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Real Time Light Engine

Direct Pixel
Control LED
System

既製のレンタル用LEDパネルはそのまま活用し、制御系のみを独自開発することで、
LEDを「スクリーン」ではなく「リアルタイムに演奏される光」へと変革します。

Keep rental LED panels as-is, build only the control layer.
Transform LEDs from "screens" into "real-time performed light."

<10ms
Latency Target
480Hz
Frame Rate
12+bit
Grayscale
<1ms
Jitter Target
02 Concept

LEDはLight Instrument

LED as Light Instrument

従来のLEDウォールは「映像再生装置」を前提としており、映像プロセッサやフレームバッファを介するため、 リアルタイム表現では遅延と制約が発生します。本システムはLEDを楽器のように扱える光デバイスへと変革します。

Conventional LED walls are designed as "video playback devices." Video processors and frame buffers introduce latency and constraints for real-time expression. This system turns LEDs into instruments.

Conventional
映像ファイル / HDMIVideo File / HDMI
|
メディアサーバMedia Server
|
LED映像プロセッサLED Video Processor
|
LEDウォールLED Wall
Proposed: Direct Pixel Control
音 / センサ / AI / 生成映像Sound / Sensor / AI / Generative
|
ピクセルデータ直送Direct Pixel Streaming
|
LEDシステムLED System
03 Latency

レイテンシ比較

Latency Comparison

映像プロセッサを排除し、フレームバッファを最小化することで、レイテンシを「反射神経で扱える領域」まで低減させます。

Remove the video processor, minimize frame buffers. The goal: bring latency into the "reflexive control" zone.

Conventional — 体感として遅い領域Conventional — Perceptibly Slow Zone
40 ~ 100+ ms
Proposed — 反射神経で扱える領域Proposed — Reflexive Control Zone
<10ms
Conventional Pipeline
入力Input
|
メディア処理Media Processing
|
映像プロセッサ バッファVideo Processor Buffer
|
レシーバ バッファReceiver Buffer
|
走査出力Scan Output
Proposed Pipeline
入力Input
|
ピクセル生成Pixel Generation
|
ピクセル直送Direct Pixel Stream
|
走査出力Scan Output
05 Architecture

LEDシステム全体図

System Architecture

Generative Engine
音 / センサ / AI / VJ / 映像生成Sound / Sensor / AI / VJ / Video Generation
Pixel Stream
Custom Receiver System
FPGA or SoC / 低遅延スケジューリングFPGA or SoC / Low-Latency Scheduling
Panel Interface
HUB Board
モジュールへ分配Distribution to Modules
Ribbon Cables
LED Modules
Driver IC群 / Row Driver群 / 定電流PWM走査Driver ICs / Row Drivers / Constant Current PWM Scan
光出力Light Output
06 Panel Structure

LEDパネル内部構造

LED Panel Internal Structure

「パネルを買う」＝「光の部品を買う」
「制御を作る」＝「楽器の神経系を作る」

"Buying a panel" = "Buying light components"
"Building control" = "Building the instrument's nervous system"

Cabinet Level

  • AC IN → Power Supply 5V
  • Receiver Card
  • HUB Board
  • Ribbon → Module A / B / C / D

Module Level

  • Data In / CLK / LAT / OE
  • Shift Registers → Latch → Gate Enable
  • Constant Current Driver IC群Constant Current Driver ICs
  • LED Array
  • Row Select回路（走査）Row Select Circuit (Scan)
POINT 01

Driver ICは替えにくい

Driver ICs Are Hard to Replace

既製パネルのDriver ICを変更することは困難なため、制御側で最適化を行います。

Changing driver ICs on off-the-shelf panels is impractical. So we optimize on the control side.

POINT 02

データ供給を最適化

Optimize Data Delivery

制御側で「データ供給」と「ビットプレーンの出し方」を最適に設計します。

Design "data delivery" and "bit-plane output method" on the control side.

POINT 03

トレードオフの決定点

Trade-off Decision Point

走査比と階調と更新速度のトレードオフは、この設計段階で決定されます。

The trade-off between scan ratio, grayscale depth, and refresh rate is determined here.

07 Frame Rate

480Hzまで上げる設計

Designing for 480Hz

480Hzの実現可否は、パネルの走査比、Driver IC、配線、クロック上限の条件で決まります。本提案では段階的なアプローチで確実に到達します。

Achieving 480Hz depends on the panel's scan ratio, driver IC, wiring, and clock limits. Our proposal takes a phased approach to reach this target reliably.

Phase 1

120 ~ 240 Hz

既製パネルを前提に、現実的に到達可能な上限まで引き上げます。保証ラインとしてご提示いたします。

Push to the realistic ceiling with off-the-shelf panels. Presented as a guaranteed baseline.

Phase 2

480 Hz

480Hzを実現可能なパネル条件を選定し、仕様を確定したうえで到達いたします。

Select panel specs that can target 480Hz, lock specifications, and achieve it.

ボトルネック

Bottlenecks

設計方針: 480Hzを確実に達成するため、階調は12bitを基準に設計し、必要に応じて時間方向ディザで知覚上の階調を補完します。階調設計を省略すると、更新速度が上がっても映像品質が低下するため、両立を重視します。

Design Principle: To reliably achieve 480Hz, we design around 12-bit grayscale and supplement with temporal dithering for perceptual depth where needed. Maintaining image quality alongside high refresh rate is a core design priority.

480Hz達成の具体策

Strategies for 480Hz

  1. ビットプレーン方式を前提とします — 最上位ビットの時間占有を考慮し、ビット配分を最適化します
  2. 並列レーンを増設します — パネル入力を複数系統にすることで実効帯域を拡大します
  3. 走査の行分割を最適化します — 行切替のオーバヘッドを最小化します
  4. 信号経路を短く、等長にし、適切な終端処理を施します — 信号品質の確保が高速動作の前提条件です
  5. フレームバッファを排除、もしくは1フレーム以内に限定します — 高更新と低遅延は同一の設計方向です
  1. Assume bit-plane method — MSB consumes the most time, so design bit allocation carefully
  2. Increase parallel lanes — Multiple panel input paths to raise effective bandwidth
  3. Optimize row segmentation — Reduce row-switching overhead
  4. Keep signals short, equal-length, properly terminated — Signal integrity is a prerequisite for high-speed operation
  5. No frame buffer, or limit to 1 frame max — High refresh and low latency point the same direction
09 - 10 Benefits

撮影品質と階調

Camera Quality & Grayscale

CAMERA

撮影時の見栄えが良くなる

Better On-Camera Appearance

高フレームレートによりフリッカが低減し、更新の安定性向上で走査由来のアーティファクトが解消されます。階調の向上により、暗部やグラデーションの正確な撮影が可能になります。

High frame rates reduce flicker, stable refresh eliminates scan-related artifacts. Higher grayscale captures dark tones and gradients.

GRAYSCALE

階調が増える意味

Why More Grayscale Matters

8bit/10bitでは暗部にバンディング（段差）が生じやすくなります。12bit以上にすることで滑らかな光の変化を実現でき、ジェネラティブ映像や抽象表現の品質が大幅に向上します。

8/10-bit shows banding in dark areas. 12+ bit enables smooth light transitions. Generative and abstract visuals live or die by grayscale depth.

QUALITY

映像収録品質の向上

Broadcast-Grade Capture Quality

LED映像を収録した際に発生しがちなフリッカやバンディングを解消し、放送・配信品質の映像を実現します。

Resolve flicker and banding artifacts common when capturing LED footage, achieving broadcast and streaming-grade visual quality.

08 Research

低遅延の研究とエビデンス

Low-Latency Research & Evidence

低遅延がもたらす「体験価値」を、学術研究のエビデンスに基づいて定量的に示します。

We quantitatively demonstrate the "experiential value" of low latency, grounded in academic research evidence.

音楽・楽器領域の基準

Music & Instrument Standards

WesselとWrightは、ジェスチャに対するコンピュータの可聴反応の上限を10msとし、低い遅延だけでなく遅延の揺れも重要であり、変動は1msを超えるべきでないと述べています。
Wessel and Wright set 10ms as the upper limit for computer audible response to gesture, stating that not only low latency but jitter matters — variation should not exceed 1ms.
楽器レベルの操作性を実現するには、10ms未満が必要です。さらに重要なのはジッタ（遅延の揺れ）の抑制であり、体験品質を左右するのは平均遅延よりも遅延の安定性です。
Instrument-grade responsiveness requires sub-10ms latency. More critically, jitter (latency variation) must be suppressed — experience quality depends more on latency stability than average delay.
Wessel & Wright, 2002

インタラクティブ体験と応答時間

Interactive Experience & Response Time

HCIの古典的ガイドラインでは、100msが「直接操作している感覚」を保つ上限とされています。ただしこれはUI操作の基準であり、音楽や身体運動との同期にはより厳しい要件が求められます。
Classic HCI guidelines set 100ms as the upper limit for "direct manipulation feel." But this applies to UI — music and body-movement sync demands are far stricter.
没入感のある体験や同期演出には、100msでは不十分な場面が多くあります。音や身体運動との同期には10ms級の応答性が求められます。
100ms is often insufficient for immersive synchronization. Sound and body-movement sync needs 10ms-class responsiveness.
Nielsen Norman Group

XRと身体運動

XR & Body Movement

VRの望ましい目標として20ms未満が挙げられており、条件によっては1msレベルまで要求される場合もあります。タッチ課題で1msの差を識別できること、10msが成績に影響し始めることを示す研究も引用されています。
VR desirable target is cited as under 20ms, with some conditions demanding down to 1ms. Research shows 1ms can be perceived in touch tasks, and 10ms begins to affect performance.
LEDを楽器として扱うためには、従来の映像機材レベルの遅延は許容できません。
If LED is to become an instrument, video-equipment-level latency is fatal.
Microsoft Research, 2020

設計目標

Design Targets

学術研究に基づく設計目標値です。これらは「体験品質の仕様」として契約書にも明記いただけます。

Research-backed targets presentable to clients. These can be written into contracts as "experiential quality specifications."

<10ms
音同期・楽器的操作Sound Sync / Instrument Control
推奨 5ms級
ジッタ 1ms未満Recommended 5ms class
Jitter <1ms
<100ms
直接操作感Direct Manipulation Feel
最低条件
HCI古典的ガイドラインMinimum requirement
Classic HCI guideline
<20ms
没入・身体運動同期Immersion / Body Sync
VR/XR領域での
望ましい目標Desirable target
in VR/XR domain

測定方法

Measurement Method

性能を客観的に証明するため、以下の測定手法をご提案いたします。

Building client trust requires measurement.

1

物理入力の瞬間をLEDでマークMark physical input with an LED

2

同時にパネル内の1ピクセルを点灯Simultaneously light 1 pixel on panel

3

高速カメラで同フレーム撮影Capture both in same high-speed frame

4

差分フレームから遅延をms換算Calculate latency in ms from frame diff

12 Cost

コスト試算

Cost Estimate

単発案件では開発費が加算されるため、従来構成と比較して総コストが上回る場合があります。本システムの真価は、制御資産を複数案件で再利用することで発揮されます。

For single projects, development costs are added, potentially exceeding conventional setups in total cost. The true value of this system emerges when the control assets are reused across multiple projects.

50m²（10m × 5m）規模 機材費概算50m² (10m × 5m) Hardware Cost Estimate

従来構成Conventional

LEDパネルLED Panels $40,000 ~ $60,000
LED映像プロセッサLED Video Processor $6,000 ~ $12,000
メディアサーバMedia Server $10,000 ~ $30,000
ルーティング・同期・周辺Routing / Sync / Peripherals $5,000 ~ $10,000
合計Total $61,000 ~ $112,000

提案構成Proposed

LEDパネルLED Panels $40,000 ~ $60,000
Custom Receiver System $5,000 ~ $15,000
Generative Engine用PCGenerative Engine PC $3,000 ~ $10,000
合計Total $48,000 ~ $85,000
機材費 約20~40% 削減~20-40% Hardware Savings
ONE-OFF

一発案件

One-Off Project

機材費で$20,000の削減が見込めても、開発費が$50,000の場合はトータルコストが上回ります。

Even saving $20,000 on hardware, if development costs $50,000, the total is higher.

REPEAT

繰り返し案件

Repeat Projects

2回目以降は開発費が大幅に逓減し、3回目以降で機材費削減の効果が本格的に現れます。継続的な運用でコスト優位性が発揮されます。

Development costs decrease from the 2nd project. By the 3rd, hardware savings kick in. This is when cost becomes a weapon.

PITCH

クライアントへの提案

Client Pitch

「初回は開発投資があるが、資産化して次回以降のコストと自由度が効いてくる」

"The first project is a development investment, but it becomes an asset that pays off in cost and creative freedom for subsequent projects."

13 Summary

LEDを映像機器から外し
リアルタイム光エンジンにする

Remove LED from video equipment.
Make it a real-time light engine.

楽器的に扱える低遅延と低ジッタInstrument-grade low latency & low jitter
高フレームレートによる同期と撮影品質High frame rate for sync & camera quality
高階調による光表現の説得力Convincing light expression via high grayscale
生成・映像出力まで自作できる自由度Full creative freedom from generation to output
複数案件で効いてくるコスト効率Cost efficiency across multiple projects

参考文献References

Wessel, Wright 2002 — control intimacyと10ms上限、ジッタ1msの主張Control intimacy, 10ms upper limit, jitter <1ms
cnmat.berkeley.edu
Halbhuber et al 2022 — 10ms未満とジッタ1ms未満の整理、20msの主観悪化の整理<10ms and jitter <1ms review, 20ms subjective degradation
epub.uni-regensburg.de
Nielsen Norman Group — 100msで直接操作感の上限100ms direct manipulation limit
nngroup.com
Microsoft Research 2020 — VRで20ms目標、1ms識別や10ms影響の引用VR 20ms target, 1ms perception, 10ms performance impact
microsoft.com/research