鄂北工程視頻會商大屏幕顯示系統(tǒng)設計與應用

陶 鋒，崔文露，夏玉龍

（鄂北地區(qū)水資源配置工程建設與管理局（籌），430071，武漢）

鄂北地區(qū)水資源配置工程（以下簡稱鄂北工程）是國務院確定的172項節(jié)水供水重大水利工程之一，也是湖北省一號工程。該工程從丹江口水庫引水，先后穿越襄陽市的老河口市、襄州區(qū)，棗陽市，隨州市的隨縣、曾都區(qū)、廣水市以及孝感市的大悟縣，線路總長269.34 km，年均供水量約7.7億m3。工程完工后將從根本上解決鄂北地區(qū)干旱缺水問題，改變湖北省水資源戰(zhàn)略格局。

信息化建設是鄂北工程建設的一項重要內(nèi)容，為把工程建成一流現(xiàn)代化示范性水利工程，需把前沿的信息技術和工程管理相結合，在信息采集、傳輸、分析、控制全流程中，實現(xiàn)科學化、現(xiàn)代化、智能化管理。為真實展現(xiàn)這一過程，需通過模擬仿真技術開發(fā)三維仿真系統(tǒng)在顯示大屏上進行呈現(xiàn)，因此，顯示大屏的建設尤為重要，除此之外還要求兼具電子沙盤和視頻會商大屏的功能。在明確大屏功能需求后，結合實地環(huán)境，需對系統(tǒng)進行布局和架構設計，并比對大屏產(chǎn)品性能，選擇適合需求的產(chǎn)品類型。

一、大屏顯示系統(tǒng)設計

1.系統(tǒng)布局設計

根據(jù)實際需求，將會議室大屏幕顯示系統(tǒng)劃分成電子沙盤演示區(qū)和會議區(qū)兩部分。電子沙盤區(qū)需要實景構建工程場景，通過上下屏的互動，加以三維仿真渲染，以全屏展示模擬鄂北工程場景及調(diào)水過程；會議區(qū)采用單屏顯示，能夠支持圖像的任意疊加、分割、漫游、移動、縮放、裁剪。

根據(jù)功能區(qū)域劃分，結合會議室空高和縱深，采取立面顯示加斜面顯示的雙屏聯(lián)體設計，即折角顯示大屏。由一塊對地垂直的立屏和一塊與地面成約20°夾角的平面屏組成，兩塊屏拼接成一體，并配備拼接控制設備，對視頻信息源進行接入和顯示控制，滿足電子沙盤顯示的需要，詳見圖1。

2.系統(tǒng)架構設計

圖1 大屏幕折角屏布局示意圖

圖2 系統(tǒng)架構圖

鄂北工程大屏幕顯示系統(tǒng)由大屏顯示系統(tǒng)和音頻處理系統(tǒng)兩大部分組成。大屏顯示系統(tǒng)工作流程：PC視頻信號通過網(wǎng)絡交換機接入到多屏處理器，DVD視頻信號直接接入多屏處理器，多屏處理器收到視頻信號源后再傳送到LED大屏幕輸出顯示，通過接入無線WIFI的手持平板對信號源和圖像進行控制。音頻處理系統(tǒng)工作流程：PC、DVD、會議主機、無線話筒等的音源信號接入到調(diào)音臺，調(diào)音臺將信號接入到數(shù)字處理器，實現(xiàn)音頻和視頻同步，最后通過功放輸出到音箱。具體系統(tǒng)架構見圖2。

（1）大屏顯示系統(tǒng)

大屏顯示系統(tǒng)由兩塊顯示屏拼接成一體，分別是立面屏幕和平面屏幕。當只作會議使用時，立面屏幕顯示，平面屏幕不點亮；當作數(shù)字沙盤時，全屏點亮，通過L形雙屏交互展示，參觀者會有裸眼3D身臨其境之感。

立面屏幕：垂直于地面，寬6.4 m，高 2.7 m，整屏面積 17.28 m2，分辨率約為 3 370 dots×1 400 dots。

平面屏幕：與地面成約20°夾角，寬6.4 m，高 4.2 m，整屏面積 26.88 m2，分辨率約為 3 370 dots×2 180 dots。

立面屏幕與平面屏幕拼接成一個整體，形成L形顯示屏幕，兩個平面的夾角約110°，整屏面積 44.16 m2，分辨率最高支持3 370×3 580 pixel。

大屏顯示要求能夠支持任意矩形拼接、單屏畫面分割與畫面疊加及跨屏顯示，支持圖像的任意疊加、漫游、拉伸、分割、裁剪及縮放等。另外，在大屏對面墻上配置一塊98英寸的液晶顯示屏，適合小型會議時展示多媒體內(nèi)容。

（2）音頻處理系統(tǒng)

音頻系統(tǒng)兼顧電子沙盤演示和會議會商兩項用途，沙盤演示部分要求聲音配合畫面顯示烘托氣氛，會議會商部分要求聲音清晰、舒適。本項目的音頻部分以中央處理器主機和音頻處理器為核心，在電子沙盤展示區(qū)配置2個立體聲全頻線性陣列揚聲器、2個超低頻揚聲器以及手持話筒、頭戴話筒；會議會商區(qū)配置2個壁掛立體聲全頻線性陣列揚聲器、4個吸頂全頻同軸揚聲器，會議桌上配置1臺會議系統(tǒng)主機、18個會議系統(tǒng)代表機，另外還包括高清播放設備1臺、無線路由器及無線手持控制終端（平板電腦）等。

二、大屏顯示系統(tǒng)關鍵技術

1.大屏幕產(chǎn)品選型

目前，市場上主流的大屏幕拼接顯示產(chǎn)品主要分為三大類，即LED小間距顯示、DLP投影拼接顯示和LCD液晶拼接顯示。主要技術指標對比見表1。

綜合以上指標對比，考慮視頻會議時人物面部不宜因屏幕拼接縫隙造成割裂的不佳觀感，不建議采納液晶拼接屏。同時，DLP投影屏在光線明亮的環(huán)境下，易出現(xiàn)對比度不足、色彩不夠鮮艷、圖像不夠清晰等白化效果，也不建議采用。小間距LED大屏幕不受光亮、視角的影響，圖像色彩絢麗且拼縫可忽略不計，在視頻會議和數(shù)字沙盤的應用場景中效果更佳；小間距LED的像素點間距要求小于2 mm，本會議室中，觀看點距離屏幕一般超過2 m，此距離拼縫和圖像顆粒感基本無感知。

2.LED顯示屏工藝

在選擇小間距LED顯示屏后，還需對其工藝進行比對。平面屏顯示面朝上，易落灰、受潮且受撞擊的概率較高，因此解決好平面屏的保護及維護問題尤為重要。目前室內(nèi)LED顯示屏封裝工藝主要有SMD（全稱為Surface Mounted Devices）表貼封裝工藝和COB（全稱為Chipson Board）芯片封裝工藝。兩種工藝特點對比如下：

表1 顯示屏拼接技術對比

（1）抗壓防磕碰性能

SMD封裝工藝產(chǎn)品：表貼LED顯示屏是使用焊錫把貼片LED燈貼在燈板上，是凸起的結構，每顆燈僅有4個很小的焊盤，在生產(chǎn)、安裝過程中需要挪動，擺放箱體時很容易因為擠壓、觸碰等原因出現(xiàn)掉燈、瞎點現(xiàn)象。

COB封裝工藝產(chǎn)品：高密集成封裝LED顯示屏將發(fā)光二極管芯片直接封裝在PCB板上，表面使用環(huán)氧樹脂封裝，光滑平整，更耐撞、耐磨。

（2）穩(wěn)定性

SMD封裝工藝產(chǎn)品：加工工藝比較繁多，尤其是在經(jīng)過回流焊過程中，由于高溫（240～270℃）狀態(tài)下 SMD 燈珠支架和硅膠的膨脹系數(shù)不一樣，極易造成支架和膠體及封裝殼脫落，出現(xiàn)縫隙，導致在后期使用中逐漸出現(xiàn)死燈、瞎點現(xiàn)象，故障率較高。

COB封裝工藝產(chǎn)品：加工工藝無需經(jīng)過回流焊貼燈，避免了焊機內(nèi)高溫焊接時造成的燈珠支架和環(huán)氧樹脂間出現(xiàn)縫隙的問題，出廠后不易出現(xiàn)死燈、瞎點現(xiàn)象。

（3）散熱性能

SMD封裝工藝產(chǎn)品：主要通過膠體和4個焊盤散熱，散熱面積小，熱量集中于芯片，長時間會造成嚴重的光衰減現(xiàn)象，甚至死燈、瞎點現(xiàn)象，降低顯示屏的使用壽命和質(zhì)量。

COB封裝工藝產(chǎn)品：把燈封裝在PCB板上，直接通過PCB板散熱，熱量很容易散發(fā)，幾乎不會造成光衰減，延長了顯示屏使用壽命。

（4）視角

SMD封裝工藝產(chǎn)品：由于燈杯封裝較高、燈貼片過程中精度誤差、面罩不平整等原因，會造成可視角度降低，正?？捎^看角度最大只有120°左右。

COB封裝工藝產(chǎn)品：無需面罩防護，可視角度可增大到160°以上。

（5）顯示性能

SMD封裝工藝產(chǎn)品：每顆發(fā)光管為獨立的點光源，在顯示效果上有明顯的顆粒感，且在室內(nèi)環(huán)境中長時間觀看會對人眼產(chǎn)生刺痛感，且由于其格柵狀結構特點，會有明顯的摩爾紋。

COB封裝工藝產(chǎn)品：實現(xiàn)了點光源到面光源的轉(zhuǎn)換，可有效減少視覺的顆粒感，緩解長時間觀看所產(chǎn)生的炫目感，并能有效減少摩爾紋現(xiàn)象。

（6）防護性能

SMD封裝工藝產(chǎn)品：燈腳焊盤裸露，遇水或受潮時容易出現(xiàn)燈腳焊盤之間短路；使用的面罩凹凸不平，沾上灰塵時很難清理干凈；采用的合金線和鐵支架容易被氧化；裸露的燈腳焊盤，很容易受到靜電的影響，出現(xiàn)死燈、瞎點現(xiàn)象。

COB封裝工藝產(chǎn)品：采用面板封裝技術，沒有燈腳裸露問題，具有防水、防潮、防塵、防靜電、防氧化等功能。

綜上對比，COB封裝工藝技術相較于傳統(tǒng)的SMD工藝技術，在工藝特點、可視角度、顯示性能、防護等級等方面具有明顯優(yōu)勢，但也存在封裝一次性成功率不高、顯色均勻性難度高等技術難題，且價格成本較高。鑒于實際需求，最終采用COB工藝封裝小間距LED屏的設計選型。

三、結 語

鄂北工程視頻會商大屏幕顯示系統(tǒng)于2017年6月建成，經(jīng)3個月試運行，已投入實際使用并通過合同完工驗收。目前系統(tǒng)已經(jīng)運行一年多，未出現(xiàn)過黑屏、閃爍等不良現(xiàn)象。除具備優(yōu)良的顯示特性，如高亮度、高對比度、高分辨率、寬視角、亮度及色彩均勻外，也能滿足長期連續(xù)、安全穩(wěn)定運行的使用要求，維護方便、損耗較低。大屏的L形裸眼3D效果顯示更是吸引多家單位前來參觀和考察，成為鄂北工程對外展示宣傳的一個窗口。 ■