室外P10全彩色LED显示屏设计施工方案.docx
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室外P10全彩色LED显示屏设计施工方案
室外全彩色LED显示屏
设
计
施
工
方
案
江苏工程技术有限公司
2015.05
一、项目介绍3
1.1、LED大屏幕系统构成3
1.2、视频播出方式4
1.3、计算机播出方式4
二、室外全彩大屏幕设计要点4
三、室外全彩大屏幕设计参数指标及建议5
3.1、LED管芯及主要材料5
3.2、像素模组5
3.3、单元箱体6
3.4、显示屏技术参数指标7
四、LED大屏幕性能特点8
4.1、发光材料的特征8
4.2、视觉非线性校正9
4.3、像元同步映射技术9
五、LED大屏幕关键技术简介9
5.1、数字视频图像接口SDI技术9
5.2、数字视频通讯采用DVI标准的数字显示接口9
5.3、多媒体控制技术10
5.4、视频处理技术11
六、多媒体播放控制软件15
七、安装指导方式16
7.1、安装方式（显示屏安装结构简易图）16
7.2、显示屏结构安装前检查事项：
16
7.3、安装方法简介：
16
八、室外全彩大屏幕工程施工方案17
8.1、大屏幕工程实施方案18
8.2、安装现场及安全管理18
九、大屏幕系统培训19
1、基础培训19
2、现场培训19
十、售后服务承诺20
一、项目介绍
1.1、LED大屏幕系统构成及功能简介
整个LED大屏幕系统，以微型计算机（PC）为控制中心，通过采集、传输、数据缓冲、和分组并行扫描，实现屏幕内容的播放。
不论是电脑制作的二、三维动画、平面广告，或者是外围设备播放的视频内容，都可以及时地显示在ＬＥＤ显示屏上。
屏幕控制器采用的硬件透明映射技术，使监视器上的像元和大屏幕上的像元一一对应，既所谓的所见即所得。
屏幕控制器从显示卡的DVI接口上，直接捕获显示图像数据，传送到LED显示屏的数据缓存卡。
缓存卡中的数据，通过多路并行扫描技术，逐行逐列控制各LED像元的辉度和色调，实现图形的显示。
这种控制技术就是业界众所周之的计算机（PC）监视器像元同步映射技术。
按照结构方式的不同，LED大屏幕系统可以划分为显示屏体，控制计算机、系统软件和应用软件、屏幕控制器、外围音视频设备，配电系统，固定框架等几个部分。
各部分的关系如下图所示。
此部分为选配设备
系统能够实现的各项功能如下：
1.2、视频播出方式
通过多媒体视频控制技术和VGA同步技术，可以方便地将多种形式的视频信息源引入计算机网络系统，如广播电视和卫星电视信号、摄像视频信号、录像机VCD视频信号、计算机动画信息等，因而可以实现下列功能：
可在WIN7、WINXP等操作系统下运行；
支持所有的动画文件（MPG／MPEG／MPV／MPA／AVI／VCD／SWF／RM／RA／RMJ／ASF．．．）；
丰富的图片浏览方式；
可自动播放多个任务（*.LSP）；
提供外部程序接口；
1.3、计算机播出方式
多显示屏支持，多屏独立编辑；
文本支持Word，Excel，可为节目窗叠加背景音乐；
视频源色度、饱和度、亮度、对比度软件调节；
表格输入，网络功能，后台播放，定时播放，多窗口多任务同时播放；
日期、时间、日期+时间、模拟时钟等各种正负计时功能，日历可透明显示；
主要时新闻的编辑与播放，并有多种字体供选择
重要通告的即时发布
广告信息的播放等
二、室外全彩大屏幕设计要点
根据用户大楼的结构特征、墙体外观及承重，屏幕的安装方和受众人员走动范围，结合公司选用的产品技术规格和特点，我们对此项目作了系统性的规划。
技术设计和施工安装中，我们综合考虑的要项包括：
屏幕目标观众的分布范围和屏幕安装方位的几何关系
屏幕的整体解析度和尺寸
屏幕的最大亮度和对比度
屏幕的可视角度及美观度
屏幕的主要视频指标参数
屏幕的结构
屏幕的操控性能
屏幕的寿命
屏幕的可靠性和可维护性
屏幕的配电和防雷
三、室外全彩大屏幕设计参数指标及建议
3.1、LED管芯及主要材料
序号
项目
品牌及型号
波长（λP）
1
红管
台湾晶元
625±5nm
2
绿管
台湾晶元
525±5nm
3
蓝管
台湾晶元
470±5nm
5
驱动方式
灯驱合一
3.2、像素模组
模组图
外壳
序号
项目
说明
备注
1
像素间距
10mm
A、模组对角线尺寸误差＜0.2mm。
B、无废边、缩影、毛刺、变形等缺陷。
C、抗UV，耐候性强。
D、面罩的反扣式设计可防止变形脱出，装配更平整。
E、面罩表面无螺钉暴露，全部由后体装入，使表面更整洁美观，并可有效延长螺钉使用寿命。
2
像素构成
1红+1绿+1蓝
3
面罩结构
反扣式设计
4
后体结构
后维护设计
5
外壳材料
低膨胀系数聚碳酸脂黑色塑料（PC）
PCB及元器件
序号
项目
说明
备注
1
板材
（FR4）双面铜铂全玻纤板
A、保证板材厚度，确保不易变形。
B、保证铜铂厚度，提高电流负载能力，确保LED发光一致性。
C、保证铜铂厚度可提高整体散热性能。
有助提高LED及元器件的工作稳定性，延长使用寿命。
2
板厚
1.2mm
3
铜铂厚度
≥1安仕
4
工艺
绿油阻焊、双面喷锡
驱动IC
序号
项目
说明
备注
1
驱动位数
静态恒流驱动IC
A、恒流输出值不受输出端负载电压的影响，保证了电流输出的稳定性。
B、极为精确的电流输出值，确保LED可在正常的电流环境下工作。
C、快速的输出电流响应，使画面更流畅
D、高达25MHZ的时钟频率，画面更清澈，灰度表现更优秀。
2
通道间最大差异值
＜±3%
3
恒流输出范围
5-90mA
4
晶片间最大差异值
＜±6%
5
时钟频率
25MHZ
6
输出电流响应
200ns
7
工作电压
5V
8
电流输出调节
电阻调整
3.3、单元箱体
带散热全密封防水箱体图
序号
项目
说明
备注
1
箱体尺寸
960×960（mm×mm）
1、国标板材加上有力的内部支撑，强度更高，不易变形。
2、表面静电喷涂，漆面不易脱落，箱体更耐用。
同时具有防静电、防酸碱、屏蔽电磁干扰。
3、合理的后门设计，满足防护及散热的双向要求。
2
箱体材质
钣金铁箱
3
表面处理
表面静电磨砂喷涂
4
箱体强度
左右各加受力支撑柱
5
后门设计
防水防尘式进出风口，门边导水槽
6
防护等级
正面IP65
7
3.4、显示屏技术参数指标
像素
1
像素点中心距离
10毫米
2
像素管芯构成
1纯红+1纯绿+1纯蓝
3
每平方米像素组数量
10000点
模组
4
模组尺寸
宽320毫米×高160毫米
5
模组分辨率
宽32像素×高16像素
供电及工作环境
5
工作温度
—20℃～+50℃
6
工作湿度
10%—90%RH
7
供电要求
220V15或380V15
8
显示屏使用电压
220V15,50Hz
9
使用功耗（平均）
400--500W/m²
10
最大功率
1000W/m2
LED显示屏控制系统
11
控制方式
计算机实时同步控制
12
发送卡
洲明SD300同步发送卡
13
接收信号卡
洲明RV300同步接收卡
14
显示卡
DVI同步显示卡
15
控制软件
专用显示屏控制软件
16
支持的计算机操作系统
Windows7/XP等
17
支持的计算机显示模式
VGA640X480—VGA1600X1024
18
支持播放文件格式
TXT、BMP、INI、JPG、PCX、GIF、DMB、DOC、XLS、MPG、MPEG、MPV、MPA、AVI、DVD、VCD、SWF、RM、RA、RMJ、ASF、MP4及各种视频播放格式等等
主要技术指标参数
19
屏幕寿命
大于100，000小时
20
系统平均无故障时间
>10000小时
21
连续工作时间
>72小时
22
显示颜色种类
任何颜色
23
显示颜色数量
16777216
24
非线性校正
灰度非线性纠偏后各10bit，内部1024级
25
最佳视角
水平≥110°，垂直≥50°
26
亮度
>6000cd/m2
27
最佳可视距离
正面10--200m以内
28
换帧频率
60HZ
29
画面刷新频率
≥1000HZ
30
整屏失控点
≤0.0001
31
亮度均匀性
最低像素亮度/最高像素亮度<0.9
32
平整度
≤0.1mm
33
拼缝间距
≤0.3mm
34
常亮点
≤1/10000
35
盲点
≤1/10000
36
通信接口
VGA
37
驱动方式
恒流驱动
38
扫描方式
1/4扫描
39
整屏亮度调整级数
32级自动或手动
40
换帧方式
同步帧切换
41
散热方式
局部密封式对流散热方式
42
电源保护
具有超温、过流、过压、短路等技术
43
屏幕保护
防潮、防尘、防腐、防静电
44
防护等级
正面IP65
四、LED大屏幕性能特点
4.1、发光材料的特征
LED大屏幕使运用LED发光器件的大型屏板显示系统。
LED发光器件是新型发光材料，它具有驱动电压低、响应速度快、色纯度高等优点，在当今发光和显示领域，可谓是最活跃的前沿技术。
与传统的CRT显示技术和投影技术相比较，LED发光器件带来的优点包括：
还原颜色的色域更加宽广。
见下图所示。
可以实现中心距3mm~52mm的各种类型的平面显示装置，满足各种工众场合对视觉工具的要求。
可以从各种解析度模式中，自由选择不同的解像度，使用户能够在实现的显示效果满足应用要求的同时，造价可以接受。
几乎各种特殊应用，都可以通过细化设计，来达到最优的价格性能比。
对于这一特征，目前其他平面显示技术是无法比拟的。
4.2、视觉非线性校正
LED的亮度调节采用13Bits的脉冲数量调制技巧，使得每种基色拥有256级灰阶的同时，还可以实现人眼的视觉非线性校正（校正功能）,使的灰度的可辨识性大大提升。
从而给人对画面的主观感觉是灰度层次分明，色彩逼真。
视觉校正曲线如下图所示，其中的幂次是可以改变的。
4.3、像元同步映射技术
由于采用的控制方式是监视器像元直接映射技术，屏幕上显示的图像是透明地从监视器显示数据中对应获得，其中没有任何软件介入。
这一特征使得屏幕的现实信息的能力几乎与控制PC相同，能够显示的文字、动画、图案、视频节目等，仅仅取决于PC上安装的操作系统和应用软件。
五、LED大屏幕关键技术简介
室外全彩屏幕系统，采用的各项技术和实现各项功能的方案描述如下。
5.1、数字视频图象接口SDI技术
为保证本系统技术指标不落后，将采用先进的前端控制。
预计3~5年之内，电视机视频图象将普遍采用满足高清晰度电视（HDTV）和全数字化视频技术标准的图像采集设备。
高清晰有线电视全数字化摄象机，采用数字输出接口的DVD。
采用数字视频技术标准的视频编辑设备、视频摄录设备、视频传输设备等将成为主流设备。
为了符合这种发展趋势，我公司提供的LED显示屏系统除满足模拟视频信号输入要求以外，还可以提供无压缩的数字高清晰电视信号标准输入接口既SDI接口，此接口可兼容电气标准为SMPTE259M、SMPTE292M。
它为纯数字信号接收、解码。
信噪比无穷大。
它为标准的10位数据灰度、12位内部图象处理操作，灰度等级可达到4096级，非线性处理使显示颜色达到10亿色，图象分辨率可支持1920dots×1080dots（显示比例16:
9）或1440dots×1080dots（显示比例4:
3）。
5.2、数字视频通讯采用DVI标准的数字显示接口
1999年，由SiliconImage、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、Fujitsu等公司共同组成数字显示工作组（DigitalDisplayWorkingGroup，DDWG）推出的数字显示接口（DigitalVisualInterface，DVI）标准。
目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟VGA接口连接，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的D/A（数字/模拟）转换器转变为R、G、Ｂ三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。
对于模拟显示设备，如模拟CRT显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。
而对于LCD、DLP等数字显示设备，显示设备中需配置相应的Ａ/Ｄ（模拟/数字）转换器，将模拟信号转变为数字信号。
在经过Ｄ/Ａ和Ａ/Ｄ2次转换后，不可避免地造成了一些图像细节的损失。
DVI标准由DDWG于1994年4月正式推出，它的基础是SiliconImage公司的PanalLink接口技术，PanalLink接口技术采用的是最小化传输差分信号（TransitionMinimizedDifferentialSignaling，TMDS）作为基本电气连接。
计算机中生成的图像信息传送到显示处理单元（显卡）中，经处理并编码成数据信号，数据信号中包含了一些像素信息、同步信息以及一些控制信息，信息通过3个通道输出。
同时还有一个通道用来传送使发送和接收端同步的时钟信号。
每一个通道中数据以差分信号方式传输，因此每一个通道需要2根传输线。
由于采用差分信号传输，数据发送和接收中识别的都是压差信号，因此传输线缆长度对信号影响较小，可以实现远距离的数据传输。
在接收端对接收到的数据进行解码，并处理生成图像信息供数字显示设备显示。
在DVI标准中对接口的物理方式、电气指标、时钟方式、编码方式、传输方式、数据格式等进行了严格的定义和规范。
对于数字显示设备，由于没有D/A和A/D转换过程，避免了图像细节的丢失，从而保证了计算机生成图像的完整再现。
在DVI接口标准中还增加了一个热插拔监测信号，从而真正实现了即插即用。
5.3、多媒体控制技术
多媒体控制技术将模拟Video信号和Audio信号转换成可以供计算机处理的数字信号，以完成数字化处理。
多媒体控制技术通过A/D采集技术将模拟视频Video信号和模拟视频VGA信号转换成数字信号，进行同步运算处理以后，经过叠加后送显示屏显示。
屏幕控制机上装有多媒体卡，可将多种Video视频源引入到大屏幕之上，如播放电视实况、录像影碟节目、卫星电视节目、有线电视节目、摄像机节目、播放系统能播放动画、图形、文字及其迭加、以及多种特技混合效果。
通过多媒体控制技术，可以对屏幕的亮度、对比度和色饱和度进行调整以保证显示屏的观看效果，任意压缩或切割Video显示区域以适应显示屏大小，可以任意调整显示区域。
输入的视频信号可以是PAL或NTSC。
5.4、视频处理技术
2级非线性校正
为了更加适合LED显示屏的显示特性，本制造商采用图像处理技术对视频信号进行了控制和处理。
视频灰度非线性校正是人眼能舒适地观看显示屏的关键。
无论是在电视机、计算机监视器和其它任何显示设备中，几乎都需使用该技术，这是由人眼的视觉特性决定的。
没有经灰度校正的LED屏，会显得显示生硬、层次感差，看起来很不舒服，长时间观看甚至会对人眼造成伤害；只有经灰度校正后的LED显示屏才会显得纹理清晰，亮度柔和，灰度级过渡平缓。
另外，由于LED本身的发光特性和电视机、计算机监视器（CRT）的发光特性不一样，简单地将在CRT上应用的非线性γ校正算法和反γ校正算法直接应用到LED显示屏上是十分不科学的，会严重影响LED显示屏的图像质量，使观看效果更差。
从常识可知，当电视在阳光充足的环境中的观看效果没有在无阳光的环境中观看舒适，这是由于在环境不同时，简单的灰度校正是无法满足人眼需求的，同样LED显示屏更是如此，由于用户不可能随便的移动该设备，因此必须使LED显示屏在各种环境下均能舒适地观看。
在各种环境下的正常显示体现一个公司较高的设计水平。
为了保证显示效果，对显示图像进行了两级灰度非线性校正。
第一级灰度非线性校正
由目前对人眼的视觉特性研究可知如下原理：
人眼的主观亮度与光强为非线性关系。
人眼在环境亮度较低时，对比度的响应比在高亮度环境中敏锐；有背景光时，对比灵敏度与光强的线性关系范围大大减小：
为了保证显示效果，国外的著名公司如日本富士通、美国TI公司提供了一些特殊的设计解决方案，能够克服了别的公司的同类产品的缺陷，设计并实现了更适合LED显示屏显示效果的非线性灰度校正算法，并且在Pro型超大规模集成电路中得以实现。
超大规模集成电路Pro型具有独特的非线性灰度校正技术，从近万个灰度数据中非线性选择1024个灰度数据供显示用。
第二级非线性校正
为了保证不同观看环境的显示效果，如白天、夜晚、阴雨天等，制造商设计并实现了第二级非线性校正技术，其中每基色各有8条非线性校正数据，可以选择不同的非线性校正数据以适应不同的观看环境。
色座标空间变换（全彩色）
从色度图上能看到，视频源的色空间三角形与LED发光二极管的色空间三角形是不同的。
好在LED的色空间大于并包含了视频源的色空间，但问题是如果不对视频源输出的红绿蓝色坐标信号进行适当的调整（色坐标空间变换）LED显示屏上反映出的色彩便不是视频源色彩的真实对应，原本应发白色光时有可能会发粉红色或发生其它色偏现象。
为克服以上问题，制造商在技术上运用高速图像处理芯片实现了色空间变换技术将视频源色空间上的每一点与LED色空间上的每一点一一对应起来，从而使画面色彩更贴近真实。
色温处理
我公司提供的产品可以完成从3000k至9500k的色温调节，配合不同的环境，不同的节目，均可使显示屏呈现最佳的效果。
针对用户的各种需求，可以很容易地做到无论是国际光度协会规定的6500k的D65白色，还是国际光度协会规定的5500k的E光源白色真实再现。
色彩真实再现
人眼有着奇怪的习惯，当屏幕再现绿色草地时，即使色度有较大偏差，也不会察觉。
然而当皮肤色有一点点的变化，也会被立刻捕捉到差异。
因此，我们用FLESHADJUST技术对人眼最敏感的皮肤色进行了进一步的调整，确保将色彩偏差带给人眼的刺激降到最低。
边缘增强
采用图像增强技术，使得显示效果更加清晰、逼真，立体感更强烈，色彩更艳丽。
降噪
LED显示屏是高亮度显示系统，对显示图像进行降噪处理能保证图像更加干净和平滑。
亮度调节
为了保证在白天和夜晚等不同光照度情况下的观看效果及节约电费，制造商设计显示屏具有亮度调节功能，PLC系统采集当前环境照度值，并反馈到计算机网络，显示系统可以根据不同的环境光照度自动地进行无级亮度调节，并且具有手动方式调节功能。
白平衡控制
保证屏幕白平衡的主要方法是采用发光效率比较高、稳定性比较好的LED发光管。
设计中制造商采用色还原度比较好的纯色发光二极管：
采用进口台湾红、绿、蓝LED发光二极管芯片封装而成。
独特的软件控制原理使得白平衡更完美自然。
帧同步
显示屏图像采用完全的帧同步技术，使图像更加稳定。
通过对输入的每一帧图像所采用的LOCKEVENT技术，确保了同步的真实性，并且对屏幕上所有像素均衡的帧驱动才使得LED显示屏10万小时的寿命有真正的意义。
因为如果采用早期的像素分解，即使可获得一种视觉上的高分辨率，但由于LED驱动的不均衡，除了一段时间后由于LED衰减不同所带来的屏幕色彩不匀外，更大的问题是将直接影响屏幕寿命。
运动补偿
视频图像信号由于信息量大，在显示的物体处于快速运动过程中，往往会有图像变模糊，拖尾和横条等现象。
这种现象一方面会影响观看效果，另一方面会影响摄像效果。
为此，制造商在LED显示屏视频采集后端专门添加了运动补偿电路。
无论是显示激动人心的体育竞技场面，还是显示美丽宁静的田园风光，画面都将清晰稳定。
静态网格
在对视频图像处理上，我们使用了运动补偿技术以确保消除高速图像时所产生的拉毛、锯齿边现象。
而静态网络技术更使得静态图像被网络准确捕获，更稳定地输出。
这两项技术的采用使输出图像在专业级的概念上超过了电视显示的效果。
逐行扫描补偿技术
由于现在的电视信号多为隔行扫描，普通画面的单数行和双数行内容并非完全一致，画面中常有横向纹理。
运用实时DSP数字信息处理和逐行扫描补偿技术，能在输入普通电视信号时，达到近似逐行扫描的显示效果，尤其在LED显示屏上，由于像素间距大，显示面积大，这种改善非常明显。
高速扫描
由于采用分布式控制，使系统的高速扫描成为可能。
在我们最大限度的提高扫描频率的情况下，使我们的显示屏不仅仅是人眼，即使是专业的摄像机亦无法捕捉到帧闪烁，并且可根据用户要求采用逐点检测技术，以实现对显示屏状态的完全监控。
超大规模集成电路技术
实现视频显示的传统方法是采用离散的、小规模的集成电路技术。
当系统要求的性能有了大规模地提高时（如从16级灰度提高至1024级灰度），系统所使用的离散器件和小规模集成电路的数量将大幅度增加，整个系统的和可维护性将很难保证。
另外，为保证显示效果需采取的非线性灰度校正措施，随着数据运算量的增加，也不得不采取更复杂的、更繁多的小规模离散器件，这也将使系统的可靠性和可维护性更加难以保证。
为解决上述问题，提高显示效果，降低设计难度，保证系统的可靠性和可维护性，我公司均采用大型可变成单片系统。
采用这种方案的先进性主要体现在以下方面：
可实现8K级显示灰度调节
当以1024级灰度显示，并进行无级调节亮度时，灰度无损失。
可任意设置各种γ校正曲线。
超大规模集成电路技术和超大规模可编程集成电路的使用极大地提高了系统的显示性能，简化了系统的设计难度，提高了系统的稳定性和可靠性。
1024级灰度高度集成化视频显示屏显示控制芯片采用集中控制的设计电路，运用ASIC设计的方法完成，极大地提高了LED显示屏控制部分的准确性、稳定性、从而提高LED显示屏质量，最大限度的满足LED显示屏是半永久性电子产品这一要求。
控制芯片可提供每个像素点已进行灰度校正的1024级灰度，极大的提高了可视的色灰度级别。
灰度校正后的1024级灰度的LED显示屏亮度、色彩过渡平滑有了很大的改进。
高度集成型控制芯片使屏内LED显示块采用串行的数据连接方式，有效降低信号的衰减，确保LED显示屏准确的接收、传送，并完成全视频动态显示。
控制芯片利用高集成度，使LED显示屏的电路得到极大的简化，电路极其简单，彻底改变以往LED显示屏庞大复杂的电路设计，并且增加了可任意拼接、可带电插拔等多种使用功能。
这样，生产、安装、维修、升级都变得方便易行。
独特性的设计方案简化了LED显示屏的驱动系统，使数据运行流畅，也减少了个别元器件意外损坏的可能及通用元器件过多给显示造成的误差，提高了显示屏的整体质量，最大幅度的降低了故障率。
模块化设计与串联的连接方式极大的减小了信号的衰减，使大规模长距离显示成为可能，从而保证信号可能传输1920点×1080点，即全屏显示。
在进行系统逻辑电路设计时制造商采用超大规模可编程集成电路FPGA，替代以往系统中大量的中小规模的可编程集成电路GAL和EPLD。
超大规模可编程集成电路规模可达一万门至二万门，极大提高了系统的稳定性和可维护性。
采用超大规模集成电路和超大规模可编程集成电路
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