康佳壹视界：高清LED显示屏在舞台演艺中应用

　　前言

　　LED是发光二极管的英文缩写(light emitting diode)。我们平常所说的LED是指发出可见光波段的LED，是指半导体材料通电后电子从高能带向低能带跃迁时将多余的能量以光的形式辐射出来，产生电致发光现象。不同的半导体材料因能带跃迁不同而产生的光的波长就不一样，不同的波长的光对眼睛感光细胞产生不同的刺激，进而形成不同的彩色视觉，显示屏主要使用红(R)、绿(G)、蓝(B)三种发光二极管构成，通过数字技术处理，就可以重现自然界人眼所看到绝大多数色彩和亮度，显示屏中所用的R、G、B三色的标准波长一般为：红色标准波长625nm，绿色标准波长525nm，蓝色标准波长470nm，有这三种单色按照配色方程0.3R+0.6G+0.1G=1W合成可在3200-9500色温区间变化的色彩图像，以满足舞台现场对于舞美的具体要求。

　　由于LED可以方便的通过数字化控制色彩、亮度和调光特性，能够变幻各种需要的灯光和色彩效果，使LED照明在舞台演艺场所中逐步替代传统的BAR灯和金属卤灯，同时又具有寿命长、开关时间短、耐电流冲击、使用过程中波长偏移小的优点，通过与LED背景屏幕的综合控制，在演出现场可以根据剧情需要与舞台机械有机结合制造出亦真亦幻的剧情氛围和台上台下激情互动的现场气氛。全彩LED显示屏是当今世界上最为引人注目的大型显示装置，采用先进的数字化图像处理技术，可以搭建面积超大、像素超高显示屏，可以根据使用环境，采用不同类型的发光管，实现不同的尺寸、结构形式、亮度、分辨率的全彩显示屏，以满足各种舞台方式对场景图像显示的要求。

　　康佳壹视界商业显示有限公司是专门从事商业显示，与华侨城集团密切合作，参加其旗下的多个旅游景点演出舞台显示屏系统的设计并提供定制产品，对演出场所的显示屏应用有较深的理解，以深圳世界之窗的舞台显示屏系统的建设需求分析舞台LED显示屏的应用。

　　一、舞台演艺对LED显示屏的技术需求分析

　　世界之窗是深圳的旅游地标，环球剧场舞台的高清全彩LED播控系统主要用于配合于现场舞台演出动态背景使用。舞台共采用16块不同层次、不同运动方式的全彩色LED显示屏，与舞台机械配合下可以全方位、多角度满足舞美和演出剧目的要求，动态、逼真的显示各种高清晰度背景图像。舞台上演员的表演和LED背景屏上的画面融为一体，观众席上看到的将是一副副的优美艺术画面。并且通过技术手段实现与观众的良好互动，调动气氛，增加节目趣味性。

　　此显示系统要求具有以下主要功能：

　　1、观众互动功能(反拍观众视频上屏，通过iPad或者iPhone观众现场实时拍摄照

　　上屏);

　　2、LED全彩显示屏视频源播放功能(16块LED彩屏)满足下列要求：

　　视频节目播放排单功能;画面分割及组合功能;声画完全同步播放播控功能(解决画面

　　中闪电、水滴、击鼓等声画不容易同步的问题);其他视频信号源接入功能。

　　3、先进性和易用性

　　3.1接入系统的视频、音频和舞台灯光等设备通过系统的同步功能，可以使用音频设备来控制画面的播放，音画同步播控实现精确同步，解决画面中闪电、水滴、击鼓及其他特技图像等音频、视频不容易同步的问题，也降低操作人员的操作难度。

　　为了增加现场气氛，具有与观众互动功能。根据需要，随时调配现场摄像机拍摄的画面到任意一块大屏，也可通过工作人员到观众中间用iPad等拍照，将照片迅速发送到大屏，实现与观众的良好互动，调动气氛，增加节目趣味性。

　　图像输出分辨率调整容易。 因为LED显示屏为定制设备，该播控系统可以根据演出视频画面的尺寸而调整输出，非标准尺寸和标准尺寸都可以很容易的在系统中实现，并且可以根据节目的变更而灵活和方便地调整。

　　操作方便。 通过系统实现一套主控系统对所有大屏的节目内容完全控制，只需要一个操作人员，就可以实现对多路视频信号的控制，可以解决多个大屏不好同步播放的问题。根据节目形态进行播控编排，可以非常容易的进行视频内容播出。

　　3.2该播控系统兼容标清高清视频信号、电脑PPT讲演稿、图片、DVI、HDMI、DVD、有线电视信号等几乎所有的主流媒体格式，实现了媒体素材和节目源的通用。支持主要视频格式的输入，可以将外部通用视频信号(如现场观众的摄像机信号、有线电视信号)接入系统。

　　3.3可扩展性及经济性

　　该播控系统具有可扩展性，LED显示屏播控输出端口具有扩展性。根据舞台的完善计划，可以熔入对彩幕、水幕投影等投影设备控制，也可以扩展为3D双通道的播放控制。

　　3.4系统稳定性

　　该系统基于SC(服务器与控制机)网络控制架构，周边设备采用模块式组合设计，系统运行稳定性。屏体控制部分采用系统热备份配置，确保演出正常。

　　二、系统方案设计

　　该项目为大型露天演出剧场，户内户外部分均有LED显示屏配置。

　　图1

　　根据舞台纵深、屏体安装位置和观众席位置，LED显示屏共有五种规格：分别为户内P6.25、户内P7.81、户外P7.81、户内P10.41/户外P10.41。除台口门框型屏体外，其余均安装于移动舞台结构上，根据剧情需要通过综合控制台按照剧情编程控制各自独立移动。

　　2.1系统方案的配置

　　根据舞美及剧情设计需要，系统方案的配置需要增加播出安全性。因为是天天演出，根据目前演出频度和时长，为满足安全播出的要求，需要增加热备份视频播出系统，当其中视频播出服务器出现问题的时候，可以立刻切换到备用播出服务器。据此，主要设备配置如下：

　　根据视频信号输入情况，配置3台视频服务器;

　　需要18路信号单独输出和进行播放控制;

　　演出同时进行高清数字记录;

　　其他演出现场需要的视、音频相关设备。

　　系统设备拓扑图如图2所示：

　　图2

　　三、舞台用LED屏体的设计

　　3.1舞台用LED显示屏的设计理论依据

　　由于LED显示屏安装的方便性和控制的数字化程度越来越高，在大型舞台的演出现场越来越多地被使用。作为舞台背景，它通过事先的视频合成提供了各种与舞台剧情密切相关的生动、炫丽的背景图像和与现场观众的亲密互动功能，使背景画面动静相宜，使剧情表演临场感更深，让观众身临

　　图3 其境，让舞美设计具有更大的发挥空间，设计出与剧情相衬且有视觉冲击力的舞台，完美地将现场和节目的气氛融合在一起，体现了现代科技带给文化艺术的震撼变化，实现了传统舞台美术设备难以完成的舞台效果。LED显示不同与传统的绘画、投影等其他连续成像的显示方式，它是采用等间距的离散发光点在空间距离上的视觉融合后形成连续背景图像的，故LED点间距的选择是关键。

　　根据眼睛水平和垂直的视敏角计算公式，在图3中d为两条黑线的距离，L为人到屏幕的距离，则根据视敏角的计算公式：

　　根据视敏角原理，人眼能辨别在垂直方向上排列的相邻黑白水平线条的细致程度叫垂直清晰度。根据图1所示，人眼在L距离上刚刚能分辨出图上的一定宽度的黑白线时，此时线宽对应的垂直视角为视敏角。根据大量实验得知，在正常照度下，人眼的视敏角为θ为1’-1.5’。

　　根据上述计算各个位置的屏体规格的间距。实地测量得知，舞台最内部的背景屏距台口屏18.6米，台口屏距第一排观众约25米。节目演出为晚上，属于低照度，故视敏角取最大值1.5’，则计算结果如下：

　　从台口位置观察背景屏，d = 8.14mm，实际采用6.25mm的间距;

　　从第一排观众位置观察台口屏，d = 10.9mm，实际选用10.41mm的间距。舞台侧幕选用7.81mm的间距。所用规格完全满足现场演出对图像清晰度的观看和拍摄需要。

　　图4

　　为演出现场的背景屏，一幅全高清图像放大几十到几百倍，屏幕上的细节处理效果是决定图像清晰度的重要指标。以P6.25的背景屏为例计算，分辨率为2400x1120点像素，物理宽度为15米，高为7米，一幅在高清42寸LCD屏看起来很满意的1920x1080高清图片在屏幕上显示出来，其单颗像素面积放大208倍，常规液晶屏的图像处理一般灰度处理为8bit，最多为10bit，这种灰度处理的图像在放大200倍后将在LED屏幕上看到极为严重的马赛克效应，图像过渡细节成块状显示，那将惨不忍睹。图4位12bit处理器与16bit处理器的显示效果比较。

　　为了在LED屏幕上得到与液晶屏看上去一样清晰的图像，LED的图像处理器是个关键设备，它的性能灰度处理能力决定了一面LED屏幕显示图像的质量。LED显示行业处理器的方案原理相同，但各家均有自己的特色，灰度处理从10bit、12bit、14bit到16bit都有不同的应用场景和显示效果。作为舞台背景屏幕，暗光环境下应用居多，故要求满足低亮高灰和高刷新率的显示特点。针对应用场所，康佳LED显示屏才用内建PWM的高刷新率驱动IC，配合IC的内部时序逻辑，专门开发与之配套的LED视频处理器，以满足演出舞台场所的特殊应用。

　　3.2适用规格显示屏的光电指标参数

　　固定舞台对于LED显示屏的单元模组和间距的要求与其他安装场地有所不同，特别是传统舞台的改扩建项目。在空间结构上，要求显示屏的单元模组尺寸、重量、厚度、功耗及使用维护方便等与常规屏体不同，需要根据舞台改建的实际尺寸确定LED的箱体尺寸和像素间距，间距规格不再以常规的4、6、8、10等整数倍的设计，而是以满足舞台舞美要求的500mm为公约数的外形尺寸，与舞台空间结构配合，同时在满足数字逻辑电路驱动LED发光列数为4的倍数的最佳硬件成本电路设计，故几个规格的屏体技术参数设计以此为原则。

　　3.2.1各个规格屏体设计参数如下表：

　　3.3箱体设计

　　根据具体要求，箱体设计如下：

　　采用铝箱设计，有利于减轻整体重量，因舞台应用，扇热风扇噪声和厚度均有要求，采用铝质箱体，有利于散热和减轻支持结构的空间。

　　500x1000mm的箱体设计如下：

　　图5

　　500x500mm的箱体设计思路相同：

　　图6

　　四、主要播控设备

　　4.1视频服务器的选配

　　主要播控设备分为视频服务器和播控操作台，视频服务器的处理速度决定18路高清图像的流畅和无缝拼接播出，简单易用功能强大的控台确保舞台上各路图像与剧情的紧密相接，视频服务器选用英国著名Avolites Ltd公司的Ai Media ServerT8视频服务器，为确保演出过

　　程顺利进行，采用视频服务器双备份，具体安排见图7.

　　该视频服务器具有2路HDSDI输入和1路DVI输入，或者4路HDSDI输入，内部的EDID管理允许系统运行时实时交换不同的显示连接关系。具有16个DVI接口输出8路不同的信号，满足多重屏幕不同的显示内容流畅播放。

　　4.2播控操作台的选择

　　演出现场共有13个单独场景节目源，5重背景屏幕单图切换，所以控台的选择则非常重要：第一满足各个剧目场景的准确切换：第二所有节目都按照时间轴精确到读秒控制;第三集成灯光按照DMX协议进行控制;第四根据剧情需要按照时间轴的进度精确控制舞台机械的运动等，基于以上功能，选择了演艺界著名的MA Linght公司的grandMA2 light控制台。

　　新推出的grandMA2 light轻型控制台，是MA Lighting提供的grandMA2 full-size全规格型控制台的“小型化版本”，它具有4,096的控制参数，整合在控台上的15个电动程序执行推杆，以及2个触摸屏。所有的附加功能及指令控制键，都与grandMA2 full-size控制台完全相同。对于常规型灯具、移动灯、LED灯、视频播放及媒体数字灯等各类灯具，grandMA2 light轻型控制台都是理想的控制工具。它也能以各不相同的方式，对各类外接装置及通道实现直观、快速的控制，可以能够处理数量近乎无限的预置、场景、翻页、序列和效果。

　　该控制台能够与M A “网络处理单元”(N P U )连接，每个场景会话)可对65,536个控制参数加以实时控制(可达256DMX口universe);

　　内置4,096 HTP/LTP-控制参数(6 x DMX输出);

　　2个内置T F T宽屏式触摸屏(15,4” WXGA);2个外接TFT屏幕(UXGA，可以是触摸屏)

　　1个内置指令屏幕-多点触摸式(9”SVGA)和15个电动程序执行推杆;

　　内置不间断电源(UPS)等多项近乎完美的舞台应用功能。

　　五、项目实施

　　经过两个多月的安装调试以及和剧目的磨合，在国庆节前，该舞台显示系统顺利交付用户使用。