JPH0738510A - Ａｔｒａｃ用リアルタイム・タスクのスケジュール方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】多くの信号処理アルゴリズムが商品に適用され
るようになり、アルゴリズムの効率的な実施がプロセッ
サのダイサイズと電力消費を最小に保つために必要とな
っている。 【構成】タスク・スケジューラは計算能力の利用とディ
ジタル信号プロセッサの内部メモリを最適化するために
アルゴリズムのタスクを割り当てるために使用される。
本発明では、タスク・スケジューラを使用してＡＴＲＡ
Ｃアルゴリズムの実行順序を指定してタスク再同期化時
間を最小にし、最低実行付帯時間（オーバーヘッド）に
伴うタスク間の結合と複雑性を減少する。タスク・スケ
ジューラは準動的緩衝手法を使用してタスク間のデータ
のやり取りのための効率的メモリー割付を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はミニディスクで使用する
ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）上でＡＴＲＡＣエ
ンコーダ・アルゴリズムを効率的に実施する、スケジュ
ール方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、汎用スケジューリング手法はいく
つかあり、その２つの一般的なグループとして、割り込
み形および非割り込み形手法がある。非割り込み形スケ
ジューリングは全動的、静的割当て、自己計時、全静的
等の異なるスケジューリング・クラスに分けることが出
来る。詳細は（エドワードA.リー及びジェフリーC.バイ
ヤー「静的にスケジュールしたデータ流れのアーキテク
チャ：ＤＳＰアプリケーション用並列アルゴリズムとア
ーキテクチャ」マージェィA.バヨウミ編集、pp.159ー190
クルウェー・アカデミック・パブリッシャ、1991年）
に詳しい。

【０００３】スケジューリング戦略の大部分ではコンパ
イル時間決定が必要となる。これにはタスクの実行時間
を指定して行うタスク指定があり、実行条件がタスク・
スケジューラの構築に必要である。上述したスケジュー
リング方法は複合的なタスク・スケジューリングは考慮
にいれていない。

【０００４】ＤＳＰ上での信号処理アルゴリズムの実施
には通常、緩衝手法が用いられ、バッファメモリを使用
して先行タスクから後続タスクへ大量の処理データある
いは制御データを手渡している。更にバッファを制御す
るためにＤＳＰのためにコードを生成する必要がある。
一般にバッファを実現し、管理する方法には、ＦＩＦＯ
と静的緩衝手法の２つの方法がある。ＦＩＦＯ手法は、
ＦＩＦＯ待ち行列を直接使用して実現できるが、入出力
ポインタを管理するのに大量の付帯の（オーバーヘッ
ド）実行時間を必要とするのでそれらはコストが高くな
る。静的緩衝手法はバッファを管理するのにかなり少な
い実行時間しか必要としない。これは処理タスクの各々
の呼び出しに付いて入力サンプルの位置と出力宛先の宛
先を静的に計算することにより行うことが出来る。タス
クを呼び出す度に、データは指定メモリ位置から直接読
み取り、指定メモリ位置に直接出力する。静的緩衝手法
は、タスクを呼び出す度に、呼び出したタスクはその入
出力のために同一位置にアクセスすることを意味する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】計算プロセスを行うた
め、エンコーダをディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
を用いて実行する。目標はメモリ利用を最適化し、コー
ド化のためのマシンサイクルを最小に保つことである。
それによりチップ数は少なくなり、消費電力も少なくな
る。しかしそれらは音質を損なわずに行うようにすべき
である。

【０００６】図５はエンコーダの処理タスクの従来のス
ケジューリング方法を示したものである。従来のタスク
割付方法は実現が容易であるが、メモリ利用と処理時間
に関しては非効率的である。これはＡＴＲＡＣアルゴリ
ズムの場合は特にそうである。各々のプロセス（図５に
示すような）では、完了するのに特定の実行時間が必要
である。プロセス実行時間は様々である。ＭＤＣＴ、Ｑ
ＭＦ、ビット割当プロセスといったプロセスは、他のプ
ロセスに比べてゲインの大きなプロセスである。それら
のプロセスではプロセス実行中により多くの実行時間と
メモリが必要となる。図１に示す流れ図の流れにしたが
ってプロセスを実行する際はより多くのメモリを必要と
し、プロセス実行において非対称性をもたらす。非対称
的プロセスはプロセス実行に関して余分な待機時間をも
たらすことになる。

【０００７】ＭＤＣＴのようなゲインの大きなプロセス
を実行するときは大きなメモリが必要となる。更に２つ
のＱＭＦプロセス及びＭＤＣＴプロセスは高レベルに結
合されたプロセスである。ＱＭＦとＭＤＣＴ間のこの結
合関係により、大きなメモリの割り付け要求は更に厳し
くなる。後続のプロセスを実行する（発火する）前にス
ペクトルのデータを蓄積するために大きなメモリが必要
となる。この状況を図６に示す。

【０００８】ＱＭＦとＭＤＣＴを処理するのに必要なメ
モリ要求を表１に示す。

【０００９】

【表１】

【００１０】データ取得プロセスは背景プロセスと見な
されてきた。処理時間の大きな部分は、コード化プロセ
スに当てられている。リアルタイム処理を行うには、２
つの音声入力チャネルから16ビットデータを44.1ＫＨｚ
のレートで連続的に取り込む。１つは現在フレームデー
タ用、もう１つは次のフレームデータ用、入力バッファ
を複製する必要がある。これはデータ取得プロセス（背
景プロセス）及びコード化プロセス（前景プロセス）の
重複故に必要となる。１つのデータバッファは現在のフ
レーム処理に使用し、もう１つは次のフレーム処理のデ
ータ取得に使用する。

【００１１】従って必要なメモリ容量は２音声チャネル
に付き、1024 x ２ 語である。ウィンドウ化とＭＤＣＴ
については、ウィンドウ・バッファサイズを表１にまと
めて表現した。メモリバッファの半分はＭＤＣＴプロセ
スの最後にスペクトルデータを格納するのに使用し、デ
ータの他の半分は次のフレーム計算に使用する。表１
は、大きなゲインプロセスとＱＭＦとＭＤＣＴ間の密接
な結合により最低4096語がメモリ利用のピークであるこ
とを示している。このピークメモリ利用には、他のプロ
セスで必要な付帯（オーバーヘッド）メモリは含まれて
いない。

【００１２】大きなメモリ容量に加えて、複合的な高い
レベル結合した（自然言語に近いレベルの意味であ
る。）タスクは通常、計算集約的なタスクである。その
結果、複合的なタスクでは異なるチャネルの後続タスク
と再同期化するのにより多くの時間がかかることにな
る。複合的なタスクに続く単純なタスクを有するアルゴ
リズムの場合、そのタスクを通常の方法にしたがってス
ケジュールしようとすれば非対称処理時間を生じること
になる。これはより早い処理速度を必要とする。

【００１３】静的緩衝手法の実行時間付帯時間（オーバ
ーヘッド）は小さいが、大きなメモリ割当を必要とす
る。図７はタスク・スケジュールに基づく静的メモリ割
当の作動を示している。各々のフレーム処理に付いて、
タスクＡは３回、タスクＢは２回実行する。タスクＡが
始動される度に、２ブロックのデータが生成される。合
計６ブロックのデータが後続のタスクＢに対して生成さ
れる。タスクＢは各々の呼び出しに付いて３ブロックの
データを読み取る。静的緩衝手法の規則にしたがって生
成されたデータと受け取った入力データは同一メモリス
ペースを占めるはずである。

【００１４】コード化プロセスを行うためにより多くの
処理出力を有することは、コード化のために高い頻度で
作動する２つないしそれ以上のＤＳＰが必要なことにな
る。これは電力消費とチップ数の増大をもたらす。

【００１５】メモリの非効率的な利用はＤＳＰのダイサ
イズが大きくなり、外部メモリのサイズの増大をもたら
す。従って各々の処理を割り当ててメモリを利用する効
率的な方法が必要である。この要求を満足させるため、
ハードウェア実施レベルで改善を行う必要がある。計算
処理方法をプロセッサに割り付け、プロセスのメモリ利
用を効率的に管理する方法を開発する必要がある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、複数音声チャネルの複合的なハイレベル
で結合したタスクを解決する手段と、最適スケジューリ
ング方法を用いてピークメモリ利用を削減する手段と、
最小実行と付帯時間（オーバーヘッド）で呼び出したタ
スク用のバッファを管理する手段と、メモリの再利用が
可能なように呼び出したタスクのためにメモリを割り当
てる手段と、音質を損なうことなくＡＴＲＡＣコード化
アルゴリズムの単一ＤＳＰ解決法を達成する手段とから
なるリアルタイム・スケジュール方法を提供する。

【００１７】

【作用】上述のように問題を解決する方法を用いて、タ
スク・スケジューラを用いて結合した複合的な処理タス
クを削減し、タスク間のバッファメモリ管理を改善す
る。複数タスクをリアルタイムで取り扱うタスク・スケ
ジューラは、１つのＤＳＰ上で実行するＡＴＲＡＣアル
ゴリズムの異なる処理タスクを割り当てるために発明さ
れたものである。タスク・スケジューラはメモリ利用が
最適化され、処理速度が効率的に使用されるようにプロ
セスの実行を規定する。

【００１８】タスク・スケジューラは静的スケジュール
の非割り込み形が可能となり、かつ完全に静的な特性と
いう利点を有する。それを更に強化するため、複合的で
高レベルで結合したタスクを効率的に割り当てスケジュ
ールする方法を付け加える。非割り込み形スケジューラ
を使用して、プロセッサの状態を維持及び回復するのに
使用する文脈スィッチングでの重大な付帯実行時間を削
減する。ＡＴＲＡＣアルゴリズムの決定論的な動作の利
点を考慮して、スケジュールはコンパイル時間中に決定
することが出来る。ピーク時メモリ利用量を削減するた
め、スケジューラはＱＭＦタスクに対して0.5 フレーム
の入力メモリを割り当てる。スケジューラはまた、２つ
のタスクを各々のチャネル（フレーム当りの処理時間）
／Ｎ別にスケジュールすることにより小節のサイズとＱ
ＭＦとＭＤＣＴプロセスの結合を削減するように設計さ
れている（Ｎはチャネル数を示す）。

【００１９】タスク間のデータのやり取りのため、タス
ク・スケジューラにより準動的緩衝手法を用いて呼び出
したタスクにメモリを割り当てる。Ｎ循環バッファを呼
び出したタスクにより作成し、より大きな循環バッファ
を形成するためにそのバッファを鎖状につなぐ。出力、
入力ポインタはそのタスクで指定され、呼び出したタス
クで更新される。Ｎ循環バッファは大きな循環バッファ
内には一定のメモリ位置を持っていない。そのタスクが
呼び出される度に、メモリ領域は入出力ポインタをそれ
に指定することにより割り当てる。ポインタを管理する
際に使用する付帯実行時間（オーバーヘッド）は最小化
され、これにより使用されていないメモリを他のタスク
で再使用することが出来る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１、２、３、４は本発明の実施例を示し
たものである。一般にこのスケジューリング方法は処理
タスクに利点があり、それは、入力データサンプル数に
依存しない。この場合、ＱＭＦタスクは異なる時間間隔
でスケジュール化され、１回のフレーム周期内でサンプ
ルデータの１つのフレームの処理を完了する。このタス
クは外部世界と高いレベルで結合している。プロセッサ
に到着したサンプルデータはリアルタイム入力する。プ
ロセッサはサンプルデータを優先処理するために現在タ
スクを中断する必要がある。ハイレベル結合した複合的
な処理タスクを区分して、最適バッファ利用を達成する
一般化した方法を図１に示す。

【００２１】上述のタスクを使用するＮチャネル処理を
行うため、（図１の参照数字11で示すように）タスクは
その入力バッファに（データフレームサイズ）／（Ｎチ
ャネル）ワードのデータを割り当てる。これにより文脈
スィッチングの必要がなくなり、入力バッファサイズを
削減できる。

【００２２】複合的でハイレベル結合したタスクは、同
時性の利点をとるため、複数プロセッサ環境について異
なるプロセッサに対しタスクの割当を実行できるよう
に、データを区分する。しかし単一プロセッサ環境にお
いては、ハイレベル結合した複合的なタスクは順次に実
行するように指定される。これは図１で参照数字12で示
す。このステップでは、複合的なタスクやハイレベルに
結合したタスクは大きな小節タスクの結合を削減するよ
うに、単純なタスクに分解される。このステップを行う
際、結合した複合的なタスクは単純なタスクの結合に還
元される。

【００２３】単一プロセッサ環境では、複合的なタスク
は異なるチャネルに対して１つのフレームサイクル内で
順次にＮ回始動（実行）するようにスケジューリングさ
れる（図１で参照数字13で示す）。このタスクは最小
（１フレーム周期）／（Ｎチャネル）別にスケジュール
される。これによりチャネル間のタスクの再同期化が最
小時間での実行を保証し、プロセッサに対する不必要な
再同期化オーバーヘッドをなくすことが出来る。更にデ
ータサンプルの１フレームに必要な本当の処理時間を推
定するよい方法をもたらす。

【００２４】結果的には区分化より、実行アルゴリズム
のタスクは再順序化と、再割当の必要を生じる。このス
テップはアルゴリズムの正確な流れを保証する。図１の
参照数字14は、後続タスクを参照数字13で行われた複合
的で高レベル結合したタスクの再スケジューリングの結
果として、再順序化するするために用いられる。タスク
間の待機時間を取り除くために、再割当では後続タスク
の実行時間をも考慮に入れている。

【００２５】図２はこの発明を用いてＡＴＲＡＣのタス
ク・スケジュールを描いたものである。タスク・スケジ
ューラは最初に（フレームサイズ／２）ワード迄の入力
バッファサイズを割り付ける。

【００２６】ＱＭＦとＭＤＣＴはより複合的なタスクで
あり、この２つのタスクは高レベルで結合されている。

【００２７】この２つのタスクは分解されＮチャネルに
対するＭＤＣＴタスクは（［フレーム当りの処理時間］
／Ｎ）間隔でスケジュール化される。２チャネルのケー
スでは、２つのチャネルのＭＤＣＴタスクの間の時間間
隔は 0.5フレーム離れている。これは図２で数字23、24
で示されている。ＱＭＦタスクは数字21で示すように２
チャネルあたりの0.5フレームデータを処理するために
呼び出される。他の 0.5フレームのデータは、数字22で
示すように、フレームサイクルの終わりに呼び出された
ＱＭＦタスクにより処理される。個々のチャネルの後続
のプロセスのためのタスクは再順序化される。ブロック
サイズ決定タスクは数字25で示すようにフレームの終わ
りにスケジュール化される。

【００２８】ＱＭＦプロセスの入力バッファサイズは上
記のようにフレームサイズの 0.5である。

【００２９】図４は前記の発明を使用した結果としての
１フレームサイクルに対するメモリ割当を示したもので
ある。

【００３０】入力バッファは（フレーム当りのサンプル
データ）／（２チャネル語）のメモリ領域が割り当てら
れるので、入力バッファは 0.5フレームサイクル周期の
後は満杯になる。

【００３１】次いて入力データは図４の数字41で示すよ
うに左右のチャネルの両方に付いてＱＭＦタスクにより
処理される。

【００３２】ＱＭＦデータの出力は左右のウィンドウバ
ッファに格納される。ＭＤＣＴタスクはその入力として
のウィンドウ（Ｈ／Ｍ／Ｌ）データを使用することによ
って左チャネルの処理が発火される。左チャネルに対し
てスケジュールされた全ての後続タスクが完了した後、
ウィンドウバッファの半分を数字42で示すように他のタ
スクに割り当てることが出来る。

【００３３】0.5フレームサイクルが経過すると、入力
バッファは満杯になり、データは数字44で示すように左
チャネルのウィンドウバッファの空の半分に格納され
る。データ転送後、図２でスケジュールされたタスクに
したがって数字44で示すように右のチャネルに対する処
理が呼び出される。左右のチャネルのスクラッチパッド
・バッファとウィンドウ・バッファのメモリスペースを
数字45で示すようにＭＤＣＴプロセスに続くタスク用と
して使用される。ＱＭＦプロセスは右チャネル処理が完
了した後に始動される。ＱＭＦの出力は数字46で示すよ
うに左右のウィンドウバッファに格納される。

【００３４】準動的緩衝手法は、循環緩衝手法で使用す
るメモリポインタを管理により追加転送動作を削減す
る。

【００３５】この手法はタスク・スケジューラにより呼
び出したタスクに対してメモリを割り当てのために用い
られる。静的緩衝手法とは異なり、各々の入出力データ
フレームバッファのメモリ位置は固定されない。

【００３６】入出力ポインタはプロセッサに対して現在
スケジュールされているタスクに割り当てられる。図７
に示す同様な問題を用いて、図３は準動的緩衝手法を用
いたメモリ割当例を示している。

【００３７】４つの循環バッファは、タスクデータ通過
用の中間タスクとして、タスクＡとタスクＢにより作成
される。４つのデータバッファは、より大きな循環バッ
ファを形成するために、鎖状に結合される。循環バッフ
ァが正確に作動するには、両方のポインタは、ポインタ
がバッファの終わりを指したら再びバッファの初めを指
し示す循環をする必要がある。図３はタスク実行終了時
の循環バッファの内容を示している。時間＝０では、小
さな循環バッファの４ブロックは空である。時間＝ｔ２
では、タスクＡはバッファに格納する４ブロックのデー
タを生成し、出力バッファは更新され、ポインタは格納
される。タスクＢの実行は循環バッファの３つの小さな
ブロックを消費する。時間＝ｔ４では、２ブロックのデ
ータバッファがタスクＡにより生成される。後続のタス
クＢは残りのブロックを消費して１フレームサイクルを
完了する。動的緩衝手法の作動は、呼び出されたタスク
のメモリは２フレームサイクル毎に異なるメモリ位置を
占めることを示している。

【００３８】表２は、タスク・スケジューラを使用した
ピークメモリの利用法が、メモリ容量をかなり削減出来
ることを示している。

【００３９】

【表２】

【００４０】入力バッファサイズは 512語に削減されて
いる。合計2887語がピーク利用で必要となる。

【００４１】なお、本発明はオーディオ・エンコーダの
サブバンド方式及び変換符号化方式でも使用することが
出来る。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明はＡＴＲＡＣエンコーダの効率的なファームウエ
ア、ハードウエア化をもたらす。

【００４３】効率的なメモリ割当及びＡＴＲＡＣアルゴ
リズムのタスク・スケジューリングの結果、単一のＤＳ
Ｐを用いてコード化を行うことが出来る。

【００４４】この新しいスケジューリング方法とそのメ
モリ管理手法は、メモリ利用及びＤＳＰの処理能力に関
する点でより優れた性能をもたらす。

【００４５】実施レベルで行う改善の結果、より少ない
メモリとＤＳＰのより低い作動頻度を達成することが出
来る。

【００４６】また、タスク・スケジューラはまた２つの
チャネルの処理タスク間の再同期化時間を最小にする。
再同期化はアルゴリズムに無関係のタスクを処理するの
に使用するプロセッサ時間の量、例えばタスクを呼び出
す前にデータを待つのに使用する時間量として定義され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハイレベル結合タスクの割当てとスケジューリ
ングのステップを示す図である。

【図２】ＡＴＲＡＣエンコードアルゴリズムのタスク・
スケジュールである。

【図３】図３は準動的バッファ手法の動作である。

【図４】ＡＴＲＡＣエンコードアルゴリズムのメモリ・
スケジュールである。

【図５】図５は従来技術のエンコードプロセスの基本的
タスク・スケジュールである。

【図６】図６はＡＴＲＡＣエンコードアルゴリズムのタ
スクのハイレベル結合時の課題を示す図である。

【図７】図７は静的バッファを用いたメモリ割当てを示
す図である。

【符号の説明】

11:入力バッファサイズ（Ｍ）を割り付け Ｍ＝フレームサイズ／チャネル数 12:複合的ハイレベル結合タスクの区分 13:複合的タスクを少なくともＸフレーム周期離してス
ケジュールする Ｘ＝１フレーム周期／チャネル数 14:タスクの割当と再順序化

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定数の新しい入力データサンプルを使用
   する特定の機能を有して出力データサンプルを生成する
   またはタスクの入力、出力のデータをそれぞれ制御する
   処理タスクをスケジュールする方法であって、 i) タスクを指定して区割し、 ii) プロセッサのタスクを順序化して割当て、 iii) 呼び出したタスクにメモリを割り当てるステップ
   を備えたことを特徴とするＡＴＲＡＣ用リアルタイム・
   タスクのスケジュール方法。
2. 【請求項２】同一アルゴリズムを使用した２つないしそ
   れ以上のチャネルの処理が必要となる音声アプリケーシ
   ョンでのタスク間の複合性と結合を削減するスケジュー
   ル方法であって、 i) 前記フレームの［（フレーム当りのサンプル数）／
   （Ｎチャネル）］のバッファサイズを割当て、 ii) ２つないしそれ以上の複合し高度に結合したタス
   クを区割し、 iii) 少なくとも（Ｎチャネルのフレーム当りの処理時
   間）／Ｎ区間により後続のチャネルの処理タスクを実行
   し、 iv) 実現するアルゴリズムの主流部をエミュレートす
   るためにタスクを再順序化し、タスクをホストプロセッ
   サに割り当てる、 各ステップを備えた請求項１記載のＡＴＲＡＣ用リアル
   タイム・タスクのスケジュール方法。
3. 【請求項３】準動的緩衝手法を適用することで効率的に
   呼び出されたタスクのバッファメモリを管理するスケジ
   ュール方法であって、 i) 呼び出されたタスクが必要とするＮ循環バッファを
   作成し、 ii) Ｎ循環バッファを連結してより大きな循環バッフ
   ァを形成し、 iii) 入力、出力ポインタを大きな循環バッファに指定
   し、 iv) 入出力ポインタをタスク実行中に更新する、 各ステップを備えた請求項１記載のＡＴＲＡＣ用リアル
   タイム・タスクのスケジュール方法。