5 － 1 動画表示テスト制御回路の製作
今回の研究では、動画制御プログラムをFPGAに書き込んで、回路の動作確認を 行った。使用したFPGAは、
Altera FLEX10K10シリーズ EPF10K10LC84-4 である。
FPGA とは、Field Programble Gate Array の略で、VHDLなどのハードウェア記 述言語で記述したプログラムにより、内部のロジックを自由に変更できるデバイス である。記述した回路のプログラムを変更することにより容易にロジックを変更で きる。本研究で製作した動画表示テスト制御回路を図5－1に示す。動画表示するた めに使用した連珠状LEDディスプレイを図5－2に示す。
図5－1 製作した動画表示テスト制御回路
図5－2 連珠状LEDディスプレイ
5 － 2 外部メモリデータの作成
今回の研究では、さまざまな輝度データを入力して、動画表示の動作確認を行っ た。輝度データの記述については、青、赤、緑の順で16進の“00”と“FF”のど ちらかを指定することで、LEDの点灯と消灯の部分を記述できる。LEDの数は768 個であるから、1サブフレーム分の輝度データは768ビットである。1フレーム分 の輝度データを表示するためには、同じような輝度データを8サブフレーム分を記 述する必要がある。
5 － 3 RGB の点灯時間データの検証
今回の研究では、RGB の点灯時間データを固定して検証を行った。これより、
初期値の RGB 比(2：3：1)のデータをそのまま使用すると、点灯時間が早すぎて、
表示された画像はほとんど形が見えなく、ちらつきも激しい。人間の目ではとても 確認しにくい。これを解決するために、点灯時間がちょうど人間の目で確認できる ような速度になるように点灯時間のデータを大きくした。この結果、各色の点灯時 間は、緑は“20”、赤は“13”、青は“7”とし、また 1 秒間に 60 フレームの輝 度データを送れるように設定した。
5 － 4 静止画表示制御の評価
静止画を表示した各場合について次に示す。
(1) 白色による静止画表示
白色を点灯させる場合は、各 LED の輝度データの記述に従って、点灯させた いLEDを白色に指定することで点灯できる。RGBの3色を同時に点灯させると、
白色に見えるように輝度データを作成した。つまり、外部メモリ内のデータをす べて“FF”の状態とした。点灯状態は少し青っぽい色に見え、完全な白色を表示 できなかった。これは RGB の点灯時間データは固定されているためである。動 作検証の結果は、輝度データに従って指定した通りの色が確認できた。白色によ る点灯表示を図5－3に示す。
図5－3 白色による点灯表示
(2) RGB の 3 色による静止画表示
RGBの3色を点灯させる場合は、各LEDの輝度データの記述に従って、点灯 させたい LED を所望の色に指定することで点灯できる。ここでは、上から青、
緑、赤という順で輝度データを記述して行った。動作検証の結果は、輝度データ に従って指定した通りの色が確認できた。RGBの3色による点灯表示を図5－4 に示す。
図5－4 RGBの3色による点灯表示
(3) 文字による静止画表示
文字を点灯させる場合は、各 LED の輝度データの記述に従って、点灯させた いLEDを文字の形に指定することで点灯できる。ここでは、文字の‘工’と‘科’
を表示したいから、‘工’と‘科’の文字を緑と赤に指定して、それ以外の色は 紫と黄色というように輝度データを記述して行った。動作検証の結果は、輝度デ ータに従って指定した通りの文字が確認できた。文字による点灯表示を図 5－5 に示す。
図5－5 文字による点灯表示
(4) 単色点灯の検証
図5－6は白色を点灯するときに、オシロスコープで見た出力波形である。
図5－6 単色点灯の出力波形
(5) 多色点灯の検証
図 5－7 は青、緑、赤の順で点灯するときに、オシロスコープで見た出力波形 である。
5－7 多色点灯の出力波形
5 － 5 動画表示制御の評価
動画を表示した各場合について次に示す。
(1) 1 フレームによる動画表示検証
ダブルバッファによって、2つの文字を1フレームずつ点灯させた場合を図5
－5に示したが、輝度データの転送速度が速すぎて、転送されてきた2つの画像 はほぼ静止画にしか見えない。2つの輝度データを重ねているため、色調も不鮮 明で、はっきりとした動画を表示することができなかった。動作検証の結果は、
画像がバラバラであることを示している。1フレームによる動画点灯表示を図5
－8に示す。
図5－8 1フレームによる動画点灯表示
(2) 60 フレームによる動画表示検証
図5－9はダブルバッファによって、図5－5に示した2つの文字を60フレームず つ点灯させる場合である。1 秒間に60 フレームのデータ転送を行い、転送され てきた2つの画像を交互に切換るようになっているため、はっきりとした動画を 表示できた。動作検証の結果は、色調がよく、文字もはっきり“工科”の2文字 であることが確認できる。
図5－9 60フレームによる動画点灯表示
(3) 動画表示の出力波形
図5－10はダブルバッファの動作によって、動画を表示するときに、オシロス コープで見た出力波形の様子である。出力波形から外部メモリ1にある輝度デー タと外部メモリ2にある輝度データを交互に切換えて転送していることが確認で きる。
図5－10 動画表示の出力波形
5 － 6 設計上の問題点
今回の研究で製作した動画表示制御回路については、マイコンを搭載する予定 であったが、時間がなくてできなかった。これより、RGB の点灯時間のデータが 固定されているため、白色を表示するときに、はっきりしたきれいな白色を表示で きなかった。今回の研究で作成した輝度データは、2つの外部メモリの中に、直接 2 パターン書き込んでいたため固定されていた。しかし、2 つの画面を交互に切り 換えて表示するという動画表示の基本を確認できた。今後は輝度データを自由に書 き換えられるように改良する必要がある。