【コラム】

セカンド・オピニオン

39 NuCORE Image Processor - Embedded Processorの一断層(8)

 

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○NuCoreはどこに行くか?

画質向上の効果は、単に静止画のサイズを削減するだけではない。MPEG方式(動き検出を利用する動画フォーマット一般)に、大幅な性能向上の可能性がある。動き検出は、基本的に前画像と現画像を比較して、「どの様な動きが画面上にあるか」をブロック(8x8もしくは16x16ピクセルの矩形領域)毎に検出し、これを組み合わせることでデータ量を削減するという方式を取る訳だが、この検出にSAD(Sum of Absolute Difference)と呼ばれる計算を物凄い量、行う事になる。実のところMPEGで一番処理が重いのが、このSADを利用した動き検索の部分なので、これをどうやって削減するか、が問題になる。

勿論、アルゴリズムの改良は色々トライされている。例えば1/4縮小画像でまず大まかに動き検索をした上で、1/2縮小画像でもう少し緻密に検索し、最後にフルサイズ画像でHalf-Pelの動き検索を行う(最初からフルサイズでHalf-Pel検索を行うよりも計算量を削減できる)とか、上下/左右方向の動きは大きくても斜め方向の動きはあまり無いことを利用して、検索パターンの間引きを行うとか、色々な方法があるが、決定的な方法は無いのが現状だ。この結果、例えば携帯電話の様な機器での動画エンコードというと、サイズを非常に小さくし、かつ検索をあまり精密に行わないことで処理性能を稼ぎつつ、消費電力を低く抑えるという方法がとられている。

ところが、この方式だとかなり画質が悪くなる。MPEGの場合、動画フォーマットは「前画像からの動きベクトル」+「動きベクトルによる再構築画像と実画像の差分」として構成される。前者は画像のサイズで決まるので、画質に無関係に一定だが、後者に関しては再構成画像の質が良くないとサイズがどんどん大きくなる傾向にある。で、実際に動きベクトルの精度が悪いと差分が大幅に増えるわけだが、データ量を抑えるためにこの差分を小さくする処理を行わざるを得ない。という訳で、結果として生成される動画が恐ろしく酷い品質になってしまうという仕組みだ。

ここにNuCoreのソリューションを使うとどうなるか? まず、ノイズが減る関係で(例えば縮小画像を使う場合などに)検索の精度を上げることができる。また、差分についても余分なノイズが無い状態で計算できるから、差分自体が小さくなり、結果として画質が向上することになる。もっともNuCoreは、小サイズの動画の場合はMPEGよりもMotion JPEGの方が効果的と思っている節があるようだ。こちらだと、バックエンドプロセッサの側でリアルタイムに処理が出来るから、消費電力を低く抑えつつ望みの画質で出力できるし、サイズがある程度小さい画像だとMPEGでもJPEGでもさほどデータサイズが変わらず、デコーダ側の処理も容易だと考えているようだ。勿論、Motion JPEGの場合、標準化されたフォーマットがないので、別の機器に持っていくときにはフォーマット変換が必要になるが、これはオフラインでの処理だから、必ずしもリアルタイムで行う必要は無い訳であり、比較的容易という話だ。

あるいは、工業用カメラなどにもNuCoreのソリューションは向いているだろう。工業用カメラと言う場合、通常はラインを流れる製品を監視し、不良品のチェックなどを行う用途を指す訳だが、これを行う場合
・カメラでラインを連続的に撮影する
・製品を丁度捉えたところで静止画としてキャプチャする
・キャプチャした静止画に画像処理を行い、欠陥の検出を行える画像にして検査装置に渡す
などという処理が行われる。例えば形状の検査だったら、カメラを2~3方向に設置して撮影を行い、そこから背景を抜いた上で、エッジ検出など行って商品形状を数値で求め、それが基準の範囲に収まっていれば良いし、外れている場合は形状がおかしいということでラインから刎ねる処理を行うわけだ。こうした処理を行う際に肝となるのは、
・どれだけ高速に処理ができるか(毎秒10個の製品が流れるラインで画像処理に1回30秒掛かっていたら、全然使い物にならない訳で、この場合最低でも1回0.1秒、マージンを入れると0.05秒程度で処理が出来ないと困ることになる)
・如何に画像処理を行うか
の2つである。

まず前者に関して言えば、NuCoreのデジタルバックエンドは(ココ http://pcweb.mycom.co.jp/column/sopinion/sopinion036.html で説明した通り)どれだけ処理を重ねても処理時間は一定だから、デジタルバックエンドで済む処理をしている限り、処理性能を心配する必要はない(というか、先にカメラの側に限界が来る)。

一方の後者だが、画像処理を行う際に問題になるのがノイズ対策である。つまり、検査のために様々な画像処理を施してゆく過程で、画像ノイズも除去してゆかないと、正否の判断を行う際に誤動作してしまう(正常な品を欠品として刎ねるだけならまだしも、逆があると目もあてられない)事になる。これに関しても、NuCoreのソリューションを使うと(熱電流に起因するショットノイズはともかく)その他のノイズを大幅に減らせるから、従来のCCDカメラよりも対応しやすい。工業用カメラの分野は徐々にCCDが入りつつあるものの、速度の問題やこのノイズの問題がかなり大きいため、速度や精度が必要とされるジャンルでは未だに光学撮像管(要するに真空管だ)カメラを使うケースもあるのだが、こうしたジャンルにもCCDカメラを利用できる可能性が生まれてきた事になる。

つまるところNuCoreのマーケットは単にコンシューマカメラのみならず、CCDを使うところ全てということになり、市場規模はかなり大きい事になる。今後もNuCoreは積極的に製品展開を進めて行くと思われるし、それにより更に知名度も上がってゆくかもしれない。
「かもしれない」という言い方をしたのは、決して順風満帆な道のりが広がっているという訳ではないからだ。アナログフロントエンドにせよ、デジタルバックエンドにせよ、確かに優れた製品ではあるがアイディア自体はシンプルだし、(具体的なノウハウはNuCore自体がパテントで保護しているとは思うが)NuCoreの使っている方法しかやりようが無い訳ではない。今後、NuCoreが順調にマーケットを掘り起こして行くと、そのマーケット規模に目をつけて参入してくるメーカーもあると思われるからだ。ココ( http://pcweb.mycom.co.jp/column/sopinion/sopinion035.html )でも取り上げた通り、「今は」NuCoreの方が競合メーカーよりもリソースを投入しているからこそアドバンテージがあるわけで、逆にNuCoreのビジネスを見て「行ける!」と思ったメーカーがリソースを投入してくると、NuCoreが苦しい立場に追い込まれる可能性もあるからだ。従ってNuCoreは今後も新しいアイディアを投入して競合メーカーとの差別化を図りつづけないといけないわけで(こうした業種のまぁ宿命といえば宿命ではあるが)、今後のNuCoreの動向が余計にも気になる、という次第である。

現時点では、まだベンチャーの域を出ないNuCoreであるが、こうしたベンチャーが日本から出てきたというのは、やはりちょっと嬉しいところだ。(不景気だと言われつつも)相変わらずベンチャーが次々に登場するアメリカと比べると、日本発のベンチャーは格段に少ない現状では、久しぶりにベンチャーらしいベンチャーに出会った感がある。上にも述べたとおり、まだまだ茨の道だとは思うが、頑張って欲しいと筆者は強く思う。

バックナンバー
http://pcweb.mycom.co.jp/column/sopinion.html

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連載目次
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第420回 MCUで遊ぼう Part2 (11)
第419回 MCUで遊ぼう Part2 (10)
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第413回 MCUで遊ぼう Part2 (4)
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