大屏幕显示系统的设计
主要功能和要求
简介：大屏幕显示系统广泛应用于通信、电力和军事指挥机构，在提供共享信息、决策支持和态势显示方面发挥着重要作用。下面介绍大屏幕显示系统设计和设备选型的主要原则和注意事项，供读者参考。
大屏幕显示系统是集各种信息接收、处理和显示以及各种人员操作和控制于一体的多媒体交互系统。涉及声、光、电诸多技术问题，以及相关部门的管理和协调。也离不开展示馆的整体结构。我们必须注重以需求为导向，统筹规划，利用综合集成技术达到预期效果。
一、主要功能和要求
大屏幕显示系统的设计首先要提出需求，以下是一般的主要功能和要求。
1.信息接收
该系统不仅能接收VGA、RGB和网络计算机信息，还能接收宽带语音和视频信号，并根据需要进行适当的信息转换。
2.信息显示
该系统能够以多媒体的形式发布共享信息，并以不同的方式和按照划分的区域显示态势、文本、表格和视频图像信息。要求态势显示清晰，分辨率高，文字和图像显示清晰稳定。
3.预览、拍摄和切换
为了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，对图像进行预检。应在展示大厅安装摄像机，以提取管理和控制机制的视频图像。系统应具有切换显示功能，以满足多路信息显示的需要。
4.视频电话会议
该系统可利用监控、预览、交换、通信和终端控制设备与相关方保持视频联系，并可随时召开视频会议。
5.控制方式
该系统允许领导、业务人员和安保人员通过集中控制、移动控制和授权控制来开关大屏幕、打开窗口、选择信号源、投影显示、调节声音和灯光。
6.根据标准优化设计
系统设备配置复杂，电缆信号众多，安装工艺和环境条件要求苛刻。工程布线和设备安装应按照机线标准化、电磁兼容标准和大屏幕安装的要求进行，确保系统长期稳定运行。
系统布置
1.基本布局
图1
大屏幕显示系统可用的布局方案有：影院式、圆桌式、阶梯教室式、直线式。
影院布局的大屏幕在展示大厅的前面，领导座位在中央，业务员座位在领导前面或两侧，控制室的技术支持人员专门设置在领导后面，便于观察和控制大屏幕显示。观察座位在后排或外面，其参观或观察不会影响正常工作。这样的布局使每个座位尽可能处于大屏幕上的最佳观看位置，有利于扩大座位，接纳更多的人。适用于分散决策管理系统，所以屏幕尺寸可以更大，可以不止一个，可以集中布置在前面。但这种布局不利于领导与其他成员的交谈。
圆桌会议布局可以有三个屏幕，主屏幕位于圆桌的一端，辅助屏幕位于主屏幕的两侧。场景之间的夹角取决于人数。领导位于圆桌的另一端，处于最佳观看位置，业务员或辅助决策领导位于圆桌两侧，主要看这个座位的正面屏幕。这种结构有利于领导观看大屏幕和其他成员讨论，但不利于辅助决策领导观看其他屏幕，需要通过合理划分显示区域和内容来解决。
阶梯教室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排列成阶梯状。主要决策领导在最佳大屏幕观看位置，其余次之。在座位和屏幕之间，为演讲者放置了一个讲台。这种布局适合领导者和观察者较多，完全依靠大屏幕提供的信息进行决策的管理组织。大屏幕的线性布局为直线或弧形，根据部门、方向或任务将大屏幕分成若干区域。相关领导位于相应区域的最佳观看位置，相互独立行使管理职能。在这种布局中，每个决策者或一组决策者面前的大屏幕是专门为他们设置的，用来显示最关心的信息，适用于决策扁平化、分散化的管控机构。
2.投影显示设备的布局
投影显示设备包括投影仪、控制器、源机、信息接收和格式转换设备。这些设备数量多、体积大、物理连接紧密，布局的基本要求是隐蔽、可靠、易操作维护。
投影分为正面投影和背面投影。投射的光线穿过展厅，将信息投射到屏幕上。正投影通过增加光线的范围来获得更大的正投影格式，适用于单屏、屏幕尺寸要求大的场合，从而降低设备和成本。但正投影限制了展示大厅内物体的高度，光线的强度会随着投影距离的延长而衰减，从而降低屏幕的亮度。通常使用两台投影仪叠加或降低大厅的照明亮度，以提高投影显示的相对亮度。
背投一般用于近距离环境。为了改善投影显示的格式，可以使用广角镜头或多台投影仪。镜头的性能通常用射程与屏幕宽度的比值来表示，其选择范围可以从0.88:1到7:1。广角镜头只能在较短的范围内获得较大的显示格式。但与多台投影仪拼接相比，为了达到同样的亮度，广角镜头的投影仪要求光源功率更高，屏幕越大，日光效应越明显。所以对于单幅画面较大的屏幕，倾向于采用拼接结构。拼接投影机固定在幕后专用机架上，控制器、源机和信息接收及格式转换设备位于幕后两端或一楼投影机机架下，以便在不影响正常投影显示的情况下进行维护操作。
3.显示控制室的设备和布局
显示控制室通常位于显示大厅的后部，与大厅之间用单向玻璃隔开，玻璃上留有音孔，便于技术支持人员直接观察和听到显示大厅内的人员和设备，以便及时发现和响应用户的申报，及时进行技术支持和故障处理。
显示控制室应包括：预览监控设备、大屏幕操作控制设备、源选择设备、音频控制设备、多媒体播放设备、音频录制设备、灯光控制设备等。通过监控墙，技术支持人员可以掌握投影显示的情况，对要投影的图像进行预检，利用显控台上的有线、无线、红外、遥控、触摸屏、键盘、鼠标等各种工具控制大屏幕显示系统的运行，完成计算机信息和需要投影的各种视频信息的显示、切换和预览控制。同时可以用集中控制器统一展示大厅的灯光、音响、窗帘、摄像。
4.监控席位布局
监控席位通常位于展示大厅的前排，配备大部分控制设备和简化的监控预览设备，具有展示控制室的大部分控制手段和控制功能，便于现场操作控制、及时处理用户申报和故障处理
大屏幕显示系统的设备选型应根据实际环境和使用需求确定产品的性能要求和关键技术指标，然后根据项目预算广泛选择产品，比较主要技术参数和功能，参考相关文献和其他用户经验，注重品牌和售后服务，重点选择几款产品，必要时通过实际测试和招标最终选定所需产品。有几十个大屏幕显示设备。下面只介绍投影仪、屏幕、控制器最重要的选择。
1.放映机
投影仪的指标有很多，可以从显示性能、可靠性、可维护性三个方面进行比较和选择。显示性能主要包括亮度、分辨率和对比度。投影仪的亮度从数百到数万ANSI流明不等。屏幕前的实际亮度与投影距离、屏幕亮度、环境有关，要根据情况综合选择。在大屏幕显示系统中，一般倾向于使用流明在4000ANSI左右的DLP投影仪进行拼接。对比度是投影机最亮和最暗输出的比值，800:1就能满足要求。
可靠性通常用MTTF(平均无故障时间)来表示，当然越长越好。但是几乎所有的产品都有薄弱环节，而投影仪最薄弱的环节就是提供光源的灯，因为在集中管理或者重要任务的应用过程中，甚至连一小段屏幕都无法显示，这是不可接受的。根据木桶理论，灯的寿命是影响投影机MTTF的重要因素，一般在几千小时的量级。可维护性通常用MTTR(修复故障的时间)来表示。为了缩短修复故障的时间，高端投影仪采用独立的灯单元组件或双灯进行备份，更换时无需移动投影仪或进行几何校正，提高了更换速度。
2.屏幕选择：
投影屏在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。从材质上可以分为珠光帘、玻璃帘、金属帘、近白帘、压花塑料帘等。投影幕的正确选择，与投影机的恰当搭配，可以获得高质量的投影效果，一般根据类型、材质、尺寸等步骤进行选择。
增益和视角是投影屏幕的两个主要指标。增益反映了屏幕反射入射光的能力。当入射光的角度不变，入射光通量不变时，屏幕某一方向的亮度与理想状态下的亮度之比称为该方向的亮度系数，其最大值称为屏幕的增益。通常哑光白墙的增益值设置为1，压花塑料帘反光焦点处增益高达3.5。一般来说，增益越高，可视角度越小，可视角度会影响摆放位置和座位数。屏幕在不同方向的反射是不一样的。离屏幕中心越远，亮度越低，也就是所谓的太阳效应。当亮度下降到50%时，视角定义为视角，菲涅尔光学广角背投屏幕可以实现170度的水平视角。
屏幕的大小要与展示大厅的空间格局、座位设置、人体物理需求相协调。展示大厅的空间高度，一般为5-7米，应设置领导坐席、业务员坐席、操作控制坐席、同声翻译坐席、技术监控坐席、为协调工作而设置的相关部门管理坐席，并预留观察或访客位置。每个座位的面积根据设备配置不同而不同，6~8平米可以满足大部分需求。管理人员与业务人员之间的最大距离适合直接对话，不要延迟，不要超过30米。屏幕底部应距地面0.8 ~ 1.2m。一般单屏要满足6: 4或者16: 9的长宽比。屏幕的高度大约是最后一排的观众到屏幕的距离的1/6，也是fi中座位的距离
矩阵切换器用于将任何输入的RGB或视频信号切换为任何输出信号，并直接发送到投影仪进行显示。硬拼接依靠投影仪自身功能实现拼接，成像速度快，矩阵切换器信号切换速度快。所以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数量应根据信号源的数量确定，输出信号的数量应不少于投影仪的数量。通常矩阵切换器有两种切换方式：自带控制面板和RS-232串口命令。因此，产品能否提供通信协议命令代码非常重要，这涉及到矩阵切换器能否实现计算机控制。模拟信号带宽应大于300m，以保证图像传输质量。输入阻抗应与信号源匹配，使图像显示稳定。这些参数有时需要通过调试来确定。广州宏控生产的矩阵切换器是个不错的选择。
*大屏幕拼接处理器
目前国际上流行的拼接控制系统有三种：硬件拼接系统、软件拼接系统、软硬件结合的拼接系统、多路视频和RGB输入输出接口。它可以将各种外部视频和RGB模拟信号数字化，在成像设备上成像，然后转换成模拟信号输出到大屏幕上，可以在大屏幕上随意移动、放大、缩小，实现跨多个屏幕、窗口的任意尺寸无缝拼接，就像在大窗口中操作一样灵活。
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项，是窗口不多(4-6个)且只改变显示内容但拼接方式变化较小的场合的理想选择。改变拼接模式时，控制器需要对每个窗口进行转换计算，并再次同步投影仪，占用了大量的系统资源和处理时间，使得切换时间更长，有的长达1分钟。在输出分辨率高、窗口多、切换频繁的应用中，切换时间和窗口打开时间会更长，视频显示会有动画效果。在一个大型的管理中心，信号源的数量大大超过可以打开的窗口数量，经常需要改变显示方式和切换模式，所以要选择功能更强大的控制器。按照一般感觉，窗口数量应该不会超过10个。因此，软拼接适用于信号源切换较少的场合。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；与板卡控制器相比，没有死机、病毒等问题，稳定性更好。它可以接受RGB、VGA、复合视频和Svideo格式的高分辨率模拟视频信号和高分辨率DVI数字信号，并根据用户要求在窗口大小、显示位置和图像比例方面调整和变换输入窗口。最后以多窗口的形式显示在拼接显示单元上，每个RGB通道独立计算，使信号处理更加细致。RGB和视频图像可以相互叠加；视频信号处理有运动补偿，可以消除运动图像的锯齿现象；与板卡控制器相比，图像处理质量更好；
*中央控制系统
大屏幕显示系统是一个集成了各种媒体设备的复杂系统。为了将其操作和控制集中在领导席、显控室和监控席，集中控制器是一个不错的选择。中央控制系统实际上是控制各种媒体设备的中间件，配备计算机硬件和专用操作系统，具有上传标准计算机程序、上传触摸屏工程程序、更新操作系统和编写控制程序的功能。对于集中控制器的选择，首先要明确控制对象和控制属性。在大屏幕显示系统中，要切换RGB、视频、音频信号，切换灯光、窗帘、摄像头、电源设备，播放DVD、VCD、卡座。相应地，应选择具有RS-232协议程序控制、继电器开关控制和红外输出接口的集中控制器。其次，应选择控制终端，通常选择有线或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命令和无线电信号的输入接口。广州宏控生产的KT-AV可编程中控系统，不仅要有大量的标准设备控制代码数据库，为设备扩展做准备，还要有智能学习装置，可以轻松学习遥控设备的控制命令，补充数据库的不足。
第四，全面整合
在全面收集资料和掌握所选产品的配置、安装、测试方法的基础上，结合实际使用背景，绘制系统结构图、设备平面布置图、设备垂直布置图、电缆连接图、加工图、信号名称对照表等技术资料，并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。
大屏幕显示系统的设计需要将不同的产品和设备互联，追求系统整体性能的最佳化，而不是特定产品和设备的研发。技术难点是接口，技术难点是系统协调优化。当一个系统按照设计方案搭建时，可能会出现很多意想不到的问题，比如信号匹配、切换速度等。有些问题需要通过参数调整来解决，有些需要通过更换产品来解决，有些甚至需要通过降低系统指标来解决。
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，即根据各行业的需求，合理选择多种技术和产品，优化配置各种软硬件产品资源，形成一个完整的集成方案，能够满足管理机构各席位的具体应用需求。
