情報処理学会 インタラクション 2022
IPSJ Interaction 2022

5D192022/2/21

電子ペーパーにおける電子ペン描画の高速化
宮澤寛†1
概要：電子ペンを画面の上で使用すると，電子ペン先と表示の差を感じやすいことが知られている．電子ペーパー（EPD）で電子ペンを使用するには，より高速に描画することが求められていると考え，EPD の特有の処理を調査し，システム設計・試作を行った．画像処理 Intellectual Property core （IP）を併用することで，500MHz シングルコア CPUでも，高速描画可能なシステムが構築できたと考える．

1. はじめに

3. 設計

電子ペーパー（EPD）に電子ペンで記入するデバイスのEPD は 16 階調表示が可能であるが，ボールペンの描画需要は高まってきており，多くの会社からデバイスが発売を再現すると割り切り，高速処理するためデータを削減しされている．ユーザーは，電子ペン先と EPD を注視してい2 段階の白黒とし，設計をスタートした．EPD にレンダリることから，この差を感じやすいことが知られている．[1]ングをするためには，(図 2)の様な処理をする必要がある．

このことから，EPD で電子ペンを使用するには，より高速EPD

Bufferに描画することが求められている．
そこで本試作では EPD への電子ペンのレンダリングを，a.

画像処理 IP を併用することで，高速に描画するシステムの-Diff=設計・試作(図 1)を行った．
b.

Sample Codeif (newColor == white){Dx[1:0] = 1; // 正電圧}else if .. Continue

D0c.

D1
D[..7][..15]

図 1

CLK
試作機の写真2. 調査
EPD を表示する場合，Timing-Controller（T-CON） [2] や

8 又は 16bit パラレル転送
図 2

EPD 表示に必要な処理

a.表示している内容と表示したい内容との差分の作成（差分作成）

T-CON 機能を内蔵した CPU を使用することが一般的であb.差分に対して EPD の各セルのインクカプセルを上下に動り，まずは，T-CON を使用した試作を行った．

かす正電圧，負電圧，中点電圧印加の命令の生成（命令生

T-CON へはシリアル LCD の様に，全面もしくは矩形ブ成）ロック単位で転送できる仕様になっていた．しかしながら，c.命令転送矩形ブロック単位更新命令をしたあと，しばらく更新は不である。a.差分作成であるが，特定の画像処理を Intellectual可能な仕様であった．これは，EPD 色の変化が終わるまでProperty core （IP）で演算し Video RAM 領域 （VRAM）

当該ブロック範囲はロックされるためであり，ペン描画をに戻す手法は知られており [3]，同様に画像処理が得意な

いち早く表示するには 1 ピクセル単位での更新が必要と考えた．一方の T-CON 機能を内蔵した CPU であるが，入手できなかったため，調査はできなかった．
このことから，必要な処理を確認すべく，上記部品を使IP に任せてしまうこともできるだろうと考えた．本試作では，DMA 及び，演算器を組み合わせられる，ルネサスエレ
ク ト ロ ニ ク ス 株 式 会 社 の Dynamically Reconfigurable
Processor （DRP） [4] を利用したシステムを構築した．

用せず設計を行った．
†1 (株)ワコム© 2022 Information Processing Society of Japan706

情報処理学会 インタラクション 2022
IPSJ Interaction 2022

5D19
2022/2/21

同処理を CPU と DRP を比較した場合，CPU は，逐次RAM の読み書きが発生するが，DRP を用いれば DMA に矩形ブロック単位からピクセル単位でのタイミング調整が可能となった．主なシステムを表 1 とした．

よりブロック単位で DRP バッファとの転送が可能となる．

表 1

システム構成CPU 占有及び BUS のオーバーヘッドの削減による占有を項目

メーカー，型番，仕様など下げることが可能となり効率的な計算ができると考えられ

電源

5V 500mA Max.

る．(図 3)CPU

ルネサスエレクトロニクス
RZ/A2M数バイト単位でCPU
RAMの占有とオーバ

EPD

E-Ink 10.3inch

ーヘッド

電子ペン

ワコム G14 シリーズ
レポートレート 360Hz

LCD

EPD

I2C

DigitizerRAM

4 + 64MByte

ROM64MByte

今後は，本システムを有用に利用出来るソフトウェア層の開発である．筆記データを保持できることから，オンラCPU

DMA

DRP

RAM

図 3

数十バイト単位での占有

イン文字認識をターゲットに開発を進めている．ソフトウ
ェア層は標準化されているプロトコル，ファーマットを用い て 実 装 す る 予 定 で 有 り ， Multimedia Transfer Protocol（MTP）及び inkML を予定している．

LCD

EPD

I2C

Digitizer

CPUetc.

LCD

b. 差分データから，命令への変換は簡単な分岐命令であNetwork

EPD
図 4

るため DRP で演算を行うことができ，a.と同様に，効率化処理 a. b. は除算を用いず C 言語で記述した．少ない変PC
SmartphoneUSB

DRP による処理に寄与したと考えられる．

MTP inkML

USB 接続謝辞

更で CPU での処理も可能であり，同処理を DRP と CPU でルネサスエレクトロニクス株式会社に DRP の助言をい比較したところ，DRP は高速で実行できることが確認出すただいた．株式会社リョーサン，シマフジ電機株式会社にることができた．

プログラムの一部を作成していただいた．東京農工大学

c. 16bit LCD パラレルインタフェースを使用し，VRAMに保存した命令を転送した．7.8ms 程度で全てのピクセルに連続的に命令できる様になった．
VRAM は 2 面用意しておき，一方が EPD への転送，もう一方は，新しい命令の書込場所として動作させている．
今後外部へのデータ入出力が必要になってくる．USB ペ
リフェラルなど，ホスト側から予期せぬ通信が発生することから，CPU 動作に余裕を持たせる必要があるが，描画処理の一部を CPU から DRP に移せたことにより，VRAM から EPD に，最大 960Mbps を通信しているにもかかわらず，500MHz シングルコア CPU でも実用可能なシステムになったと考えている．

4. まとめと今後の予定
EPD への電子ペンのレンダリングを高速に描画するシ

中川正樹 特任教授・副学長にデータ形式の助言をいただいた．

参考文献
[1]

株式会社バンダイナムコ研究所. “脳の動作クロックは33Hz？ 人間のスペックに適合させたゲームの遅延対策とは”. https://jp.gamesindustry.biz/article/1909/19090502/, （参照2021-10-19）.
[2] E-Ink “ICE Driving Board” https://shopkits.eink.com/product/icedriving-board/, （参照 2021-11-08）.
[3] 日本電気株式会社. “業界最高クラスの性能を実現したパソ
コン用３次元グラフィックスＬＳＩの発売”.
http://www.nec.co.jp/press/ja/9709/2901.html, （参照 2021-1019）.
[4] ルネサスエレクトロニクス株式会社. “動的再構成プロセッサ （DRP ; Dynamically Reconfigurable Processor）”.
https://www.renesas.com/jp/ja/application/technologies/drp, （参照 2021-10-19）.

ステムを試作し，高速描画を可能とした．T-CON の仕様の

© 2022 Information Processing Society of Japan707