高速

Nikon Expeed画像/ビデオ プロセッサ( EXPEEDと表記されることが多い) は、Nikon のデジタル カメラ用のメディア プロセッサです。 ベイヤーフィルタリング、デモザイク、イメージセンサー補正/ダークフレーム減算、イメージ ノイズ低減、イメージ シャープニング、イメージ スケーリング、ガンマ補正、イメージ強調/アクティブ D-ライティング、色空間変換、クロマ サブサンプリング、フレームレート変換、レンズ歪み/色収差補正、イメージ圧縮/ JPEG エンコード、ビデオ圧縮、ディスプレイ/ビデオ インターフェイス駆動、デジタル画像編集、顔検出、オーディオ処理/圧縮/エンコード、およびコンピューター データ保存/データ転送など、多数のタスクを実行します。

Expeed のマルチプロセッサ システム オン チップソリューションは、マルチコア プロセッサアーキテクチャに画像プロセッサを統合し、各プロセッサ コアが多数の命令/操作を並列に計算できるようにします。ストレージおよびディスプレイインターフェイスおよびその他のモジュールが追加され、デジタル信号プロセッサ(DSP) によって同時計算の数が増加します。オンチップの32 ビット マイクロコントローラは、すべてのプロセッサ、モジュール、インターフェイスの操作とデータ転送を開始および制御し、カメラの メイン制御ユニットとして使用できます。

Nikon は各世代でプロ用と消費者用のDSLR / MILCに異なるバージョンを使用していますが、コンパクト カメラではまったく異なるアーキテクチャを使用しています。これは、たとえばCanon DIGICとは異なります。プロ用の DSLR では、消費者用の DSLR シリーズのプロセッサが 2 倍になっています。Expeed は、Socionextが Nikon の仕様に従って Nikon の設計専用に構築した 特定用途向け集積回路(ASIC)です。

Nikon Expeedは、1ピクセルあたり16 ビットのSocionext Milbeautイメージング プロセッサ^[1]マルチコアFR-Vプロセッサ アーキテクチャをベースとしており、ハードウェアの効率的な使用、スループットの向上、消費電力の削減を可能にする高度に並列化されたパイプラインアーキテクチャを使用しています。各コアは、8 ウェイ 256 ビットの非常に長い命令語(VLIW、MIMD ) を使用し、4 ユニットのスーパースカラーパイプラインアーキテクチャ (整数 (ALU)、浮動小数点、および 2 つのメディア プロセッサ ユニット)で構成されており、クロック サイクルとコアあたり最大 28 命令のピーク性能を実現します。4 ウェイの単一命令複数データ(SIMD)ベクトル プロセッサユニットを使用しているため、データはサイクルとコアあたり最大 112 のデータ操作で処理されます。^[2]

オンチップの32ビット 富士通FR RISCマイクロコントローラコアは、すべてのプロセッサ、モジュール、およびインターフェイスの起動と制御に使用されます。^{[3] [4] [5] [6] [7]} EI-14xと指定されたExpeedバージョンとExpeed 2および3には、HDビデオコーデックエンジン（FR-Vベース）と、追加の画像および音声処理 などに使用できる独立したオンチップ4ブロックハーバードRAMを備えた16ビット DSPが含まれています。Expeed 3（FR） （EI-158/175）は、処理速度が大幅に向上した 改良版のExpeed 2 EI-154に基づいています。

Expeed 3（ARM）の新しいアーキテクチャは、イメージプロセッサ（EI-160では2つのパイプラインも含む）とH.264ビデオエンコーダの速度を大幅に向上させ、富士通FRに代わるデュアルコアARMアーキテクチャマイクロコントローラによって制御されます。^{[8] [9]}

CMOS / CCD イメージセンサーは、Nikon D3100を除き、追加の外部IC 、Nikonドライバーに接続されます。^[5]これは、センサーをデジタルで制御し、並列14ビットアナログ-デジタル（A / D）コンバーターでアナログ信号を受信する混合アナログ/デジタルインターフェースによって行われます。ExpeedバリアントEI-142およびEI-158は、Nikon ASICを使用してすべてのフルフレーム（FX）デジタルSLRセンサーに接続し、さらに12の同時並列アナログ信号読み出しチャネルを備えたNikon D300 / D300sに接続します。主にセトリング時間が長いため、以前のNikon D2X / D2Xs、Nikon D200、またはCanon EOS 5D Mark IIの4チャネルと比較して変換精度が向上します。^{[11] [12] [13]} 6チャンネル読み出しは、D90、D5000、D7000、D5100で使用されるEI-149とEI-154によってサポートされています。

D3100は、アナログ・デジタル変換器を内蔵したアナログ・デバイセズのセンサー・インターフェースを採用している。その結果、ダイナミック・レンジは（より高価な） キヤノンEOS 600Dのような競合製品と同程度となり、^[14]同じExpeed 2バリアントを搭載した他のニコンDSLRよりも低くなった。

Expeed EI-15x および EI-17x A/D コンバーターは、特に 14 ビット サンプリングを使用する場合に、イメージ センサーの読み出しクロック周波数を増加し、A/D コンバーターの精度を向上させます。EI - 149 またはすべての EI-142 に使用されるExpeed A/D コンバーターは、精度を高めるためにクロック レートを大幅に下げる必要があり (Nikon D3X では 1.8 fps)、たとえば低 ISO でのD3s のダイナミック レンジが制限されます。^{[15] [16] [17]}

ニコン1シリーズで初めて採用されたExpeed 3（ARM）は、イメージセンサーチップに統合されたA/Dコンバーターを使用して、データストリームを24のデジタルチャンネル（バス）に接続します。 ^[18]

最初の派生型であるEI-14xには、当初、VGA解像度で毎秒30フレーム、MPEG-4エンコーディングを処理できるビデオエンコーダーが搭載されていました。 ^[4] FR-Vプロセッサーで実現されたソフトウェアベースのビデオプロセッサーにより、再プログラミングが可能になりました。^{[2] [19] [20]}ニコンは、24pフレームレートのMotion JPEGエンコーディングを使用して、 720p HDビデオ解像度を実現しました。利点は、JPEG画像の抽出が簡単、動き補正アーティファクトがないこと、低い処理能力で高解像度を可能にすることです。欠点は、ファイルサイズが大きく、 5分で2GBの制限（完全互換性のため）にほぼ達することです。ニコンD90は、ビデオ録画機能を備えた最初のDSLRでした。

Expeed 2 （派生型EI-154）は、 1080p H.264/MPEG-4 AVC HDビデオエンコーダーを搭載し、機能を大幅に拡張しました。また、イメージセンサーのアナログ信号読み出しクロックレートが向上し、ローリングシャッターが減少しました。^{[15] [16] [17] [21]}

キヤノンの競合製品（DIGIC、「IPP」圧縮 - MPEG-2 ^[22] 相当：1つの前のフレームのみを分析^{[23] [24]}）と比較して、 Expeed 2は複雑なBフレーム（フレーム間の双方向差分と動き予測）に基づくビデオ圧縮も提供しており、圧縮率が大幅に高くても高品質（優れた動き補正に基づく動きのぼやけが少ない）という利点があります。^[25]この圧縮には、かなり高い計算能力が必要です。^[26] 2012年にキヤノン5D Mark IIIは、「IPB」と呼ばれる同様の圧縮を導入しました。^[23]また、「All-I」も導入されました。これは、より単純なIフレーム（コード化された画像）をそれらの違いを処理せずに使用しますが、低圧縮（高データレート）を使用し、画像抽出などの他の用途でも、以前ニコンが使用していたMotion JPEGと非常によく似た動作をします。^[27]

Expeed 3 (FR) (派生モデル EI-158 および EI-175) には大きな変更はありませんが、HDMI経由の非圧縮ビデオ出力 (8 ビット 4:2:2)を提供する最初の DSLR が導入されました: Nikon D4、Nikon D800 / D800E、Nikon D600、Nikon D7100、Nikon D5200。Expeed 3 (ARM)では、強化された H.264 HD ビデオ エンジンで 高速ビデオ (スローモーション) が導入されました。

Socionext は、各 Milbeaut 世代で異なる数のプロセッサを指定しています。Nikon は詳細を明かしていませんが、プロフェッショナル ラインとコンシューマー ラインで異なる指定プロセッサを使用しています。Milbeaut ( Expeed ) は Nikon のさまざまな設計や他のメーカーで使用されていますが、ソフトウェア/ファームウェアで多くの機能と詳細が指定されており、このASICではプロセッサの数や含まれるモジュールの数が異なる場合があります。

2006年8月以前に発表されたデジタル一眼レフにはExpeedというプロセッサは搭載されていないが（例えばNikon D70 /D70sのプロセッサ：EI-118）、これはこれらのプロセッサが異なるアーキテクチャを使用していることを意味するものではない。^[28]また、Nikon D200プロセッサ（EI-126）はD80と同じだが大幅に拡張されたファームウェアを使用している（非公式の「Expeed」）。

Expeedプロセッサ バリアント EI-137 は、Nikon D40、Nikon D40x、Nikon D80 に搭載されており、後にリリースされた Nikon D60 および Nikon D3000 にも正式に搭載されています 。

Expeed は、2007 年にNikon D3とNikon D300で初めて使用され、その後、 Nikon D3X、Nikon D700、Nikon D300sにEI-142 として使用され、プロセッサ コアを減らしたコンシューマー ライン バリアントは Nikon D90とNikon D5000に EI-149 として使用されました。これは、720p Motion JPEG ビデオ エンコーダー、DSP、FR-80 (EI-14x バージョン) コアを備えたSocionext Milbeaut イメージング プロセッサに基づいています。90ナノメートル プロセス テクノロジーを使用しています。

Nikon D60とNikon D3000に 搭載されているEI-137バリアント（ Nikon D40、Nikon D40x、Nikon D80にも搭載されている^{[6] ）は、} 180ナノメートル技術 の旧Milbeaut M-3をベースにしている（2001年以降のすべての旧Expeed/Milbeautと同様）。これには、12ビット、2チャンネルイメージセンサー読み出しのみのFR-71コア、DSPなし、低速メモリ、縮小された機能セットが搭載されている。^[29]

1080p H.264/MPEG-4 HDビデオエンコーダー、改良された顔検出、画像ノイズ低減、画像歪み補正^{[30]は、EI-14x} Expeedsと比較して改良された主な機能です。^[3] Nikon D7000、^[31] Nikon D3100、Nikon D5100、およびNikonマークのEI-154で使用されています。 ^[32]イメージセンサーの読み出しクロック周波数は1.75倍に増加しましたが、特に14ビットを使用する場合、A / Dコンバーターの精度が向上しています。イメージプロセッサのパフォーマンスが向上し、高ISOノイズ低減またはアクティブD-ライティングがアクティブになっている場合でも、より高い連続撮影フレームレートを実行します。Expeed EI-15xは、統合されたFR-80 / FR-81コアによって制御されます。消費電力もSocionext 65 nmプロセスによって削減されています。

ニコンD3sのプロセッサ^[33]は、 Expeed 2 という名前ではあるが、 720p Motion JPEGビデオのみに対応した前モデルのD3/D3X ^[34]とほぼ同じEI-142プロセッサを使用している。これは、同じ速度とA/Dコンバータの精度を備えた同じイメージセンサーインターフェースを提供し、D3sのダイナミックレンジをD7000/D5100よりも200、特に100ISO低く制限している。^{[15] [16] [35]}

一部のCoolpixコンパクトカメラで使用されているバリエーション。より安価なNikonコンパクトカメラは、SanyoまたはZoran Coachの画像/ビデオプロセッサを使用しています。どちらもExpeedとはまったく異なる技術と異なるファームウェアを備えています。^[6]

以前のExpeed 1（EI-142）と比較して、A/Dコンバーターの精度とイメージセンサーのアナログ信号読み出しクロックレートの向上、ローリングシャッターの低減など、Socionext 65 nmプロセスを採用したExpeed 2 EI-154と同様の改良が施されている。 ^{[15] [16] [17] [21]}計算能力が大幅に向上した。EI-158とマークされたこのバリアントは、 Nikon D4とNikon D800で使用されている。^{[36] [37] EI-158は、HDMI経由の}非圧縮ビデオ出力（8ビット4：2：2） を提供した 最初のExpeedであった。

Nikon D600（分解^[38]）、Nikon D3200、Nikon D5200（分解^[39]）はExpeed 3（EI-175、D5200ではML-1131と異なるマーク）を使用しており、Nikonによれば、これはD4およびD800シリーズで使用されているものと同じである。^{[5] [40]そのアーキテクチャは}Expeed 2の派生型EI-154に近いが、DDR3メモリなどのいくつかの改良があり、計算能力が向上している。D5200は、 4G ビットDDR3 SDRAMを上部に 搭載したパッケージオンパッケージを使用している。

2011 年 9 月、 Nikon 1 シリーズでは、大幅に変更された新しいアーキテクチャが導入されました。メイン コントロール ユニットには、以前のすべての Milbeaut およびExpeedプロセッサで使用されていたまったく異なる Fujitsu FR マイクロコントローラと比較して新しいファームウェアを必要とするARM マイクロコントローラが使用されています。これは、デジタル イメージ センサー読み出しを使用する最初のExpeedでもあり、アナログ イメージ センサー インターフェイスは必要ありません。2011 年 9 月に導入された Nikon 1 カメラでは、2x 4 Gbit チップにパッケージ化された 1 GB の高速DDR2 RAMが使用されています。Nikon は EI-160 とマークし、 Socionext 65 nm プロセスで製造されています。

主な改良点は、世界記録（ニコン主張）600メガピクセル/秒の速度を備えた高速デュアルマルチコア画像処理エンジン、強化されたH.264 HDビデオエンジン、デュアルコアARMマイクロコントローラによる制御です。 ^{[9] [18] [41]}その高速性により、世界最速の速度（ニコン主張）60フレーム/秒（フルオートフォーカスで10 fps ）が可能になります。

ニコン1シリーズで使用されていたエクスピード3 EI-160の後継機であるエクスピード3Aは、ニコン1 V2で初めて発売され、最大850メガピクセル/秒の世界記録の画像処理速度の向上を主な特徴としています。^{[42]これにより、新しい14}メガピクセルのイメージセンサーでも60フレーム/秒（フルオートフォーカスで15 fps ）の速度が可能になります。ニコン1カメラ専用に開発されました。^[43]

Expeed 4 は、 ARMセントラルコントローラを備えたプロセッサを使用し、Nikon D810、Nikon D750、 Nikon D5300、Nikon D5500、Nikon D5600 、 Nikon D3300 、 Nikon D3400、Nikon D3500、Nikon D7200で使用されています。コントラスト検出オートフォーカスとライブ プレビューオートフォーカスが改善され、50/60 fps でフル HD (1080p) ビデオ キャプチャが可能です。Expeed 3 (FR)と以前のバージョンの Expeed のすべての機能が含まれており、消費電力も少なくなっています。

ニコンD4SのプロセッサはニコンD4と同一で、EI-158と表記されており、その処理能力と改良されたソフトウェアにより、50/60fpsでの1080pビデオ撮影、改良されたオートフォーカスによる11fpsの写真、画像内容可変アルゴリズム（コンテキスト適応型）による新しいノイズ低減^{[44] [45]}などの改良が可能となっている。^{[46] [47]}

バージョン 4A は、Nikon 1 V3、Nikon 1 J4、Nikon 1 S2で使用されます。

ニコンはCES 2016（ラスベガス、2016年1月5日）で、新しいDXおよびFXカメラNikon D500とNikon D5にEXPEED 5プロセッサエンジンを発表しました。 ^[48]また、Nikon D7500とD850にも使用されています。^[49]

EXPEED 5A画像処理エンジンは、2015年4月2日に発表されたNikon 1 J5で初めて採用されました。 ^[50] Nikon 1 J5では、4k Ultra HD（3840*2160）で15 fps、Full-HD（1920*1080）で60 fps、HD（1280*720）で120 fps、800 x 296で400 fps、400 x 144で1200 fpsが可能です。20 MPのバースト写真を20 fpsで処理し、各フレームでオートフォーカスを使用し、60 fpsで最初のフレームでオートフォーカスを固定することもできますが、バッファサイズはまだ不明で、おそらく非常に小さいことに注意してください。

ニコンは2018年8月23日にExpeed 6プロセッサエンジンを発表しました。 ^[51]これは、Nikon Z 7、Nikon Z 6、Nikon Z 5、Nikon Z 50、Nikon Z 30、Nikon Z fc、Nikon D780、Nikon D6カメラに搭載されています。Nikon Z 6IIとNikon Z 7IIにはそれぞれ2つのExpeed 6プロセッサが搭載されています。^{[51] [52]}

ニコンは2021年10月28日にExpeed 7プロセッサエンジンを発表した。これは、Nikon Z 50II、Nikon Z 6III、Nikon Z 8、Nikon Z 9、Nikon Z fミラーレスカメラに搭載されている。Expeed 7は、前モデルの10倍の画像処理速度を持ち、カメラが専用のオートフォーカスエンジンを省略できるほど強力である。 ^[53] 120サイクル/秒で複雑なAFとAEの計算を処理でき、積層されたイメージセンサーからのデュアルストリームデータを個別に処理し、120fpsの静止画撮影、内部8k RAWビデオ録画、ブラックアウトのない視聴体験などの機能を可能にする。^[54]

入出力 （I/O）プロセッサとして、ニコンは外部32ビットマイクロコントローラを使用して、追加のセンサーとディスプレイ（ビューファインダー、トップディスプレイ、フラッシュ（スピードライト）/ホットシュー、シャッター/絞り モーター、測光/オートフォーカスセンサー、レンズ/バッテリーグリップ/バッテリーコントロール）を接続します。使用されているバリアントは、Expeed EI-14xシリーズのFujitsu FRで、 Expeed EI-15xおよびEI-17xシリーズではMIPSアーキテクチャに変更されました。プロフェッショナルシリーズでは、2つ以上のHitachi / Renesas H8SXコントローラを使用します。以前のDSLRではH8Sマイクロコントローラが使用されていました。^[55]

Nikon 1シリーズのARMベースのExpeedはデュアルARMコアを搭載しており、追加のI/Oプロセッサを必要としません。^[56] Nikon 1シリーズにはエプソンのグラフィックプロセッサも搭載されています。

DIGICプロセッサをベースにしたCHDKやMagic Lanternで改造されたCanonのデジタルカメラと同様に、「Nikon Hacker」と呼ばれるプログラマーのグループがカスタムファームウェアを開発しており、^[5]最近では一部のDSLR用のFRエミュレーターの開発が進んでいる。^{[57] [58] [59] Nikonは}Softune統合開発環境をμITRONリアルタイムカーネルと組み合わせて使用​​していることが示された。^[28]現在、主に時間ベースのビデオと非圧縮NEFファイルの制限を削除する修正ファームウェアがいくつか利用可能であるが、^[60]プロジェクトはまだ初期段階であるため、安定した代替ファームウェアは利用できない。

ニコンが提供するファームウェア アップデートには通常、I/O プロセッサ用のファームウェア A と、統合された FR マイクロコントローラによってExpeed を制御するファームウェア B (ARM ベースのExpeed 3の場合は異なります) が含まれます。

D7000、D5100、D3100以降のカメラのハードウェアとソフトウェアの一般的な分析に加えて、^[61]プロジェクトは次のことに焦点を当てています。

• 5分間のビデオ制限の解除：修正ファームウェアが利用可能^[60]
• 最大64 Mbpsの高品質1080pビデオ
• D5100 などの非圧縮ビデオ(クリーン HDMI 出力)
• 非圧縮NEFファイル^[60]
• WU-1aワイヤレスモバイルアダプターを他のカメラでも使えるように改造
• ニコンバッテリー通信の解析と解読
• 無線送信機WT-3とその通信の解析
• ニコンが最新のファームウェアバージョンで導入したサードパーティのバッテリーブロッキングを削除
• ニコンエミュレータの開発^[62]

変更ログ^[63]には、D800、D610、D5200、D3200などの新しいバリエーションのファームウェアも示されています。

これはファームウェアハックではなく、富士通Sparcliteプロセッサを搭載した一部の古いNikon Coolpixカメラにすでに実装されている診断モードを呼び出す方法（Photopc - デジタルカメラ制御^[64] ）でした。このモードを使用すると、生の画像を書き込むことができました。

• キヤノン DIGIC
• ソニー B​​IONZ
• ソニーエクスモア