言う不具合があ
った。

これに対し、第５図に示す従来例の場合、各プロセッザ
エレメントが持つフレームメモリに対して画像データの
読出しと書込みを行えばよいため、プロセッサエレメン
トの個数に比例した性能向上が可能となる。しかしなが
ら、各プロセッサエレメン１・が任意の画面上の画素位
置を扱うためには、各フレームメモリを接続するバスへ
の入出力を高速な画素クロック毎に行う必要があるため
、その椙成は非常に難しく大型で高価な装置となって、
並列計算機で画像入出力を実現するための方法としては
適していなかった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって
、画像入出力処理機能をプロセッザエレメントの数に応
じて向上させることができる並列計算機の画像処理シス
テムを提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理ブロック図である。図において、
１は画像データを人力する画像入力部、２は該画像入力
部１の出力を受けて画像データの入出力の画素位置の同
期制御を行う同期制御部、３は該同期制御部２の出力を
受ける複数個（ｎ個）の直列接続されたプロセッザエレ
メンｌ−（ＰＥ）、４はこれらプロセッザエレメン１・
３の最終段の出力を受けて画像データとして出力する画
像出力部である。前記各プロセッサエレメント３は、Ｆ
ＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ　　Ｉｎ　　Ｆｉｒｓｔ　　Ｏｕｔ
）形式のフレームメモリ３ａと、該フレームメモリ３ａ
から読出した画像データの演算処理を行うプロセッザ３
ｂと、フレームメモリ３ａ及びプロセッサ３ｂ間に接続
されたデータ人出力部３ｃとで構成されている。データ
人出力部３ｃは、ＦＩＦＯ形式のフレームメモリＢａ上
の画素データのアドレスと必要画素位置の判断及びデー
タの書込み，読出しの制御を行う。なお、図！４］のＬ
は画像出力部４の出力を画像入力部１にフィードバック
する必要がある時に設けられるフィードバックループで
ある。

［作用］ 画像入力部１から入った画像データは、同期制御部２を
介して、初段のプロセッザエレメンｌ−　３のフレーム
メモリ３ａに入る。初段のフレームメモリ３ａの出力は
次段のプロセッザエレメンｌ・のフレームメモリに入る
。フレームメモリ３ａは前述したようにＦＩＦＯ形式に
なっているので、最初に入った画像データが最初に出力
される。出力された画像データは、次のフレームメモリ
に入る。

この接続の繰返しが最終段＃ｎのフレームメモリ３ａま
で続く。

このような構成にすると、各フレームメモリ３ａに入っ
た画像データが出力されるまでには一定の時間がかかる
。この一定時間内にデータ人出力部３ｃを介してプロセ
ソザ３ｂに画像データを取込み、所定の処理を行ってか
ら再びデータ人出力部３ｃを介して、フレームメモリ３
ａを流れている画像データの元の画像データ位置に戻し
てやる。

このように、本発明では、自己か内蔵しているフレーム
メモリに画像データが入って出ていくまでの間を利用し
て処理を行えばよいので、プロセッサ３ｂとしてはそれ
ほど高速のものは必要でない。

しかも、各プロセッザエレメン１・３は自己のもつ処理
能力を最大限に発揮することができる。従って、本発明
によれば画像入出力処理機能をプロセッザエレメントの
数に応じて向上させることかできる並列計算機の画像処
理システムを提供することができる。

なお、画像出力部４の出力を画像入力部１にフィードバ
ックすることがあるが、この場合は、後段のプロセッザ
エレメン１・の画像処理の結果をそれより前段のプロセ
ッサエレメント３が利用する必要が生じた場合等にフィ
ードバックが行われる。

［実施例コ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第２図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である
。第１図と同一のものは、同一の符号を｛ｔ　Ｌて示す
。図に示す実施例は、リングバス１０でループを形成し
た例を示している。つまり、画像出力部４の出力を画像
入力部］にフィードバックしている。図において、フレ
ームメモリ３ａは、３ボー１・をもつ構成となっている
。１１はリングパスコ−Ｏを介して自己より前のプロセ
ッサエレメン１・３からの画像データをフレームメモリ
３ａに書込む順次アドレスをリングバス１０」二の同期
信号に従って発生ずる第１のリングカウンタ、］２はリ
ンク゛バス１０へ次のプロセッザエレメン１・３へ画像
データを送るためフレームメモリ３ａからデータを読出
すための順次アドレスをリングバスの同期信号に従って
出力する第２のアドレスカウンタである。

］３はプロセッサ３ｂの要求画素に対して書込み，読出
しそれそれのアドレスカウンタ］コ，］２の発生値から
必要画素データのフレームメモリ３ａ上のアドレスを計
算し、その読込み，書込みを行う転送ブロセッザである
。これら第１，第２のカウンタ１１，１．２及び転送プ
ロセッサ１Ｂとで、第１図のデータ入出力部３ｃを構成
している。

画像入力部］としては、画像入力信号をディジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換器か用いられ、画像出力部４とし
てはディジタル画像信号をアナロク゛信号に変換するＤ
／Ａ変換器が用いられる。同期制御部２は、フレームメ
モリ３ａ，画像入力部］及び画像出力部４の同期制御を
行うための同期信号をリングバス１０に乗ぜる。同期制
御部２としては、例えば同期信号を発生する発振器とカ
ウンタとで構成されている。このように構成された回路
の動作を説明すれば、以下のとおりである。

画像入力部］に入った画像入力信号は、該画像入力部］
でディジタルデータに変換された後、リングバス１０に
乗せられる。リングバス１０に乗せられた画像データは
、続く同期制御部２で同期信号が付加された後、初段の
プロセッサエレメン１・３のフレームメモリ３ａに入る
。第１のカウンタ１１は、画像データが入力された時に
同期してライト（書込み）アドレスを発生し、入力デー
タを順次書込んでいく。

一方、第２のカウンタ１２からはデータ読出し（リード
）用のアドレスを発生し、フレームメモリ３ａから順次
読み出し次段のプロセッサに与える。プロセッサ３ｂか
ら与えられたリードアドレスが転送プロセッサ１３に与
えられると、常時デタが移動しているフレームメモリ３
ａから画像データを読み出すため、転送プロセッサ１３
はカウンタ］１及び］２からフレームメモリ３ａ上のア
ドレスを計算する。該転送プロセッサ］３は、そのアド
レスに従いフレームメモリ３ａからデータを読み出し、
プロセッサ３ｂに与える。プロセッザ３ｂは受け取った
画像データに対して所定の処理を加える。

データ処理後の画像データは、再度転送プロセッサ１３
に与えられる。転送プロセッザ］３は受け取ったデータ
をフレームメモリ３ａの元の位置に書き込んでやる必要
かある。ところが、フレムメモリ３ａ内の画像データは
常時動いているので、元の位置のアドレスも変化してい
る。そこで、転送プロセッサ１３はアドレスカウンタ１
１及び１２からアドレスを計算し、現在の位置のアドレ
スを求める。そして、フレームメモリ３ａのそのアドレ
スに処理後の画像データを書込む。本発明によれば、画
像データはフレームメモリ３ａ中に該フレームメモリ３
ａの容量分の画素クロツク分止まる。そこで、前述した
データの読出し，読出したデータの処理及び処理データ
の書込みもこの時間内に行えばよい。

初段のフレームメモリ３ａからは最初に書込まれたデー
タから順次出力されてくる。出力されてきた画像データ
は今度は２段目のプロセッサに入り、該プロセッサ内に
所定時間止まる。この止まった時間内に所定の画像処理
が行われ、再度フレームメモリに書込まれる。以下、同
様のシーケンスが最終段＃ｎのプロセッザエレメン１・
３まて続けられる。最初＃１のプロセッサエレメン１・
に入った画像データが最終段＃ｎのプロセッザエレメン
トから出てくるまでには時間がかかるが、画像データ処
理システムでは、大量のデータが一定時間内に転送され
ればよいので、このことは特に問題とならない。

最終段のプロセッサエレメント３の出力は、画像出力部
４に入り、該画像出力部４から画像デタとして出力され
る。一方、この画像データはリングバス１０を介して画
像入力部１にフィードバックされている。このフィード
バックにより、バスに接続されている上流のプロセッザ
エレメン１・３が下流のプロセッザエレメン１・３の処
理結果を利用することができるようになる。

第３図はプロセッザエレメントの処理の順序を示す図で
ある。縦軸は各プロセッサエレメント（ＰＥｏ−ＰＥｎ
）の位置を、横軸は時間ｔを示している。Ｔは各プロセ
ッザエレメン１・をデータが通過するに要する時間を示
し、 Ｔ＝メモリ容量×画素クロック周期 で表される。時間Ｔの間にデータの処理が行われる。図
に示す例は、先ずプロセッザエレメンｌ−　ＰＥｏから
処理を開始し、ＰＥｎで処理を終了する例を示している
。

［発明の効果］ 以上、詳細に説明したように本発明によれば各プロセッ
ザユニット内に独立のＦＩＦＯ形式のフレームメモリを
設け、これらプロセッザユニットを直列接続する構成と
することにより、フレームメモリに入った画像データが
出力されるまでの間の時間を画像処理のために有効に用
いることができる。従って、本発明によれば画像入出力
処理機能をプロセッサエレメントの数に応じて向上させ
ることができ、また構成も簡単で安価にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方式の原理ブロック図、第２図は本発明
の一実施例を示す構成ブロック図、 第３図はプロセッサエレメントの処理の手順を示す図、 第４図，第５図は従来システムの構成例を示す図である
。 第１図において、 １は画像入力部、 ２は同期制御部、 ３はプロセッザユニッｌ・、 ３ａはフレームメモリ、 ３ｂはプロセッサ、 ３ｃはデータ入出力部、 ４は画像出力部、 Ｌはフィ ドバックループである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像データを入力する画像入力部（１）と、該画
   像入力部（１）の出力を受けて画像デ ータの入出力の画素位置の同期制御を行う同期制御部（
   ２）と、 該同期制御部（２）の出力を受ける複数個 の直列接続されたプロセッサエレメント（３）と、 これらプロセッサエレメント（３）の最終 段の出力を受けて画像データとして出力する画像出力部
   （４）とによりなり、 前記各プロセッサエレメント（３）は、 ＦＩＦＯ形式のフレームメモリ（３ａ）と、該フレーム
   メモリ（３ａ）から読出した画 像データの演算処理を行うプロセッサ（３ｂ）と、 フレームメモリ（３ａ）及びプロセッサ （３ｂ）間に接続されたデータ入出力部（３ｃ）とで構
   成されたことを特徴とする並列計算機の画像処理システ
   ム。
2. （２）前記画像出力部（４）の出力を画像入力部（１）
   にフィードバックするようにしたことを特徴とする請求
   項１記載の並列計算機の画像処理システム。