大屏幕显示系统技术方案.docx

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大屏幕显示系统技术方案

某展厅大屏幕投影

技术方案

一、概述

1.1系统概述

大屏幕显示系统是使工作人员获得各种信息的最后环节，它的功能和效果直接影响到信息的可视化程度和决策的成效，也直接影响整个管理系统的效能的发挥。

本系统中，考虑到贵方的现状和长远计划，以及对大屏幕投影系统的技术指标高、稳定可靠、维护费用低、性能价格比优，选用两台索尼FX52投影机，结合纯硬件融合控制器VP6002－0204等设备組成大屏幕投影显示解决方案。

1.2设计依据

大屏幕显示系统的设计依据包括：

✧大屏幕显示系统要求；

✧系统的组成及其功能、性能；

✧大屏幕显示系统各设备功能和性能；

✧大屏幕显示系统相关标准。

1.3设计原则

为最终使用户满意，大屏幕显示系统应遵循如下设计原则：

✧实用性

系统能满足各种现实和潜在的需求，且达到满意的效果。

✧可靠性

系统能提供长时间的连续运行，且稳定可靠。

✧先进性

系统的功能和性能达到同档次显示系统的先进水平。

✧持续性

选用的高质量显示和控制器，保证系统的显示效果长久不变。

✧经济性

在满足需求的情况下，使系统建设和使用投入的成本尽量小。

✧方便性

系统的调整、使用简单易行，用户操作界面友好，操作过程简捷，经短时

培训即可操作使用。

二、系统连接示意图

2.1系统结构模拟图

系统原理图

2.2系统主要设备

✧投影幕

根据空间情况采用一块无缝的宽幅背投屏幕或正投屏幕。

✧投影机

采用投影机从背面或正面投射图像。

✧融合控制设备

融合带的处理，并将各种输入信号在投影屏幕的上进行窗口大小，位置，显示模式进行调整。

✧切换矩阵（可选）

选择需要的视频图像或计算机图文进行投影显示。

✧中央控制设备（可选）

对切换矩阵、融合控制设备、投影机及设备电源、室内灯光等进行集中控制。

2.3系统主要指标

大屏幕显示系统的主要指标如下：

✧投影幕尺寸

5.0米（宽）×1.8米（高），整张

✧投影通道数量

2路，2台投影机投影的图像拼接成无缝的一整幅图像。

✧视频信号显示通道数

可同时显示2路实时的视频图像，通过矩阵切换可显示的视频图像不限。

✧计算机信号显示通道数

可同时显示2路实时的RGB图像，通过矩阵切换可显示的RGB图像不限。

2.4系统主要功能

整个系统可以显示1×2（行×列）的单一逻辑屏幕，屏幕宽为5米，高1.8米，一个屏幕分辨率为1024×768像素，融合1条边160个像素后逻辑屏幕分辨率为1888×768个像素。

本系统中，应用VP6002－0204融合控制器，可以接入2路VGA信号4路视频信号。

这4路信号任意一路信号都可以在整个拼接屏幕上显示或任意1路在单独的屏幕上显示，任意一路图像在屏幕上跨屏，开窗口，实现多窗口画中画功能。

三、设备选型及技术指标

3.1投影幕

经综合考虑，选择背投幕或专业金属正投硬幕，金属硬幕多用于军队政府机关学校等企事业单位，硬幕可做到整张无缝处理。

金属正投光学屏幕描述

金属屏幕是投影设备的重要部件，也是投影机、实物投影仪、放映机等设备的配套产品。

金属硬幕较传统的珠光屏幕创造了全新的投影概念，使低流明投影设备的放映效果得到飞跃，最大程度的过滤了周围环境的光线，大大提升了画面的质量。

目前，已广泛应用在车站、机场、展览馆、演示厅、会议室等，并作为视频投影机的伙伴，走进了家庭，使真正的家庭影院成为实现。

产品特性：

高亮度，高清晰度，高分辩率，色彩还原性好，使用寿命长

物理光学特性：

高高度、高清晰度，色彩鲜艳，排除90%以上的杂光，明亮环境中可正常使用

选料考究：

进口树脂复合材料，物理机械性好，弯曲随意，化学稳定性好、不反应、不氧化

使用寿命长，清洁方便，可直接用软布擦洗，无放射、辐射伤害

产品种类繁多：

分为平面屏幕和弧形屏幕，单张屏幕和无缝拼接屏幕。

符合各类工程场合：

可进行多张屏幕之间的拼接，并可根据特殊尺寸动现场做无缝拼接，满足各种工程场合的要求。

并可做环型大屏幕。

金属屏的三大特点：

一、提升亮度：

亮度、灰度级别、色彩饱和度是影响人对彩色图象质量判断的三要素，而三要素中最重要的是亮度。

若亮度不够就无法体现靓丽的色彩。

玻珠幕在反射光线时总会有白色的雾状背景，图像模糊，使用效果总是雾蒙蒙的。

而金属屏的图象亮度高又无雾状背景，用“艳丽”来描述是在恰当不过的了。

玻璃珠软屏亮闪闪的反光对人的眼睛刺激较强，长时间看会对视力造成损伤。

金属屏则无晶莹反光，对观者的视力有极佳的保护。

在开会或听课的时候不必关灯拉窗帘而且节省了开灯后再记笔记的时间，可以说是终结黑暗会议的秘密武器。

二、提高档次：

在国外大部分公司和学校都采用金属屏幕，其美观的外型，高质量的效果，显得那些公司和学校更加高档。

但是在中国，由于进口金属屏的价格又太高。

所以让很多公司和学校又望而止步。

不过使用金属屏已经不再是梦了，因为现在我们已经有了中国人自己的金属屏幕。

而且已经达到了世界的先进水平，但是价格要比进口的金属屏要低的多。

三、节省资金：

一般投影教室或会议室要在开灯或开窗帘的前提下看清100寸玻璃珠软屏的图象，至少须2500-3000流明亮度的投影机，同样条件下，换了球型或柱型金属屏，投影机只要1200-1500流明即可，要知道两种投影机的差价要2-3万。

所以，使用金属屏会大大降低投影系统的成本。

大多数用户在购买投影系统时往往面对高额的投资望而却步，少花钱又达不到预期的效果。

但是用金属屏搭配出来的系统，就能解决这个问题。

而且金属屏还能节省投影机的维护投入，假设一台2200流明的投影机，灯泡的寿命是3000小时。

在用普通幕的时候，需要达到高亮度的效果时。

我们唯一的方法就是提高投影机灯泡的亮度，而这样就大大的减少了灯泡的寿命。

如果用金属屏，就可以降低灯泡的亮度。

从而延长灯泡的使用寿命。

这样又可以省掉一点银子。

即要求高亮度，又要与国际接轨，又要省钱。

使用金属屏的投影系统是不错的选择！

工程现场图片：

金属幕博物馆三通道融合

3.2投影机:

SONYFX52投影机

详细配置：

光学规格

投影机类型

专业剧院投影机

投影技术

LCD

技术类型及规格

3片1.3英寸TFTSONYLCD，3原色快门系统

标称亮度（ISO流明）

6000

标准分辨率

1024×768

最大分辨率

1600×1200

投影规格

投影镜头

1.3：

1电动变焦，F1.7-2.0，f＝50.8-64.0mm

标称光亮度均匀值

90%

投影画面尺寸

1.01-7.62米

投影距离（米）

1.49-14.3

屏幕宽高比例

4：

3，16：

9

色彩

1677万

投影方式

前投/背投、桌面/吊顶

调整功能

数码梯形校正

无线投影功能

不支持

有效扫描频段

水平（kHz）：

19-92；垂直（Hz）：

48-92

输入端子

DVI-D、5BNC（模拟RGB/组合）、D-Sub15针（模拟RGB）、S-video、视频RCA、音频输入、RJ-45、RS-232

输出端子

BNC、S-Video、HDD-sub15

电气规格

电源

100～240VAC，50~60Hz

功耗（W）

400W，待机7W

安规及兼容性

计算机兼容性

PC及其相容机种PowerMac

视频信号方式

NTSC3.58、NTSC4.43、PAL、PAL（60Hz）、PAL-M、PAL-N、SECAM、DTV

菜单语言

支持中文

安全认证

CCCCE.FCC/ClassB.UL.TUV/GS

配件

灯泡

300WUHP

遥控器

无线遥控器

PC卡插槽

无

标准配件

遥控器、电池、镜头盖、电源线、过滤网、使用手册、软件光盘、保修卡、快速参考手册

其他特性

3D数字梳滤器、网络连接、密码认证系统

外观参数

重量（kg）

10.5

长度（mm）

502

宽度（mm）

420

高度（mm）

169

环境参数

工作温度（℃）

0-35

工作湿度

35-85%

存储温度（℃）

-10-50

存储湿度

5-90%无结露

功能特点：

VPL-FX52将6000ANSI流明的高亮度输出与时尚漂亮的机身完美结合，是高质量多媒体演示的最佳选择。

从大规模会议到教学应用，其都能为用户带来激动人心的画面表现力，从而牢牢吸引住观众注意力，尤其适合礼堂，大型会议室以及学术报告厅等大型场所。

在外观上，VPL-FX52秉承了Sony一贯的科技时尚设计理念，从任何角度去看，其漂亮的外观设计都能给应用的环境增添一份文雅和时尚的气息

VPL-FX52配备了3D数字梳滤器，加上RGB增强器和3D伽玛校正，保证了最佳画面效果。

她的网络功能体现在，在有局域网环境的办公室或学校，她能与局域网中的任何一台电脑建立连接，用户可以远程通过网页的方式获得投影机的状况信息以及对投影机进行设置和控制。

此外，它可以自动发送电子邮件到指定的邮件地址来报告投影机的状态，灯泡的更换时间，保养时间，以及错误发生，并且支持SNMP网络管理协议。

更多的优越性还体现在VPL-FX52安装灵活性方面。

丰富的输入接口，叠放的功能和电动的聚焦/变焦/图像移位功能，再加上多种的安装方式使她能符合任何使用环境的要求。

供选购的三款镜头扩展了安装的灵活性，让用户可根据安装环境的要求来调整投影机。

另外，中央控制开关能让用户能通过中央电源开关直接开关投影机，由于改进后的冷却风扇驱动电路，这项功能使她不仅可跳过待机模式直接启动，而且还起到断电保护的作用。

此外，VPL-FX52还配备了独特的密码认证系统，能严格控制可使用投影机的人员。

产品点评：

这款产品可说是索尼的旗舰机了，它拥有高达6000流明的亮度，并配备了索尼的3D数字梳滤器、RGB增强器和3D伽玛校正，保证了最佳画面效果。

这款投影机的镜头支持1.3倍变焦，能够投射出40英寸到300英寸的画面。

同时它配有一个10Base-T/100Base-TX以太网界面，能与局域网中的任何一台电脑建立连接，用户可以远程通过网页的方式获得投影机的状况信息以及对投影机进行设置和控制。

3.3融合控制器

什么是边缘融合：

没有任何割裂感觉的整幅画面总是带给人们完美的视觉享受，靓丽的画面更是带来美妙的视觉冲击，更高的分辨率在提高清晰度的同时，使人们感受到细微显示的魅力，投影距离的减少，大大提高了空间利用率，减少了使用成本。

如何完成满足这些需求呢？

首先需要的是一张超大无缝的投影屏幕。

投影边缘融合是在投影拼接方式原理发展出来的，形成原理如下图

2个需要融合的图像

2个通道图像形成边带

通过α亮度衰减将亮带消掉

2个通道图像将边带叠加,图像拼接好后，产生亮带

VP6002－0204系列多屏拼接控制器是专业化的视频处理与控制设备，它能够在多个高分辨率的显示设备上拼接显示多路视频信号。

VP6002－0204系列视频多屏幕拼接控制器可接受高分辨率RGB、VGA、复合视频及S-video等格式的模拟视频信号，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，最后以多屏幕口的形式，显示在拼接显示单元上。

VP6002－0204系列视频拼接控制器支持对所有视频窗口进行任意缩放、任意漫游和任意叠加。

VP6002－0204系列视频多屏幕拼接控制器是硬件控制器，不需要操作系统支持，上电即可工作，启动迅速，稳定性高。

博睿VP6000系列纯硬件融合控制器是在VP2000纯硬件拼接控制器的基础上开发出的新一代产品，VP6000系列不仅具有VP2000系列的所有功能，而且完美的解决了大屏幕之间的物理拼缝，使人们看到一个超大画面、超高亮度、超高分辨率，没有任何割裂感觉的靓丽画面。

产品以FPGA阵列为硬件基础，采用并行高速图形处理技术，实现了多路高速视频信号的统一处理，从根本上取代插卡式拼接控制器，解决了VGA信号输入数量受到限制的问题。

产品主要特点如下：

一、独创的FPGA硬件图形并行处理技术

FPGA（FieldProgrammableGateArray），称为现场可编程逻辑阵列，是最近新发展的硬件技术。

FPGA芯片具有速度快，并行处理，功能灵活的特点，但芯片本身只是一个空白的硬件平台，不具备任何功能，需要技术人员根据自己的要求对其进行硬件编程。

VP6000系列的处理核心就是FPGA芯片阵列。

系统具有高速信号处理技术，保证高分辨信号输入输出的实时处理。

VP6000系列采用DDR技术作高速数据缓存，运用流水线技术，对高速信号进行分级顺序处理，保证了信号的实时性。

系统输入标准分辨率可高达1600x1200x60Hz（需要预定），非标分辨率可以达到更高，并且保证每一祯都能够实时的处理完毕，输入与输出之间没有时间拖延。

在多单元显示一路信号、一单元显示多路信号、多单元多信号漫游叠加等情况下，显示信号均无延迟。

即便在所有输入信号都漫游叠加在一起的极限情况下，所有信号一样保持动态实时性。

系统采用基于输入端口的信号并行处理技术，有效的增加了输入信号个数。

系统通过芯片阵列，对高速图形数据流进行逐级处理，每一路信号输入都对应一列处理器。

这样就相当于很多处理器同时工作，做到数据的并行处理，极大的提高了系统运算速度。

有效的是用并行处理技术使得数据得到分散处理，没有了工控机单处理器的速度瓶颈，从而使得系统对输入信号个数不敏感。

就是说增加信号输入个数，并不增加系统的总体运算负担，这样系统就能够接纳多个高速信号。

能够有效的进行多路VGA/RGB信号输入，是VP6000系列与普通插卡式工控机相比，最大的性能优势。

系统属于纯硬件数据处理，没有运行Windows和Linux操作系统，不是一台计算机，不需要硬盘、光驱、显卡等辅助设备。

二、最新的基于LVDS高速数字信号交换体系

VP6000系列采用所有输入通道并行方式进入核心处理模块，每条总线使用4个高速LVDS信号，这与工控机拼接控制器的PIC总线有本质上的区别。

普通工控机的PCI总线，基本结构是多个PCI插卡使用同一组总线，一般是32个数据位。

如下图所示，6个卡使用同一PCI总线，实际上进入核心处理器的数据只能是其中的一个卡上的信号，PCI总线要分时复用。

由于CPU核心处理器同一时间只能处理一个信号，这样的总线结构对于这样的CPU正好适合。

VP6000系列采用并行处理结构，这样的总线是远远达不到处理器速度需求的。

工控机的PCI总线结构

为适应核心并行数据处理要求，VP6000系列采用并行总线接入方式，就是说每个通道都有独自的总线接入核心处理系统。

多个通道采用并行的方式可以实时的将数据送入核心的FPGA处理阵列。

如果每个输入通道都使用PCI总线，那么最终形成的输入线数量会多得惊人。

在FPGA核心处理部分中，也许要多组信号进行实时交换。

如果也采用并行总线结构，那么系统间的连线数量会成几何上升，使得系统最终无发实际使用。

为解决此结构问题，我们采用超高速LVDS进行信号传输。

LVDS，是低电平数字信号的简称，其特点是用两根线差分传输一个数字状态，线间电压低，信号传输速度快，本系统中使用的LVDS信号速度为2.5G/S，信号额定最高速度可以达到4G/S以上。

使用LVDS进行图像传输，4组线即可传送超高频的显示信号。

是用高速串行信号，极大的减少了系统连线的，使得每个输入输出通道只使用4组线与系统核心计算单元连接。

LVDS信号与并行总线信号，最常见的体现是硬盘ATA的并行排线接口和新型硬盘SATA的LVDS接口。

下图为VP6000系列基本系统节构图。

BR-VP6000系列多通道并行总线结构及串行通信方式

三、最新的NIOSII硬件控制系统

VP6000系列系统采用并行硬件系统，这样很大程度提高了系统数据处理速度，但并行处理，就意味着很多器件同时工作，增加了系统元件个数，这样，所有器件的同时统一控制，就成为重要问题。

对于工控机而言，只有一个CPU进行核心运算，数据是串行处理的，因此配置一套接口，就可以控制所有的设备，而VP6000系列需要用一个高速控制器同时控制多于32个其他部件，同时又要能灵活的协调各部分顺序运行。

为解决此问题，我们选用了基于FPGA的高速软内核NiosII。

NiosII处理器是Altera公司为其FPGA产品配套开发的软核CPU。

在逻辑功能上，它们是32位的精简指令集CPU；在实现方式上，它们是在FPGA上通过编程的方式实现的，这也是与传统的CPU的一个根本的差别。

NiosII的总线采用了哈佛结构，在很大程度上提高了系统的处理速度。

由于系统的总线控制器是在FPGA中实现的，可以进行灵活的配置，在某些外设需要具有冯诺依曼特性时又可以把两套总线合二为一，从而在局部实现冯诺依曼结构，这样就使得系统总线兼有哈佛结的高效率与冯诺

依曼结构的灵活性。

NiosII系统总线自动对不同时钟域进行协调，可以使挂在总线上的组件工作在不同的主频下，使系统更为灵活。

VP6000系列使用一片FPGA，内嵌NiosII软内核，成为系统核心控制器。

在这片FPGA上，还编程实现了64个外围通信控制模块，为系统提供64个可同时工作的基于LVDS的高速接口，与全部系统其他器件进行高速通信。

系统工作时，数据计算FPGA阵列、输入输出端口、系统面板、红外接收器、网络端口、RS232控制口等元件向主控FPGA发送状态信息和请求指令。

软核的外围通信控制模块先预处理这些信息，将其最主要的内容交给内核，其他附属信息不需要经过主控制程序，由外围器件自行应答。

主控程序是在内核上运行的并行流水线流程控制程序，它负责整台机器的正常顺序工作和非常状态处理。

程序根据用户指令和系统当前状态，向外围模块批量发送简单控制指令。

由外围模块编译指令，通过LVDS高速串行口发送给系统其他设备。

VP6000系列使用基于FPGA的NiosII软核和并行外围通信控制模块，提高了整台机器的信息处理性能，将复杂的并行控制简单化；用一个芯片实现全部控制，编程调试简单方便，易于升级。

四、VP6000系列与普通工控机拼接卡系统的性能比较

目前市场上使用的图像拼接控制器，大体分为两种。

一种是组装的工控机，需要从国外购买Datapath卡进行组装，另一种就是硬件拼接处理器。

用工控机组装拼接控制器，需要插多个Datapass卡，多卡使用同一组PCI总线，占用PCI总线资源，其结果是机器性能很大程度上取决于工控机CPU计算速度。

以普通Pentium4，2.8G的CPU为例，可以接受4路VGA/RGB1024x768信号和8路或9路Video信号，可以支持32路输出。

一台普通插卡式拼接控制器的性能如下：

系统结构：

计算机结构，8-12个PCI插槽；266-533MHz系统总线；

输出通道：

数量2-32个；输出通道分辨率640x480到1280x1024像素；

输入视频：

个数1-8个；格式NTSC或PAL自适应；8路Video卡不能叠加；

输入RGB：

个数1-4路；时钟速度123M；采样颜色深度16bpp；

系统支持：

WindowsXP/2000

软件支持：

设备提供上自开发软件

控制：

本地键盘鼠标、远程鼠标键盘

需要注意的是：

1、当VGA/RGB信号多于2路时，系统分配给每路VGA信号的处理时间不足，导致信号实时性降低，基本现象就是鼠标和动态图像的不连续；

2、有些工控系统号称具有24bpp的采样颜色深度，事实上在实际使用中，由于计算速度的限制，都只用到16bpp颜色；

3、采用网络接口采样的方法增加RGB输入信号数量，并不能节约系统资源，结果仍然是多个信号同时显示的时候，图像实时性受影响。

并且网络信号采样的质量、实时性等受到网络速度、通信质量等环境影响，有一定未知性和不稳定性。

VP6000系列拼接控制系统采用全硬件设计，与工控机有本质区别。

系统采用多通道分离处理，所有数据并行处理；使用FPGA阵列并行处理信号，速度快，支持通道个数多；系统主控芯片与系统计算芯片分离，采用主程序串行控制；不属于工控机，不运行Windows/Linux操作系统，不存在计算机防病毒问题，不存在软件系统维护问题；数据实时处理，不需要硬盘、光驱等海量存储设备；设备支持全年24小时运行，不需要特殊维护。

其基本性能参数如下：

系统结构：

并行处理结构，自定义高速LVDS总线，速度2.5Gb/s

输出通道：

实时页面存储，数量1-24个，内部级联后，可依据当前显示窗口数扩展；分辨率1024x768像素；

输入视频：

单系统1-32路，内部级联后无限扩展；格式NYSC或PAL自适应；Video信号高速动态图像补偿；信号任意拉伸、压缩，可以在多屏内任意位置开窗口，信号任意跨屏漫游，叠加（信号叠加层数不宜超过4层），图像实时性不受影响；

输入RGB：

实时页面存储，分级数据预处理；单系统1-32路，内部级联后无限扩展；采样深度24bpp/32bpp真彩色；分辨率640x480到1600x1200像素，可定制特殊分辨率的支持功能，如可以支持4096x768或1920x1080；信号任意拉伸、压缩，可以在多屏内任意位置开窗口，信号任意跨屏漫游，叠加（信号叠加层数不宜超过4层），图像实时性不受影响；

系统支持：

不需要系统支持

软件支持：

VP6000系列/2000远程控制软件

控制方式：

RS232串口、面板按键、红外遥控、

对于单机而言，以上参数为可实现的正常运行参数。

例如，RGB信号可以支持8路分辨率为1600x1200的RGB信号同时输入；所有输入信号，RGB或者视频信号，都可以跨多屏漫游，能够跨屏信号叠加；运行颜色深度为24bpp，可选择所有通道使用32bpp的真彩色设置。

技术参数：

RGB输入

输入接口HD15

同步模式HV独立同步

像素时钟140MHz

分辨率640x480至1280x1024，最高1280x102460Hz，支持特殊分辨率

色彩深度24bit/像素

缩放和显示缩放比例0.3—10

视频输入

输入格式NTSC、PAL或SECAM

识别方式自动识别

缩放和显示缩放比例0.3—10

输出

输出接口VGA接口

输出格式模拟信号输出

输出分辨率1024x768

输出刷新频率60Hz

色彩深度24bit/像素

控制端口

RS232

电气特性

输入电压100-240V，自动调节

行频50－60Hz

功耗50W

机箱

尺寸4“x19”x10“（HxWxD）

重量20Kg

2输入与输出

VP6002－0204视频多屏幕拼接控制器的每个通道都能够接受四种输入数据：

NTSC或PAL制式的VIDEO信号，VGA以及RGB信号。

输入的VIDEO信号可以来自电视摄像机、录相机、DVD机或者电视电话会议系统。

输入的模拟RGB信号通常由计算机提供，最高可支持分辨率1280×1024、场频60Hz的VGA视频。

计算机VGA视频可以是绿色同步、复合同步，或者H、V分离的同步模式。

输入的视频信号都被调整成一定分辨率和刷新频率的VGA信号，然后再输出。

每通道支持的最高分辨率为1600×1200，此分辨率下的最高刷新频率为60Hz。

操作

VP6002－0204系列视频多屏幕拼接控制器有一主RS-232系列端口，这些端口能够连接到ASCII终端或任何带有系列端口的计算机。

命令从终端或者计算机传输到控制器。

系统特性

●每条输入通道接受NTSC/PAL制式的复合视频，VGA信号和高分辨率RG