大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2010年02月11日 10:15 www.nxhydt.com 作者：佚名 用戶評(píng)論（0）
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大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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(duì)指揮機(jī)構(gòu)，在提供共享信息、決策支持、態(tài)勢(shì)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(jì)和設(shè)備選型中的主要原則和注意事項(xiàng)，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(dòng)系統(tǒng)，涉及聲光電多方面技術(shù)問(wèn)題，也涉及有關(guān)部門的管理協(xié)調(diào)問(wèn)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(yùn)用綜合集成技術(shù)，才能使之達(dá)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(jì)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(jì)算機(jī)信息，還要能接收寬帶語(yǔ)音、視頻信號(hào)，并能根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?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(shì)、文本、表格和視頻圖像信息。要求態(tài)勢(shì)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(zhǔn)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(jī)，用以提取管理控制機(jī)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(huì)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(shí)可以召開(kāi)電視電話會(huì)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(dòng)控制、授權(quán)控制的方式，對(duì)大屏幕進(jìn)行開(kāi)關(guān)機(jī)、開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)計(jì)
系統(tǒng)設(shè)備配置復(fù)雜、電纜信號(hào)繁多、安裝工藝和環(huán)境條件要求高，要按照機(jī)線標(biāo)準(zhǔn)化、電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)和大屏幕安裝要求，進(jìn)行工程布線和設(shè)備安裝，確保系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)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(huì)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(duì)大屏幕顯示進(jìn)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(gè)席位盡可能處于大屏幕的最佳觀看位置，有利于擴(kuò)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(huì)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(guò)合理劃分顯示區(qū)域和內(nèi)容彌補(bǔ)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(duì)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(tái)，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(jī)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(gè)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(dú)立的行使管理職能。在這種布局中，每個(gè)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(jī)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(jī)、控制器、信源機(jī)、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(hù)。
投影分為正投和背投。正投的光線穿過(guò)顯示大廳，將信息投射到屏幕上。正投影通過(guò)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(jī)而對(duì)屏幕尺寸要求較大的場(chǎng)合，從而減少設(shè)備，降低成本，但是，正投影對(duì)顯示大廳內(nèi)物體的高度有限制，而且光線的強(qiáng)度會(huì)隨著投射距離的延長(zhǎng)而衰減，使屏幕的亮度降低，常用兩臺(tái)投影機(jī)疊加或降低大廳照明亮度的辦法，提高投影顯示的相對(duì)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(tái)投影機(jī)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(tái)投影機(jī)拼接相比，為要達(dá)到同樣的亮度，要求采用廣角鏡頭的投影機(jī)的光源功率較大，而且屏幕越大太陽(yáng)效應(yīng)越明顯。因此對(duì)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(jī)固定在幕后特制的機(jī)架上，控制器、信源機(jī)、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(jī)的機(jī)架下，以便在不影響正常投影顯示的條件下進(jìn)行維護(hù)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(tīng)到顯示大廳內(nèi)人員和設(shè)備情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并響應(yīng)用戶申告，及時(shí)進(jìn)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(shí)設(shè)備、燈光控制設(shè)備等。技術(shù)保障人員通過(guò)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(tái)上的有線、無(wú)線、紅外、遙控器、觸摸屏、鍵盤鼠標(biāo)等多種工具，對(duì)大屏幕顯示系統(tǒng)進(jìn)行操作控制，完成對(duì)需要投影的計(jì)算機(jī)信息、各種視頻信息的顯示、切換、預(yù)覽控制，同時(shí)可利用集中控制器，對(duì)顯示大廳的燈光、音響、窗簾、攝像進(jìn)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(jiǎn)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(chǎng)進(jìn)行操作控制，及時(shí)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(shí)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(biāo)，再根據(jù)工程預(yù)算廣泛選取產(chǎn)品，進(jìn)行主要技術(shù)參數(shù)和功能的對(duì)比，參考有關(guān)文獻(xiàn)和其他用戶經(jīng)驗(yàn)，注重品牌及售后服務(wù)，重點(diǎn)選擇幾個(gè)產(chǎn)品，通過(guò)實(shí)際測(cè)試，必要時(shí)進(jìn)行招投標(biāo)，最終選定所需產(chǎn)品。大屏幕顯示設(shè)備多達(dá)數(shù)十種，以下僅介紹最重要的投影機(jī)、屏幕和控制器的選擇。
1.投影機(jī)
投影機(jī)的指標(biāo)很多，可以從顯示性能、可靠性和可維護(hù)性三個(gè)方面進(jìn)行比較選擇。顯示性能主要包括亮度、分辨率、對(duì)比度。投影機(jī)的亮度從數(shù)百直至上萬(wàn)ANSI流明。實(shí)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(jī)進(jìn)行拼接。對(duì)比度為投影機(jī)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(wú)故障工作時(shí)間)表示，當(dāng)然是越長(zhǎng)越好。但是，幾乎所有的產(chǎn)品都有薄弱環(huán)節(jié)，投影機(jī)最薄弱的環(huán)節(jié)是提供光源的燈，因?yàn)樵诩泄芾砘蛑匾蝿?wù)的應(yīng)用過(guò)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(jī)MTTF的重要因素，一般在數(shù)千小時(shí)級(jí)。可維護(hù)性通常用MTTR(故障修復(fù)時(shí)間)表示，為了縮短故障修復(fù)時(shí)間，高檔投影機(jī)采用獨(dú)立燈單元部件或雙燈備份，更換時(shí)不需要移動(dòng)投影機(jī)，也不需要進(jìn)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(jī)搭配得當(dāng)，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(jìn)行選擇。
增益和視角是投影幕的兩個(gè)主要指標(biāo)。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(wú)光澤白墻的增益值定為1，在壓紋塑料幕的光反射焦點(diǎn)，增益高達(dá)3.5。一般來(lái)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(yuǎn)，亮度越低，這也稱為太陽(yáng)效應(yīng)，當(dāng)亮度降為50%時(shí)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(gè)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(duì)話無(wú)延遲感為宜，不應(yīng)超過(guò)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(shí)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(hào)切換到輸出的任意路，并直接送投影機(jī)顯示。硬拼接靠投影機(jī)自有的功能實(shí)現(xiàn)拼接，成像速度快，矩陣切換器信號(hào)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(chǎng)合。矩陣控制器的輸入信號(hào)的路數(shù)應(yīng)根據(jù)信號(hào)源的數(shù)量確定，輸出信號(hào)的路數(shù)應(yīng)不少于投影機(jī)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(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的問(wèn)題。模擬信號(hào)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(hào)源匹配，才能使圖像顯示穩(wěn)定，這些參數(shù)有時(shí)需要通過(guò)調(diào)試才能確定,廣州宏控生產(chǎn)的矩陣切換器是不錯(cuò)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(hào)數(shù)字化后，在成像設(shè)備成像，再轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出到大屏幕，并且可以在大屏幕上隨意移動(dòng)、放大和縮小，實(shí)現(xiàn)跨屏幕多窗口任意尺寸的無(wú)縫拼接，如同在一個(gè)大窗口進(jìn)行操作一樣靈活、方便，這一過(guò)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(duì)于開(kāi)辟窗口不多(4-6個(gè))、只改變顯示內(nèi)容而較少改變拼接方式的場(chǎng)合，是一種理想的選擇。由于改變拼接方式時(shí)，控制器需對(duì)各個(gè)窗口進(jìn)行轉(zhuǎn)換和計(jì)算操作，要重新對(duì)投影機(jī)進(jìn)行同步，占用很大的系統(tǒng)資源和處理時(shí)間，使得切換時(shí)間較長(zhǎng)，有的長(zhǎng)達(dá)1分鐘。在輸出分辨率高、開(kāi)窗口多、要求切換頻繁的應(yīng)用場(chǎng)合，切換時(shí)間、開(kāi)窗口時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)，視頻顯示會(huì)有動(dòng)畫。在大型管理中心，信號(hào)源的數(shù)量大大超過(guò)可開(kāi)窗口的數(shù)量，時(shí)常需要改變顯示模式，進(jìn)行模式切換，因此應(yīng)選擇功能更強(qiáng)大的控制器。根據(jù)一般感受，窗口數(shù)量不應(yīng)超過(guò)10個(gè)。因此軟拼接適用于信號(hào)源切換較少的場(chǎng)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(jì)，以控制芯片為核心，純硬件控制器；可24小時(shí)連續(xù)工作；相比板卡式控制器不存在死機(jī)、中病毒等問(wèn)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(hào)和高分辨率的DVI數(shù)字信號(hào)，并按用戶要求對(duì)輸入視窗進(jìn)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(dú)立計(jì)算，信號(hào)處理更加細(xì)致；RGB、視頻圖象可相互疊加；視頻信號(hào)處理有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，能消除運(yùn)動(dòng)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(shí)際上是一種控制多種媒體設(shè)備的中間件，配備計(jì)算機(jī)硬件和專用操作系統(tǒng)，具有上載標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)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(duì)集中控制器的選擇，首先應(yīng)明確控制對(duì)象和控制屬性。在大屏幕顯示系統(tǒng)中，一般要對(duì)RGB、視頻、音頻信號(hào)進(jìn)行切換控制，對(duì)燈光、窗簾、攝像、電源設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，對(duì)DVD、VCD、卡座進(jìn)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(kāi)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(wú)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(wú)線電信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)備控制代碼數(shù)據(jù)庫(kù)，以便為設(shè)備擴(kuò)充做準(zhǔn)備，還應(yīng)是一個(gè)智能學(xué)習(xí)設(shè)備，能輕松的學(xué)會(huì)可遙控設(shè)備的控制命令，補(bǔ)充數(shù)據(jù)庫(kù)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(cè)試方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)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(jī)械加工圖、信號(hào)名稱對(duì)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(jì)方案。
大屏幕顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)具體產(chǎn)品設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)，其技術(shù)難點(diǎn)是接口，技術(shù)難關(guān)是系統(tǒng)協(xié)調(diào)與優(yōu)化。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)方案建成以后，可能存在很多意想不到的問(wèn)題，例如信號(hào)匹配問(wèn)題、切換速度問(wèn)題，有的問(wèn)題需要進(jìn)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(guò)降低系統(tǒng)指標(biāo)的方法解決。
大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)集成的過(guò)程，就是按照各種行業(yè)使用的需求，對(duì)眾多的技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)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(jī)構(gòu)各個(gè)席位具體應(yīng)用需求的集成方案。
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