專利名稱：數(shù)據(jù)處理電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)處理電路，該數(shù)據(jù)處理電路至少包括能夠執(zhí)行n抽頭多相濾波的第一功能單元和能夠執(zhí)行m抽頭多相濾波的第二濾波單元以及能夠存儲數(shù)據(jù)和系數(shù)的存儲設備，其中m和n是大于或等于2的整數(shù)。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了例如在圖像處理系統(tǒng)內(nèi)尤其在實時系統(tǒng)內(nèi)的應用。
背景技術：
一些圖像處理系統(tǒng)使用多相濾波器。例如，當以高清晰度格式廣播視頻數(shù)據(jù)時，必需將它們轉(zhuǎn)換成標準格式，以便能夠在其屏幕與高清晰度格式并不兼容的電視機上顯示這些數(shù)據(jù)。多相濾波器特別使之有可能高質(zhì)量執(zhí)行這一轉(zhuǎn)換。
1995年1月17日授權的美國專利US 5,383,155描述了多相濾波器的多個實施例。在一種實施例中，所描述的多相濾波器是包括串行放置的八個8抽頭多相濾波器的64抽頭多相濾波器。
圖1圖示在該專利中描述的8抽頭多相濾波器。該濾波器包括寄存器101和108以及用于乘以系數(shù)c1至c8的111至118乘法器和加法器120。該濾波器以直接模式工作。
由該濾波器串行地逐一接收數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)例如對應于一幅輸入圖像的像素值P1至P8。此外，一個時鐘控制寄存器。在每個時鐘周期上，在寄存器101上接收數(shù)據(jù)項。當數(shù)據(jù)項抵達寄存器101時，位于寄存器101內(nèi)的數(shù)據(jù)項向寄存器102移位，位于寄存器102內(nèi)的數(shù)據(jù)項向寄存器103移位，依此類推。因而，在八個時鐘周期之后，像素值P8位于寄存器101內(nèi)，像素值P7位于寄存器102內(nèi)，依此類推。隨后，乘法器計算值c8*P8、c7*P7、等等。加法器120接下來計算結(jié)果SS＝c1*P1+c2*P2+c3*P3+c4*P4+c5*P5+c6*P6+c7*P7+c8*P8。
圖2圖示在美國專利US 5,383,155中描述的64抽頭多相濾波器。該濾波器包括八個如圖1所示的八個8抽頭多相濾波器201至208以及八個寄存器211至218。這些濾波器串行放置，每個濾波器向下一濾波器發(fā)送將要處理的數(shù)據(jù)和它已經(jīng)計算出的結(jié)果。假設圖1中的濾波器是圖2中的濾波器202。加法器120具有接收由濾波器201在前一時鐘周期上根據(jù)八個數(shù)據(jù)項計算出的結(jié)果的輸入S(-1)。因而，濾波器202根據(jù)16個數(shù)據(jù)項計算結(jié)果，濾波器203根據(jù)24個數(shù)據(jù)項計算結(jié)果，依此類推。因此，濾波器208根據(jù)64個數(shù)據(jù)項計算結(jié)果。寄存器211至217用于保證正確地串行放置濾波器201至208。
這樣一種濾波器的缺點在于，它僅使用固定數(shù)量的抽頭來執(zhí)行多相濾波。這是因為，一旦將圖2中的濾波器201至208串行放置，則不再有可能執(zhí)行例如50抽頭多相濾波。
然而，當前的視頻處理系統(tǒng)需要各種類型的多相濾波，尤其由于在電視中使用的大量圖像格式。因此，如果希望使用在上面介紹的專利中的教導，必需在這個電路中提供與所需要的多相濾波類型同樣多的多相濾波器。這樣一種解決方案具有很多缺點，尤其因為這些電路占用了電路中大量的硅的表面積。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是推薦一種占用小的表面積和能夠執(zhí)行各種類型的多相位濾波的處理電路。
如在開篇段落中定義的根據(jù)本發(fā)明的處理電路的特征在于，功能單元能夠并行接收來自存儲設備的數(shù)據(jù)和系數(shù)，根據(jù)所述數(shù)據(jù)和系數(shù)計算結(jié)果，并將這些結(jié)果提供給存儲設備。
根據(jù)本發(fā)明，由存儲設備直接發(fā)送將要由功能單元處理的數(shù)據(jù)。這些功能單元利用存儲設備通信。因而，功能單元并不物理地相互連接，這使之有可能通過適當?shù)鼐幊烫幚黼娐穪韴?zhí)行各種類型的多相濾波。
例如，處理電路可以包括十個功能單元，每個都能夠執(zhí)行2抽頭多相濾波。在這種情況下，如在下文中更詳細地描述的，可以執(zhí)行2抽頭多相濾波，4抽頭多相濾波，等等，直至20抽頭多相濾波。例如，對于10抽頭多相濾波來說，五個功能單元根據(jù)兩個數(shù)據(jù)項計算中間結(jié)果，并且然后相加發(fā)送給存儲設備的這些中間結(jié)果，從而獲得最終結(jié)果。
有利地，至少一個功能單元能夠根據(jù)直接模式和位移模式(transposed mode)起作用，該電路包括用于控制所述功能單元的功能模式的控制裝置。
這使之有可能使用同一處理電路來在直接或位移模式中執(zhí)行多相濾波，這增加可以由該處理電路執(zhí)行的多相濾波類型的數(shù)量而不顯著增加該電路的表面積。
優(yōu)選地，至少一個功能單元還能夠使用來自存儲設備的兩個數(shù)據(jù)項執(zhí)行相乘-累加。這進一步增加了這樣的電路的處理性能。
該處理電路可以同時執(zhí)行多相濾波和一個或多個相乘-累加操作。這是有可能的，因為該電路具有大的靈活性。這是在為數(shù)據(jù)由存儲設備發(fā)送給功能單元，每個功能單元相互獨立；因此，這些功能單元可以執(zhí)行彼此不同的工作。
有利地，處理電路包括能夠在存儲設備和至少一個功能單元之間提供數(shù)據(jù)、系數(shù)和結(jié)果傳送的縱橫連接(crossbar)。
這樣的縱橫連接確保了存儲設備和功能單元之間與數(shù)據(jù)并行的快速通信以及對這樣的通信的良好管理。
將參考附圖中所圖示的實施例的例子進一步描述本發(fā)明，然而，本發(fā)明并不限制于此。
圖1圖示根據(jù)現(xiàn)有技術的8抽頭多相濾波器；圖2圖示使用圖1所示濾波器的根據(jù)現(xiàn)有技術的64抽頭多相濾波器；圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的處理電路；圖4a和圖4b圖示用于以直接模式和位移模式濾波的輸入和輸出圖像像素；圖5圖示可以在圖3的處理電路中使用的功能單元；圖6圖示可以在圖3的處理電路中使用的另一個功能單元。
具體實施例方式
圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的處理電路。這樣的電路包括數(shù)據(jù)存儲設備301、系數(shù)存儲設備302、讀取縱橫連接303、第一功能單元304、第二功能單元305、第三功能單元306、寫入縱橫連接307和結(jié)果存儲設備308。
數(shù)據(jù)存儲設備301、系數(shù)存儲設備302和結(jié)果存儲設備308構成存儲設備。讀取縱橫連接303和寫入縱橫連接307構成縱橫連接。
存儲設備可以包括單個物理實體，例如能夠存儲數(shù)據(jù)、系數(shù)和結(jié)果的寄存器組?？v橫連接還可以由單個物理實體構成。
第一功能單元304能夠執(zhí)行2抽頭多相濾波，第二功能單元3 05能夠執(zhí)行4抽頭多相濾波，并且第三功能單元306能夠執(zhí)行2抽頭多相濾波。功能單元可以在一個時鐘周期內(nèi)接收來自數(shù)據(jù)存儲設備301的數(shù)據(jù)項。這個數(shù)據(jù)項例如對應于輸入圖像的像素值，例如色度值。
假設希望利用圖3的處理電路來執(zhí)行4抽頭多相濾波。
第一種解決方案包括單獨使用第二功能單元305。將要處理的數(shù)據(jù)和系數(shù)發(fā)送給這個功能單元，它以類似于現(xiàn)有技術的方式處理它們，并提供例如對應于輸出圖像的像素值的結(jié)果。讀取縱橫連接303包括受圖3中未圖示的控制系統(tǒng)控制的復用器。這個讀取縱橫連接303將來自存儲設備的數(shù)據(jù)和系數(shù)定向到第二功能單元305。
第二種解決方案包括使用第一功能單元304和第三功能單元306。如圖4a所示，假設存在輸入圖像的五個像素值P1至P5，并希望使用系數(shù)c11至c14、c21至c24等等以及使用直接多相濾波來計算輸出圖像的七個像素值P’1至P’7，將值P’1至P’7定義為如下P’1＝c11*P1+c12*P2+c13*P3+c14*P4P’2＝c21*P1+c22*P2+c23*P3+c24*P4P’3＝c31*P1+c32*P2+c33*P3+c34*P4P’4＝c41*P1+c42*P2+c43*P3+c44*P4P’5＝c51*P1+c52*P2+c53*P3+c54*P4P’6＝c61*P1+c62*P2+c63*P3+c64*P4P’7＝c71*P2+c72*P3+c73*P4+c74*P5在第一時鐘周期期間，將值P1發(fā)送給能夠執(zhí)行直接2抽頭多相濾波的第一功能單元304，將值P3發(fā)送給能夠執(zhí)行直接2抽頭多相濾波的第三功能單元306，將系數(shù)c11和c12發(fā)送給第一功能單元304，并將系數(shù)c13和c14發(fā)送給第三功能單元306。在第二時鐘周期期間，將值P2發(fā)送給第一功能單元304，并將值P4發(fā)送給第三功能單元306。
第一功能單元304隨后計算第一中間結(jié)果c11*P1+c12*P2，而第三功能單元306計算第二中間結(jié)果c13*P3+c14*P4。利用寫入縱橫連接307將這些中間結(jié)果發(fā)送給結(jié)果存儲設備308。一旦存儲在存儲設備內(nèi)，則可以利用在圖3中未圖示的加法器順序地相加這些中間結(jié)果，從而獲得值P’1。
在下一個時鐘周期上，將系數(shù)c21和c22發(fā)送給第一功能單元304，并將系數(shù)c23和c24發(fā)送給第三功能單元306。隨后，第一功能單元304計算中間結(jié)果c21*P1+c22*P2，而第三功能單元306計算另一個中間結(jié)果c23*P3+c24*P4。利用寫入縱橫連接307將這些中間結(jié)果發(fā)送給結(jié)果存儲設備308。
隨后是用于計算值P’3至P’6的相同程序。
在計算c61*P1+c62*P2和c63*P3+c64*P4之后的時鐘周期上，將值P3發(fā)送給第一功能單元304，將值P5發(fā)送給第三功能單元306，將系數(shù)c71和c72發(fā)送給第一功能單元304，并將系數(shù)c73和c74發(fā)送給第三功能單元306。隨后，第一功能單元304計算中間結(jié)果c71*P2+c72*P3，而第三功能單元306計算另一個中間結(jié)果c73*P4+c74*P5。利用寫入縱橫連接307將這些中間結(jié)果發(fā)送給結(jié)果存儲設備308。
如果希望使用圖3的處理電路執(zhí)行6抽頭多相濾波，則有可能使用第一功能單元304和第二功能單元305，或者使用第二功能單元305和第三功能單元306。
如果希望執(zhí)行8抽頭多相濾波，則使用三個功能單元304至306。
圖3的處理電路還使之有可能并行執(zhí)行2抽頭多相濾波和6抽頭多相濾波，或者兩個并行的4抽頭多相濾波。
結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的處理電路使之有可能執(zhí)行需要與現(xiàn)有技術中所需要的基本相當?shù)谋砻娣e的若干類型的多相濾波。這是因為如從圖4中更詳細地看出的，這些功能單元在表面積方面與現(xiàn)有技術中所使用的基本相當。
將上面描述的例子應用于直接多相濾波。有可能使用根據(jù)本發(fā)明的處理電路來執(zhí)行位移多相濾波，如果可以利用能夠執(zhí)行位移多相濾波的功能單元的話。
如圖4b所示，假設存在輸入圖像的五個像素值P1至P5，并希望使用系數(shù)c11至c14和c21至c24和使用位移多相濾波來計算輸出圖像的兩個像素值P”1和P”2，值P”1至P”2被定義為如下
P”1＝c11*P1+c12*P2+c13*P3+c14*P4P”2＝c21*P2+c22*P3+c23*P4+c24*P5在第一時鐘周期期間，將值P1發(fā)送給能夠執(zhí)行位移2抽頭多相濾波的第一功能單元304，將值P3發(fā)送給能夠執(zhí)行位移2抽頭多相濾波的第三功能單元306，將系數(shù)c11和0發(fā)送給第一功能單元304，并將系數(shù)c13和0發(fā)送給第三功能單元306。隨后計算值c11*P1并將之存儲在第一功能單元304的寄存器內(nèi)。以同樣的方式，計算值c13*P3并將之存儲在第三功能單元306的寄存器內(nèi)。
在第二時鐘周期期間，將值P2發(fā)送給第一功能單元304，將值P4發(fā)送給第三功能單元306，將系數(shù)c21和c12發(fā)送給第一功能單元304，并將系數(shù)c23和c14發(fā)送給第三功能單元306。隨后，第一功能單元304計算值c11*P1+c12*P2，并且第三功能單元306計算值c13*P3+c14*P4。將這些值發(fā)送給結(jié)果存儲設備308。
在第三時鐘周期期間，將值P3發(fā)送給第一功能單元304，將值P5發(fā)送給第三功能單元306，將系數(shù)0和c22發(fā)送給第一功能單元304，并將系數(shù)0和c24發(fā)送給第三功能單元306。隨后，第一功能單元304計算值c21*P2+c22*P3，而第三功能單元306計算值c23*P4+c24*P5。將這些值發(fā)送給結(jié)果存儲設備308。
因而，可以看出根據(jù)本發(fā)明的處理電路可以減少濾波初始化所需要的時間。這是因為為了使用五個像素值執(zhí)行位移多相濾波，如圖4b所示，現(xiàn)有技術的處理電路需要五個時鐘周期，而根據(jù)本發(fā)明的電路僅需要三個時鐘周期來初始化該濾波。
圖5圖示可以在根據(jù)本發(fā)明的處理電路中使用的功能單元，例如第一功能單元304。此第一功能單元包括四個寄存器501至504、六個復用器511至516、兩個乘法器521和522和加法器531。
該功能單元可以根據(jù)直接模式和位移模式工作。當該功能單元以直接模式工作時，受圖4中未圖示的控制電路控制的復用器511至514選擇沿著實線所示路徑的數(shù)據(jù)。當功能單元以位移模式工作時，復用器511至514選擇沿著虛線所示路徑的數(shù)據(jù)。
采用參考圖3詳細描述的例子，當使用第一功能單元304和第三功能單元306來執(zhí)行直接4抽頭多相濾波時。在第一時鐘周期上，將值P1發(fā)送給寄存器501，將數(shù)據(jù)c12發(fā)送給乘法器521，并將系數(shù)c11發(fā)送給乘法器522。在第二時鐘周期上，將值P2發(fā)送到寄存器501內(nèi)。隨后將值P1發(fā)送到寄存器502內(nèi)。這是因為設計這些寄存器，以便在每個時鐘周期上，在寄存器內(nèi)存在的數(shù)據(jù)項離開該寄存器。隨后，乘法器521計算值c12*P2，并且乘法器522計算值c11*P1。然后，加法器531計算值c12*P2+c11*P1，隨后將其發(fā)送給結(jié)果存儲設備308。
在隨后的時鐘周期上，用系數(shù)c21和c22替換系數(shù)c11和c12。利用復用器515將值P2重新注入寄存器501。類似地，利用復用器516將值P1重新注入寄存器502。然后，功能單元計算值c22*P2+c21*P1。隨后執(zhí)行相同的程序來計算P’3至P’6。
當為了計算P’7而將值P3發(fā)送到寄存器501內(nèi)時，將值P2發(fā)送到寄存器502內(nèi)。隨后，乘法器521和522計算值c72*P3和c71*P2，并且加法器531計算值c71*P2+c72*P3，將其發(fā)送給結(jié)果存儲設備308。
采用參考圖3詳細描述的例子，當使用第一功能單元304和第三功能單元306來執(zhí)行位移4抽頭多相濾波時。
在第一時鐘周期上，將值P1發(fā)送給乘法器521和522，將系數(shù)c11發(fā)送給乘法器521，并將零系數(shù)發(fā)送給乘法器522。隨后計算值c11*P1，并將之存儲在寄存器503內(nèi)。
在第二時鐘周期上，將值P2發(fā)送給乘法器521和522，將系數(shù)c21發(fā)送給乘法器521，并將系數(shù)c12發(fā)送給乘法器522。隨后計算值c21*P2并將之存儲在寄存器503內(nèi)，同時加法器531計算值c11*P1+c12*P2，將其存儲在寄存器504內(nèi)，并將在第三時鐘周期上將其發(fā)送給結(jié)果存儲設備308。
在第三時鐘周期上，將值P3發(fā)送給乘法器521和522，將系數(shù)c21發(fā)送給乘法器522，并將零系數(shù)發(fā)送給乘法器521。隨后計算值c22*P3+c21*P2并將之存儲在寄存器504內(nèi)，而且將在下一時鐘周期上將其發(fā)送給結(jié)果存儲設備308。
圖6圖示可以在根據(jù)本發(fā)明的處理電路中使用的另一個功能單元。這種類型的功能單元除了在圖5中已經(jīng)描述過的單元之外還包括附加的復用器517。除了直接2抽頭多相濾波和位移2抽頭多相濾波之外，該功能單元還能夠執(zhí)行在圖3的數(shù)據(jù)存儲設備301內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)的相乘-累加。
當這個功能單元必須執(zhí)行相乘-累加時，受在圖6中未圖示的控制電路控制的復用器511至514選擇沿著以實線表示的路徑的數(shù)據(jù)。在功能單元執(zhí)行多相濾波時接收系數(shù)的標記為c2的輸入在此接收在數(shù)據(jù)存儲設備301內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)項。這利用讀取縱橫連接303是可能的，這使之有可能將數(shù)據(jù)項從數(shù)據(jù)存儲設備301發(fā)送給功能單元的任一輸入。
例如假設希望根據(jù)四個數(shù)據(jù)P1至P4計算值P1*P2+P3*P4。在第一時鐘周期期間，將數(shù)據(jù)項P1發(fā)送給標記為P的輸入，并將數(shù)據(jù)項P2發(fā)送給標記為c2的輸入。隨后通過乘法器521計算值P1*P2，并將之存儲在寄存器503內(nèi)。在第二時鐘周期期間，將值P1P2發(fā)送給寄存器504，將數(shù)據(jù)項P3發(fā)送給標記為P的輸入，并將數(shù)據(jù)項P4發(fā)送給標記為c2的輸入。隨后通過乘法器521計算值P3*P4并將之存儲在寄存器503內(nèi)。在第三時鐘周期期間，加法器531在值P1*P2和P3*P4之間執(zhí)行相加，隨后將該相加的結(jié)果存儲在寄存器504內(nèi)，并可以在隨后的時鐘周期上發(fā)送給結(jié)果存儲設備308。
這種類型的相乘-累加例如用于執(zhí)行矩陣乘法或卷積濾波。
這種類型的功能單元能夠執(zhí)行各種類型的濾波。當將這種類型的功能單元集成在根據(jù)本發(fā)明的電路中時，它因此可以獨立于其它的功能單元來執(zhí)行各種處理。例如，假設圖3的功能單元304至306是圖6所示的類型，則可以使用圖3的處理電路來同時執(zhí)行6抽頭多相濾波和相乘-累加、或者直接4抽頭多相濾波和位移4抽頭多相濾波、或者直接2抽頭多相濾波、位移4抽頭多相濾波和相乘-累加。
自然，因為根據(jù)本發(fā)明的處理電路具有很大的靈活性，所以根據(jù)功能單元的數(shù)量和類型，可以預期大量的同時處理。
圖3所示的類似電路可以在圖像處理系統(tǒng)內(nèi)使用，用于計算像素值，以便在屏幕上顯示這些像素。這種類型的圖像處理系統(tǒng)例如可以合并在解碼器、電視機的接收機解碼器設備、電視機、中央計算機單元或計算機屏幕內(nèi)。這種類型的圖像處理系統(tǒng)可以在通信網(wǎng)絡內(nèi)使用，所述通信網(wǎng)絡包括能夠發(fā)送表示至少一幅圖像的信號的至少一個發(fā)射機、傳輸網(wǎng)絡和能夠接收所述信號的接收機。
動詞“包括”及其變化形式應當廣泛地進行解釋，也就是說并不排除在所述動詞之后列出的那些單元之外的單元的存在，而且也不排除已經(jīng)在所述動詞之后列出且前綴有冠詞“一”或“一個”的多個單元的存在。
權利要求
1.一種數(shù)據(jù)處理電路，至少包括能夠執(zhí)行n抽頭多相濾波的第一功能單元(304)和能夠執(zhí)行m抽頭多相濾波的第二濾波單元(306)以及能夠存儲數(shù)據(jù)和系數(shù)的存儲設備(301，302，308)，其中m和n是大于或等于2的整數(shù)，其特征在于，這些功能單元能夠并行接收來自存儲設備的數(shù)據(jù)和系數(shù)，根據(jù)所述數(shù)據(jù)和系數(shù)計算結(jié)果，并將這些結(jié)果提供給存儲設備。
2.如權利要求1所述的處理電路，其特征在于，至少一個功能單元能夠根據(jù)直接模式和位移模式工作，該電路包括用于控制所述功能單元的功能模式的控制裝置(511-514)。
3.如權利要求1和2之一所述的處理電路，其特征在于，至少一個功能單元還能夠使用來自存儲設備的兩個數(shù)據(jù)項執(zhí)行相乘-累加。
4.如權利要求1至3之一所述的處理電路，其特征在于，它包括能夠在存儲設備和至少一個功能單元之間執(zhí)行數(shù)據(jù)、系數(shù)和結(jié)果傳送的縱橫連接(303，307)。
5.一種圖像處理系統(tǒng)，包括如權利要求1所述的處理電路。
6.一種用于電視機的接收機解碼器設備，包括至少一個如權利要求5所述的圖像處理系統(tǒng)。
7.一種設備，包括至少一個預定用于顯示圖像的屏幕和如權利要求5所述的圖像處理系統(tǒng)。
8.一種通信網(wǎng)絡，包括能夠發(fā)送表示至少一幅圖像的信號的至少一個發(fā)射機、傳輸網(wǎng)絡、能夠接收所述信號的接收機和如權利要求5所述的圖像處理系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于執(zhí)行多相濾波的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該電路包括能夠執(zhí)行多相濾波的功能單元(304，305，306)以及用于存儲數(shù)據(jù)和系數(shù)的存儲設備(301，302，308)。這些功能單元并行接收來自存儲設備的數(shù)據(jù)和系數(shù)，根據(jù)所述數(shù)據(jù)和系數(shù)計算結(jié)果，并將這些結(jié)果提供給存儲設備。
文檔編號H04N5/14GK1672327SQ03818122
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月9日 優(yōu)先權日2002年7月31日
發(fā)明者M·迪朗頓, L·帕基耶, V·里維埃, Q·趙 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司