某大学安全学院LED显示屏设计方案

某大学安全学院LED显示屏设计方案

二〇二四年六月

目录

　　1. 概述  1

　　1.1. 编写目的  1

　　1.2.  设计原则  1

　　1.3.  指导思想  2

　　2.  项目概述  2

　　2.1.  建设需求  2

　　2.2.  建设场所  2

　　3.  LED显示屏设计  3

　　3.1.  LED显示屏  3

　　3.1.1.  规格尺寸  3

　　3.1.2.  箱体排列  3

　　3.2.  视频控制器  4

　　3.3.  系统拓扑图  4

　　3.4.  常用几种显示模式  5

　　3.5.  配电系统  7

　　3.6.  钢结构  7

　　3.7.  视角分析  8

　　3.8.  系统功能  8

　　3.9.  选型产品的特点  9

　　4.  配置清单  20

　　1. 概述

　　1.1. 编写目的

　　技术方案根据当前电子信息系统技术发展的现状和趋势，针对用户的使用需求，全面地说明系统建设的设计思路，明确系统建设的目标和主要功能，确定系统的体系结构和设备组成。

　　1.2. 设计原则

　　本方案在系统设计时遵循“先进、实用、安全、稳定、可靠性、开放、标准性、经济性、可扩展、兼容性、易操作、易维护性”的基本原则和建设思路。

　　a) 先进性和成熟性

　　硬件平台建设采用先进的显示和控制系统设备，完成综合显示调用应用功能。系统硬件平台集中使用了各类高端数字处理技术，符合业内的国家标准，可以在在相当长的一段时间内保持系统技术体制不落后，并具有较大扩展余地。

　　b) 稳定性和可靠性

　　硬件平台的稳定性和可靠性是整个管理信息系统能够长时、持续、正常运行的根本保证，同时也是衡量系统建设质量的重要依据。硬件平台设计时，通过优选高质量品牌设备，对关键设备/链路进行冗余备份，加强标准化、规范化施工建设等措施提高硬件平台的稳定性和可靠性。

　　c) 扩展性和兼容性

　　系统必须具有良好的可扩展性和可扩充性;当系统规模扩大，系统必须能够通过适当增加模块和相应设备，就能够适应要求，达到良好效果不会造成浪费;系统设计还要考虑不同设备、不同分系统之间具有良好的兼容性。

　　d) 开放型、标准性、经济性和实用性

　　硬件平台遵循开放、标准的设计原则，

　　选用的设备、技术、体制均要符合开放系统的标准。通过满足开放性要求，达到硬件平台可互换性的设计目的。同时，设备不盲目追求高档，而是在高可靠、先进的前提下切实满足实用要求，既避免浪费，同时也提高了系统建设的经济性。

　　1.3. 指导思想

　　技术方案根据当前电子信息系统技术发展的现状和趋势，针对用户的使用需求，力求全面符合系统建设的总体设想，满足系统建设的目标和主要功能，确定系统的体系结构和设备组成，提出具体的项目工程实施组织安排。技术设计、建设与测试中要贯彻以下指导思想：

　　a) 按照系统发展设想，本着实用、可靠和先进的原则进行系统体系结构设计，充分考虑长远发展和业务类型，统一设计、构建先进的基础设施平台;

　　b) 重视规范化、标准化设计，采用现行技术体制、通用接口和数据标准，具备与现有系统互通、互联、互操作和综合集成的技术能力，提高系统的可用性、兼容性和可维护性;

　　c) 软件、硬件、安全保密等建设严格遵循现有系统的技术体制和标准规范，吸纳其他优秀成果，优化利用现有的存量资源;

　　d) 工程建设坚持质量第一，从硬件设备选型、配置和集成的各个环节严把质量关，确保系统的稳定可靠。

　　2. 项目概述

　　2.1. 建设需求

　　本次会议室计划新建一块全彩LED显示屏，适用于宣讲汇报、授课辅导、视频会议等应用。

　　2.2. 建设场所

　　某会议室，要求新建LED显示屏离地约90公分。

　　3. LED显示屏设计

　　3.1. LED显示屏

　　拟采用两种方案，方案一安装墙面宽10.8米，高2.025米;方案二安装墙面宽7.8米，高2.025米，大屏离地高度约0.9米。综合考虑现场条件、使用用途和建设成本，我司建议：采用倒装COB封装点间距0.9mm的全彩LED显示屏。

　　方案一:

　　图1：立面效果示意图

　　方案二:

图2：立面效果示意图

　　3.1.1. 规格尺寸

　　方案一：可选P0.9375 LED显示屏由108个箱体拼接而成。

　　方案二：可选P0.9375 LED显示屏由78个箱体拼接而成。

　　3.1.2. 箱体排列

　　屏体由108个箱体拼接而成，横向数量宽18个，纵向数量6个排列，并形成一个整画面。

　　图3：单元排列示意图箱体排列

　　屏体由78个箱体拼接而成，横向数量宽13个，纵向数量6个排列，并形成一个整画面。

图4：单元排列示意图

　　3.2. 视频控制器

　　LED大屏配置1台视频控制器，采用模块化设计，FPGA架构，系统稳定、不受病毒影响，支持多路信号间无缝切换，支持对视频信号任意切换，裁剪，拼接，位置，大小可自由调节。

　　主要功能包括各场所视频信号的切换上屏、画面推送、图像拼接、信号预监预览等，支持信号源开窗、拼接、漫游、窗口叠加、缩放等功能。通过控制电脑可视化管控端可调度接入到分布式导调系统的任意信号在大屏幕以不同布局呈现。

　　3.3. 系统拓扑图

　　本项目相关计算机等视频信号，接入视频拼接控制器，操作人员可根据业务需要将视频进行切换输出到主画面LED大屏幕进行显示。

图3：系统拓扑图

　　3.4. 常用几种显示模式

　　大屏可以根据需要任意划分，以下是几种常规显示模式，供参考：

　　⑴全屏模式

　　进行宣讲汇报、授课或将显示屏作为会议背景应用时，一般采用全画面超高清显示，如图所示。

　　图4：分屏模式示意图1-1

图4：分屏模式示意图1-2

　　⑵双窗口-超高清显示模式

　　进行宣讲汇报、授课等时，通常也采用双窗口展示，窗口一用于视频信源超高清显示，窗口二用于图文PPT等资料超高清显示，分辨率均为1920*1080，标准16：9显示画面，如图所示。

　　图5：分屏式示意图

　　图6：分屏式示意图

　　⑶多窗口模式

　　根据应用需要也可以采用多窗口显示模式，如5分屏、8分屏等，最大可以划分8个标清显示窗口。

　　分屏模式示意图如下：

图7：6分屏模式示意图3（2超高清+4标清）

图8：5分屏模式示意图（1超高清+4标清）

　　3.5. 配电系统

　　设计采用智能供电系统，具备自动控制功能，可实现对显示屏分步上电，并且可监测电力运行情况和故障信息，方便发现故障并及时处理。

　　显示屏的配电系统采用三相五线制即TN-S供电方式，配电柜输入电压为交流380V±10%，工频50HZ。配电柜由配电模块控制分步延时起动和断电，以减小显示屏停、送电时对电网的冲击。配电柜门上还配有各支路的手动开关和各支路电源通断状态指示灯。

　　可以实现如下功能：

　　1.对显示屏进行远程开关操作;

　　2.对各分支回路电源通断状态进行远程监视。

　　3.在显示屏顶部安装有烟感和温感，对显示屏工作环境进行火灾报警监控，环境温度远程监视，超过极限温度自动断电，并把报警信息及时传送到计算机，提醒操作员注意。

　　4.选定“启用定时计划”后，经过用户预先设定，即可以对显示屏进行定时自动开关控制，无需人工值守。

　　3.6. 钢结构

　　结构采用国标方钢，制作 LED 显示屏安装支架使用。详见钢结构图纸(略)。

　　3.7. 视角分析

　　LED条幅屏最大发光视角左右大于175°，上下大于175°，根据人体工程学正常人的最大垂直可视角度为0°~60°，较好垂直视角为0°~30°，舒适垂直视角为0°~15°，正常人坐姿视线高度为1.2米。

　　由此分析，大屏最佳观看距离约1.9米，通视条件良好(因无坐席分布图，视角分析图略)。

　　3.8. 系统功能

　　通过对LED显示屏显示方式的灵活调度和控制，可满足对多维综合图像应用的高清精细化展示，其主要功能有：

　　⑴LED显示屏技术先进，无缝拼接，亮度可调节，不受环境光影像，后期维护成本低;

　　⑵屏幕要具备高亮度、高清晰度、亮度一致，输入输出端口容量大，接口全面等功能，满足信息化、高清化设备接入的要求;

　　⑶屏幕显示面积和分辨率能满足各业务图像展示所需的幅面大小和分辨率要求;

　　⑷能够按照输入数量同时清晰显示输入的各类视频信号、图表数据、地理信息等;

　　⑸能够满足不同环境下亮度调节需求，可以在室内灯光全开或白天清晰显示各类视频图像;

　　⑹可以在室内常温下或空调环境下正常稳定运行，能够7×24小时连续运行;

　　⑺能够实现供电电路的远程控制，温度、烟感的监测和报警;

　　⑻全彩会标屏：支持文字、图像等信息显示，支持文字编辑、叠加显示、滚动字幕显示等，支持时钟等控件显示。

　　3.9. 选型产品的特点

　　⑴亮度高、亮暗可调、亮度均匀一致

　　LED显示屏的亮度是指单位面积所发出的光强度，单位cd/㎡，简单说就是一平方米显示屏发出的光强度。LED显示屏的亮度是衡量大屏幕的关键性技术指标。屏幕的亮度决定其应用的场合，比如室内环境安装一块显示屏，亮度在1500cd/m ² 以内即可。

　　像素间距决定像素密度，LED灯品牌及型号确定的前提下，给出像素间距就能得出屏幕的理想状态下，在显示全白画面时所能到达的最大亮度值。

　　根据显示屏在白平衡时红、绿、蓝三色发光二极管亮度需满足3:6:1的关系，确定发光二极管的典型发光强度参数，以及红绿蓝灯的像素配比，得出一个像素点的理论发光强度，最后与点密度的乘积得出显示屏白平衡时的亮度值。

　　为达到正确的色彩调配，有必要根据工作环境的亮度来调整显示亮度，使用图像在强环境光下明亮清晰，在暗环境光下绚丽柔和，另外高亮度长时间的工作会给眼睛带来疲劳。九洲小间距LED显示大屏幕为客户打造了一个环境亮度采集与显示终端亮度控制的互动系统，显示终端的高度与环境亮度的变化智能自适应。同时我们在系统中配置了65536级亮度调节功能，将显示屏亮度从0CD/㎡～600CD/㎡平均细分为65536级，亮度均匀性：≥99%，换帧频率：≥60HZ;客户可以自由选择现场所需要的亮度值。

　　⑵图像色温一致

　　色温是判定显示屏色彩还原准确度的一个最重要参数。色温一致性的优劣会直接影响显示效果，色温一致性差的显示器，在降低灰阶后人眼可以看出明显的偏色。

正常的灰度表现	糟糕的低灰度表现

　　色温一致性也是表现这种偏色程度的方式之一，不平直的色温灰度曲线将会使图像失去原有的面貌。

LED屏幕色温一致性

　　我们通过图形表示色温一致性的优劣，如果这条线为一条直线，并且保持水平，证明该显示屏色温一致性最优。该线向上偏，上偏幅度越大，色温一致性越差，所显示画面越偏蓝;该线向下偏，下偏幅度越大，色温一致性越差，所显示画面越偏黄。

　　⑶色域覆盖率广

　　人眼所能看到的光线称之为可见光，在光谱图上可见光谱是波长从380nm到780nm之间的光线，而通过R红、G绿、B蓝这三种颜色的混合，可以得到近似于全部可见光谱范围内的光线。

　　1931年，国际照明委员会CIE制定了CIE1931 RGB系统，规定将700nm的红、546.1nm的绿和435.8nm的蓝作为三原色，后来CIE1931-xy色度图成为描述色彩范围最为常用的图表。色域就是在这张图上所覆盖的范围，而这个范围就是由RGB三种纯色的坐标所围成的三角形或者多边形(增加补色)的面积。

　　色域覆盖率是表征一款显示产品对色彩表现能力的体现，常用其三基色构成的三角形区域面积相对NTSC色域范围面积的百分比描述。一款显示产品的色彩丰富最根本的决定因素是色域范围，只有纯度高的红、绿、蓝色光才能完整覆盖自然界存在的可见光范围。

　　显示屏的全色域色彩过渡效果，决定着显示颜色表现准确性和画面通透性，优秀的颜色处理技术是保证成像画面更真实的保障。

　　广色域LED在黑背景显示色彩丰富，而投影屏幕在纯黑背景下，颜色缺失严重，整个画面犹如蒙上一层白雾，不够通透。

　　小间距LED显示屏的色域覆盖率达到36%以上，大于NTSC色域范围，而常规液晶显示屏只有32%。

　　⑷广播级灰度处理

　　灰度也就是所谓的色阶或灰阶，是指亮度的明暗程度。对于数字化的显示技术而言，灰度是显示色彩数的决定因素。灰度越高，显示的色彩越丰富，画面也越细腻，更易表现丰富的细节。

　　灰度等级主要取决于系统的视频处理芯片、存储器和传输系统性能，目前国内主流显示屏采用8位处理系统256级灰度，从黑到白共有256种亮度变化，共有0.167亿种颜色。九洲小间距LED显示屏采用高端PWM驱动芯片，16bit处理系统达到65536级灰度，可构成281万亿色。

　　在黑色灰阶测试中，在岩石的背光位处，可以比较清楚地看到岩石的线条纹路，能够很好地呈现木炭的质感。

　　从人的视觉生理学出发，人的眼睛对于高亮度和低亮度的灰度分辨力都较差，而对中等亮度的分辨力高。显示屏的灰度表现越出色，特别是在低亮度下显示屏灰度表现越完整，其显示的画面层次感和鲜艳度比传统显示屏越高，能表现出的图像细节更多，无信息损失。

　　⑸伽玛校正技术

　　在视频处理系统应用的早期，人们发现主流的阴极射线管(CRT)电视机不能生成与信号输入电压直接成正比的输出光强这一规律。例如50%的输入电压只能生成18%的光强。其影响就是生成一些在黑区和白区之间的中间区里过黑的图像。

　　这一效应可以用该曲线的数学方程来描述，γ(伽玛)则是该方程中的一个因数。在黑白电视流行的时期，设计师并不认为在电视机中加装一个电子部件来校正这一效应是一种合算的解决方案，所以这个校正是在电视摄像机中进行的。直到今天情况依然如此，因为大多数人的家里仍然在使用CRT类电视机。这就意味着我们接收到的视频广播信号里面已经包含了校正的信号。

　　所以纯数字类线性响应的LED显示设备，在视频接收处理阶段必须对信号进行伽玛校正，否则LED显示屏不能真实体现视频录制时，真实图像的本来面目。也就是说让50%的输入电压生成50%的亮度。

伽马校正曲线

伽马曲线及对应色度图

　　显示器设备的伽马曲线就是输入信号与输出亮度的指数函数的幂，红绿蓝三种颜色对应的伽马曲线就决定画面的表现趋势、色温等等。PC上的液晶显示器出厂设置的伽马值为2.2，而MAC系统则要求伽马是1.8，这也是电脑显示器上看图像虽然色彩浓郁但不真实的缘故。

　　有的显示屏厂商将LED色彩增强，这个功能其实就是改变RGB各自的伽马曲线，来达到人为修饰的目的。但不管色彩增强功能如何偏色，如何讨人喜欢，显示器始终需要在标准模式下有一条接近标准值的并且重合度较好的伽马曲线。九洲小间距LED屏从实际情况出发，遵从还原真实事物色彩准线，满足不同环境及不同用户需求的显示效果，在LED视频处理系统内置有20条γ曲线，并可分别调节三基色。γ值可由最小1.5调整到最大3.0，通过矩阵系统之间的关系实现颜色真实再现。

　　不同r系数的图像效果比较：

　　⑹超高刷新率

　　LED显示屏刷新率即为图像每秒钟显示数据被重复的次数，高速的刷新频率可完全适应高速摄影机和高清电视转播需要，显示屏达到3840赫兹以上时，摄取画面稳定无波纹无黑屏，应对动态显示画面，图像边缘清晰，将图像信息准确真实地还原。

　　为了让客户更加直观的了解我司产品的刷新频率，我们现在利用高速相机对全白场的LED模组进行拍照。其原理是通过调整相机快门速度对产品成像进行抓拍，当快门速度低于模组刷新率时，观测到模组呈现的是完整的白场，当快门速度高于模组刷新率时照出的照片上模组呈现的是不完整的白场(明显的黑白间隔线)，从而可以定性的判断一款产品的刷新频率高低的影响。

高刷显示 低刷显示

　　⑺高效率PFC电源更节能

　　LED发光颗粒均需要稳定可靠的直流电才能正常发光，而将380V三相五线制交流电转变成高质量的直流电，是LED显示屏能够正常运行的基础，这个过程通常交给AC/DC模块完成，其中包括变压、滤波、整形等步骤，这种转换必然带来能量损耗和谐波干扰等影响。

　　一般的开关电源运行时会产生大量的谐波，谐波对发动机、变压器、电动机、电容器等所有连接于电网的电器设备都有大小不等的危害，主要表现为产生谐波附加损耗，使得设备过载过热以及谐波过电压加速设备的绝缘老化等。而带PFC功能的电源能有效抑制谐波的产生。

　　通过改善功率因数，减少了LED供电系统线路中各种元器件对供电系统的干扰，这样选用带PFC功能的开关电源后，不但起到了净化电网改善电能质量的作用，还降低了大屏幕本身的电能损耗，节省电费，可谓两全其美。

　　⑻发热量低、散热好、超级静音

　　帮助客户实现高能效的电能利用，采用独特的高效发光芯片和节能驱动IC结合的双效节能技术从根本上解决产品的峰值用电能耗，实时动态的用电技术，大大节约了拼接墙连续使用时的用电能耗。

　　LED显示屏采用绿色发光技术，光点转换效率高，节能环保。并采用高效率的PFC功能开关电源为LED供电，把整屏能耗降到最低。

　　⑼超长寿命持久如新

　　LED的平均寿命是在加速寿命试验中测量出来的，即光输出功率或光通量衰减到初始值的70%的工作时间，同时色度变化保持在0.007内。LED显示屏平均寿命的意义是LED产品失效前的工作时间的平均值，用MTTF来表示。

　　LED的预期寿命是一个令人感兴趣的参数，任何购买显示屏的客户都会关心产品能使用多久的问题，LED的标称寿命值是在实验室模拟使用的驱动电流下测量出来的，只能作为衡量使用寿命的一个参考，真正显示屏的寿命是要根据其实际使用情况，包括气候，环境，温度，使用时间及频率，这样计算才更有意义。

　　LED的寿命与选用的芯片品牌和恒流驱动芯片有关，还与LED单元模组的散热性能有很大关系，因为温度是影响LED使用寿命的主要因素。电能质量也关乎产品寿命，选择较高功率因数的开关电源，以及必要的防雷措施，均能保证LED供电平稳，不出现突变电流，使其寿命更长久。

LED 加速寿命试验

　　⑽后期维护成本低

　　九洲小间距LED显示屏的后期维护成本低，显示屏的备品备件通常是模块和电源，正常情况下一年左右才会出现坏的零配件，坏品率极低，所以后期的维护费用很小，解决了客户后期维护的后顾之忧。而背投明显的缺点是后期维护成本高，由于亮度是不断衰减的，在亮度不够时，需要经常更换灯泡来来提高亮度，成本不断增加。显示的图像质量也因此处于波动状态。

　　⑾单点校正技术

　　LED显示屏之所以能对视频图像的完美再现，得益于LED发光颗粒自身的先天优势，包括体积小、控制灵敏、排布灵活、纯正单色发光等等，相对于这样更重要的是怎样保证大批量应用的LED发光颗粒能够均匀一致的发光，让其亮度和色度高度统一。这就需要一门称之为单点校正技术的办法，实现几百上千万颗LED能达到一模一样的发光特性。这种技术也是将普通厂家LED产品区分开来的关键技术。

　　在原有单点校正的基础上，HL-VW箱体新增了整屏亮度、色度校正和单模块亮度、色度校正技术。整屏亮度、色度校正会根据项目具体情况，在间隔一到两年时间对整屏进行亮度和色度的校正，这样可以保证屏幕在长时间运行和老化后，依然可以保证整屏亮度和色度的一致性。

　　单模块亮度、色度校正技术可以实现对单个模块进行亮度和色度的校正，该技术很好的解决了屏体更换模块后，新模块与旧模块之间的色差问题。

　　单点校正系统会对每个显示屏单元板中的每个像素进行单独控制，包括其亮度和颜色的控制，以获得前所未有的均匀度，生成最为清晰的图像。

单点校正过程图

　　在目前的LED技术中，各家显示屏制造公司都会选则专门生产LED发光颗粒的公司进行采购，即使选用同一品牌厂家，同一型号同一批次的LED，拿到的一批LED灯的亮度和色度都各不相同。这一问题导致了大屏幕颜色偏移、不一致的色纯度和质量低劣的伪白色，因为无达到真正的白平衡。为了消除这一问题，我们将采购LED芯片批次的工作尽可能做细，来分区或分解成具有近似颜色和亮度的区块。这种处理有一定的帮助，但仍有不足，所以采用最先进的单点亮度及单点颜色校正技术，来应对这一问题将图像品质提升至更高档次。

　　在单点校正技术中，要在暗环境内对每个扫描板上的LED的颜色和亮度值进行测量，并将测量结果保存在该扫描板上的EPROM(可擦可编程只读存储器芯片)中。我们的微处理器能够读取这些数据，并正确地搭配每个独立的LED芯片的亮度级和颜色，从而给出最佳的各色均匀性和白平衡。

　　维修后整屏效果一致：在维修更换单颗LED的情况下，选用生产时预留的LED灯备品，运用亮度色度单点校正技术，使其色温、亮度与项目用屏的当前状态保持一致。在更换单元模组的情况下，对整个模组与项目使用单元，进行一致性校正，使其色温、亮度与与项目用屏的当前状态保持一致。

　　色度校正校正处理：作为画面灰阶层次对比的两极，黑、白两色对比是显示屏幕对比度最直接的表现。灰阶层次部分采用的是黑白背景与黑白衣服的对比，当然中间色彩如头发、人物肤色都也起到了很好对比效果。

肤色偏红没有层次感 人物肤色真实