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。
二、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,广州新特珑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。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video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。广州新特珑所生产的AV3+/AV3M+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。