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LED顯示屏解決方案

發布者:  發布時2017-3-14 10:01:44  瀏覽次數:

LED顯示屏

地鐵車站所需LED顯示屏設備(本章指多媒體顯示屏)中,包括了室內全彩色、雙基色、室外雙基色等不同規格的產品,其中室內全彩色、雙基色屏為256級灰度LED多媒體全彩色視頻顯示屏,多媒體全彩色顯示屏以實現實時播放視頻節目(VCD、DVD、TV、攝像機等)、舉行視頻會議及發布重要信息等功能為主。室外雙基色屏安裝于戶外,外型呈條狀以顯示文字、圖片、動畫和計算機視頻文件為主。雖然顯示屏的規格不同,但是其基本的功能(控制及顯示內容)需求的差異并不大,即顯示屏的實現各種功能的基本控制模塊的組成是相同的,差別主要體現在根據不同的顯示屏選用不同檔次規格的配件上;因此,在本章的標準、功能和設計等節的敘述適合所有的多媒體顯示屏,有區別的部分將單獨說明;在本章的配置和參數一節對各規格顯示屏詳細敘述。

第一節 設計的技術特點和標準

一、LED全彩色顯示屏技術特點

? 視頻反Υ校正:因視頻信號中已有Υ校正,在CRT管上顯示時匹配,但在LED上顯示時須進行反Υ校正,使顯示畫面的各個層次得到完整的反映,細微變化清晰呈現,從而提高畫面質量。
? 人眼生物功能校正:根據人的視覺特點和LED顯示特性,采用一種非線性校正,即在低亮度區級差小,增加級數,逐步到高亮度區時增大級差,造成視覺效果上的“級差一致性”。
? 白平衡匹配校正:全彩色顯示屏是由紅、綠、藍三種LED發光二極管組成的,當三種管按照亮度比例都點亮時,發出的光應是白光,即白平衡。這可通過選擇LED三種管的參數配合及白平衡校正技術來實現。
? 環境亮度校正:因環境亮度是在不斷的變化,使屏幕亮度跟隨變化。如當環境亮度增大時,應使屏幕的低亮度區提升,反之亦然。這樣便具有更佳的視覺效果。
? 視頻動態范圍擴展:提高視頻動態頻帶寬度,使在LED顯示屏上顯示出來的圖像更鮮艷、逼真,沒有朦朧的感覺。
? 為了使顯示屏最終達到一個較好的顯示效果,亮度的均勻性是非常重要的,元亨LED顯示屏控制軟件對單個模組內LED材料本身進行參數測試,經過數據處理后輸入到顯示屏LED材料參數庫,對相應的像素點(或單元板)進行二次數據校正,實現逐點(或單元板)亮度調節,解決LED顯示屏亮度不均勻的問題。
? 嵌入式設計:元亨顯示屏采用嵌入式電腦控制,提高了系統的集成度,簡化了驅動電路。同時屏體結構采用標準化嵌入式設計,結構美觀、合理。
? 二級Gamma校正技術:在控制電路采用一級Gamma校正技術同時,對與發光材料的離散性而產生的不一致或灰度的不準確性,在控制系統中進行第二次Gamma校正。
? 專業音視頻處理系統:元亨顯示屏采用獨立的音視頻處理系統實現對視頻信號的處理,從傳統的多媒體卡級上升為專業視頻信號處理級,首先從信號處理上保證了質量,使得播放高保真的圖像信號成為可能。
? 綠色環保技術:采用PWM脈寬調制技術以及靜態恒流驅動,進一步提高了顯示元件的發光效率,具有明顯的節能效果。此外,亮度調節技術的使用也能起到節能的作用。

二、設計和制造的依據的標準

1) LED顯示屏檢測與分類方法
2) 深圳市元亨光電股份有限公司檢驗規范
3) LED顯示屏通用規范(部頒行業標準)
4) GB9813-88計算機通訊技術條件
5) GB4943-95信息技術設備的安全
6) GB6388-86運輸包裝收發貨標志
7) GB2421電工電子產品基本環境實驗規則 總則
8) GB2422電工電子產品基本環境實驗規則 名稱術語
9) GB2423.1電工電子產品基本環境實驗規則 低溫實驗方法
10) GB2423.2電工電子產品基本環境實驗規則高溫實驗方法
11) GB8898-88電源供電的家用和類似一般用途的電子及有關設備的安全要求
12) GB9366-88計算機站場地安全要求
13) GBJ65-88工業與民用電力裝置的接地設計規范
14) GBJ79-85工業企業通信接地設計規范
15) SDJ-98電力設備接地設計技術規程
16) GB50057-94建筑物防雷設計規范
17) GB50174-93電子計算機房設計規范
18) YD5003-94電信專用房屋設計規范
19) JG/T16-92民用建筑電氣設計規范
20) CCITT藍皮書K11建議“過電壓和過電流防護的原則”
21) CCITT“通信電路和通信設備的防雷手冊”

第二節 顯示屏系統功能設計

一、 視頻顯示功能

? 通過顯示卡的DVI(數字視頻接口)輸出,直接實現VGA與Video的信號轉換;
? 顯示屏可執行多窗口顯示,窗口位置可任意設定;
? 各窗口的顯示內容均可為不同的文字、圖像或時間信息(如世界其它城市時間);
? 多種時鐘的顯示方式,既可由文字表示,也可由軟件實現表盤方式表示等。

二、視頻播出功能

實時顯示彩色視頻圖像,實時現場轉播,轉播廣播電視及衛星電視;高保真播放錄像機、影碟機等視頻節目;可在文藝表演時實時轉播,或播放背景畫面等;具有電視畫面上疊加文字信息等功能。
可實現:
? 多窗口同時播放不同比例的畫面及文字;
? 播放錄像機、影碟機(VCD、DVD、LD)等標準視頻節目;
? 播放AVI、MOV、MPEG、DAT、VOB等各種格式的視頻圖象文件;
? 通過軟件調節亮度、對比度、飽和度、色度;
? 具有圖象降噪、增強及運動補償功能;
? 具有重疊(VGA+Video)、影像(Video)、VGA三種顯示模式;
? 具有Video影像壓縮控制功能;
? 具有水平/垂直位置補償功能。

三、計算機信息功能

? 采用IPC(嵌入式計算機)控制系統,具有計算機顯示終端功能,播放軟件集圖形、圖片、文字、二、三維動畫片播放等功能于一體;
? 各項顯示信息可由用戶進行自由組合編輯,并支持節目表方式,將常規顯示內容進行排列,每一顯示內容可單獨編輯,可自動定時播放或循環播放、自動切換等,也可由控制中心進行插播干預;
? 可顯示中文(含繁體字)、英文、數字等多種文字和多種字體,并支持其它外文文字的顯示,如日文、西班牙文、德文、法文、希臘文、拉丁文、俄文、韓文等外文;有多種字體和字型可供選擇,除支持Windows提供的所有文字的字型、字體和圖形外,還支持自造字、自造標志圖案的顯示;對文字可以進行無級放大、縮小、變形等操作;
? 具有豐富的播放方式,畫面和文字播出方式有單行左移、多行上移、左右拉、上下推、旋轉、縮小、放大等多種方式,提供畫面和文字的滾動、移動、中開、中合、閃爍、淡變、飛動顯示、反白、百頁窗飄雪等三十不同的顯示方式;

四、其它功能

1. 通過IPC的標準網絡接口(RJ-45)和TCP/IP通訊協議等,提供支持以太網接入功能,既可以實現顯示數據的網絡采集,又為遠程控制提供了條件;可與內部信息網相聯,共享網絡資源、播出網絡信息、接受網絡控制;
2. 通過IPC的AUDIO實現音頻信號的接入和輸出,可實現聲音信號和圖象信號的同步,并可與現場的廣播系統相連接;
3. 通過硬件映射技術實現系統同步控制:顯示屏顯示內容與計算機VGA顯示輸出的關系為像素一一對應,同步顯示;
4. 采用智能化安全配電系統,通過RS485接口與系統相聯,當電源出現過壓、過流、欠壓、缺相、短路、漏電等情況時提供報警功能;配電設備(低壓電器)選用具有過壓、過流、欠壓、缺相、短路、漏電等保護功能的產品;
5. 在顯示屏體發生故障時,控制計算機上通過屏體健康檢測軟件自動顯示故障單元的位置;當系統溫度過高、通訊中斷等嚴重錯誤(錯誤類型可定義)時,自動關閉并報警,保證系統運行時的安全性和可靠性;
6. 系統可以讀取顯示屏的當前狀態,檢查顯示屏工作是否正常;顯示屏在設計上具備故障自檢功能,當設備出現開路和短路情況時,控制室的計算機可以甄別到故障的坐標位置;
7. 系統通過亮度傳感器,可自動感知環境亮度,調整顯示屏的亮度,以達到最佳的視覺效果;對顯示屏亮度也可進行人為干預、定時調整和手動調整。

第三節 LED顯示屏的系統設計及說明

LED顯示屏的控制系統以嵌入式計算機為控制中心,通過視頻采集卡接收視頻信號,根據編排進行節目編輯及播放視頻內容;其它格式文件(文本、圖片、動畫及視頻,如TXT、BMP、JPG、GIF、AVI、MPEG、FLC、TIFFT等等)通過以太網接入,根據編排進行節目編輯及播放。
顯示屏的顯示內容通過硬件映射技術實現與計算機VGA顯示輸出同步,即兩者的像素一一對應(不論是二、三維動畫片、視頻及文本,還是局域網傳輸來的信息),同步顯示在LED顯示屏上,即見即顯;采用DVI顯示卡,可獲得DVI和VGA兩種顯示輸出,其中的DVI輸出可作為顯示屏的數據源,所有在顯示屏上播出的顯示數據信息均從顯示卡的DVI輸出中直接獲取,由屏體控制系統轉換為LED顯示屏相對應的實時數據,從而實現控制計算機(IPC)到LED屏幕的同步映射。
整個顯示屏的控制系統包括:顯示屏體、控制計算機(IPC)、傳輸單元(視頻、以太網、RS232/485/422等接口)、供電單元(包括電源控制)、軟件(掃描控制、數據接口、編輯和播出等)、固定框架部分組成。
在設計中考慮到顯示屏使用和維護的實際情況,本公司的產品有可以帶電插拔、耐靜電等特點??梢酝ㄟ^軟件對LED整屏做亮度調節,以適應不同環境的需要,并節約能源。
針對LED驅動電路工作頻率高,諧波分量造成的射頻干擾問題,采用高檔EDA軟件對PCB進行設計,保證了設計階段的EMI插入,嚴格按照國際標準,在設計時對顯示屏做了電磁屏蔽處理;單元板和控制板全部采用表貼器件,4層PCB板的大面積接地,有效解決了電磁輻射與干擾的問題。
本公司在設計上對溫度的影響充分進行了考慮,工作溫度均可保征在-20~85℃下正常工作;同時,提高設備的絕緣強度和降低接地電阻,可有效地防止漏電如靜電給顯示屏帶來的損害,使設備在5%RH~95%RH的濕度環境中安全工作。本產品優良的環境適應性,已經過國家級檢驗機構──國家廣播電視產品質量監督檢驗中心的安全性、鹽霧及高低溫、潮熱環境等檢驗,全部項目符合國家相關標準;以上的檢測項目同時經過深圳市質量檢測機構的檢驗,全部指標符合相應的國家標準和部頒行業標準。
在設備中大量采用自動檢測和控制技術,設備具有智能化特點,當系統出現故障時,屏體控制單元可以區別情況選擇相應的動作。
LED顯示屏系統由控制計算機(IPC)和顯示控制單元組成基本的控制系統,由控制單元、顯示屏體、信號處理單元、各檢測單元、電源模塊、框架等部分組成完整的顯示屏結構。
下面對各部分進行說明:

一、嵌入式計算機(IPC)

嵌入式計算機(IPC)作為顯示屏控制系統的中心,對顯示屏工作的可靠性和穩定性起著重要的作用,因此需選用工業控制級的產品。IPC的主要任務是提供對控制系統的各種支持,如提供對各軟件應用的支持、存儲顯示文件、支持視頻采集、支持節目表編輯、提供各種字庫支持、提供對各種格式文件支持、聯接以太網、提供各種數據的軟硬件接口、支持系統檢測等等。
IPC的基本配置將根據顯示屏的規格有所不同,但是基本組成是類似的:工業控制級主板(集成聲卡、網卡等)、CPU、內存、硬盤等。IPC的軟件平臺為Windows 2000。
IPC提供的各種I/0:
1個標準以太網接口(10/100M) RJ-45
3個串行口 RS/232/485/422 可以由軟件進行設置
Audio I/O
USB
鍵盤
鼠標
DVI
VGA
鍵盤、鼠標、VGA等接口,可用于在顯示屏使用現場對顯示屏進行檢測和調試。

二、 視頻信號采集卡和顯示卡

視頻信號采集卡的主要任務是將需要由LED顯示屏播出的模擬視頻信號轉換成數字信號。
采用專業視頻多媒體顯示卡(128位圖形加速器),可以將計算機標準的VGA顯示模式和視頻信號合成輸出。顯示分辨率可以達到1280×1024,并可向下兼容多種顯示模式(1024×768、800×600,640×480等), 所配視頻管理軟件采用了EST邊緣增強技術,清晰地再現放大后的圖像。輸出1073兆種顏色,可以運行在Windows95/98/2000/XP平臺。
顯示卡提供兩種標準的顯示輸出:VGA格式和DVI格式;其中的DVI輸出支持LED顯示屏數據源的需求,由LED顯示屏的掃描控制系統將其還原為圖象信號;兩種格式的顯示輸出來自同一顯示卡,可以更好的保證LED顯示屏與VGA顯示器的一一對應關系。
由于全彩色顯示屏和雙基色顯示屏的色彩還原能力的差異,我們在選擇視頻信號采集卡和顯示卡時將區別對待(詳見配置與參數)。

三、顯示屏體(含框架)

屏體由顯示模組(含像素模塊和驅動控制板)、單元箱體、開關電源和固定框架組成。
顯示屏為模塊化結構,若干個顯示模組和開關電源固定在一個單元箱體上,顯示屏由若干個單元箱體拼裝而成,呈積木式堆疊拼裝;采用平衡四連桿結構進行顯示屏框架與墻面的連接,此結構便于運輸、安裝、調試及維護。
1.顯示模組
顯示模組由若干個像素和驅動控制板組成。全彩色顯示屏像素采用美國CREE公司的LED產品,采用三合一表面貼封裝形式(馬來西亞封裝),每個像素為1紅、1純綠、1純藍LED組成,在單色灰度為256級時,可以顯示16.7兆種顏色;站內雙基色顯示屏采用臺灣鼎元和國聯公司的LED產品,采用8×8模塊封裝形式,每個像素由1紅、1綠LED組成,在單色灰度為256級時,可以顯示65536種顏色;進出口門楣室外雙基色顯示屏采用臺灣鼎元公司的LED產品,采用單燈封裝形式,每個像素由1紅、2綠LED燈組成,在單色灰度為256級時,可以顯示65536種顏色;平均無故障時間大于10000小時,壽命大于十萬小時。
本公司的顯示屏模組采用嵌入式驅動方式,即LED器件與驅動電路整合在同一塊4層印制電路板(PCB)上,這樣可以大大提高顯示屏的可靠性,同時增大接地面積,減少信號之間的互擾,有利于散熱;驅動電路所有的元器件均采用進口表面貼封裝器件,其中關鍵的LED驅動器件選用日本東芝公司產品TB62726,其它IC為MOTOROLA和PHILIP產品;所有的LED均為恒流驅動,1/4分頻掃描設計(信號占空比為l/4)。
PCB板采用臺灣生益一級產品,厚度為2mm;LED像素在PCB板上的定位誤差小于0.1mm,模組經專用平臺進行整理,不平整度小于1mm。
2.單元箱體
單元箱體是拼裝顯示屏的基本單位,既要保證安裝的精度,又要具有可靈活方便進行拼裝和拆卸的結構;既要承載精密的電子設備,又必須能夠適應環境變化的要求,保證顯示屏的散熱。因此單元箱體設計的合理性是保障顯示屏正常工作的重要環節。本公司顯示屏的單元箱體采用優質冷軋鋼板制造,使用數字化設備進行折彎沖壓及激光定位手段加工成型,大大地提高了機械加工精度,箱體加工誤差小于±0.2mm;箱體鋼件經過酸處理后再進行陽極電泳工藝的表面處理,使箱體內外均有相同的防腐防銹能力;箱體的風扇采用下送風和隧道出風的結構,既保證了空氣流通下可阻止和灰塵的侵入。
室內屏單元箱體的厚度為100mm、重量小于30Kg/m2,實際厚度可根據需求做相應調整。箱體采用隨機定位方式進行屏體安裝,安裝的精度不與框架定位精度有必然的聯系,從而可以保證屏體可靈活方便的進行拼裝。
3.開關電源
顯示屏采用臺灣明偉顯示屏專用開關電源,在規定的條件下(50Hz±2Hz,220V±15%)具有輸出穩定、可靠性高及空載、短路、過熱保護等特點。
4.框架
顯示屏框架既是單元箱體的載體,又是顯示屏與建筑連接部分。因此它既要有一定的精度,又要有較大的強度,既要牢固可靠,又不能過于沉重。為符合這些特點,我們采用航空鋁材作為框架的主要材料。外框表面為裝飾性材料,須配合環境進行調整,在設備安裝前與總包方及業主進行協商。

四、顯示屏控制單元

顯示屏控制單元由本公司自主設計的分布式控制系統,分布式控制系統安裝在顯示屏屏體部分。雖然顯示屏的工作以計算機為中心進行編輯和控制,但是顯示屏的掃描控制系統承擔著圖象及色彩還原、亮度調整、畫面刷新以及各種校正功能等的實現任務,是顯示屏極為重要的組成部分。
為提供最好的視頻控制能力,忠實再現原始色彩的畫像質量,LED顯示屏控制系統的設計是至關重要的,本公司采用的分布式控制方式為國際上先進的控制方式。為便于比較,我們列出目前流行的兩種控制方式的系統進行簡單對比:


集中控制系統分布式控制系統控制器成本很低較高圖像效果較差很好圖像刷新率屏幕越大、刷新率越低與屏幕大小無關顯示屏均勻性較差較好信號傳輸模組串行級聯,要求傳輸帶寬高,信號質量差副控、掃描高速串行級聯,帶寬要求低,信號質量好模組工作頻率較低(10-12MHz)最高(約20MHz)數字圖像處理能力很低,只能進行伽馬校正很高,可進行伽馬校正、色彩空間變換、色溫變換等傳輸線信號種類TTL或LVTTLLVDS屏體布線整體凌亂,控制系統輸出線的時延不一致(ns級)會造成圖像劣化。簡單,對稱,數據線上的時延一致性極好(ps級)



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