JPS6270971A - ヒストグラム計算装置 - 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、オンラインでデータを解析するとかリアルタ
イムの動画像処理等でデータの頻度分布を高速に算出す
る必要がある場合などに使用されるヒストグラム計算装
置に関するものである。

（防衛用装備品としての応用） 装備品は主として野外で運用されるものが多く、各種の
画像誘導方式のミサイル、画像を入力処理する各種の火
器管制装置（例えば、戦車用火器管制装置）、戦場監視
装置など即応性の意味から外界の変化に対し実時間で処
理し対処しなければならない。ここで要求される処理は
時々刻々と画像フレームの内容が変化する動画像処理で
あり、対象物体被弾による炎上、各種火器の影響、チャ
フ・デコイ（おとり・欺まん）の影響、位置移動にとも
なう太陽光の変化など入力される画像全体の明るさく画
素の濃度値）がダイナミックに変化する。

よって、対象物体を的確に抽出するため画像データのヒ
ストグラム（画素の）農度値の分布）を素早く算出する
装置が必要とされる。本発明はヒストグラムの計算を高
速化するものであり、将来の装備品の高性能化に寄与す
る可能性が大きい。

（従来の技術） データの頻度分布を計算する従来の方法としては、（１
）汎用の計算機を用いて計算する方法、（２）専用のメ
モリ、演算器で構成される計算装置を用いる方法、の２
通りの方法がある。

（１）の汎用の計算機を用いて計算する方法は、通常の
ノイマン型と呼ばれる計算機で処理するものである。こ
の方法による典型的な装置の構成を第２図に示す。この
図において、入力装置４０及び出力装置４１と中央処理
装置４２及びメモリ装置（プログラム及びデータを格納
する機能を持つもの）４３とはデータバス４４で相互に
接続されている。そして、入力装置４０に与えられた入
力データは所定のプログラムに従って中央処理装置４２
及びメモリ装置４３で処理され、そのヒストグラム出力
を出力装置４１より出すようになっている。

この方法は、他の処理と組み合わせて使用できるなど柔
軟性が高く、処理時間の制約が厳しくない場合とか特別
の入出力形式が要求されていない場合など通常よく使用
されている方法である。

（２）の専用のメモリ、演算器で構成される専用計算装
置を用いる方法は、オンラインとかリアルタイムで処理
する場合など処理時間に制約があり非常に高速に処理す
る必要があるとき用いられる方法である。

本発明で対象とするのは（２）の方法に関するものであ
り、以後この方法について従来行なわれているヒストグ
ラム計算のやり方を示す。

計算の対象となる複数のデータがシーケンシャルにヒス
トグラム計算装置に入力されるという一般的な仮定を置
けば、ヒストグラムの算出に関する基本的な処理の流れ
は次の通りである。

５ｔｅｐ　１　　：入力されたデータの値を読み出し、
該値をアドレスとして、ヒストグラムを保存しているメ
モリ（ヒストグラム・メモリ）から入力データに対応す
る現在の度数を読みだす。

５ｔｅｐ　２　　：読み出した度数に値１を加算する。

５ｔｅｐ　３　　：　その度数をヒストグラム・メモリ
の読み出した位置（アドレス）へ書き込む。

ただし、ここではヒストグラム・メモリの初期化、ヒス
トグラムの出力等の動作は省略している。上記の処理を
対象とするデータについて繰り返せば、最終的なヒスト
グラム、すなわち頻度分布を算出することができる。

従来この処理の流れを専用ハードウェア化したものとし
て第３図に示すようなヒストグラム計算装置がある。こ
の第３図において、４はヒストグラムの途中結果を保存
するためのメモリ（ヒストグラム・メモリ）である。総
ての処理はこのヒストグラム・メモリ４を中心に動作す
る。まず、ヒストグラム計算を始める前にヒストグラム
・メモリ４の内容をゼロに初期設定する必要がある。こ
の場合、選択回路３は連続アドレス発生手段２ｈ・らの
アドレスをヒストグラム・メモリ４へ流し、選択回路６
は度数初期値（値ゼロ）７を選択し、この結果ヒストグ
ラム・メモリ４が初期化される。

次に、ヒストグラム計算中の動作について説明する。ま
ず、選択回路３によって選択された入力データ１はヒス
トグラム・メモリ４の中の対応する現在の度数データを
示すアドレス信号となる。

例えば、入力データ値が１０であれば、アドレス１０番
地が指定され、この１０番地に値１０のいままでの度数
が記憶されている。ヒストグラム・メモリ４から読み出
された度数データは演算器５を通り＋１され、選択回路
６を通りヒストグラム・メモリ４から読み出された同じ
アドレスに書き込まれる。これらの動作（ヒストグラム
の更新）を入力されるデータに対し順次繰り返すことに
より、結果としてヒストグラム・メモリ４にはヒストグ
ラムが算出されることになる。

次に、ヒストグラムの出力の場合は、連続アドレス発生
手段２からのアドレスを選択回路３で選択し、これをヒ
ストグラム・メモリ４に読み出しアドレスとして与える
。その結果、出力線９にヒストグラムの各度数がシーケ
ンシャルに出力される。

リード／ライト信号発生手段８は、上に示した初期化、
ヒストグラムの更新、ヒストグラムの出力で行なわれる
ヒストグラム・メモリ４に対するリード／ライト動作を
適切に駆動する信号を提供する。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、従来の方法によるＰｔ５３図のブロック図で
は、１回のヒストグラム更新の処理の中でヒストグラム
・メモリに対しデータの読み出しと書き込みの動作を行
う。特に画像処理のような膨大な数のデータを処理する
場合は、ヒストグラム・メモリへのアクセス速度が問題
になる。ヒストグラム・メモリには、他の構成要素（選
択回路、＋１の演算器）を伝搬するときの遅延時間も含
め、非常にアクセス速度の速いメモリ素子を採用する必
要がある。処理速度を上げるためには高速のメモリ素子
、論理素子を必要とし、装置自体が高価になる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の点に鑑み、一般的なアクセス速度、演
算速度のメモリ素子、論理素子を用いた場合であっても
ヒストグラム計算を高速に実行できるヒストグラム計算
装置を提供しようとするものである。

一般に処理の高速化には並列化とパイプライン化の２通
りの概念がある。本発明は、後者のパイプライン化の概
念により、ヒストグラム計算の処理を高速化し問題を解
決しようとするものである。

以下、ヒストグラム計算をパイプライン化するだめの手
段を説明する。

まず、ヒストグラム・メモリでの読み出しと書き込みの
動作が同時に行えるように２つのアクセス経路を持つ２
ポート　ＲＡＭ（２ボートのランダム・アクセス・メモ
リ）をヒストグラム・メモリとして使用する。また、競
合を避けるためヒストグラム出力用として更にもう１個
の２ポートＲＡＭを使用する。さらに、パイプライン動
作のために必要に応じて各段階の度数やアドレスのデー
タを保持するパイプライン・レジスタを配置する。

第４図は２ポートＲＡＭをヒストグラムの更新用に１個
、ヒストグラムの出力用に１個の計２個使用して、５ｔ
ｅｐ　１．５ｔｅｐ　２．５ｔｅｐ　３の３段のバイブ
ライン動作をさせようとした参考例である（第４図の参
考例ではバイブライン的に動作するが、正確なヒストグ
ラムは得られない）。

ｔｔＳ４図中の５ｔｅｐｌの動作で入力データ１０に対
応する現在の度数が度数レジスタ１２へ、入力データは
アドレスレジスタ１３へ格納される。

ｓｔｅρ２では度数レジスタ１２からの出力は＋１の演
算器１４を通り値１が加算されて度数レジスタ１５へ格
納され、アドレスレジスタ１３の内容はそのままアドレ
スレジスタ１６へ転送される。

５ｔｅｐ　３では選択回路１９．２０によってそれぞレ
レノスタ１５．１６の内容が選択され、これらは２ボ一
トＲＡＭで構成されたヒストグラム・メモ１ｊｌｌ、２
１への書き込みデータと書き込みアドレスとなりヒスト
グラムの内容が更新される。

第４図でのヒストグラム・メモリの初期化は選択回路１
９．２０でそれぞれ度数初期値１８、連続アドレス発生
手段１７からの出力が選択されて行なわれる。また、計
算されたヒストグラムはヒストグラム読み出し手段２２
によりヒストグラム・メモリ２１から読み出され出力線
２３に出力される。

しかしながら、ｔＩＳ４図のブロック図では正確なヒス
トグラムが得られない。その理由は同じ値の入力データ
が続くとき、５ｔｅｐ３で新しい度数データをヒストグ
ラム・メモリへ書き込む前に５ｔｅｐ１．＊５ｔｅｐ　
２に古い度数データにもとずいたデータが乗っているか
らである。同じ値の入力データが続くということは当然
考えられる。この場合そのデータに対する古い度数デー
タにより計算されてしまい正しい度数が得られないので
ある。

１４図のブロック図の問題を解決したものが第１図であ
り、本発明を完全に実施したものである。

（実施例） 以下、本発明に係るヒストグラム計算装置の実施例をｆ
ｊＳ１図に従って説明する。第４図の参考例の問題点を
解決するため、第１図では一致検出回路２８、選択回路
２９を第４図の構成に付は加えている。アドレスレジス
タ１３とアドレスレジスタ１６が同じ場合を一致検出回
路２８で検出し、一致検出時に選択信号を受けた選択回
路２９はフィードバック線路３０の１５ｔｅｐ前の度数
データを選択する。これにより同じ値の入力データ１０
が続く場合でも、ヒストグラム・メモリを介さないで直
接最新の度数データを用いて処理でき、度数の計算が正
常に動作するようになる。

更に、第１図で使用する２ポートＲＡＭについては次の
ような仕様を満たすものを想定している。

（１）読み出しと書き込みの組み合わせの場合、調停の
必要がなく同時にアクセスできる。

（２）　同じアドレスに対し同時に読み出しと書き込み
が行なわれた場合、書き込みデータがそのまま読み出さ
れる。

以上説明したように、本発明の実施例に示した処理装置
ではヒストグラム計算を正しくパイプライン処理するこ
とが可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のヒストグラム計算装置で
はバイブライン的に処理を行うのでヒストグラム計算を
高速に実行することができる。また、処理時間の問題を
通常使用されるアクセス速度、演算速度の安価なメモリ
素子、論理素子を用いた構成でも解決できるようにして
いる。２ポー）ＲＡＭを使用するため回路の構成が比較
的簡単となっている。ヒストグラムの出力にも２ボ一ト
ＲＡＭを使用しているため他の処理装置との接続に柔軟
性がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るヒストグラム計算装置の実施例を
示すブロック図、第２図は汎用計算機を用いてヒストグ
ラム計算装置とするときのブロック図、第３図は立川の
メモリ、演算器で構成されるヒストグラム計算専用の処
理装置で従来の方法によるものを示すブロック図、第４
図は３段のパイプライン処理を試みようとした参考例の
ブロック図である。 １．１０・・・入力データ、２，１７・・・連続アドレ
ス発生手段、３，６，１９，２０．２９・・・選択回路
、４゜１１．２１・・・ヒストグラム・メモリ、５，１
４・・・＋１の演算器、７，１８・・・度数初期値、８
・・・リード／ライト信号発生手段、９，２３・・・出
力線、１２゜１３．１５，１６・・・レジスタ、２２・
・・ヒストグラム読み出し手段、２８・・・−数構出回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）データ解析や画像処理等でデータの頻度分布を求
   めるヒストグラム計算装置において、入力されたデータ
   についての途中結果のヒストグラムを保存する２ポート
   ＲＡＭと、算出したヒストグラムの出力用の２ポートＲ
   ＡＭと、前記入力されたデータをパイプライン的に処理
   する手段とを具備することを特徴とするヒストグラム計
   算装置。