系統(tǒng)分析LED顯示屏應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

整個(gè)顯示屏由多個(gè)模組單元拼接而成，為了保證供電和數(shù)據(jù)的可靠性，也必須采用混聯(lián)方式，實(shí)現(xiàn)環(huán)路備份功能，當(dāng)某一路電源出現(xiàn)異常故障時(shí)，其他電源會(huì)自動(dòng)進(jìn)行智能均流，從而不影響到系統(tǒng)的正常使用，更有效提升系統(tǒng)的無故障運(yùn)行時(shí)間，減少故障維護(hù)時(shí)間。

2.4 會(huì)議攝像對(duì)屏體的特殊要求

雖然高刷新率能夠保證即使在高速攝影機(jī)的拍攝下，大屏幕仍能及時(shí)響應(yīng)，畫面轉(zhuǎn)換、過渡更平滑流暢 ;但在使用過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)攝像機(jī)鏡頭對(duì)準(zhǔn) LED

顯示屏?xí)r，偶爾會(huì)出現(xiàn)莫名其妙的水波一樣的條紋和奇怪的色彩，并且隨著拍攝角度的變化、攝像機(jī)鏡頭焦距的調(diào)節(jié)，水波紋還會(huì)發(fā)生一些變化，十分影響直播和錄制的顯示效果，這就是電視攝像數(shù)字化帶來的摩爾紋現(xiàn)象。

如果感光元件 CCD(或 CMOS)像素的空間頻率與影像中(LED)條紋的空間頻率接近，就會(huì)產(chǎn)生摩爾紋。既然摩爾紋現(xiàn)象是由 LED 顯示屏的固有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，如果使摩爾紋產(chǎn)生的條件——LED 顯示屏的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)或攝像機(jī) CCD(CMOS)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的其中之一消失，理論上就可以完全消除摩爾紋干擾 [3]。國(guó)內(nèi)公司在 LED 顯示屏表面疊加一層光學(xué)處理幕，該幕由特定比例的特殊吸光材料與表面微珠透鏡涂層組成，通過光學(xué)幕的使用，使 LED 屏幕從原來的網(wǎng)格狀發(fā)光變?yōu)檫B續(xù)的面發(fā)光，通過對(duì)離散的 LED 像素點(diǎn)進(jìn)行放大顯示，最終在光學(xué)處理幕表面形成連續(xù)的高清晰圖像，在提高對(duì)比度的同時(shí)，保留了較高的清晰度，而且消除了摩爾紋現(xiàn)象。

三、室內(nèi)LED 顯示屏室內(nèi)安裝設(shè)計(jì)

3.1 確定安裝位置

主席臺(tái)寬 15m，兩邊有側(cè)臺(tái)和側(cè)幕，設(shè)定寬 12m、高 6.2m的顯示屏，既不影響視頻會(huì)議顯示，又不影響演出背景顯示，采用 P3.1規(guī)格的產(chǎn)品，可以顯示 1 個(gè)滿屏的全高清視頻圖像，也可以同時(shí)無損顯示 4 個(gè)高清視頻圖像。

屏體的安裝位置與最佳視距、視角有直接關(guān)系。GB50464-2008《視頻顯示系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》中數(shù)據(jù)和像素中心距公式H=k ?d。其中H 為最大視距 ;k 為視距系數(shù)，一般取 345;d為字符高度，字符為 16 點(diǎn)陣漢字。根據(jù)公式計(jì)算，理想視距H = 345×16×3.125 = 17.25m ;最小視距為= 1/2理想視距= 8.6m。綜合兩個(gè)距離，結(jié)合主席臺(tái)的應(yīng)用情況、會(huì)議區(qū)攝像及電視的擺放位置，建議第一排首長(zhǎng)觀看 LED 大屏幕的最佳距離為 18.3m。

根據(jù)人眼的視覺特性，人眼對(duì)垂直視角 15°、水平視角30°的長(zhǎng)方體看得最清晰，不易疲勞。根據(jù)測(cè)算，第一排首長(zhǎng)距離 LED 屏幕為18.3m，屏高6.2m，屏寬 12m，垂直視角α=16°，水平視角β 為 36.3°，效果比較理想。視覺計(jì)算如圖 1、圖 2 所示。

經(jīng)測(cè)算，大屏幕安裝在主席臺(tái)上，屏后安裝維護(hù)空間及通道 5m，屏前距主席臺(tái)邊沿 12m，屏體安裝距地面 1.35m。

3.2 安裝基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

LED大顯示屏都是由若干個(gè)箱體組成，業(yè)界分為簡(jiǎn)易箱體和標(biāo)準(zhǔn)箱體(也叫防水箱體，有后蓋)。戶外的屏一般都用防水箱體，戶內(nèi)多用簡(jiǎn)易箱體。 LED芯片封裝為像素后，按照一定規(guī)則排列在電路板上，封裝并進(jìn)行防水和加固處理，形成一個(gè)模組，模組分辨率一般為 64×48，多個(gè)模組組合封裝在一個(gè)箱體中，就形成了箱體單元。每個(gè)箱體單元可作為獨(dú)立的顯示單元進(jìn)行通電和數(shù)據(jù)顯示測(cè)試，以某品牌產(chǎn)品 P3.1 為例，箱體單元的參數(shù)如下 ：尺寸 (W×H×D) 為0.4m×0.3m×0.1m，分辨率為 128×96，重量為 5kg(40 kg/O)，平 整 度 ≤ 0.2mm， 峰 值 功 耗 120W(1000W/O)， 平 均 功 耗40W(330W/O)。

3.2.1 電源設(shè)計(jì)

禮堂屬于重要場(chǎng)所，按二級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目采用兩路電源同時(shí)供電，當(dāng)發(fā)生電力變壓器故障或線路故障時(shí)，不致中斷供電，另一路電源能負(fù)擔(dān)全部負(fù)荷。根據(jù)《視頻顯示系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合廠方設(shè)計(jì)參數(shù)，LED 顯示屏滿負(fù)荷用電功率，按每平方米 1000W 計(jì)算。主屏、輔屏和會(huì)標(biāo)屏總負(fù)荷為 110kW，平均功率為 36.3kW。按照 LED 電源功耗設(shè)計(jì)安全規(guī)范，電源功率設(shè)計(jì)時(shí)要留有余量，一般電源的功率= LED 的功率 ×1.2，則項(xiàng)目中 LED 顯示屏的總功耗為 132kW。

LED器件抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓的能力。在電源設(shè)計(jì)時(shí)，一是要設(shè)計(jì)智能配電箱，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè) LED 顯示屏的負(fù)載運(yùn)行情況，二是在配電前端安裝UPS 或凈化電源，三是對(duì)電源線進(jìn)行合理的規(guī)劃。項(xiàng)目的電源配置考慮到 UPS 的功率因數(shù)和最佳運(yùn)行效率，UPS 額定功率為 132/0.8=165kV · A，電源型號(hào)為 GES-NT 160kV · A 模塊化 UPS。在地下一層配電室安裝 160 kV · A UPS 和蓄電池柜(后備時(shí)間 0.5h)，從總配電匯流銅排壓線引接 120mO4+1電纜至 UPS 輸入輸出配電柜 350A 空開，直接引接至 UPS 輸入，UPS 輸出引接至 UPS 輸入輸出配電柜 300A 空開，下引90mO4+1 電纜引接至 LED 大屏智能配電箱。

3.2.2 LED箱體安裝

LED顯示屏箱體有鐵箱體、鋁箱體和壓鑄鋁箱體，3 種箱體應(yīng)用于不同場(chǎng)合。壓鑄鋁箱體主要用于高端和租賃，其特點(diǎn)是 ：模塊化，連接簡(jiǎn)單，無風(fēng)扇自然散熱，超靜音，效果較好，本項(xiàng)目采用的是壓鑄鋁箱體。箱體安裝維護(hù)支架為寬 12m、高 6.85m、深 0.8m，主屏箱體重量為 2976kg，箱體維護(hù)支架重量與箱體重量大致相同，整個(gè)屏體安裝總重量為 6t，承重面積為 9.6O(12m×0.8m)，每平方米要承受 625kg 的重量，因?yàn)槲枧_(tái)下面為沒有支撐立柱的地下室，所以需要在LED 屏體下面安裝一個(gè) 12m×1.2m 的承載基礎(chǔ)，擴(kuò)大承重面積。輔屏重量為 480kg， 耳墻中部有橫梁，填充部分為空心磚，先在橫梁上安裝承重框架，而后把箱體固定到框架上。

LED顯示屏鋼結(jié)構(gòu)架體應(yīng)嚴(yán)格按照確認(rèn)后的設(shè)計(jì)圖紙、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205-2001)及其他現(xiàn)行施工驗(yàn)收規(guī)范要求進(jìn)行施工，框架、支撐架、顯示屏箱體、控制器箱體等產(chǎn)品構(gòu)件應(yīng)安裝牢固、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、邊角過渡圓滑，無飛邊、無毛刺，各種固定螺栓緊固，金屬構(gòu)件需接地良好。在北方，人體靜電、電路靜電都會(huì)給LED顯示屏帶來意外傷害，要可靠地實(shí)現(xiàn)工作接地，把數(shù)字電路等電位與大地相接，建立 LED顯示屏系統(tǒng)靜電荷泄放通道。

3.3 系統(tǒng)安裝調(diào)試

LED顯示屏發(fā)展到小間距、高密度 TV屏，物理像素間距已經(jīng)不是制約其顯示清晰度的主要因素，不能用高顯示分辨率替代清晰度。顯示屏的清晰度是人眼對(duì)顯示屏分辨率、均勻性、亮度、對(duì)比度等多項(xiàng)因素綜合的主觀感受，而要達(dá)到主觀感受的一致性，首先要LED各項(xiàng)性能參數(shù)一致。這就要在前期元器件篩選、LED參數(shù)細(xì)分的基礎(chǔ)上，進(jìn)行后續(xù)的精確校正。

3.3.1 屏體像素亮度、色度均勻性要求

在生產(chǎn)制造各環(huán)節(jié)，對(duì)LED參數(shù)的均一性會(huì)產(chǎn)生不同的影響，同時(shí)在故障板更換后，不進(jìn)行調(diào)整會(huì)出現(xiàn)明顯的亮區(qū);為使各種顯示圖像平滑、色彩還原真實(shí)、亮度均勻，需要對(duì)特定區(qū)域特定像素進(jìn)行逐點(diǎn)亮度、色度均勻性的調(diào)整。

3.3.2 色彩還原技術(shù)要求

目前各種LED顯示技術(shù)盡管一般都采用 RGB作為三基色，但是三基色對(duì)應(yīng)的色坐標(biāo)是不完全相同的，部分產(chǎn)品存在色彩飽和度高和色域不完整的問題，需要嚴(yán)格按照色彩理論進(jìn)行光強(qiáng)和色坐標(biāo)校正，確保顯示出理想純凈的顏色，實(shí)現(xiàn)顯示屏的動(dòng)態(tài)白平衡。

3.3.3 快速運(yùn)動(dòng)圖像補(bǔ)償技術(shù)

LED顯示屏是按逐行方式進(jìn)行顯示的，而攝像機(jī)視頻信號(hào)采用隔行掃描方式，在隔行向逐行轉(zhuǎn)換中對(duì)靜止畫面和運(yùn)動(dòng)畫面應(yīng)采取不同處理方法才能既保證靜止畫面的清晰度，又能去除運(yùn)動(dòng)畫面的拖尾現(xiàn)象。

3.3.4 單點(diǎn)校正技術(shù)

單模塊亮度、色度校正技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)模塊進(jìn)行亮度和色度的校正，該技術(shù)很好地解決了屏體更換模塊后，新模塊與舊模塊之間的色差問題。單點(diǎn)校正系統(tǒng)會(huì)對(duì)每個(gè)顯示屏單元板中的每個(gè)像素進(jìn)行單獨(dú)控制，包括其亮度和顏色的控制，以獲得前所未有的均勻度，生成最為清晰的圖像。同時(shí)，為了提高色彩還原度，減小圖像在處理與傳輸過程中的衰減和失真，選用性能可靠的圖像處理器和光纖傳輸器也是很有必要的。

四、總結(jié)

本文針對(duì)多功能禮堂舞臺(tái)演出和高清視頻會(huì)議顯示需求，從點(diǎn)距選定、像素封裝、視距確定、電路設(shè)計(jì)、安裝基礎(chǔ)及系統(tǒng)調(diào)試等方面入手，分享關(guān)于聯(lián)誠(chéng)發(fā)室內(nèi)LED顯示屏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)從業(yè)人員、工程商等朋友們有所幫助，促進(jìn)交流進(jìn)步。