大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計
2010年02月11日 10:15 hljzzgx.com 作者：佚名 用戶評論（0）
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大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計
主要功能與要求
引:大屏幕顯示系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于通信、電力、軍隊指揮機構(gòu)，在提供共享信息、決策支持、態(tài)勢顯示方面發(fā)揮著重要作用，以下介紹大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計和設(shè)備選型中的主要原則和注意事項，供讀者朋友參考。
大屏幕顯示系統(tǒng)是集多種信息接收處理顯示、多類人員操作控制于一體的多媒體互動系統(tǒng)，涉及聲光電多方面技術(shù)問題，也涉及有關(guān)部門的管理協(xié)調(diào)問題，還與顯示大廳整體結(jié)構(gòu)密不可分，必須注重需求為主、統(tǒng)籌兼顧、運用綜合集成技術(shù)，才能使之達到預(yù)期效果。
一、主要功能與要求
大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計首先要提出需求，以下為通用的主要功能與要求。
1.信息接收
系統(tǒng)不僅要能接收VGA、RGB、網(wǎng)絡(luò)計算機信息，還要能接收寬帶語音、視頻信號，并能根據(jù)需要進行適當?shù)男畔⑥D(zhuǎn)換。
2.信息顯示
系統(tǒng)能以多媒體的形式發(fā)布共享信息，能以不同的模式、按照劃分區(qū)域顯示態(tài)勢、文本、表格和視頻圖像信息。要求態(tài)勢顯示清晰、分辨率高，文字、圖像顯示清晰穩(wěn)定。
3.預(yù)覽、攝像與切換
為保證投影顯示信息的準確性和質(zhì)量，系統(tǒng)必須具有預(yù)覽功能，用于圖像的預(yù)審。顯示大廳內(nèi)應(yīng)安裝攝像機，用以提取管理控制機構(gòu)工作的視頻圖像。系統(tǒng)應(yīng)具有切換顯示功能，滿足多路信息顯示需要。
4.電視電話會議
系統(tǒng)能利用監(jiān)控、預(yù)覽、切換、通信及終端控制設(shè)備，保持與有關(guān)方面的視訊聯(lián)系，隨時可以召開電視電話會議。
5.控制方式
系統(tǒng)允許領(lǐng)導(dǎo)人員、業(yè)務(wù)工作人員、保障人員，以集中控制、移動控制、授權(quán)控制的方式，對大屏幕進行開關(guān)機、開設(shè)窗口、選擇信源、投影顯示、調(diào)整音響和照明等操作。
6.依據(jù)標準優(yōu)化設(shè)計
系統(tǒng)設(shè)備配置復(fù)雜、電纜信號繁多、安裝工藝和環(huán)境條件要求高，要按照機線標準化、電磁兼容性標準和大屏幕安裝要求，進行工程布線和設(shè)備安裝，確保系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定運行。
系統(tǒng)布局
1.基本布局
圖1
大屏幕顯示系統(tǒng)的可用布局方案有：影院型、圓桌會議型、階梯教室型、線型。
影院型布局的大屏幕在顯示大廳的正前方，領(lǐng)導(dǎo)人員席居中，業(yè)務(wù)員席位于領(lǐng)導(dǎo)人員前后或兩側(cè)，技術(shù)保障人員在領(lǐng)導(dǎo)人員后專門設(shè)置的控制室內(nèi)，便于對大屏幕顯示進行觀察控制。觀摩席在后排或外側(cè)，其參觀或觀摩不影響正常工作。這種布局使每個席位盡可能處于大屏幕的最佳觀看位置，有利于擴充席位，能接納的人員較多，適宜分散決策的管理體制，因此屏幕尺寸可以較大而且不止一塊，集中布置在正前方。但是這種布局不利于領(lǐng)導(dǎo)人員與其他成員之間的交談。
圓桌會議型布局可設(shè)三塊屏幕，主屏幕位于圓桌的一端，輔屏幕位于主屏幕兩側(cè)，幕間夾角視人數(shù)而定。領(lǐng)導(dǎo)人員位于圓桌的另一端，處于最佳的觀看位置，業(yè)務(wù)員或輔助決策領(lǐng)導(dǎo)人員位于圓桌兩側(cè)，主要觀看本席位正面的屏幕。這種結(jié)構(gòu)有利于領(lǐng)導(dǎo)人員觀看大屏幕并與其他成員之間的研討，但不利于輔助決策領(lǐng)導(dǎo)人員觀看其他屏幕，需要通過合理劃分顯示區(qū)域和內(nèi)容彌補解決。
階梯教室型布局的大屏幕位于正前方，各類人員按照對正常工作的重要程度不同，呈階梯狀排列位置，主要決策領(lǐng)導(dǎo)人員處于最佳的大屏幕觀看位置，其余人員次之。席位和屏幕之間，放置發(fā)言臺，供講演者用。這種布局適用于領(lǐng)導(dǎo)人員、觀摩人員較多，且完全依賴大屏幕提供的信息作出決策的管理機構(gòu)。線型布局的大屏幕呈直線或弧線型，按照部門、方向或任務(wù)將大屏幕劃分成若干個區(qū)域，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)人員位于相應(yīng)區(qū)域的最佳觀看位置，相互獨立的行使管理職能。在這種布局中，每個決策者或一組決策者正面的大屏幕是是專門為其設(shè)置的，用以顯示最關(guān)心的信息，適用于以扁平分散式?jīng)Q策為主的管理控制機構(gòu)。
2.投影顯示設(shè)備的布局
投影顯示設(shè)備包括投影機、控制器、信源機、信息接收及格式轉(zhuǎn)換設(shè)備，這些設(shè)備數(shù)量和體積較大，物理連接緊密，布局的基本要求是隱蔽、可靠、便于操作維護。
投影分為正投和背投。正投的光線穿過顯示大廳，將信息投射到屏幕上。正投影通過加大光線射程的方法，獲得較大的正投影幅面，適合單屏單機而對屏幕尺寸要求較大的場合，從而減少設(shè)備，降低成本，但是，正投影對顯示大廳內(nèi)物體的高度有限制，而且光線的強度會隨著投射距離的延長而衰減，使屏幕的亮度降低，常用兩臺投影機疊加或降低大廳照明亮度的辦法，提高投影顯示的相對亮度。
背投一般用于射程較短的環(huán)境，為提高投影顯示的幅面，可采用廣角鏡頭或多臺投影機拼接的方案。鏡頭的性能通常用射程與屏幕寬之比表示，其選擇范圍可從0.88:1到7:1，廣角鏡頭只需較短的射程就可獲得較大顯示幅面。但是，與用多臺投影機拼接相比，為要達到同樣的亮度，要求采用廣角鏡頭的投影機的光源功率較大，而且屏幕越大太陽效應(yīng)越明顯。因此對于單幅畫面較大的屏幕，趨向于采用拼接結(jié)構(gòu)。拼接投影機固定在幕后特制的機架上，控制器、信源機、信息接收及格式轉(zhuǎn)換設(shè)備，位于幕后兩端或第一層投影機的機架下，以便在不影響正常投影顯示的條件下進行維護操作。
3.顯示控制室的設(shè)備與布局
顯示控制室通常設(shè)在顯示大廳的后面，用單向玻璃與大廳隔離，玻璃上留有傳聲孔，便于技術(shù)保障人員直接觀察和聽到顯示大廳內(nèi)人員和設(shè)備情況，以便及時發(fā)現(xiàn)并響應(yīng)用戶申告，及時進行技術(shù)支持和故障處理。
顯示控制室應(yīng)包括：預(yù)覽監(jiān)視設(shè)備、大屏幕操作控制設(shè)備、信源選擇設(shè)備、音響控制設(shè)備、多媒體播放設(shè)備、錄音錄時設(shè)備、燈光控制設(shè)備等。技術(shù)保障人員通過監(jiān)視器墻，掌握正在投影顯示的情況，預(yù)審擬投影顯示的圖像，用顯示控制臺上的有線、無線、紅外、遙控器、觸摸屏、鍵盤鼠標等多種工具，對大屏幕顯示系統(tǒng)進行操作控制，完成對需要投影的計算機信息、各種視頻信息的顯示、切換、預(yù)覽控制，同時可利用集中控制器，對顯示大廳的燈光、音響、窗簾、攝像進行統(tǒng)一控制。
4.監(jiān)控席的布局
監(jiān)控席通常設(shè)在顯示大廳的最前排，配備大部分控制設(shè)備和簡化的監(jiān)視預(yù)覽設(shè)備，具有顯示控制室的大部分控制手段和控制功能，便于在現(xiàn)場進行操作控制，及時處理用戶申告和故障處理。
三、設(shè)備選擇
大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)備選擇要根據(jù)實際環(huán)境和使用需要，確定產(chǎn)品的性能要求和關(guān)鍵技術(shù)指標，再根據(jù)工程預(yù)算廣泛選取產(chǎn)品，進行主要技術(shù)參數(shù)和功能的對比，參考有關(guān)文獻和其他用戶經(jīng)驗，注重品牌及售后服務(wù)，重點選擇幾個產(chǎn)品，通過實際測試，必要時進行招投標，最終選定所需產(chǎn)品。大屏幕顯示設(shè)備多達數(shù)十種，以下僅介紹最重要的投影機、屏幕和控制器的選擇。
1.投影機
投影機的指標很多，可以從顯示性能、可靠性和可維護性三個方面進行比較選擇。顯示性能主要包括亮度、分辨率、對比度。投影機的亮度從數(shù)百直至上萬ANSI流明。實際觀看到的屏前亮度與投影距離、屏幕和環(huán)境亮度都有關(guān)，這要根據(jù)情況綜合選擇，在大屏幕顯示系統(tǒng)中，趨向于采用4000ANSI流明左右的DLP投影機進行拼接。對比度為投影機輸出最亮與最暗的比值，800:1能滿足要求。
可靠性通常用MTTF(平均無故障工作時間)表示，當然是越長越好。但是，幾乎所有的產(chǎn)品都有薄弱環(huán)節(jié)，投影機最薄弱的環(huán)節(jié)是提供光源的燈，因為在集中管理或重要任務(wù)的應(yīng)用過程中，即使是短暫的屏幕不能顯示，也是不能接受的。按照木桶理論，燈的壽命是影響投影機MTTF的重要因素，一般在數(shù)千小時級?？删S護性通常用MTTR(故障修復(fù)時間)表示，為了縮短故障修復(fù)時間，高檔投影機采用獨立燈單元部件或雙燈備份，更換時不需要移動投影機，也不需要進行幾何校正，以提高更換速度。
2.屏幕的選擇：
投影屏幕從功能上可分為透射式和反射式，透射式用于背投，反射式用于正投。從材質(zhì)上可分為珠光幕、玻璃幕、金屬幕、近白幕、壓紋塑料幕等。投影幕的正確選擇以及與投影機搭配得當，可以得到優(yōu)質(zhì)的投影效果，一般按照類型、材質(zhì)和尺寸的步驟進行選擇。
增益和視角是投影幕的兩個主要指標。增益反映了屏幕反射入射光的能力。在入射光的角度一定，入射光通量不變的情況下，屏幕某一方向上亮度與理想狀態(tài)下的亮度之比，叫該方向上的亮度系數(shù)，把其中的最大值稱為屏幕的增益，通常把無光澤白墻的增益值定為1，在壓紋塑料幕的光反射焦點，增益高達3.5。一般來講，增益越高視角越小，視角將影響席位的擺放位置和數(shù)量。屏幕在不同方向上的反射是不同的，離屏幕中心越遠，亮度越低，這也稱為太陽效應(yīng)，當亮度降為50%時的觀看角度定義為視角，菲涅爾光學(xué)廣角背投幕可將水平視角做到170度。
屏幕的尺寸應(yīng)與顯示大廳的空間格局、席位設(shè)置、人體物理學(xué)需要協(xié)調(diào)。顯示大廳的空間高度，通常為5~7米，應(yīng)設(shè)領(lǐng)導(dǎo)席、業(yè)務(wù)員席、操作控制席、同聲翻譯席、技術(shù)監(jiān)控席、為協(xié)調(diào)工作設(shè)置的相關(guān)部門管理席，以及預(yù)留觀摩或參觀人員的位置。每個席位面積依據(jù)設(shè)備配置不同而有差異，6~8平方米能滿足多數(shù)需要。管理與業(yè)務(wù)工作人員之間的最大距離以直接對話無延遲感為宜，不應(yīng)超過30米。屏幕底邊距地面應(yīng)有0.8~1.2米，單塊屏幕通常應(yīng)符合6：4或16：9的寬高比，屏幕的高度大約等于從最后一排觀眾到屏幕距離的1/6，第一排席位到屏幕的距離應(yīng)大于屏幕高度的2倍。以上數(shù)據(jù)可作為選擇屏幕的參考，具體尺寸還應(yīng)根據(jù)實際情況確定。
3.控制器的選擇
*矩陣切換器
矩陣切換器用于將輸入的任意一路RGB或視頻信號切換到輸出的任意路，并直接送投影機顯示。硬拼接靠投影機自有的功能實現(xiàn)拼接，成像速度快，矩陣切換器信號切換速度也很快，因此，硬拼接適合需要經(jīng)常切換顯示模式的場合。矩陣控制器的輸入信號的路數(shù)應(yīng)根據(jù)信號源的數(shù)量確定，輸出信號的路數(shù)應(yīng)不少于投影機數(shù)。通常矩陣切換器都有自帶控制面板和RS-232串口命令2種切換方式，所以，產(chǎn)品能否提供通信協(xié)議命令代碼至關(guān)重要，這涉及矩陣切換器能否實現(xiàn)計算機控制的問題。模擬信號帶寬應(yīng)選300m以上，以便保證圖像傳輸質(zhì)量。輸入阻抗應(yīng)與信號源匹配，才能使圖像顯示穩(wěn)定，這些參數(shù)有時需要通過調(diào)試才能確定,廣州宏控生產(chǎn)的矩陣切換器是不錯選擇。
*大屏幕拼接處理器
目前世界上流行的拼接控制系統(tǒng)主要有三種類型：硬件拼接系統(tǒng)、軟件拼接系統(tǒng)、軟件與硬件相結(jié)合的拼接系，還具有多路視頻、RGB輸入輸出接口，能將多種外部視頻、RGB模擬信號數(shù)字化后，在成像設(shè)備成像，再轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出到大屏幕，并且可以在大屏幕上隨意移動、放大和縮小，實現(xiàn)跨屏幕多窗口任意尺寸的無縫拼接，如同在一個大窗口進行操作一樣靈活、方便，這一過程也稱為軟拼接，顯示墻控制器也叫軟拼控制器。
顯示墻控制器為大屏幕圖形顯示提供了靈活的拼接和操作選擇，對于開辟窗口不多(4-6個)、只改變顯示內(nèi)容而較少改變拼接方式的場合，是一種理想的選擇。由于改變拼接方式時，控制器需對各個窗口進行轉(zhuǎn)換和計算操作，要重新對投影機進行同步，占用很大的系統(tǒng)資源和處理時間，使得切換時間較長，有的長達1分鐘。在輸出分辨率高、開窗口多、要求切換頻繁的應(yīng)用場合，切換時間、開窗口時間會較長，視頻顯示會有動畫。在大型管理中心，信號源的數(shù)量大大超過可開窗口的數(shù)量，時常需要改變顯示模式，進行模式切換，因此應(yīng)選擇功能更強大的控制器。根據(jù)一般感受，窗口數(shù)量不應(yīng)超過10個。因此軟拼接適用于信號源切換較少的場合使用。HK-980嵌入式圖像拼接控制器采用嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計，以控制芯片為核心，純硬件控制器；可24小時連續(xù)工作；相比板卡式控制器不存在死機、中病毒等問題，穩(wěn)定性更佳，可接受高分辨率RGB、VGA、復(fù)合視頻及Svideo等格式的模擬視頻信號和高分辨率的DVI數(shù)字信號，并按用戶要求對輸入視窗進行窗口大小、顯示位置、圖像比例等方面的調(diào)整和變換，最后以多窗口的形式，顯示在拼接顯示單元上，每路RGB通道獨立計算，信號處理更加細致；RGB、視頻圖象可相互疊加；視頻信號處理有運動補償，能消除運動圖象的鋸齒現(xiàn)象；相比板卡式控制器圖象處理質(zhì)量更佳；
*中央控制系統(tǒng)
大屏幕顯示系統(tǒng)是集多種媒體設(shè)備于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，為使其操作控制集中在領(lǐng)導(dǎo)人員席、顯示控制室、監(jiān)控席，集中控制器是很好的選擇。中央控制系統(tǒng)實際上是一種控制多種媒體設(shè)備的中間件，配備計算機硬件和專用操作系統(tǒng)，具有上載標準計算機程序、上載觸摸屏工程程序、更新操作系統(tǒng)、編寫控制程序的功能。對集中控制器的選擇，首先應(yīng)明確控制對象和控制屬性。在大屏幕顯示系統(tǒng)中，一般要對RGB、視頻、音頻信號進行切換控制，對燈光、窗簾、攝像、電源設(shè)備進行開關(guān)控制，對DVD、VCD、卡座進行播放控制，相應(yīng)地要選擇具有RS-232協(xié)議程序控制、繼電器開關(guān)控制、紅外線輸出接口的集中控制器。其次要選擇控制終端，通常是選擇有線、無線觸摸屏作為控制終端，相應(yīng)地要求集中控制器具有接收RS-232命令、無線電信號的輸入接口。廣州宏控生產(chǎn)的KT-AV可編程中央控制系統(tǒng)，不僅應(yīng)具有大量標準設(shè)備控制代碼數(shù)據(jù)庫，以便為設(shè)備擴充做準備，還應(yīng)是一個智能學(xué)習(xí)設(shè)備，能輕松的學(xué)會可遙控設(shè)備的控制命令，補充數(shù)據(jù)庫的不足。
四、綜合集成
在全面收集資料掌握所選產(chǎn)品的配置、安裝和測試方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際使用背景，繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、設(shè)備平面布局圖、設(shè)備縱向布局圖、電纜連接圖、機械加工圖、信號名稱對照表等技術(shù)資料，與業(yè)務(wù)主管部門和用戶單位充分協(xié)商后，確定最終設(shè)計方案。
大屏幕顯示系統(tǒng)設(shè)計需要將不同產(chǎn)品、不同設(shè)備互連，追求系統(tǒng)整體性能最優(yōu)，而不是對具體產(chǎn)品設(shè)備的研究開發(fā)，其技術(shù)難點是接口，技術(shù)難關(guān)是系統(tǒng)協(xié)調(diào)與優(yōu)化。當一個系統(tǒng)按照設(shè)計方案建成以后，可能存在很多意想不到的問題，例如信號匹配問題、切換速度問題，有的問題需要進行參數(shù)調(diào)整解決，有的需要更換產(chǎn)品解決，有的甚至要通過降低系統(tǒng)指標的方法解決。
大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計過程實際上是一個系統(tǒng)集成的過程，就是按照各種行業(yè)使用的需求，對眾多的技術(shù)和產(chǎn)品進行合理的選擇，最佳配置各種軟件和硬件產(chǎn)品資源，組合成完整的、能夠滿足管理機構(gòu)各個席位具體應(yīng)用需求的集成方案。
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