JPH03116352A - ビデオ信号パイプラインバス - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、種々のビデオ信号処理装置をいくつかの機能
モジュールに分割し、それらモジュールを任意に組合わ
せて種々なビデオ信号処理のための構成を容易に構築す
ることを可能とするバス構造に関するものである。ここ
でいうビデオ信号処理装置とは、次の（１）あるいは（
２のことである。

（１）　　ビデオ信号表示速度でビデオ信号を入出力す
る画像記憶装置 （２ビデオ信号表示速度でビデオ信号を処理する装置 （１）は通常フレームバッファ装置と呼ばれるものであ
り、（２）はビデオエフェクタ装置と呼ばれるものであ
る。

以後ではこの用語を用いて説明する。

［従来の技術］ ビデオ信号処理装置をいくつかの機能モジュールに分割
して構成する場合、従来の技術では、次の（１）あるい
は（２）の方法が採用される。

（１ン　　プロセッサバスを核にして構成する方法（２
）各機能モジュールを必要に応じて結線する方法 （１〕におけるプロセッサバスとは、アドレス信号とデ
ータ信号を含むもので、アドレス信号で指定された番地
に存在する情報をデータ信号を介して読み書きするもの
である。（１）の方法を以後プロセッサバス方式と呼ぶ
。プロセッサバス方式の典型的な例としては、フレーム
バッファ装置において、画像メモリーの周辺を１つのモ
ジュールにまとめる方法がある。この方法により、モジ
ュールを追加することで装置の記憶容量を必要に応じて
増大することが可能となる。

（２）の方法はバスという概念を用いないものであり、
実際の回路を素直に機能分割して分割された各機能モジ
ュール間で必要な配線を行なうものである。ビデオエフ
ェクタ装置はこのような構成をとっている。以後（２）
の方法を非バス方式と呼ぶ。

［発明が解決しようとする課題］ プロセッサバス方式では、ビデオ信号処理装置の機能分
割がプロセッサを中心に行なわれるため、新たな機能を
追加することに対する柔軟性が乏しい。例えば既存のフ
レームバッファ装置に、画面を重ね合わせて表示するオ
ーバーレイ機能を付加する必要が生じた場合、プロセッ
サバスに新たな機能モジュールを追加するだけでは目的
が達成されない。このためプロセッサバス方式の商用フ
レームバッファ装置を設計する際には、必要とされる機
能はあらかじめすべて盛り込んでおく必要がある。従っ
て利用者は、自分が必要としない機能にまで出費してフ
レームバッファ装置を購入せねばならず、しかも将来何
らかの新たな付加機能が必要となれば、新たな機種を購
入せねばならない。

逆に非バス方式では新たな機能モジュールを追加するこ
とは容易である。しかしこの方式にはバスという概念が
存在しないため、各機能モジュールは汎用性が低いもの
になってしまう。

例えばあるビデオエフェクタ装置の機能モジュールを別
のビデオエフェクタ装置に組み込むことは、初めから意
図されて設計されていない限りまず不可能である。この
ため機能モジュールが多品種少量生産品になり、一般に
ビデオエフェクタ装置は高価である。

以上のように現状の方法はいずれも欠点を持っている。

本発明は上記した従来方式の有する欠点を持たず、複数
の機能モジュールを用途に合わせ柔軟に組み合わせてビ
デオ信号処理装置を構築し得られ、また前記ビデオ信号
処理装置の将来の拡張にも容易に対応し得るビデオ信号
パイプラインバス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］ 上記目的を達成するために、本発明のビデオ信号パイプ
ラインバスにおいては、種々な機能を持ったモジュール
を挿入する複数のスロットを有し、各スロットの間に、
映像信号と同期信号をクロック信号に同期して上位のス
ロットから下位のスロットに転送するパイプラインレジ
スタ、および該パイプラインレジスタの出力信号、或は
該パイプラインレジスタの出力側に隣接して設けられた
スロットに挿入されたビデオ信号を処理する機能を持っ
た機能モジュールの出力信号、の何れかを選択して下位
のパイプラインレジスタに入力するセレクタを設けた構
成を有する。（なおパイプラインバスではデータの流れ
る方向は単方向であり、これを、データは上位のスロッ
トから下位のスロットへ流れる、と表現することにし、
また以下の説明では、誤解の生じる恐れがない限り、上
位のスロットを単に上位、下位のスロットを単に下位と
呼ぶことがある。） ［作　　　用］ パイプラインレジスタの存在により、ビデオ信号は徐々
に遅延していくが、映像信号と同期信号は同量の遅延を
受けるため、この２つの信号の位相関係はどのスロット
においても不変である。

セレクタは各画素ごとに、上位から伝達された信号か、
そのスロットに挿入された機能モジュールの出力信号か
を選択する。

セレクタの動作はそのスロットにどのような機能モジュ
ールが挿入されるかによって変化する。

［実　施　例］ 第１図、第２図により、本発明の基本的構成を説明する
。

パイプラインバスを流れる信号は、デジタル化されたビ
デオ信号であり、実際の表示速度でバスを流れている。

パイプラインバスを用いたビデオ信号処理装置は、複数
のスロットＢを持ったバックプレーンＡに、種々の機能
モジュールＣを挿入することで構成される。バックブレ
ーンＡ上の各スロットの間には、パイプラインレジスタ
ＤとセレクタＥが存在する。

パイプラインレジスタＤによってデジタル化されたビデ
オ信号が、上位のスロットから下位に転送される。この
ビデオ信号は基本的には映像信号Ｇと同期信号Ｈから構
成されている。ただし第３図、第４図の実施例で見られ
るように、映像信号Ｇに付随したある種の属性情報がこ
のビデオ信号に含まれていても勿論差し支えない。

パイプラインレジスタＤは、パスクロック信号Ｆに同期
してデータの転送を行なう。このバスクロック信号Ｆは
、実際のビデオの表示速度に一致している。

表示されている画面は小さな画素に分解でき、この画素
の画像情報は、白黒の場合には輝度、カラーの場合には
色であるが、この情報を電気信号に変換したものが映像
信号である。色情報の表現方法としては、色差信号に分
解する方法や、光の三原色（赤・緑・青）の成分で表示
する方法が従来採用されているが、色情報の表現方法は
これらの方法に限定されるものではない。

またより細かい画素の画像情報は伝送量が大きくなるた
め、それに対応した映像信号となり特別の伝送手段を必
要とすることがあるかも知れないが、そのような実現方
法であっても勿論差し支えない。映像信号Ｇが画面上の
どの位置の画素に対応したものであるかを各機能モジュ
ールＣは把握する必要がある。このためパイプラインバ
スでは同期信号Ｈによって、規準となる位置を各機能モ
ジュールＣに知らせている。各機能モジュールＣはパス
クロック信号Ｆと同期信号Ｈから、各時刻における映像
信号Ｇがどの位置の画素のものかを計算する。

次に機能モジュールについて以下の３種類に分類して説
明する。

第１図ではセレクタの選択の対象は映像信号Ｇと同期信
号Ｈであるが、後述する実施例に見られるように映像信
号Ｇに付随したある種の属性情報やパスクロック信号Ｆ
を対象に含めることがある。

（１）パスクロック信号Ｆの１周期の間に、映像信号を
パイプラインバスから読み込むか、映像信号をパイプラ
インバスに書き込むか、さもなくば何もしないかのいず
れかの動作を行なう機能モジュール （２パスクロック信号Ｆの１周期の間に、映像信号をパ
イプラインバスから読み込んで、その映像信号に何らか
の処理を行なってその結果をパイプラインバスに再度書
き込む機能モジュール （３）パスクロック信号Ｆと同期信号Ｈおよび映像信号
Ｇを発生する機能モジュール （１）の種類の機能モジニールとしては、フレームバッ
ファ装置を構成するための画像メモリーモジュールやパ
イプラインバスを流れる信号を通常のビデオ信号に変換
して外部に出力するビデオ出力モジュールが想定される
。（１ンの種類の機能モジュールに対するセレクタＥの
動作は、同期信号Ｈに関しては上位スロットからの信号
をそのまま下位に伝達する。映像信号Ｇに関しては、機
能モジュールからパイプラインバスに書き込むべき時は
、機能モジュールからの出力信号を選択し、それ以外の
場合は上位からの映像信号を選択する。

（２）の種類の機能モジュールとしては、ビデオエフェ
クタ装置を構成するための各種演算モジュールが想定さ
れる。この種の機能モジュールにおける演算時間は、通
常パスクロック信号Ｆの周期よりも長いため、それに必
要な時間だけ同期信号Ｈを遅延させる必要がある。すな
わち（２）の種類の機能モジュールに対するセレクタＥ
の動作は、常に機能モジュールの出力を映像信号として
選択する。同期信号Ｈについては上位からの信号を機能
モジュールが取り込み、それを適当に遅延させたものを
出力して、それがセレクタＥによって選択され、下位に
伝達される。

（２）の種類の機能モジュールの動作は、実施例で詳し
く説明されている。

（３）の種類の機能モジュールは、パイプラインバスが
必要とする同期信号Ｈとバスクロック信号Ｆを発生する
ためのものである。この機能モジュールは通常パイプラ
インバスの最上位のスロットに挿入される。（３）の種
類の機能モジュールとしては、外部からのビデオ信号を
入力してパイプラインバスに送り込むためのビデオ入力
モジュールや、背景画像発生モジュールなどが想定され
る。

この場合セレクタＥは、上位から伝達される信号を無視
し、機能モジュールが発生した同期信号および映像信号
を固定的に選択する。バスクロック信号に関してもこの
機能モジュールからの出力がパイプラインバスに注入さ
れる。

実施例においては説明の都合上、（１）の種類の機能モ
ジュールを１型モジユール、（２）の種類の機能モジュ
ールを２型モジユール、（３）の種類の機能モジュール
を３型モジユールと表示する。

以下、−第３図を参照して本発明の一実施例について説
明する。第３図は２つのスロットＢ１・Ｂ２を持ったバ
ックブレーンＡに、１型モジユールＣ１および２型モジ
ユールＣ２が挿入された状態を図示したものである。第
３図ではスロットは２つしかないが、必要に応じてスロ
ットの数を増やすことができる。その場合は第３図のバ
ックブレーンＡの回路の１スロット分を、必要な数だけ
横方向に追加すればよい。第２図との対応において特に
注意すべき点は、映像信号Ｇに付随して属性情報Ｉが存
在することと、第２図におけるセレクタＥは、第３図に
おいて、バックブレーン上のゲートに−Ｌ−Ｍと、機能
モジュール上のゲートＯ−Ｐによって構成されているこ
とである。

属性情報とはここでは映像信号の優先順位を表すものと
する。ここでいう優先順位の意味は、例えば１型モジユ
ールＣ１は固有の優先順位１２を持っていて、この優先
順位■２が上位からの属性情報１１よりも高いときに限
り、パイプラインバスに対して映像信号を上書きできる
というものである。以下の説明では属性情報と優先順位
は同一の意味を持つものとして扱う。

まずスロットＢ１にモジュールＣ１が挿入されていない
場合、ゲートに−Ｌ−Ｍはプルアップの効果でオン状態
になるため、王位からの同期信号、映像信号、属性情報
はそのまま下位に伝達される。つまりバックブレーンＡ
上の空きスロットはそのまま放置して′も支障はない。

次にスロットＢ１に１型モジユールＣ１が挿入された場
合につき第３図の左半分を用いて説明する。

ゲートＭはオンのままなので、上位からの同期信号はそ
のまま下位に伝達される。しかし映像信号に関しては、
ＡＮＤゲートＴの出力値に応じて、上位からの映像信号
Ｇ１あるいは機能モジュールの出力信号Ｇ２のいずれか
が選択される。同様に属性情報に関しても、上位からの
属性情報１１あるいはモジュールＣ１の優先順位Ｉ２の
いずれかが選択される。比較器Ｑは、上位からの属性情
報■１と優先順位■２を比較して、Ｉ２がＩ１よりも高
い場合のみローレベルを出力する。キー信号Ｒはモジュ
ールＣ１が映像信号の書き込み行なうべき画素において
ローレベルになる信号である。比較器Ｑの出力とキー信
号Ｒがともにローレベルのときに限り、ＡＮＤゲートＴ
の出力はローレベルになる。すなわち、モジュールＣ１
が出力を行なおうとした際、上位からの属性情報よりも
高い優先順位を０１が持っている場合に限り、ゲートに
−Ｍがオフとなり、゛ゲート０・Ｐがオンになるため、
Ｃ１の出力はパイプラインバスに出力されるが、それ以
外の場合は上位からの信号が下位にそのまま伝達される
。

パイプラインバスを流れている同期信号Ｈとバスクロッ
ク信号Ｆは、モジュールＣ１のなかの画面位置計算器Ｓ
に入力される。画面位置計算器Ｓは、これらの信号をも
とに、各時刻においてパイプラインバスを流れる映像信
号Ｇが、画面上でどの位置の画素であるかを計算し、機
能モジュールの本体Ｊ１に伝達する。この機能モジュー
ルの本体Ｊ１はモジュールＣＩが持つ機能を実現するた
めの回路であるが、キー信号Ｒや出力信号Ｇ２は、画面
位置計算器Ｓの出力をもとに決定される。

モジュールＣ１が映像信号を読み込む必要があるときは
、キー信号Ｒをハイレベルにしておけば、ゲートＫがオ
ンになり、ゲートＯがオフになるため、入力ゲートＵに
は上位からの映像信号が送られる。このようにしてゲー
トＵから映像信号を読み込むことができる。

次に２型モジユールＣ２の動作の説明を第３図の右半分
を用いて行なう。

ゲートＭはローレベルにクランプされるためオフになる
。従って上位からの同期信号Ｈ１は一度モジュールＣ２
内部に取り込まれ、遅延器ｖ１で適当な遅延を受けたの
ち、再び同期信号Ｈ２としてパイプラインバスに戻され
る。遅延器Ｖ１の遅延量は、機能モジュールの本体Ｊ２
における処理時間に等しい。これは映像信号Ｇと同期信
号Ｈの位相を一致させるためである。

機能モジュールの本体Ｊ２はこの機能モジュールＣ２の
存する機能を実現するための回路である。属性信号に関
しても、これと同じ遅延を遅延器ｖ２によって与えてい
る。この実施例では、２型モジユールは固有の優先順位
を持たないため、各画素に対応した属性情報は、２型モ
ジユールＣ２を通過しても不変である。

映像信号に関しては、ゲー）Ｋ−０の制御入力にバスク
ロック信号が接続されているため、バスサイクルの前半
ではゲートＫがオンになり、バスサイクルの後半ではゲ
ートＯがオンになる。

ここでいうバスサイクルとは、バスクロック信号Ｆの１
周期のことであり、パイプラインレジスタＤにデータが
ラッチされる時刻を起点としている。パイプラインレジ
スタＤは、バスクロック信号の立ち上がりエツジに同期
してデータをラッチするエツジトリがタイプのフリップ
フロップである。パイプラインレジスタＤにラッチされ
下位に伝達されるのはモジュールＣ２の出力信号Ｇ５で
あるが、バスサイクルの前半では、上位からの映像信号
Ｇ４がゲートＫを通じてＧ６に接続されるため、バスサ
イクルの前半にゲートＵから読み込んだデータは、上位
スロットからの映像信号Ｇ４となる。このようにして、
２型モジユールはバスサイクルの前半で上位からの映像
信号を読み込んで、必要な処理を機能モジュールの本体
Ｊ２で行ない、バスサイクルの後半で処理済みの映像信
号を出力する。

２型モジユールにも画面位置計算器Ｓが存在し、機能モ
ジュールの本体Ｊ２の処理を制御する。

第４図は、３型モジユールＣ３の回路例として、背景画
像発生モジュールが、スロットＢ３を介してパイプライ
ンバスに接続されている状態を図示したものである。背
景画像発生モジュールも開存の優先順位Ｉ４を持つが、
これは通常最低の優先順位としておく。ゲートに−Ｌ・
Ｍ−Ｎの制御入力はすべてローレベルにクランプされる
ため、オフになる。従って、映像信号Ｇ１属性情報ｌ、
同期信号Ｈ１バスクロック信号ＦはすべてモジュールＣ
３が発生する。バスクロック信号としては発振器Ｘの出
力がパイプラインバスに与えられる。また同期信号発生
器Ｗは発振器Ｘの出力を分周することで同期信号を発生
する。Ｙｌは優先順位レジスタであり、Ｙ２は背景色レ
ジスタである。背景画像発生モジュールは、単純である
ためバックブレーン上に実装することも可能である。

次に、本発明の効果を明確にするため、パイプラインバ
スを利用したビデオ信号処理装置の構成例を示す。まず
いくつかの基本的な機能モジュールの説明から始める。

ビデオ入力モジュールは３型モジユールの一種であり、
外部のビデオ信号を取り込んで、これをもとにバスクロ
ック信号、同期信号、映像信号を作成してバイブライン
バスに注入する機能モジュールである。外部のビデオ信
号の種類によっては、Ａ／Ｄ変換や同期分離回路が必要
である。

ビデオ出力モジュールは常に映像信号の読み込みを行な
う１型モジユールであり、パイプラインバス上の信号を
外部ビデオ信号として取り出す機能モジュールである。

外部ビデオ信号の種類によっては、Ｄ／Ａ変換が必要で
ある。この機能モジュールは最下位のスロットに限らず
、適当なスロットに挿入することで、バイブラインバス
上の任意の位置においてそこに流れている映像信号を外
部に取り出すことが可能である。

画像メモリーモジュールは、１型モジユールの一種であ
り、画像を記憶するためのメモリーをモジュール上に持
っていて、通常はメモリーの内容のバイブラインバスに
書き出すことで、メモリー上の画像を上位から流れてく
る映像信号に上書きする。また上位から流れてくる映像
信号を読み込んで、メモリー上に保存する機能も合わせ
持つ。映像信号をバイブラインバスに書き出す際に、適
当に位置をずらして出力できるようにすると、この機能
モジュールを複数枚利用することで、メモリーの容量を
増大することが可能である。

画像処理モジュールは、２型モジユールの一種であり、
ビデオエフェクタ装置が備える種々の特殊効果を行なう
ものである。画像処理モジュールは、２枚の１型モジユ
ールを結合して、２つのスロットにまたがって挿入する
ことも可能である。この場合、上位のスロットに挿入さ
れたモジュールから映像信号を読み込み、適当な処理を
施したのち、下位のスロットからバイブラインバスに書
き戻せばよい。

遅延補正モジュールは、２型モジユールの特殊なもので
あり、上位からの映像信号を指定された時間だけ遅延さ
せて下位に与えるための機能モジュールである。ビデオ
エフェクタ装置では、しばしば装置の遅延時間が１フレ
一ム時間であることが必要であるためにこの機能モジュ
ールを用いて、入力ビデオ信号と出力ビデオ信号の位相
差を相殺するものである。

第５図はフレームバッファ装置の構成例を示したもので
ある。これはバックプレーンＡにいくつかの機能モジュ
ールが挿入されている状態を横から見た状態を図示した
ものである。上位スロットのビデオ入力モジュールＣ４
から入力されたビデオ信号は、バックブレーンＡのバイ
ブラインバスを通って、複数枚ある画像メモリーモジュ
ールＣ５の一部に取り込まれる。この取り込んだ映像信
号を画像メモリー上で処理したり、別の画像と合成した
りして、最下位のビデオ出力モジュールＣ６から取り出
す装置である。このフレームバッファ装置を用いてベイ
ンティングシステムのような応用システムを構築する場
合、複数枚ある画像メモリーモジュールを入力用、試行
用、メニュー用、拡大表示用など、機能分割されたウィ
ンドウとして利用する。

第６図はビデオエフェクタ装置の構成例を示したもので
ある。上位スロットのビデオ入力モジュールＣ７から入
力されたビデオ信号は、複数枚の特殊効果モジュールＣ
８によって様々な処理が施され、それによって生じる遅
延が遅延補正モジュールＣ９で相殺されたのち、ビデオ
出力モジュールＣＩＯからビデオ信゛号として出力され
る。この実現例では、ビデオ出力モジュールＣＩＯのさ
らに下位に、画像メモリーモジュールＣ１ｌとビデオ出
力モジュールＣ１２が挿入されている。ビデオ出力モジ
ュールＣ１２は、オペレータのためのモニタ映像を出力
するためのものである。つまりこのモニタ映像は、ビデ
オ出力モジュールＣＩＯからの出力映像に、画像メモリ
ーモジュールＣ１ｌの出力画像を重畳したものであり、
出力映像にメニューや各種パラメータなどの表示を重ね
たものがモニタ映像として得られる。

なおセレクタは、実施例で見られるように、必ずしもバ
ックブレーン上に実装されるものではなく、機能モジュ
ールとバックブレーンにまたがって実装されてもよいこ
と、その池水発明の要旨を逸脱しない範囲内において種
々変更を加え得ることは勿論である。

［発明の効果］ バス構造は多くの利点を持っているが、それをまとめる
と次のようになる。

（１）装置の使用者は用途に応じた機能モジュールを組
み合わせて多様なシステムを構成できる。

（２）使用者は必要になった時点で機能モジュールを追
加することができ、拡張性と経済性を備えた装置を構成
できる。

（３）装置の製造者は装置全体を設計する必要はないた
め、得意分野の機能モジュールのみを製造販売すること
ができる。これにより最小の投資で市場に新規参人する
ことが可能である。

（４）単一の製造者が装置全体を設計する場合でも、設
計を機能モジュールごとに独立に行なうことができるた
め、作業分担が効率的に行なえる。

（５ン　　多くの製造者が参加することで、市場の要求
に合わせて、いろいろな種類の機能モジュールが製造販
売される可能性が高くなる。

而して本発明によれば、ビデオ信号処理装置をいくつか
の機能分割されたモジュールの集合として構成すること
ができ、従来の構成法に較べて、将来の機能追加や拡張
に対してより柔軟に対応することができるようなビデオ
信号処理装置のためのバス構造が実現でき、また本発明
では、パイプラインレジスタを各スロットの間に挿入し
ているため、バス信号の配線長は通常のバスに較べて非
常に短くなっており、従って高速に動作させても安定に
動作し、更にバックブレーン上のスロットの数が多くな
っても安定に動作する、等種々の効果を発揮する。

なお本発明において第３図の実施例で示すように画面位
置計算器を各モジュールに分散して搭載すると、バスを
構成する信号数が非常に少なくなって経済的であり、ま
た拡大機能を持つ画像メモリーモジュールを複数枚使用
したビデオ信号処理装置では、各モジュールは独立して
拡大率を設定できるため、応用性が高くなるが、これは
画面位置計算器が存在することにより、各モジュールが
独立して画面位置とメモリーアドレスを対応付けること
ができるためである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成概念を示した図、第２図は本発明
の構成を示すブロック図、第３図、第４図は何れも本発
明の一実施例の回路図、第５図、第６図は何れも本発明
を実施することで構成された装置の例を示す図である。 図中Ａはバックプレーン、Ｂ、Ｂｌ〜Ｂ３はバックブレ
ーン上に設けられたスロット、Ｃｌ０１〜Ｃ１２は各種
の機能モジュール、Ｄはパイプラインレジスタ、Ｅはセ
レクタ、Ｆはバスクロック信号、Ｇ、Ｇｌ〜Ｇ６は映像
信号、Ｈ５Ｈ１〜Ｈ２は同期信号、１．１１〜■４は属
性信号（優先順位）、ＪｌとＪ２は各種機能モジュール
の本体（機能を実現するための回路）、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ
、０．Ｐ、Ｕはゲート（スリーステートのバッファ）、
Ｑは比較器、Ｒはキー信号、Ｓは画面位置計算器、Ｔは
負論理のＡＮＤゲート、ＶｌとＶ２は遅延器、Ｗは同期
信号発生器、Ｘは発振器、ＹｌとＹ２はレジスタを示す
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）種々な機能を持ったモジュールを挿入する複数のス
   ロットを有し、各スロットの間に、映像信号と同期信号
   をクロック信号に同期して上位のスロットから下位のス
   ロットに転送するパイプラインレジスタ、および該パイ
   プラインレジスタの出力信号、或は該パイプラインレジ
   スタの出力側に隣接して設けられたスロットに挿入され
   たビデオ信号を処理する機能を持った機能モジュールの
   出力信号、の何れかを選択して下位のパイプラインレジ
   スタに入力するセレクタを設けたことを特徴とするビデ
   オ信号パイプラインバス。