[发明专利]使用编程的并行计算机实现图像处理功能和控制的数字摄像机

说明书

本发明涉及一种数字摄像机，尤其涉及一种使用编程的并行计算机实现图像操作功能的数字摄像机。

数字摄像机就其功能性、可靠性、方便性和成本而言，不论对于业余爱好者和专业人员都具有重大的优点。例如，曝光的胶卷一般必须经过化学显影才能看到图像，这是一种费时而昂贵的处理，而数字摄像机的图像可以通过摄像机上的LCD直接地看到，也可以在计算机上观看，可以使用彩色打印机打印，或者通过互联网共享。尽管有这些优点，但是相对于主流消费产品，数字摄像机目前仍然用得较少，只占市场销售的一个小的份额。数字摄像机之所以不能被快速地采用，是因为目前的数字摄像机具有相对较高的成本，相对较低的图像质量。

图像序列(视频)的数字处理比静止图像的处理更是计算密集的。在每秒30帧时，数字视频的实时处理的计算能力要求是静止图像的处理几十倍。虽然目前数字视频用于电视会议以及包括DVD和摄像机在内的消费性产品，但是和静止的数字摄影相比，目前和数字视频相关的相当低的图像质量和高的成本意味着其被大量的采用还在较远的将来。

同样，对于数字成像应用，一般地说，常规的解决方案通常包括昂贵的专用电路，用于实现专用的计算密集的图像处理。例如，图1是由LSI Logic of Milpitas，California制造的DCAM-101“用于数字摄像机的单个芯片”的方块图。由图1可见，DCAM-100使用单独的硬件电路进行伽马校正、彩色空间变换和JPEG编码与译码。图2是说明另一种(一般的)数字摄像机的图像处理方案，其中对于若干个图像处理功能的每个功能使用单独的硬件电路。这种数字成像功能的分散阻碍了其发展，这是因为这使得这些产品不能容易地交换图像数据，并且产品制造者只顾及有限的规模经济。

此外，即使数字摄像机图像处理功能被编程(和专用硬件电路相反)，并且即使数字图像处理功能对于并行计算机被编程，也仍然是常规的被编程的图像处理器对于在图像的扫描线中的每个像素使用一个处理元件。例如参见Allan L.Fisher，Peter T.Highnam，和Todd E.Rockoff，“A four-processor Building Block for SIMDProcessor Arrays”，IEEE Journal of Solid State Circuits vol.25，No.2，April，1990，pp.369-375。上述的文章披露了一种扫描线阵列处理器(SLAP)结构(虽然不用于数字摄像机)，其由处理器的线性阵列(处理元件，或者“PE”)组成，所述阵列由广播指令用单指令多数据(SIMD)方式控制。图3是一种综合SLAP拓扑而得到的方块图。扫描线数据被串行地移动到像素数据移位寄存器302的各级中，其中的每一级用于扫描线中的一个像素，然后，通过根据广播指令并行地操作的PEP被并行地传递到PE的PEI中。

图4是说明对在SLAP中的PE分配图像数据的方块图，图5A-5E说明在SLAP中的三级流水线操作。不幸的是，随着被处理的图像分辨率的增加，所需的处理器的数量也增加，而大量的处理器不利于用于便携式装置例如数字摄像机中。

本发明是一种数字摄像机装置。该装置包括产生图像数据的检测器，并且还包括用于处理检测的图像数据的并行处理器。被编程的并行计算电路对产生的图像数据进行计算密集的图像处理功能。使用半导体高效编程并行处理结构，本发明使得在数字成像装置中的性能对硬件的成本的比为最大，同时具有大的灵活性，并且在数字成像装置领域内可以制造出许多不同的产品。在特定的实施例中，所述编程的并行计算结构是存储有指令的SIMD计算机。

按照本发明的另一个方面，用于处理图像数据的并行计算机用比图像的扫描线中的像素较少的处理元件处理图像数据。

图1是说明用于数字摄像机中的常规的单片处理器的方块图；

图2是说明用于数字摄像机的常规的数字图像处理装置的方块图；

图3是说明适用于各种图像计算的常规的扫描线阵列处理器的拓扑的方块图；

图4说明对例如图3所示的SLAP常规的扫描线阵列处理器中的PE分配图像数据；

图5A-5E说明扫描线阵列处理器的三级图像数据流水线的常规的操作。

图6是按照本发明的实施例的数字成像装置的功能方块图，其中包括应用于数字摄像机的编程的并行计算机；

图7是具有比扫描线的像素较少的PE的具有单指令缓存的SIMD PE模块的单片数字成像芯片的功能方块图；