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大屏幕背投工程设计

来源:中国绿色数据中心 作者:机房360 更新时间:2009-7-17 16:43:08

摘要:大屏幕显示系统广泛应用于通信、电力、军队指挥机构,在提供共享信息、决策支持、态势显示方面发挥着重要作用,以下介绍大屏幕显示系统的设计和设备选型中的主要原则和注意事项,供读者朋友参考。

  大屏幕显示系统是集多种信息接收处理显示、多类人员操作控制于一体的多媒体互动系统,涉及声光电多方面技术问题,也涉及有关部门的管理协调问题,还与显示大厅整体结构密不可分,必须注重需求为主、统筹兼顾、运用综合集成技术,才能使之达到预期效果。
  
  一、主要功能与要求

  
  大屏幕显示系统的设计首先要提出需求,以下为通用的主要功能与要求。
  
  1.信息接收
  
  系统不仅要能接收VGA、RGB、网络计算机信息,还要能接收宽带语音、视频信号,并能根据需要进行适当的信息转换。
  
  2.信息显示
  
  系统能以多媒体的形式发布共享信息,能以不同的模式、按照划分区域显示态势、文本、表格和视频图像信息。要求态势显示清晰、分辨率高,文字、图像显示清晰稳定。
  
  3.预览、摄像与切换
  
  为保证投影显示信息的准确性和质量,系统必须具有预览功能,用于图像的预审。显示大厅内应安装摄像机,用以提取管理控制机构工作的视频图像。系统应具有切换显示功能,满足多路信息显示需要。
  
  4.电视电话会议
  
  系统能利用监控、预览、切换、通信及终端控制设备,保持与有关方面的视讯联系,随时可以召开电视电话会议。
  
  5.控制方式
  
  系统允许领导人员、业务工作人员、保障人员,以集中控制、移动控制、授权控制的方式,对大屏幕进行开关机、开设窗口、选择信源、投影显示、调整音响和照明等操作。
  
  6.依据标准优化设计
  
  系统设备配置复杂、电缆信号繁多、安装工艺和环境条件要求高,要按照机线标准化、电磁兼容性标准和大屏幕安装要求,进行工程布线和设备安装,确保系统能够长期稳定运行。
  
  系统布局
  
  1.基本布局
  
  

  大屏幕显示系统的可用布局方案有:影院型、圆桌会议型、阶梯教室型、线型。
  
  影院型布局的大屏幕在显示大厅的正前方,领导人员席居中,业务员席位于领导人员前后或两侧,技术保障人员在领导人员后专门设置的控制室内,便于对大屏幕显示进行观察控制。观摩席在后排或外侧,其参观或观摩不影响正常工作。这种布局使每个席位尽可能处于大屏幕的最佳观看位置,有利于扩充席位,能接纳的人员较多,适宜分散决策的管理体制,因此屏幕尺寸可以较大而且不止一块,集中布置在正前方。但是这种布局不利于领导人员与其他成员之间的交谈。
  
  圆桌会议型布局可设三块屏幕,主屏幕位于圆桌的一端,辅屏幕位于主屏幕两侧,幕间夹角视人数而定。领导人员位于圆桌的另一端,处于最佳的观看位置,业务员或辅助决策领导人员位于圆桌两侧,主要观看本席位正面的屏幕。这种结构有利于领导人员观看大屏幕并与其他成员之间的研讨,但不利于辅助决策领导人员观看其他屏幕,需要通过合理划分显示区域和内容弥补解决。
  
  阶梯教室型布局的大屏幕位于正前方,各类人员按照对正常工作的重要程度不同,呈阶梯状排列位置,主要决策领导人员处于最佳的大屏幕观看位置,其余人员次之。席位和屏幕之间,放置发言台,供讲演者用。这种布局适用于领导人员、观摩人员较多,且完全依赖大屏幕提供的信息作出决策的管理机构。线型布局的大屏幕呈直线或弧线型,按照部门、方向或任务将大屏幕划分成若干个区域,有关领导人员位于相应区域的最佳观看位置,相互独立的行使管理职能。在这种布局中,每个决策者或一组决策者正面的大屏幕是是专门为其设置的,用以显示最关心的信息,适用于以扁平分散式决策为主的管理控制机构。
  
  2.投影显示设备的布局
  
  投影显示设备包括投影机、控制器、信源机、信息接收及格式转换设备,这些设备数量和体积较大,物理连接紧密,布局的基本要求是隐蔽、可靠、便于操作维护。
  
  投影分为正投和背投。正投的光线穿过显示大厅,将信息投射到屏幕上。正投影通过加大光线射程的方法,获得较大的正投影幅面,适合单屏单机而对屏幕尺寸要求较大的场合,从而减少设备,降低成本,但是,正投影对显示大厅内物体的高度有限制,而且光线的强度会随着投射距离的延长而衰减,使屏幕的亮度降低,常用两台投影机叠加或降低大厅照明亮度的办法,提高投影显示的相对亮度。
  
  背投一般用于射程较短的环境,为提高投影显示的幅面,可采用广角镜头或多台投影机拼接的方案。镜头的性能通常用射程与屏幕宽之比表示,其选择范围可从0.88:1到7:1,广角镜头只需较短的射程就可获得较大显示幅面。但是,与用多台投影机拼接相比,为要达到同样的亮度,要求采用广角镜头的投影机的光源功率较大,而且屏幕越大太阳效应越明显。因此对于单幅画面较大的屏幕,趋向于采用拼接结构。拼接投影机固定在幕后特制的机架上,控制器、信源机、信息接收及格式转换设备,位于幕后两端或第一层投影机的机架下,以便在不影响正常投影显示的条件下进行维护操作。
  
  3.显示控制室的设备与布局
  
  显示控制室通常设在显示大厅的后面,用单向玻璃与大厅隔离,玻璃上留有传声孔,便于技术保障人员直接观察和听到显示大厅内人员和设备情况,以便及时发现并响应用户申告,及时进行技术支持和故障处理。
  
  显示控制室应包括:预览监视设备、大屏幕操作控制设备、信源选择设备、音响控制设备、多媒体播放设备、录音录时设备、灯光控制设备等。技术保障人员通过监视器墙,掌握正在投影显示的情况,预审拟投影显示的图像,用显示控制台上的有线、无线、红外、遥控器、触摸屏、键盘鼠标等多种工具,对大屏幕显示系统进行操作控制,完成对需要投影的计算机信息、各种视频信息的显示、切换、预览控制,同时可利用集中控制器,对显示大厅的灯光、音响、窗帘、摄像进行统一控制。
  
  4.监控席的布局


  
  监控席通常设在显示大厅的最前排,配备大部分控制设备和简化的监视预览设备,具有显示控制室的大部分控制手段和控制功能,便于在现场进行操作控制,及时处理用户申告和故障处理。
  
  三、设备选择
  
  大屏幕显示系统的设备选择要根据实际环境和使用需要,确定产品的性能要求和关键技术指标,再根据工程预算广泛选取产品,进行主要技术参数和功能的对比,参考有关文献和其他用户经验,注重品牌及售后服务,重点选择几个产品,通过实际测试,必要时进行招投标,最终选定所需产品。大屏幕显示设备多达数十种,以下仅介绍最重要的投影机、屏幕和控制器的选择。
  
  1.投影机
  
  投影机的指标很多,可以从显示性能、可靠性和可维护性三个方面进行比较选择。显示性能主要包括亮度、分辨率、对比度。投影机的亮度从数百直至上万ANSI流明。实际观看到的屏前亮度与投影距离、屏幕和环境亮度都有关,这要根据情况综合选择,在大屏幕显示系统中,趋向于采用4000ANSI流明左右的DLP投影机进行拼接。对比度为投影机输出最亮与最暗的比值,800:1能满足要求。
  
  可靠性通常用MTTF(平均无故障工作时间)表示,当然是越长越好。但是,几乎所有的产品都有薄弱环节,投影机最薄弱的环节是提供光源的灯,因为在集中管理或重要任务的应用过程中,即使是短暂的屏幕不能显示,也是不能接受的。按照木桶理论,灯的寿命是影响投影机MTTF的重要因素,一般在数千小时级。可维护性通常用MTTR(故障修复时间)表示,为了缩短故障修复时间,高档投影机采用独立灯单元部件或双灯备份,更换时不需要移动投影机,也不需要进行几何校正,以提高更换速度。
  
  2.屏幕的选择:
  
  投影屏幕从功能上可分为透射式和反射式,透射式用于背投,反射式用于正投。从材质上可分为珠光幕、玻璃幕、金属幕、近白幕、压纹塑料幕等。投影幕的正确选择以及与投影机搭配得当,可以得到优质的投影效果,一般按照类型、材质和尺寸的步骤进行选择。
  
  增益和视角是投影幕的两个主要指标。增益反映了屏幕反射入射光的能力。在入射光的角度一定,入射光通量不变的情况下,屏幕某一方向上亮度与理想状态下的亮度之比,叫该方向上的亮度系数,把其中的最大值称为屏幕的增益,通常把无光泽白墙的增益值定为1,在压纹塑料幕的光反射焦点,增益高达3.5。一般来讲,增益越高视角越小,视角将影响席位的摆放位置和数量。屏幕在不同方向上的反射是不同的,离屏幕中心越远,亮度越低,这也称为太阳效应,当亮度降为50%时的观看角度定义为视角,菲涅尔光学广角背投幕可将水平视角做到170度。
  
  屏幕的尺寸应与显示大厅的空间格局、席位设置、人体物理学需要协调。显示大厅的空间高度,通常为5~7米,应设领导席、业务员席、操作控制席、同声翻译席、技术监控席、为协调工作设置的相关部门管理席,以及预留观摩或参观人员的位置。每个席位面积依据设备配置不同而有差异,6~8平方米能满足多数需要。管理与业务工作人员之间的最大距离以直接对话无延迟感为宜,不应超过30米。屏幕底边距地面应有0.8~1.2米,单块屏幕通常应符合6:4或16:9的宽高比,屏幕的高度大约等于从最后一排观众到屏幕距离的1/6,第一排席位到屏幕的距离应大于屏幕高度的2倍。以上数据可作为选择屏幕的参考,具体尺寸还应根据实际情况确定。
  
  3.控制器的选择

  
  *矩阵切换器
  
  矩阵切换器用于将输入的任意一路RGB或视频信号切换到输出的任意路,并直接送投影机显示。硬拼接靠投影机自有的功能实现拼接,成像速度快,矩阵切换器信号切换速度也很快,因此,硬拼接适合需要经常切换显示模式的场合。矩阵控制器的输入信号的路数应根据信号源的数量确定,输出信号的路数应不少于投影机数。通常矩阵切换器都有自带控制面板和RS-232串口命令2种切换方式,所以,产品能否提供通信协议命令代码至关重要,这涉及矩阵切换器能否实现计算机控制的问题。模拟信号带宽应选300m以上,以便保证图像传输质量。输入阻抗应与信号源匹配,才能使图像显示稳定,这些参数有时需要通过调试才能确定,广州宏控生产的矩阵切换器是不错选择。
  
  *大屏幕拼接处理器
  
  目前世界上流行的拼接控制系统主要有三种类型:硬件拼接系统、软件拼接系统、软件与硬件相结合的拼接系,还具有多路视频、RGB输入输出接口,能将多种外部视频、RGB模拟信号数字化后,在成像设备成像,再转换成模拟信号输出到大屏幕,并且可以在大屏幕上随意移动、放大和缩小,实现跨屏幕多窗口任意尺寸的无缝拼接,如同在一个大窗口进行操作一样灵活、方便,这一过程也称为软拼接,显示墙控制器也叫软拼控制器。
  
  显示墙控制器为大屏幕图形显示提供了灵活的拼接和操作选择,对于开辟窗口不多(4-6个)、只改变显示内容而较少改变拼接方式的场合,是一种理想的选择。由于改变拼接方式时,控制器需对各个窗口进行转换和计算操作,要重新对投影机进行同步,占用很大的系统资源和处理时间,使得切换时间较长,有的长达1分钟。在输出分辨率高、开窗口多、要求切换频繁的应用场合,切换时间、开窗口时间会较长,视频显示会有动画。在大型管理中心,信号源的数量大大超过可开窗口的数量,时常需要改变显示模式,进行模式切换,因此应选择功能更强大的控制器。根据一般感受,窗口数量不应超过10个。因此软拼接适用于信号源切换较少的场合使用。HK-980嵌入式图像拼接控制器采用嵌入式结构设计,以控制芯片为核心,纯硬件控制器;可24小时连续工作;相比板卡式控制器不存在死机、中病毒等问题,稳定性更佳,可接受高分辨率RGB、VGA、复合视频及Svideo等格式的模拟视频信号和高分辨率的DVI数字信号,并按用户要求对输入视窗进行窗口大小、显示位置、图像比例等方面的调整和变换,最后以多窗口的形式,显示在拼接显示单元上,每路RGB通道独立计算,信号处理更加细致;RGB、视频图象可相互叠加;视频信号处理有运动补偿,能消除运动图象的锯齿现象;相比板卡式控制器图象处理质量更佳;
  
  *中央控制系统
  
  大屏幕显示系统是集多种媒体设备于一体的复杂系统,为使其操作控制集中在领导人员席、显示控制室、监控席,集中控制器是很好的选择。中央控制系统实际上是一种控制多种媒体设备的中间件,配备计算机硬件和专用操作系统,具有上载标准计算机程序、上载触摸屏工程程序、更新操作系统、编写控制程序的功能。对集中控制器的选择,首先应明确控制对象和控制属性。在大屏幕显示系统中,一般要对RGB、视频、音频信号进行切换控制,对灯光、窗帘、摄像、电源设备进行开关控制,对DVD、VCD、卡座进行播放控制,相应地要选择具有RS-232协议程序控制、继电器开关控制、红外线输出接口的集中控制器。其次要选择控制终端,通常是选择有线、无线触摸屏作为控制终端,相应地要求集中控制器具有接收RS-232命令、无线电信号的输入接口。广州宏控生产的KT-AV可编程中央控制系统,不仅应具有大量标准设备控制代码数据库,以便为设备扩充做准备,还应是一个智能学习设备,能轻松的学会可遥控设备的控制命令,补充数据库的不足。
  
  四、综合集成
  
  在全面收集资料掌握所选产品的配置、安装和测试方法的基础上,结合实际使用背景,绘制系统结构图、设备平面布局图、设备纵向布局图、电缆连接图、机械加工图、信号名称对照表等技术资料,与业务主管部门和用户单位充分协商后,确定最终设计方案。
  
  大屏幕显示系统设计需要将不同产品、不同设备互连,追求系统整体性能最优,而不是对具体产品设备的研究开发,其技术难点是接口,技术难关是系统协调与优化。当一个系统按照设计方案建成以后,可能存在很多意想不到的问题,例如信号匹配问题、切换速度问题,有的问题需要进行参数调整解决,有的需要更换产品解决,有的甚至要通过降低系统指标的方法解决。
  
  大屏幕显示系统的设计过程实际上是一个系统集成的过程,就是按照各种行业使用的需求,对众多的技术和产品进行合理的选择,最佳配置各种软件和硬件产品资源,组合成完整的、能够满足管理机构各个席位具体应用需求的集成方案。

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