主动立体环幕影院系统方案 ——主动立体环幕影院系统方案

来源：《数字音视工程》杂志作者：深圳市海翔科技有限公编辑：mark 2011-12-13 10:36:57 加入收藏

支持3D立体环幕显示的同时，也支持普通2D环幕显示，用户可通过iTouch/ipad产品，控制两种模式的切换，当开启3D显示模式时，用户需佩戴系统配套的3D眼镜。2D模式下，用户取下眼见裸眼观看。

　　一、背景分析

　　自《阿凡达》上映之后在全世界范围内掀起了一股前所未有的观影热潮，不管是普通观众还是电影业内专业人士，对此片都是趋之如骛。而对于《阿凡达》的热烈讨论也是相当的热烈。

　　3D技术的广泛应用，深刻的认识，逼真的效果给了消费者前所未有的美妙体验，市场需求已开始大量释放。随着2011年，3D主动立体投影机大量上市，价格大幅下降，这也为投影环幕立体展厅的大行其道奠定了基础。新一代的数字环幕厅就此腾空出世---“3D主动立体环幕厅”。

　　二、系统概述

　　2.1、系统介绍

　　本项目三台丽讯D5020主动立体影机，投影出一个高2.4米，弧长8.3米，弧度90度的3D环幕系统。

　　为了使多台投影机投影出一个完整无缝的画面，项目拟采用一台高性能的海视宽屏3D-V300主动立体融合处理器。并配合一套海视宽屏“i控”控制系统，该系统基于苹果公司出品的iTouch/ipad触摸终端，用户可通过触摸方式控制整套系统、包括3D环幕的显示控制。

　　本套系统，在支持3D立体环幕显示的同时，也支持普通2D环幕显示，用户可通过iTouch/ipad产品，控制两种模式的切换，当开启3D显示模式时，用户需佩戴系统配套的3D眼镜。2D模式下，用户取下眼见裸眼观看。

　　系统音响部分采用一套标准的5.1声道贝塔斯瑞音响系统，该套音响采用内置功放、有源影箱，影响效果极佳，同时架构精简。并且支持海视宽屏“i控”控制系统的控制，用户可通过触摸iTouch/ipad产品，方便地控制整个展厅的影响效果。

　　2.2、系统拓扑图

　　2.3 设备平面布置CAD

　　※ 环幕屏幕尺寸：

　　环幕高：2.4m; 宽：7.5m; 弧长：8.3m; 弧度：90°。

　　※ 投影机投射距离：

　　使用标配镜头：1.8 – 2.3 倍;投射范围：5.76 – 7.36 米;平均投射距离：6.4 米。

　　※ 环幕3D立体片源：

　　※ 画面参数：

　　投影机亮度：5200流明;分辨率：1024×768，三台融合拼接，整屏分辨率：2560×768;损失像素点：512px(融合像素)。

　　2.4线路敷设图CAD

　　2.5、专业线材

　　秋叶原影音连接线精心选用无氧铜(OFC)导体，航天级聚乙烯(LDPE)/PVC内绝缘，优质进口PVC，高保真设计，造线工艺精湛，抗干扰能力强、信号衰减系数低、效果好。

　　 DVI线材：

　　Q-541　DVI-DVI线　线规28# L=2m

　　此电缆是高清晰度多媒体接口，提供高宽带无压缩数字音视频传输。基于最新一代TMS核心技术，拾配每秒数千兆位的内容传输频宽，可将高清晰度视频和多声道音频数据结合至单一接口，支持到(1600×1200)UXGA的分辨率，最高传输速度为5Gbps，从而真正实现“高清一线通”，主要应用于数字高清电视、等离子电视、液晶电视、背投电视、投影机、DVD录/放影机及数位影音装置的视频及音频信号传输。

　　 音频线材：

　　此线材采用24K镀金全纯铜插头，有效保证紧密连接，保持信号畅快传输;超强高密度屏蔽层保护，杜绝外界干扰，保持信号纯正。

　　* 导体采用高纯度无氧铜，确保信号保真传输;

　　* 内绝缘层采用优质进口的PVC材料;

　　* 外被采用新型配方高弹性耐磨耐酸碱环保的PVC材料，有效延长使用时间;

　　* 高保真设计抗干扰能力强，信号传输衰减小，使用效果佳。

　　 六类八芯双绞线：

　　*产品名称：秋叶原 Q-56

　　*品牌: Choseal/秋叶原

　　*型号: Q-56

　　*线材类别: 其他线材

　　*材质: 纯铜

　　2.6、系统功能简述

　　2.6.1、高清桌面播放

　　目前市面上有些自带边缘融合功能的投影机，以及一些通过外部采集方式提供信号的融合器，都无法实现真正意义上的高清桌面播放功能，海视宽高端融合类产品，都能提供一个“物理点对点” 的桌面信号;本案中使用了3台1024×768分辨率的投影机，融合后投影机能够提供的物理像素点数量为2560×768，而海视宽屏融合服务器会各根据这个分辨率提供一个与之完全匹配的输出分辨率，只有当这个两者完全匹配时，观众看到的大屏幕效果才是完全不变形的。

　　将三台投影机2560×768成为一个整体，分辨率2560×768拥有高清桌面，分辨率达2560×768如下图：

　　2.6.2、2D显示播放

　　当用户通过“I 控”将系统设置到2D显示模式下时，系统投影机将切换到2D模式，输出频率变成60HZ，系统会提醒观看这去掉3D眼镜。同时3D融合程序自动切换成2D融合模式，此时用户可以，自由选择要显示在大屏幕上的二维素材，也可以通过“I 控”自动调用播放实现设置好的二维场景播放显示。

　　2.6.3、3D显示播放

　　当用户通过“I 控”将系统设置到3D显示模式下时，系统投影机将切换到3D模式，输出频率变成120HZ，系统会提醒观看这戴上3D眼镜。同时2D融合程序自动切换成3D融合模式，此时用户可以，自由选择要显示在大屏幕上的三维素材，也可以通过“I 控”自动调用播放实现设置好的三维场景播放显示。

　　系统支持3D立体显示，支持3D视频播放，如《3D阿凡达》电影播放，支持虚拟VR显示，如《XXX3D仿真系统》显示控制;

　　2.6.4、“i控”控制系统

　　 “i控”控制系统，是首个套基于美国苹果公司的Mac OS的中央控制系统;

　　 有别于中控设备，专门为数字化展厅定制，用于协调和控制各种大型展项;

　　 所有控制操作完全基于苹果的 iTouch/IPAD( 苹果专利多点触摸技术);

　　 基于UDP网络传输协议和Wi-Fi无线终端互联技术，控制覆盖整个展厅。

　　基础功能：

　　 正常启动系统;

　　 启动投影机、融合器，并自动完成融合同时显示用户定制的欢迎界面;

　　 正常退出系统;

　　 退出融合程序、关闭融合器、投影机;

　　 调节音响系统音量;

　　 控制大屏幕显示;

　　 场景切换【例如：欢迎场景视频􂁞播放视频􂁟播放分屏显示】;

　　 2D模式与3D模式的无缝切换。

　　三、技术简介

　　3.1、主动立体投影技术

　　主动快门式3D技术，又叫时分法遮光技术或液晶分时技术，它主要是靠液晶眼睛来实现的，它的眼镜片实质上是可以分别控制开/关的两片液晶屏，眼睛中的液晶层有黑和白两种状态，平常显示为白色即透明状态，通电之后就会变黑色。通过一种讯号发射装置，让3D眼睛和屏幕之间实现精确同步。

　　显示屏幕上会交替进行左右眼画面的播放，在播放左画面时，左眼镜打开，右眼镜关闭，观众左眼看到需要让左眼看见的画面，右眼什么都看不到。在播放右眼画面时，右眼看右画面，左眼看不到画面，就这样让左右眼分别看到左右各自的画面，从而实现3D立体效果。这个过程交替至少达到120次/每秒，人眼才能欣赏到连贯而不闪烁的3D画面，所以主动式3D显示技术要求屏幕的刷新率至少达到120Hz。

　　主动快门式3D技术是通过交替左眼和右眼看到的图像以至于你的大脑将两幅图像融合成一体来实现，从而产生了单幅图像的3D立体感。画面交替的过程非常迅速，每秒可以到120次，因此对人眼来说是无法看到这个左右转换的。

　　主动快门式3D技术的优点在于呈现出来的3D影像立体感强，实现起来比较容易，不论是电视、电脑屏幕还是投影机，只要更新频率能达到要求，就能导入这个技术。

　　3.2、边缘融合技术

　　边缘融合基本概念：多通道投影机投出的多组图象经过边缘融合技术处理实现的一整幅图象，并且显示出的图象没有缝隙更加明亮，清晰，超大，且画面的效果就像是一台投影机投射的画面。这种显示的过程就叫做边缘融合。

　　而原有的投影显示，当使用二台或多台投影机组合，投射一幅画面，就会有一部分影象灯光重叠(如下图1)：

　　图1

　　而使用边缘融合机处理后就能是把二台投影机重叠部分通过几何线性处理，使整幅画面的亮度达到一致。实现多画面重组为一整幅画面(如下图2)：

　　图2

　　边缘融合是将多个投影机投影出来的画面融为一体，令多个投影机彼此协同工作，共同投影出来一个浑然一体的画面，投影机投影的画面之间没有明显的物理缝隙。采用边缘融合功能后，投影出来的画面如下所示：

　　3.3、曲面矫正技术

　　所有的投影机在设计时都是针对平面投影屏幕的，投射出的画面也是矩形的(通常为4：3或16：9)，而当这样的投影仪把图像投射到弧形或球面的投影屏幕时，就会导致每台投影机投射到环形幕布上的影像画面出现图像变形失真，最直接的投射效果如下图，这种图像变形失真现象被称之为非线性失真。为了在弧形屏幕或球面屏幕上得到正确的图像显示效果，就必须对生成后的实时图像进行处理，这种图像变形失真矫正处理被称之为非线性失真及数字几何校正。所以对于多通道柱面投影系统而言，解决图像非线性失真和数字几何校正是个关键问题，边缘融合器带有曲面校正功能，可以对投影画面进行几何校正，适应不同弧度的屏幕。

　　目前技术情况下，有两种方法可以实现非线性失真校正，一种方法是通过光学校正，即通过具有独特变形矫正功能的特定投影机来完成，这种方案的一个典型的特点，就是投资巨大，往往一台这样的投影机就需要几十万美金，使得一般的用户均难以承受;另一种方法是使用计算机非线性失真校正技术(几何校正)来实现。计算机非线性失真矫正技术是目前公认的、效果最好的也最具性能价格比的数字图像非线性失真矫正技术方案。

　　曲面矫正网格：

　　矫正后的效果：

　　3.4、“i控”控制技术

　　海视宽屏无线远程控制系统是以iTouch设备为控制终端通过无线局域网对融合服务器，投影机等设备进行控制的控制系统。其主要功能有控制投影机以及融合器的开机关机，以及大屏系统的内容播放和音量控制。(如下图)

　　该系统通过iTouch设备发送控制代码来控制其他设备。海视宽屏控制服务器通过RS232串口投影机相连并且通过网线连接到局域网，海视宽屏控制服务器的主要功能是实现通过局域网对投影机进行控制。融合器端是由网线直接连接局域网。iTouch向海视宽屏控制服务器发送信号信号中包括开/关机控制码和端口码。控制码控制投影机的开机关机，端口码控制海视宽屏控制服务器向哪台投影机发送信号。iTouch向融合器发送的代码包括开机代码和控制码，iTouch向融合器的网卡发送开机码通过网卡开机。开机之后融合器会自启动远程控制server程序(需要提前安装并设定好开机启动)正常开机后就可以使用iTouch来控制播放内容了。

　　四、设备选型

　　4.1系统设备表

　　4.2、主动立体融合器选型

　　海视宽屏3D-V300

　　海视宽屏3D 系列专业图形处理器为海翔科技多年研发经验产品，采用高性能结构设计，高速专用数字化图形处理器，全硬件图像处理，支持三台主动立体投影机同步120Hz输出，实现主动立体显示效果。该设备同时兼具普通2D融合设备功能，支持3台投影机融合、曲面矫正等功能。

　　控制方面，该设备通过海视宽屏控制服务器，接受苹果iTouch等设备的控制;

　　硬件配置:

　　构架：Intel X58 ;

　　操作系统：Microsoft Windows XP Professional 32Bit ;

　　CPU：Intel Core i7 920 ;

　　核型类型：Lynnfield;

　　CPU构架：Nehalem;

　　核心数量：4;

　　主频：2660MHz;

　　总线带宽：4.8GT/S ;

　　GPU：NVIDIA GTX465;

　　4U工控机箱 600W服务器电源。

　　主要指标：

　　输出道数：3路; DVI输入;输入接口 DVI-I;

　　色彩深度：24bit/像素

　　缩放和显示缩放比例0.3—10

　　视频输入：输入接口RJ45;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;

　　输出通道数：3路;

　　输出接口：DVI-I连接器(适合模拟和数字，包括DVI-I至HD15适配器);

　　输出格式：模拟和数字信号同时输出;

　　输出分辨率：1024×768 至3072×768;

　　输出刷新频率：120Hz;

　　控制端口：RS232;

　　电气特性：输入电压 100-240V，自动调节;

　　行频：50-60Hz ; 重量：20Kg;

　　该产品获得国家7项著作权专利，广东省科学技术研究所(国家一级科技查新单位)，为海翔科技有限公的高新技术产品出具的科技查新报告。

　　4.3、主动立体投影机选型

　　在投影机技术方面：

　　(1)要求使用专业的主动立体投影机，输出频频120HZ;

　　(2)本项目采用DLP技术的投影机。

　　要求(1)是根据本案所采用的“主动立体”技术架构所决定的，详细内容可参照第三章中“主动立体投影技术”。

　　关于DLP投影机的问题分析如下：

　　目前市面上的投影机分为LCD液晶投影机和DLP数码投影机。

　　液晶投影机的成像主要靠液晶板，液晶板使用一段时间后会老化，老化后投影出来的画面颜色会有偏差，例如偏红、偏蓝、偏绿，而且不同的投影机的颜色改变是不同的。如果大屏幕上用的投影机是液晶投影机，那么液晶板老化后，大屏幕画面会分成红、蓝、绿等几块，严重影响画面的整体性。如果大屏幕使用频繁，那么半年即可看出不同投影机的颜色偏差。

　　数码投影机没有液晶投影机的问题，大屏幕投影一般采用数码投影机，也就是DLP投影机。

　　DLP投影机长时间使用后，亮度会有所衰减，但所有的投影机都是同时衰减，所以使用一段时间后，大屏幕将继续保持颜色统一。

　　根据以上两点分析，结合海翔工程经验和客户环境状况，我们做出以下的投影机选型推荐：

　　丽讯D5020

　　德州仪器DLP™ 技术，0.7" XGA×1, 5色轮RGBYW，第三代“亮丽彩轮”,DDP2431解码芯片,极致色彩;

　　5200流明高亮度，对比度2500:1，均匀度90%;

　　具备超短焦、标准、长焦三种可选镜头，根据用户场地情况，本项目中使用标准配GB940G镜头，需要投射距离约6.4m;

　　配合电脑等3D设备，可显示逼真的3D影像 ;

　　XGA(1024×768)最高支持SXGA+ (1400 × 1050)，色彩1677万色，色深24比特;

　　侧面更换灯泡，方便集成商进行拼接设计，便于吊装状态下的维护;

　　丰富完整端口设计：VGA(15-pin D-Sub,支持分量视频)×2、RGBHV(5 BNC)×1、HDMI(V1.3)×1、DVI-D×1、复合视频接口RCA×1、S-Video接口(Mini Din-4)×1、Y,Cb/Pb,Cr/Pr(RCA×3)。

　　4.4、立体融合专用幕选型

　　作为3D立体环幕这种高端数字展厅设备，力求给客户全面的多媒体体验，作为成像载体的环幕是系统工程中的重要设备，首先要求环幕采用金属硬幕材质，这样能够保证融合效果，同时这种金属材质银幕给人以高档高端的视觉体验。而使用“软幕”是环幕系统的大忌，由于这类项目都用到了投影融合技术，这种技术要求，投影幕、投影机两者的相对位置处于决定不变的状态，这样才能保证融合的完美，调试完毕后，上述二者的位置发生变化，就需要重新维护调试。这是处于这种问题的考虑，我们在所有的融合类工程(包含3D融合类系统)种严格要求，不使用软幕。

　　另外，3D融合环幕对屏幕的增益度也有严格要，需要控制在0.8-1.2之间，过高的增益会使得屏幕亮度均匀性下降，而过低的增益的则让观众感觉屏幕昏暗不靓丽。

　　处于以上综合考虑，我们推荐使用久经项目考验而屡受客户好评的海视宽屏立体融合专用金属幕。

　　海视宽屏立体融合专用金属幕

　　框架：75毫米宽铝合金框架，表面哑光黑色静电烤漆;

　　融合带宽度：128像素(或单个屏幕的1/8);

　　基材原料：环氧树脂，厚度0.5-1.0cm;

　　抗冲击强度：450焦耳(合400英尺磅)，是普通玻璃的400倍，有机板的200倍;

　　耐侯性：-80～130摄氏度无明显变化;

　　阻燃性：燃点500度，离火后自熄，不会助长火势蔓延，达国标GB8624-1997B1标准;

　　重量/密度：1.6g/cm3;

　　伸拉强度：30-40MPa;

　　冲击强度：2-3Kg/cm2;