DE4210086C2 - Datenumsetzeinrichtung, insbesondere zur Bildverdichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Datenumsetzeinrichtung, insbesondere zur Bildverdichtung nach dem Anspruch 1.

Aus der DE 29 24 526 A1 ist eine Halbleiterspeichereinrichtung bekannt, die eine Reihe von Steuer- und Spannungsversorgungseinrichtungen aufweist, wobei die eigentlichen Daten jedoch lediglich über eine einzige Eingangsgruppe zugeführt werden. Diese bekannte Halbleiterspeichereinrichtung dient in erster Linie zur Speicherung von Daten, wobei die jeweiligen Datenbits an den Eingängen in einer einzigen vorbestimmten Richtung eingeschoben werden können und am Ausgang einer Matrix in genau derselben unveränderten Parallellage wieder ausgeschoben werden können. Dieser bekannte Halbleiterspeicher kann daher als Zwischenspeicher, Pufferstufe oder aber auch als nicht-flüchtiger Speicher eingesetzt werden. Eine Datenumsetzung ist mit Hilfe dieser bekannten Halblei­ terspeichereinrichtung nicht möglich.

Aus der DE 38 32 476 A1 ist ein Bildcodiersystem für eine Voraussage von Bildelementwerten innerhalb eines Blocks aus mehreren Bildelementen, in die ein ursprüngliches Bild unterteilt ist, bekannt. Dieses bekannte Bildcodiersystem bewirkt die Durchführung einer diskreten Sinustransformation in bezug auf Voraussagefehlersignale zur Erzielung eines Transformationskoeffizienten, einer Quantisierung des Transformationskoeffizienten zum Codieren quantisierter Indizes, einer inversen Quantisierung der quantisierten Indizes zum Reproduzie­ ren des Transformationskoeffizienten, einer inversen diskreten Sinustransforma­ tion der reproduzierten Koeffizienten zum Reproduzieren des Voraussagefehler­ signals und einer Addition des der Voraussage unterzogenen Bildelements zum Voraussagefehlersignal zum Reproduzieren der Bildelementwerte innerhalb des Blocks, damit diese Werte bei der Durchführung eines Voraussagevorgangs für einen zu codierenden Block in einer nächsten Stufe benutzt werden können, wodurch die Blockgröße auf ein Minimum verringert werden kann, während die erforderliche Transformationsoperation trotzdem vereinfacht wird. Dieses bekannte Bildcodiersystem enthält einen sog. Rahmenspeicher, indem ein digitalisiertes Bildsignal von außen eingegeben wird. An diesen Rahmenspeicher ist ein oberer Randwertspeicher und ein linker Randwertspeicher angeschlossen, wobei diese Randwertspeicher jeweils eine Speicherkapazität für eine in seitlicher Richtung verlaufende Zeile und für eine in vertikaler Richtung verlaufende Spalte des Rahmenspeichers aufweisen. Dies bedeutet, daß der genannte Rahmenspei­ cher zur Speicherung von Daten ausgebildet ist, die sowohl zeilenweise vorliegen als auch spaltenweise vorliegen. Der Rahmenspeicher wird dabei lediglich mit einem Bildsignal und einem Steuersignal beschickt wobei die in dem Rahmen­ speicher gespeicherten Daten entweder an den linken Randspeicher oder an einen oberen Randspeicher ausgegeben werden können, wobei aber der umgekehrte Signalweg nicht möglich ist.

In einer hochschnellen Siliziumausführung 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 "Tandem"-Lösung zur Folge. Bestimmte Funktionen können es erfordern, "verdoppelt" zu werden, so daß einer von zwei Funktionsblöcken mit Daten von einem Zeitpunkt an arbeitet und der andere Block vorgesehen und Daten von einem Zeitpunkt (t-1) durchläßt.

Eine Bildverdichtungstechnik ist in der US-Patentschrift US 5129015 A mit dem Titel "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 Schieberegisteranordnung zu schaffen, welche in einer Bildverdichtungseinrichtung verwendet werden könnte, wie sie in der vorstehend angeführten US-Patentschrift beschrieben ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Datenumsetzein­ richtung zu schaffen, die insbesondere zur Bildverdichtung geeignet ist und dafür ausgebildet ist, sehr vielfaltige Datenumsetzungen zur Durchführung eines wirksamen Datenverdichtungsvorganges durchführen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher 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 128-stelligen 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. 2B zeigt die Abtastrichtung von Bildelementen, welche dem Prozessor zuzuführen sind, d. h. die Reihenfolge der Vektoren. Fig. 3 zeigt die 128-stellige 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 H′-Vektoren werden von der Unterseite aus herausgeschoben, und die H′′-Vektoren beginnen vom Block 3 aus einzutreffen (Fig. 5F-5G). Sobald die H′-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 numerierter Bildelementblöcke die Anordnung von links nach rechts verschoben, und bei ungeradzahlig numerierten Elementblöcken wird die Anordnung von oben nach un­ ten verschoben. Diese Methode ermöglicht eine vollständige Ausnutzung des Siliziums.

Claims (6)

1. Datenumsetzeinrichtung, insbesondere zur Bildverdich­ tung, mit einer zweidimensionalen Schieberegisteranordnung, die über zwei Eingangsgruppen ansteuerbar ist, bei der
die Bildelementdaten in der Form von (1 × N) linearen Vektoren vorliegen,
die Schieberegisteranordnung aus einer Matrix (N × N) von einzelnen Schieberegisterelementen aufgebaut ist, wobei jedes Schieberegisterelement zwei Eingänge (Ho­ rizontaleingang - Vertikaleingang) aufweist, die über ein allen Schieberegisterelementen gemeinsam zugeführtes Steuer- und Taktsignal selektiv aktiv geschaltet werden können, so daß je nach ausgewähltem bzw. aktiviertem Ein­ gang Bildelementdaten in zwei Richtungen durch die Matrix der Schieberegisterelemente hindurch verschoben werden kön­ nen, und
mit einer Einrichtung, um die Bildelementdaten in ho­ rizontaler Richtung durch die Matrix von Schieberegister­ elementen und dann in vertikaler Richtung durch die Matrix der Schieberegisterelemente zu verschieben.

2. Datenumsetzeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um ungeradzahlige Bildelementblöcke in einer ersten Richtung durch die Matrix zu verschieben, und durch eine Einrichtung, um geradzahlige Bildelement­ blöcke in einer zweiten unterschiedlichen Richtung durch die Matrix zu verschieben.

3. Datenumsetzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schieberegisterelement einen 2 zu 1 Eingangsmultiplexer mit zwei Eingängen und einem nachge­ schalteten Flip-Flop aufweist.

4. Datenumsetzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang jedes Flip-Flops ein 2 zu 1 Ausgangsmultiplexer vorgesehen ist.

5. Datenumsetzeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Flip-Flops in der Matrix einen ge­ meinsamen Takt empfangen.

6. Datenumsetzeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle 2 zu 1 Eingangsmultiplexer über eine gemeinsame Steuerleitung ansteuerbar sind.