情報・通信工学専攻

CS コース

中間発表

平成 26 年 7 月 31 日

FPGA を用いた 3D タイルドディスプレイシステムの開発
電気通信大学

情報理工学研究科 情報・通信工学専攻
1331094 堀田将也

成見研究室

1. はじめに近年の大画面液晶ディスプレイの低価格化により,複数のディスプレイを格子状に組み合わせて一つの大きな動画などを流すタイルドディスプレイを用いたデジタルサイネージを良く目にするようになった.
また,3D 機能を搭載した一般家庭用の液晶テレビの市場
価格は 84 インチのものでは 150 万円程度だが,42 インチ程度であれば 10 万円程度にまで下がってきている(表 1). 成
見研究室では安価な FPGA(Field Programmable Gate Array)ボードを使用して簡易にタイルドディスプレイを構築するシステムを開発してきた [2][3]が,今回は 3DTV を 4 枚と図 1．Zybo 用 HDMI 端子増設基板

FPGA ボードを使用して,安価に大型の 3D ディスプレイシステムを構築することを目的とするが低く,入力できる解像度が Full HD1080p@30Hz 程度しかタイルドディスプレイは,1 つの大型のディスプレイを扱うことができなかった.今回のシステムでは Full HD用いるのと比較して,価格的に非常に安価に実装できるだ

1080p@60Hz を入力することができ,HD 720p@60Hz を 3

けではなく,運搬時に分解することができるため比較的につ出力することができる.

楽に移動することができることや,故障時にシステム全体を取り換える必要が無く,故障した部分のみを修理すると2.2 全体構成良いためメンテナンス性に優れているという利点もある.

今回のシステムでは 2560 × 720 の解像度の映像を上下NVIDIA 社の Quadro K5000[4]などを 4 台利用することで2 つのディスプレイ信号として出力し,FPGA ボードで 4 枚最大 16 画面の 3D ディスプレイを使用できるが,1 セットあに 分 割 出 力 す る こ と で Full HD 解 像 度 を 超 え るたり 100 万円程度と非常に高価であることや ,既存のWQHD(2560×1440)のタイルドディスプレイシステムを構HDMI 機器を接続できないなどのデメリットがある.ソフ

築した.(図 2.)

トウェアでタイルドディスプレイを実現する SAGE[5]ではディスプレイ間の同期をとるのが難しい.
そこで本研究では FPGA を用いて実現している.

今回の FPGA ボード 3 枚と Quadro ボード 1 枚を使えば9 枚のディスプレイに対して 4K × 2K の映像出力を行うことも可能になる.その際には NVIDIA の Quadro ボード[4]から 3840×720 の解像度の映像を 3 出力し,FPGA ボードで2. 3D タイルドディスプレイシステムHD 画質に切り分けることになる

2.1 HDMI 端子増設基板

2.3 ディスプレイの枠の考慮(ベゼルコレクション)

今回利用する FPGA ボードである Zybo には初期状態で複数のディスプレイを一つの画面として扱う場合にはは HDMI 端子が 1 つしか付いていない.そのため,タイルド

図 3.にある様にディスプレイの枠を考慮して映像を出力

ディスプレイシステムの設計の前準備として CAD ソフトしなくては表示される画面が歪んで見えてしまう.前述しEagle[6]を利用し Zybo に HDMI 端子を増設するための基板を作成した.(図 1.の上側の基板)
当研究室の既存のシステムでは Zybo よりも古い FPGA
ボード Atlys を利用していたため,TMDS 信号の最大周波数
表 1 : 3DTV の市場価格[1]ディスプレイサイズ
84 インチ
42 インチ×4 枚価格(2014/07/22 現在)
1,498,000 円
109,800 円×4 = 439,200 円.
図 2．全体のブロック図

た既存製品である NVIDIA の Quadro ボードにはベゼルコレクションと呼ばれる出力する映像を予め表示しない機能があるが,今回はこの機能を利用せずに PC からはベゼル部分を含めた少しだけ大きい画面を出力し,FPGA ボード側でベゼル部分を読み飛ばすようにして設計した.そのた
め PC 側からの出力ではベゼルのサイズを縦,横共に 4 ピクセル分として,(2560+ベゼルサイズ x 2) ×(720+ベゼルサイズ)

図 4．サイドバイサイドの映像の切り出し例(左上のみ)の 2568 × 724 の解像度で出力を行い,FPGA ボードで TVが入力として受け取れる HD 1280 × 720 への切り出しを行った.
2.4 ピクセル単位での同期

3. まとめ本研究では,3DTV 向けの安価で拡張が容易なタイルドディスプレイシステムを開発する.これまでのところ, 55

今回は 3D の方式に関して,ディスプレイと 3D 眼鏡が同インチ×4 画面の大型の 3D システムを構成することがで期して 3D の立体処理を行うアクティブシャッター方式のきたが,3D コンテンツ自体があまり普及していないことディスプレイを用いる.アクティブシャッター方式ではデや,TV 向けの映像規格に合わせて出力するために,PC からィスプレイが右目用の画面と左目用の画面を高速に切りの出力が非常に特殊な解像度となってしまったという問替えながら出力し,その画面に同期して 3D 眼鏡が左右のレ題がある.しかし,昨今の 3D モデルを PC でレンダリングすンズを適切に開閉することで 3D の映像を視聴することをるコンテンツでは出力サイズを自由に決められるものが可能にしている.このため,複数のディスプレイで映像を描多いため,利用するコンテンツに制限はあるものの一定の画するタイミングをフレーム単位で同期させなくてはす利用価値があると言える結果となった.

べての画面で正しく 3D の映像を認識できない.これに関し

4. 今後の課題て,一度出力機器から入力された映像を内部の少量のメモ実際に稼働させたところ各画面と眼鏡の同期が多少ずリに貯めることで 1 ピクセル単位で同期して異なるディれてしまうことが見受けられた.受信機器に送信する映像スプレイへ映像を出力するような回路を FPGA ボード内1280×720@60Hz を 1 ピクセル単位で同期させていても,デに作った.ハードウェアでタイルドディスプレイを実現しィスプレイとしてはサイドバイサイド方式の 3D 映像としているため,同期は比較的簡単に取ることができる,特定のて扱うために 1280×720@120Hz として動作している.おそ1 つのディスプレイと眼鏡が同期していれば,そのタイルらくこの処理のためにディスプレイの立ち上がりタイミ

ドディスプレイシステム内のすべてのディスプレイを 1ングなどによってこの問題が発生しているのではないか

つの眼鏡で正しく 3D として認識することができる.と考えられる.対処法としては映像信号に組み込まれてい2.5 3D 映像の拡大るパケット信号などを現時点では利用していないため,こPC 側からは 1 つの大きな 2560×720 の画面として認識しての部分にサイドバイサイド方式であることを示す信号をいるため,サイドバイサイド方式の 3D 映像を出力する際に埋め込むことで対応できるのではないかと考えられる.

左目用の画像 1280×720 と右目用の画像 1280×720 が並ん

また,新たな拡張として,2160×1280 の映像を FPGA に入で出力されることになる.この映像を各ディスプレイでそ力し,これを物理的に 90 度傾けたディスプレイに対しれぞれ 3D の映像として扱うために画面の領域を横に 4 分て,1280×720 の信号として出力するシステムを今後の目標割し,左目用の映像の右半分をLr という規則で定義する.ことする.これによって,ゲーム機やスマートフォンからの映こで,左側の画面にはLl ,R l を出力,右側の画面にはLr ,R r を出像入力も可能になる.

参考文献

力する.ディスプレイには通常のサイドバイサイド方式の映像を受信している場合と同じ処理をさせることで 1 つ[1] ディスプレイ価格の 3D 映像を複数のディスプレイで視聴することを可能に[2] 細川大樹：FPGA を用いたタイルドディスプレイシスした.

テムの開発,

価格.com

電気通信大学,

http://kakaku.com/
情報工学科

成見研究室卒業研究(2012).
[3] 安枝光：モバイルタイルドディスプレイの開発, エンタテインメントコンピューティング .シンポジウム
2013 論文集, pp. 349-351, 2013.
[4] Quadro K5000： NVIDIA 社,
http://www.nvidia.co.jp/object/quadro-desktop-gpus-jp.html[5] SAGE : http://www.sagecommons.org/
図 3.複数画面への描画におけるベゼルの考慮[6] EAGLE6.3： http://www.cadsoftusa.com/download-eagle