專(zhuān)利名稱(chēng)：并行數(shù)據(jù)處理裝置及包含這種裝置的照相機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及并行數(shù)據(jù)處理裝置。
本發(fā)明還涉及包含這種并行數(shù)據(jù)處理裝置的照相機(jī)系統(tǒng)。
用于并行數(shù)據(jù)處理的裝置是眾所周知的。將這類(lèi)裝置構(gòu)成為集成電路也是眾所周知的。它們被稱(chēng)作數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。DSP應(yīng)用的一個(gè)領(lǐng)域是處理及更新由固態(tài)圖像傳感器得到的圖像數(shù)據(jù)的領(lǐng)域。
在這些應(yīng)用中，將DSP結(jié)合在照相機(jī)系統(tǒng)中，照相機(jī)系統(tǒng)配置了光學(xué)裝置，用于在固態(tài)圖像傳感器上創(chuàng)建光圖像，所述固態(tài)圖像傳感器將光圖像轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)；轉(zhuǎn)換器，用于將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的圖像數(shù)據(jù)；并且所述DSP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，其中改善了通過(guò)這些數(shù)據(jù)在例如監(jiān)視器上產(chǎn)生的圖像質(zhì)量。
上述照相機(jī)系統(tǒng)用于例如CCTV(閉路電視)系統(tǒng)、webcam、電視會(huì)議系統(tǒng)、DSC(數(shù)字靜態(tài)照相機(jī))以及用于例如電視演播室的專(zhuān)業(yè)記錄系統(tǒng)。
上述固態(tài)圖像傳感器主要包括由光敏元件行(圖像線)及列所組成傳感器矩陣。在這種結(jié)構(gòu)，入射光圖像被分為若干像素。入射光圖像由光敏元件按像素轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(像素信號(hào))。因此，組合的所有像素信號(hào)包括完整光圖像的信息。為了進(jìn)行進(jìn)一步處理，像素信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。因此，組合的所有數(shù)據(jù)也包括完整光圖像的信息，只不過(guò)是數(shù)字形式的。
固態(tài)圖像傳感器通常以電荷耦合裝置CCD IC技術(shù)或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS IC技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這兩種情況下，像素信號(hào)均由電荷包組成。為了提取顏色信息，為傳感器矩陣中獨(dú)立的光敏元件配置了例如交替模式的紅、綠及藍(lán)濾色器。
在通常的讀取方法中，將來(lái)自光敏元件的像素信號(hào)在傳感器矩陣中逐行(或按圖像線)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的方法是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理之前臨時(shí)將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在行存儲(chǔ)器中。這種行存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)緩沖器具有用于來(lái)自至少一條圖像線的數(shù)據(jù)空間。
在將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合顯示的格式之前，一般需要對(duì)該圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，例如組合來(lái)自不同像素的顏色信息。在為此目的所需的裝置中，按像素使用相關(guān)數(shù)據(jù)以及傳感器矩陣中的周?chē)袼氐臄?shù)據(jù)。在這種情況下，對(duì)來(lái)自不同像素的數(shù)據(jù)執(zhí)行多次相同的操作。因此，同時(shí)借助于并行數(shù)據(jù)處理裝置、如DSP來(lái)執(zhí)行這些相同的操作是顯然的。實(shí)際上，本應(yīng)用領(lǐng)域普遍認(rèn)可的優(yōu)點(diǎn)在于與其它數(shù)據(jù)處理裝置相比，DSP在處理相同數(shù)據(jù)量時(shí)需要較少時(shí)間，并且消耗較少的電功率。
DSP包括多個(gè)處理器和一個(gè)存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)緩沖器，用于臨時(shí)存儲(chǔ)待處理的數(shù)據(jù)或者用于臨時(shí)存儲(chǔ)已處理數(shù)據(jù)，或者用于臨時(shí)存儲(chǔ)上述兩種數(shù)據(jù)。DSP的處理器和數(shù)據(jù)緩沖器具有數(shù)據(jù)端口，用于輸入和輸出數(shù)據(jù)。
DSP設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題是集成電路上處理器相對(duì)于另一處理器以及相對(duì)于數(shù)據(jù)緩沖器的定位。相互定位對(duì)不同處理器的數(shù)據(jù)端口之間的連接布線以及處理器的數(shù)據(jù)端口和數(shù)據(jù)緩沖器的數(shù)據(jù)端口之間的連接具有重大影響。因處理數(shù)據(jù)的并行性，需要多個(gè)連接。因此，這些連接占用了硅上集成電路所需的大部分表面區(qū)域。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于并行數(shù)據(jù)處理的裝置，其中，處理器相對(duì)于其它處理器以及相對(duì)于數(shù)據(jù)緩沖器的定位方式產(chǎn)生最小表面積。
為此，并行數(shù)據(jù)處理裝置的特征在于該裝置包括布置為行和列的至少一個(gè)處理器矩陣，其中，行是交錯(cuò)的，并且各處理器具有至少一個(gè)數(shù)據(jù)端口，處理器之一的至少一個(gè)數(shù)據(jù)端口通過(guò)基本為直線的連接連接到至少一個(gè)其它處理器至少一個(gè)數(shù)據(jù)端口。
基本直線連接被認(rèn)為是表示一種直的并可以具有一些扭結(jié)或彎頭的連接。
處理器的交錯(cuò)是指處理器的每行在行方向相對(duì)于前一行處理器進(jìn)行移動(dòng)。各行的移動(dòng)發(fā)生在同一方向。
通過(guò)以下方式布置處理器，可以建立從一個(gè)處理器的數(shù)據(jù)端口到另一處理器的數(shù)據(jù)端口的基本直線連接。基本直線連接是最短可能連接，它也占用最小表面積。它能夠極大地節(jié)省所需表面積。
根據(jù)本發(fā)明的裝置具有另一優(yōu)點(diǎn)連接不僅基本為直線，而且還彼此盡可能靠近放置，從而能夠進(jìn)一步節(jié)省所需表面積。
除了選擇較小表面積的集成電路，另一種選擇可以是例如通過(guò)更多獨(dú)立處理器的更強(qiáng)大功能操作來(lái)改善裝置的功能操作。它提供了在同一個(gè)表面積上實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)圖像處理算法的可能性。
本發(fā)明還適用于印刷電路板PCB，其中，處理器被布置為PCB上獨(dú)立的集成電路，并且連接由PCB上的金屬軌線構(gòu)成。
裝置的一個(gè)實(shí)施例包括數(shù)據(jù)緩沖器，它具有另外的數(shù)據(jù)端口，其中，處理器的至少一個(gè)數(shù)據(jù)端口通過(guò)基本為直線的連接連接到數(shù)據(jù)緩沖器的至少一個(gè)所述另外的數(shù)據(jù)端口。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于同樣通過(guò)在處理器的數(shù)據(jù)端口和數(shù)據(jù)緩沖器的所述另外的數(shù)據(jù)端口之間建立基本直線連接來(lái)實(shí)現(xiàn)所需表面積的進(jìn)一步節(jié)省。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例的特征在于至少一個(gè)處理器的數(shù)據(jù)端口包括至少一個(gè)主數(shù)據(jù)端口和至少一個(gè)輔助數(shù)據(jù)端口，至少一個(gè)輔助數(shù)據(jù)端口通過(guò)基本為直線的連接連接到另一處理器的主數(shù)據(jù)端口。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)通過(guò)輔助數(shù)據(jù)端口為至少一個(gè)處理器提供了與另一處理器通過(guò)主數(shù)據(jù)端口所提供的相同數(shù)據(jù)時(shí)，只需要一個(gè)連接來(lái)將多個(gè)數(shù)據(jù)端口彼此連接并將多個(gè)數(shù)據(jù)端口連接到數(shù)據(jù)緩沖器的至少一個(gè)所述另外的數(shù)據(jù)端口。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例的特征在于至少一個(gè)處理器的主數(shù)據(jù)端口包括至少一個(gè)主輸入數(shù)據(jù)端口，用于從數(shù)據(jù)緩沖器接收數(shù)據(jù)，輔助數(shù)據(jù)端口包括至少一個(gè)輔助輸入數(shù)據(jù)端口，用于從數(shù)據(jù)緩沖器接收數(shù)據(jù)，以及數(shù)數(shù)據(jù)端口包括至少一個(gè)輸出數(shù)據(jù)端口，用于向數(shù)據(jù)緩沖器發(fā)送數(shù)據(jù)。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于處理器的主輸入數(shù)據(jù)端口、處理器的輔助數(shù)據(jù)端口以及數(shù)據(jù)緩沖器的另外的數(shù)據(jù)端口之間的連接，以及輸出數(shù)據(jù)端口和數(shù)據(jù)緩沖器的另外的數(shù)據(jù)端口之間的連接基本為直線。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例的特征在于處理器適合處理由一系列數(shù)據(jù)元素組成的數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)處理器適合處理所述數(shù)據(jù)元素系列中的至少一個(gè)數(shù)據(jù)元素，以及各處理器的主輸入數(shù)據(jù)端口連接到另一處理器的輔助輸入數(shù)據(jù)端口。本實(shí)施例極適合于處理來(lái)自一個(gè)圖像線的數(shù)據(jù)，其中，處理器不僅處理一個(gè)像素的數(shù)據(jù)、來(lái)自主輸入數(shù)據(jù)端口的數(shù)據(jù)元素，而且還處理來(lái)自至少一個(gè)輔助輸入數(shù)據(jù)端口的至少另一像素的數(shù)據(jù)、同一圖像線的另一數(shù)據(jù)元素。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例的特征在于各處理器的輔助輸入數(shù)據(jù)端口包括第一輔助輸入數(shù)據(jù)端口和第二輔助輸入數(shù)據(jù)端口，每個(gè)主輸入數(shù)據(jù)端口從數(shù)據(jù)緩沖器的另一數(shù)據(jù)端口接收數(shù)據(jù)元素系列中的數(shù)據(jù)元素進(jìn)行處理，并且連接到處理數(shù)據(jù)元素系列中在所述數(shù)據(jù)元素之前的數(shù)據(jù)元素的處理器的第二輔助輸入數(shù)據(jù)端口，還連接到處理數(shù)據(jù)元素系列中所述數(shù)據(jù)元素之后的數(shù)據(jù)元素的處理器的第一輔助輸入數(shù)據(jù)端口。本實(shí)施例極適合于處理來(lái)自一個(gè)圖像線的數(shù)據(jù)，其中，處理器不僅需要來(lái)自主輸入數(shù)據(jù)端口的一個(gè)像素的數(shù)據(jù)，而且還需要圖像線中相鄰像素的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)來(lái)自相應(yīng)的輔助輸入數(shù)據(jù)端口。從輔助輸入數(shù)據(jù)端口，或?qū)儆诓煌幚砥?，到傳送一個(gè)像素的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)緩沖器的另外的數(shù)據(jù)端口的連接也是與主輸入數(shù)據(jù)端口和數(shù)據(jù)緩沖器的同一個(gè)另外的數(shù)據(jù)端口之間的連接盡量相同的連接。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例的特征在于數(shù)據(jù)緩沖器拆分為兩個(gè)物理上獨(dú)立的部分其第一部分的位置靠近處理器矩陣中的第一行處理器；第二部分的位置靠近處理器矩陣中的最后一行處理器。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于可以進(jìn)一步減少連接所需的表面積。
本發(fā)明的另一目的是提供一種照相機(jī)系統(tǒng)，它包括由行和列組成的傳感器矩陣，用于將入射的電磁輻射轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)；將像素信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的裝置；以及用于并行數(shù)據(jù)處理的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于由于實(shí)現(xiàn)并行圖像數(shù)據(jù)處理裝置需要相對(duì)小的表面積，因此，整個(gè)照相機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)為單一集成電路。不過(guò)，它仍可以在一個(gè)集成電路中包含處理記錄圖像數(shù)據(jù)或改善圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量的的強(qiáng)大功能。例如，由此實(shí)時(shí)視頻以及先進(jìn)計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法的實(shí)現(xiàn)因此都是可能的。能夠以較低成本實(shí)現(xiàn)這些功能。它又為消費(fèi)市場(chǎng)提供了具有例如電視會(huì)議設(shè)施或自主場(chǎng)景解釋的產(chǎn)品。
在根據(jù)本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，傳感器矩陣包括濾色器陣列，以及各處理器適合處理來(lái)自傳感器矩陣中的多列的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括與濾色器陣列的不同顏色有關(guān)的顏色信息。傳感器矩陣的各個(gè)光敏元件包括用于例如顏色紅、綠或藍(lán)之一的濾色器。因此，每個(gè)光敏元件將對(duì)所述顏色之一敏感。每個(gè)處理器適合處理來(lái)自傳感器矩陣中的多列的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括含紅、綠及藍(lán)的集合的不同顏色的顏色信息。其優(yōu)點(diǎn)在于記錄顏色信息不需要每個(gè)像素單獨(dú)記錄全部三種顏色分量紅、綠或藍(lán)。用于并行數(shù)據(jù)處理的裝置計(jì)算每個(gè)像素的丟失顏色信息。
通過(guò)以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)行的說(shuō)明，本發(fā)明的這些及其它方面都是明顯的。
在附圖中

圖1以圖解方式說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；圖2以圖解方式說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中所用的濾色器陣列；圖3以圖解方式說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的并行數(shù)據(jù)處理裝置中處理器矩陣的一個(gè)實(shí)施例；圖4以圖解方式說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的并行數(shù)據(jù)處理裝置中處理器矩陣的另一實(shí)施例；圖5以圖解方式說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的并行數(shù)據(jù)處理裝置中處理器矩陣的另一實(shí)施例；圖6A以圖解方式說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)的一部分的另一實(shí)施例；以及圖6B以圖解方式說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)的一部分的另一實(shí)施例。
在這些附圖中，相同部件由相同的標(biāo)號(hào)表示。
圖1所示的照相機(jī)系統(tǒng)1包括傳感器矩陣2；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器3，用于將像素信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的裝置；用于并行數(shù)據(jù)處理的裝置，DSP 4；以及中央控制器5，用于協(xié)調(diào)不同部件的任務(wù)。整個(gè)照相機(jī)系統(tǒng)1最好以CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其中所有部件均在一個(gè)集成電路中實(shí)現(xiàn)。在備選實(shí)施例中，不同部件在至少兩個(gè)獨(dú)立的集成電路上實(shí)現(xiàn)。后者的優(yōu)點(diǎn)在于傳感器矩陣2既能夠以CMOS技術(shù)、又能夠以CCD技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
傳感器矩陣2由光敏元件的行、即圖像線和列組成。由于這種結(jié)構(gòu)，入射光圖像被分為若干像素。入射光圖像由光敏元件按每像素轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器3包括至少一個(gè)A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器。建議將來(lái)自同一圖像線的像素信號(hào)同時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。雖然因此而需要多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，但是這種要求不那么嚴(yán)格，尤其是對(duì)于轉(zhuǎn)換速率而言。箭頭6表示像素信號(hào)從傳感器矩陣2到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器3所經(jīng)過(guò)的路徑。
數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器3發(fā)送到DSP 4。箭頭8表示數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器3到DSP 4以及在DSP 4中所經(jīng)過(guò)的路徑。在所述實(shí)施例中，DSP 4包括數(shù)據(jù)緩沖器7，數(shù)據(jù)緩沖器7在功能上又分為輸入/輸出寄存器、即I/O寄存器9和存儲(chǔ)體10。DSP還包括處理器矩陣，即處理器矩陣11，該矩陣又包括獨(dú)立的處理器12。最后，在所示實(shí)施例中，中央控制器5集成在DSP 4中。
在DSP 4中，來(lái)自數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器6的數(shù)據(jù)被傳送到數(shù)據(jù)緩沖器7。這種數(shù)據(jù)傳送通過(guò)箭頭8來(lái)表示。在所示實(shí)施例中，數(shù)據(jù)緩沖器7由兩個(gè)物理上獨(dú)立的部分構(gòu)成，在圖中分別由7A和7B表示。其優(yōu)點(diǎn)將在下面進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō)明。此外，在所示實(shí)施例中，數(shù)據(jù)緩沖器7的每個(gè)部分7A和7B被分為兩個(gè)功能不同的部分，即I/O寄存器9和存儲(chǔ)體10。I/O寄存器9用于存儲(chǔ)仍待處理的數(shù)據(jù)以及已處理的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)體10用于存儲(chǔ)中間結(jié)果。
處理器矩陣11中的處理器12具有數(shù)據(jù)端口13。數(shù)據(jù)緩沖器7具有另外的數(shù)據(jù)端口14。數(shù)據(jù)端口13被認(rèn)為是處理器12接收例如來(lái)自數(shù)據(jù)緩沖器7的輸入數(shù)據(jù)的輸入端以及處理器12發(fā)送輸出數(shù)據(jù)的輸出端。另外的數(shù)據(jù)端口14被認(rèn)為是數(shù)據(jù)緩沖器7接收例如來(lái)自處理器12的輸入數(shù)據(jù)的輸入端以及數(shù)據(jù)緩沖器7將輸出數(shù)據(jù)發(fā)送到例如處理器12的輸出端。
集成電路設(shè)計(jì)為不同層?？赡艿膭澐职üδ軐雍筒季€層。在功能層，集成電路的不同部分被分為若干功能塊，其中，在這種DSP的情況下，包括處理器12和數(shù)據(jù)緩沖器7及其相互關(guān)系。在布線層，以庫(kù)單元實(shí)現(xiàn)的不同功能塊依次定位，并通過(guò)連接來(lái)進(jìn)行互連。
連接15包括至少一個(gè)基本矩形條的導(dǎo)電材料，它在集成電路的制造期間以IC技術(shù)常用的方式進(jìn)行布置，并確保集成電路的至少兩個(gè)部分以導(dǎo)電方式連接在一起。數(shù)據(jù)端口13或另外的數(shù)據(jù)端口14是集成電路的一部分、如數(shù)據(jù)緩沖器7或處理器12用連接建立導(dǎo)電聯(lián)系的地方。
連接15還被認(rèn)為是上述多個(gè)連接的集合，它們通過(guò)IC技術(shù)中常用的方法以導(dǎo)電方式相互聯(lián)系。
在所示實(shí)施例中，這些連接用來(lái)并行發(fā)送包含多個(gè)比特的數(shù)據(jù)，因此，如上所述，每個(gè)連接15包含多個(gè)并列條，它們每次都與相同的數(shù)據(jù)端口建立導(dǎo)電聯(lián)系。
功能層相同的集成電路可能在布線層彼此相當(dāng)不同，這是因?yàn)閹?kù)單元相互之間以完全不同的方式進(jìn)行定位。它還使連接15以完全不同的方式進(jìn)行布置。
DSP 4在布線層設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題是處理器12相對(duì)于其它處理器以及相對(duì)于數(shù)據(jù)緩沖器7的定位。相互定位對(duì)不同處理器12的數(shù)據(jù)端口13之間的連接15、以及數(shù)據(jù)端口13和數(shù)據(jù)緩沖器7的另外的數(shù)據(jù)端口14之間的連接15的布線具有重大影響。因處理數(shù)據(jù)的并行性，需要多個(gè)連接15。因此，它們占用了硅上集成電路所需的大部分表面區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，處理器12以產(chǎn)生最小表面積的方式相對(duì)于其它處理器以及相對(duì)于數(shù)據(jù)緩沖器7進(jìn)行定位。圖1所示的實(shí)施例說(shuō)明了它在DSP布局中的實(shí)現(xiàn)方式。
首先，處理器矩陣11中的處理器12布置在行16和列17中，行16交錯(cuò)排列，每個(gè)處理器12具有至少一個(gè)數(shù)據(jù)端口13。數(shù)據(jù)緩沖器7還配置了另外的數(shù)據(jù)端口14。此外，處理器12的數(shù)據(jù)端口13通過(guò)基本為直線的連接15連接到數(shù)據(jù)緩沖器7的至少一個(gè)另外的數(shù)據(jù)端口14。
處理器各行16中處理器12的交錯(cuò)配置在行方向相對(duì)于前一行處理器進(jìn)行移動(dòng)。在相同方向?qū)崿F(xiàn)各行16的移動(dòng)。
通過(guò)以這種方式來(lái)布置處理器12，可實(shí)現(xiàn)從一個(gè)處理器的數(shù)據(jù)端口13到另一處理器的數(shù)據(jù)端口、或者從數(shù)據(jù)端口到另外的數(shù)據(jù)端口14建立基本直線連接。基本直線連接15是占用最小表面積的最短可能連接。因此，實(shí)現(xiàn)了表面積的大量節(jié)省。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于如圖所示的連接15不僅以基本直線的方式進(jìn)行定位，而且彼此還盡量靠近，從而取得了所需表面積的進(jìn)一步節(jié)省。
將連接15盡量靠近從而節(jié)省表面積的另一個(gè)可能性是將數(shù)據(jù)緩沖器7拆為兩個(gè)物理上獨(dú)立的部分其中第一部分?jǐn)?shù)據(jù)緩沖器7A，定位在靠近處理器矩陣11中的第一行數(shù)據(jù)處理器12的位置；以及第二部分?jǐn)?shù)據(jù)緩沖器7B，定位在靠近處理器矩陣11中的最后一行數(shù)據(jù)處理器的位置。
為了從上述數(shù)據(jù)緩沖器7的拆分中獲得最大效益，連接15每次連接到第一部分?jǐn)?shù)據(jù)緩沖器7A的另外的數(shù)據(jù)端口14，以及相鄰連接15連接第二部分?jǐn)?shù)據(jù)緩沖器7B的另外的數(shù)據(jù)端口14。
除了選擇具有較小表面積的集成電路，備選選擇是改善裝置的功能操作，例如更多獨(dú)立處理器12的更多功能操作、或者擴(kuò)大數(shù)據(jù)緩沖器7。它提供了在相同表面積上實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的圖像處理算法的可能性。
很明顯，上述DSP 4的設(shè)計(jì)不僅適用于集成電路，而且還適用于一些PCB上，在這些PCB中，處理器12作為獨(dú)立的集成電路布置在PCB上，并且連接15由PCB上的導(dǎo)電軌線構(gòu)成。
具有上述DSP 4的照相機(jī)系統(tǒng)1是一種可通過(guò)單一集成電路實(shí)現(xiàn)的照相機(jī)系統(tǒng)。這使得DSP 4所需的相對(duì)小表面積成為可能。但是，照相機(jī)系統(tǒng)1仍在一個(gè)集成電路中具有處理記錄圖像數(shù)據(jù)或改善圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量的強(qiáng)大功能。例如，由此將使實(shí)時(shí)視頻和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法的實(shí)現(xiàn)成為可能。采用根據(jù)本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)，能夠以較低成本來(lái)實(shí)現(xiàn)這類(lèi)功能。它又為消費(fèi)市場(chǎng)提供了具有例如電視會(huì)議設(shè)施或自主景物解釋能力的產(chǎn)品。
圖2以圖解形式說(shuō)明了濾色器陣列22。在將其放在傳感器矩陣2上時(shí)，每個(gè)光敏元件接收特定顏色的光，從而對(duì)這種特定顏色敏感。所示模式確保傳感器矩陣的每個(gè)光敏元件對(duì)顏色紅18、綠19或藍(lán)20之一敏感。這樣，傳感器矩陣中的一行包括這些顏色中的兩種顏色的信息。每次逐行讀取傳感器矩陣。DSP 4在每個(gè)處理操作處理一種顏色。因此，有利的是，每次每個(gè)處理器12處理來(lái)自傳感器矩陣中的兩個(gè)并置列的數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@些列每次包含有關(guān)兩個(gè)不同顏色的信息。因此，需要320個(gè)處理器12用于對(duì)包含480行，每行640個(gè)像素的VGA圖像以行順序進(jìn)行處理。
很明顯，傳感器矩陣2的多個(gè)列共享一個(gè)處理器12的方式取決于所用的濾色器陣列22。例如，在濾色器陣列22確保三種顏色出現(xiàn)在各傳感器矩陣行的情況下，將一個(gè)處理器12用于傳感器矩陣的每三列是足夠的。
由于像素信號(hào)的行順序處理，有利的是在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器3中同時(shí)將來(lái)自一行的像素信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。雖然因此需要多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，但是這種要求不那么嚴(yán)格，尤其對(duì)于轉(zhuǎn)換速率而言。由于每個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器較低的轉(zhuǎn)換速率，像素信號(hào)到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換要求相當(dāng)少的電功率。
由于DSP 4每次在每個(gè)處理操作處理一種顏色，并且每行傳感器矩陣2包含兩種顏色，因此，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器3中每?jī)闪袀鞲衅骶仃嚥捎靡粋€(gè)A/D轉(zhuǎn)換器是足夠的。它可通過(guò)對(duì)來(lái)自兩列的像素信號(hào)采用時(shí)間復(fù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖3以圖解方式說(shuō)明了處理器矩陣11的一個(gè)實(shí)施例。在本實(shí)施例中，處理器12具有多個(gè)數(shù)據(jù)端口13。主數(shù)據(jù)端口13A和輔助數(shù)據(jù)端口13B可在數(shù)據(jù)端口中進(jìn)行區(qū)分。一個(gè)處理器12的主數(shù)據(jù)端口13A和另一處理器的輔助數(shù)據(jù)端口13B通過(guò)基本直線連接15相互連接。它可通過(guò)將處理器12定位在處理器矩陣11中的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)，如以上參照?qǐng)D1所述。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于只需要一個(gè)連接15用于數(shù)據(jù)端口13A和13B的互連，以及在同樣的數(shù)據(jù)必須發(fā)送到一個(gè)處理器12的主輸入13A和另一處理器的輔助輸入13B時(shí)，用于將這些端口連接到數(shù)據(jù)緩沖器7的另外的數(shù)據(jù)端口14。有利的是主數(shù)據(jù)端口13A和數(shù)據(jù)緩沖器7的另外的數(shù)據(jù)端口14之間的部分連接15也是基本直的情況。
圖4以圖解方式說(shuō)明了處理器矩陣11的一個(gè)實(shí)施例，其中處理器12具有多個(gè)數(shù)據(jù)端口13。它們被細(xì)分為主輸入數(shù)據(jù)端口13A，用于從數(shù)據(jù)緩沖器接收數(shù)據(jù)；輔助輸入數(shù)據(jù)端口13B1，也是用于從數(shù)據(jù)緩沖器接收數(shù)據(jù)；以及輸出數(shù)據(jù)端口13A2。一個(gè)處理器12的主輸入數(shù)據(jù)端口13A1通過(guò)基本直線連接15連接到另一處理器的輔助輸入數(shù)據(jù)端口13B1以及數(shù)據(jù)緩沖器7的另外的數(shù)據(jù)端口14。連接15中的箭頭表示數(shù)據(jù)傳輸方向。此外，輸出數(shù)據(jù)端口13A2通過(guò)連接15連接到數(shù)據(jù)緩沖器的另外的數(shù)據(jù)端口14。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于處理器的主輸入數(shù)據(jù)端口13AI、處理器12的輔助輸入數(shù)據(jù)端口13B1以及數(shù)據(jù)緩沖器7的另外的數(shù)據(jù)端口14之間的連接15，以及輸出數(shù)據(jù)端口13A2和數(shù)據(jù)緩沖器7的另外的數(shù)據(jù)端口14之間的連接15都是基本直的。
當(dāng)處理來(lái)自一條圖像線的數(shù)據(jù)時(shí)，通常需要每個(gè)處理器12不僅處理來(lái)自主輸入數(shù)據(jù)端口13A1的一個(gè)像素的數(shù)據(jù)，而且還處理另一像素的數(shù)據(jù)。后一種數(shù)據(jù)通過(guò)輔助輸入數(shù)據(jù)端口13B1輸入。這是在連接15將輔助輸入數(shù)據(jù)端口13B1和主輸入數(shù)據(jù)端口13A1連接到數(shù)據(jù)緩沖器的另外的數(shù)據(jù)端口14時(shí)實(shí)現(xiàn)的。圖4所示實(shí)施例特別適用于這個(gè)目的，因?yàn)樗羞B接15均因處理器12定位在處理器矩陣11中而基本上是直的。
圖5以圖解方式說(shuō)明了特別適用于由數(shù)據(jù)元素系列組成的數(shù)據(jù)的處理器矩陣11的一個(gè)實(shí)施例。每個(gè)處理器12處理來(lái)自存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩沖器7中的數(shù)據(jù)元素系列的一個(gè)數(shù)據(jù)元素21。處理器12具有多個(gè)數(shù)據(jù)端口13，這些端口被細(xì)分為主輸入數(shù)據(jù)端口13A1，用于從數(shù)據(jù)緩沖器接收數(shù)據(jù)；第一輔助輸入數(shù)據(jù)端口13B2以及第二輔助輸入數(shù)據(jù)端口13B3。每個(gè)主輸入數(shù)據(jù)端口13A1從數(shù)據(jù)緩沖器7的另外的數(shù)據(jù)端口14接收例如N的數(shù)據(jù)元素21。同一處理器還接收第一輔助輸入數(shù)據(jù)端口13B2的行之前例如N-1的數(shù)據(jù)元素21，以及第二輔助輸入數(shù)據(jù)端口13B3的行之后例如N+1的數(shù)據(jù)元素21。這是通過(guò)將第一處理器12的主輸入數(shù)據(jù)端口13A1經(jīng)基本直線連接15連接到第二處理器的第一輔助輸入數(shù)據(jù)端口13B2和第三處理器的第二輔助輸入數(shù)據(jù)端口13B3、以及連接到數(shù)據(jù)緩沖器7的另外的數(shù)據(jù)端口14來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
圖6A以圖解方式說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一部分照相機(jī)系統(tǒng)的另一實(shí)施例。在本實(shí)施例中，DSP 4不是包括一個(gè)處理器矩陣11，而是包括兩個(gè)并列的處理器矩陣11。當(dāng)然也可以并列兩個(gè)以上的處理器矩陣。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于兩個(gè)處理器矩陣11中的處理器12能夠?qū)ο嗤臄?shù)據(jù)執(zhí)行不同的處理操作。然后，這些處理器12中位于不同處理器矩陣11但處于處理器矩陣中相應(yīng)位置的兩個(gè)處理器在其數(shù)據(jù)端口13接收同樣的數(shù)據(jù)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于一個(gè)處理器矩陣11中的處理器12的處理操作的結(jié)果可以與另一個(gè)處理器矩陣11中的處理器12的結(jié)果進(jìn)行交換。
圖6B以圖解方式說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一部分照相機(jī)系統(tǒng)的另一實(shí)施例。在本實(shí)施例中，DSP 4不是包含一個(gè)處理器矩陣1，而是包含兩個(gè)并列的處理器矩陣11。此外，兩個(gè)處理器矩陣互為鏡像。當(dāng)然也可以按照重復(fù)的方式來(lái)執(zhí)行。為了執(zhí)行某些處理操作，有利的是將處理器矩陣并列為互為鏡像的配置。
總之，本發(fā)明涉及用于并行處理數(shù)據(jù)的裝置以及包含這種裝置的照相機(jī)系統(tǒng)。照相機(jī)系統(tǒng)1包括傳感器矩陣2、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器3、DSP 4、中央控制器5、數(shù)據(jù)緩沖器7以及由處理器12組成的處理器矩陣11。傳感器矩陣2將入射電磁輻射轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器3將像素信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。箭頭6和8示意性地表示像素信號(hào)及數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)緩沖器7在物理上分為部分7A和部分7B，以及在功能上分為I/O寄存器9和存儲(chǔ)體10。中央控制器5協(xié)調(diào)不同的任務(wù)。處理器12和數(shù)據(jù)緩沖器7具有數(shù)據(jù)端口13和另外的數(shù)據(jù)端口14，它們的輸入和輸出以導(dǎo)電方式通過(guò)連接15相互連接。處理器12被配置在行16及列17中，其中的行彼此交錯(cuò)。它使所有連接15均是基本直的。由于連接數(shù)量的原因而減少了表面積。
在所述實(shí)施例中，尤其討論了照相機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚，根據(jù)本發(fā)明的并行數(shù)據(jù)處理裝置適用于許多領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種并行數(shù)據(jù)處理裝置，其特征在于所述裝置包括布置為行(16)和列(17)的至少一個(gè)處理器矩陣(11)，所述行是交錯(cuò)的，并且各處理器(12)具有至少一個(gè)數(shù)據(jù)端口(13)，所述處理器(12)之一的至少一個(gè)所述數(shù)據(jù)端口(13)通過(guò)基本為直線的連接(15)連接到至少一個(gè)所述其它處理器(12)的至少一個(gè)所述數(shù)據(jù)端口(13)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述裝置包括數(shù)據(jù)緩沖器(7)，它具有另外的數(shù)據(jù)端口(14)，其中，所述處理器(12)的至少一個(gè)所述數(shù)據(jù)端口(13)通過(guò)基本為直線的連接(15)連接到所述數(shù)據(jù)緩沖器(7)的至少一個(gè)所述另外的數(shù)據(jù)端口(14)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于至少一個(gè)所述處理器(12)的所述數(shù)據(jù)端口(13)包括至少一個(gè)主數(shù)據(jù)端口(13A)和至少一個(gè)輔助數(shù)據(jù)端口(13B)，至少一個(gè)所述輔助數(shù)據(jù)端口通過(guò)基本為直線的連接(15)連接到另一處理器的主數(shù)據(jù)端口。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于至少一個(gè)所述處理器(12)的所述主數(shù)據(jù)端口(13A)包括至少一個(gè)主輸入數(shù)據(jù)端口(13A1)，用于從所述數(shù)據(jù)緩沖器(7)接收數(shù)據(jù)；所述輔助數(shù)據(jù)端口(13B)包括至少一個(gè)輔助輸入數(shù)據(jù)端口(13B1)，用于從所述數(shù)據(jù)緩沖器接收數(shù)據(jù)；以及所述數(shù)據(jù)端口包括至少一個(gè)輸出數(shù)據(jù)端口(13A2)，用于向所述數(shù)據(jù)緩沖器(7)發(fā)送數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述處理器(12)適合處理由一系列數(shù)據(jù)元素組成的數(shù)據(jù)，所述各數(shù)據(jù)處理器適合處理所述數(shù)據(jù)元素系列中的至少一個(gè)數(shù)據(jù)元素，以及所述各處理器的所述主輸入數(shù)據(jù)端口(13A1)連接到另一處理器的所述輔助輸入數(shù)據(jù)端口(13B1)。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述各處理器(12)的所述輔助輸入數(shù)據(jù)端口包括第一輔助輸入數(shù)據(jù)端口(13B2)和第二輔助輸入數(shù)據(jù)端口(13B3)，所述各主輸入數(shù)據(jù)端口(13A1)從所述數(shù)據(jù)緩沖器(7)的另外的數(shù)據(jù)端口(14)接收所述數(shù)據(jù)元素系列中的數(shù)據(jù)元素(21)進(jìn)行處理，并連接到處理所述數(shù)據(jù)元素系列中的所述數(shù)據(jù)元素(21)之前的數(shù)據(jù)元素的處理器的所述第二輔助輸入數(shù)據(jù)端口(13B3)，同時(shí)還連接到處理所述數(shù)據(jù)元素系列中的所述數(shù)據(jù)元素(21)之后的數(shù)據(jù)元素的處理器的所述第一輔助輸入數(shù)據(jù)端口(13B2)。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4、5或6中所述的裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)緩沖器(7)被拆分為兩個(gè)物理上獨(dú)立的部分其第一部分(7A)定位在靠近所述處理器矩陣(11)中第一行處理器的位置；而第二部分(7B)定位在靠近所述處理器矩陣中最后一行數(shù)據(jù)處理器的位置。
8.一種照相機(jī)系統(tǒng)(1)，它包括由行和列組成的傳感器矩陣(2)，用于將入射電磁輻射轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)；用于將像素信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的裝置(3)；以及如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7中所述的用于并行數(shù)據(jù)處理的裝置(4)。
9.如權(quán)利要求8所述的照相機(jī)系統(tǒng)(1)，其特征在于所述傳感器矩陣(2)包括濾色器陣列(22)，以及各處理器(12)適合處理來(lái)自所述傳感器矩陣(2)中的多列的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括與所述濾色器陣列的不同顏色有關(guān)的顏色信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及并行處理數(shù)據(jù)裝置和包含這種裝置的照相機(jī)系統(tǒng)。照相機(jī)系統(tǒng)(1)包括傳感器矩陣(2)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(3)、DSP(4)、中央控制器(5)、數(shù)據(jù)緩沖器(7)以及由處理器(12)組成的處理器矩陣(11)。傳感器矩陣(2)將入射電磁輻射轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(3)將像素信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。箭頭(6)和(8)示意性地表示像素信號(hào)及數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)緩沖器(7)在物理上分為部分(7A)和部分(7B)，并在功能上分為I/O寄存器(9)和存儲(chǔ)體(10)。中央控制器(5)協(xié)調(diào)不同的任務(wù)。處理器(12)和數(shù)據(jù)緩沖器(7)具有數(shù)據(jù)端口(13)和另外的數(shù)據(jù)端口(14)，它們的輸入和輸出以導(dǎo)電方式通過(guò)連接(15)互連。處理器(12)被布置在行(16)和列17中，其中行是相互交錯(cuò)的。這使得所有連接(15)都基本上是直的。由于連接數(shù)量的原因而減少了表面積。
文檔編號(hào)H04N9/04GK1537284SQ02801542
公開(kāi)日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2002年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月11日
發(fā)明者L·H·M·塞瓦特, C·尼森, L H M 塞瓦特 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司