某大學安全學院LED顯示屏設計方案

二〇二四年六月

目錄

　　1. 概述  1

　　1.1. 編寫目的  1

　　1.2.  設計原則  1

　　1.3.  指導思想  2

　　2.  項目概述  2

　　2.1.  建設需求  2

　　2.2.  建設場所  2

　　3.  LED顯示屏設計  3

　　3.1.  LED顯示屏  3

　　3.1.1.  規格尺寸  3

　　3.1.2.  箱體排列  3

　　3.2.  視頻控制器  4

　　3.3.  系統拓撲圖  4

　　3.4.  常用幾種顯示模式  5

　　3.5.  配電系統  7

　　3.6.  鋼結構  7

　　3.7.  視角分析  8

　　3.8.  系統功能  8

　　3.9.  選型產品的特點  9

　　4.  配置清單  20

　　1. 概述

　　1.1. 編寫目的

　　技術方案根據當前電子信息系統技術發展的現狀和趨勢，針對用戶的使用需求，全面地說明系統建設的設計思路，明確系統建設的目標和主要功能，確定系統的體系結構和設備組成。

　　1.2. 設計原則

　　本方案在系統設計時遵循“先進、實用、安全、穩定、可靠性、開放、標準性、經濟性、可擴展、兼容性、易操作、易維護性”的基本原則和建設思路。

　　a) 先進性和成熟性

　　硬件平臺建設采用先進的顯示和控制系統設備，完成綜合顯示調用應用功能。系統硬件平臺集中使用了各類高端數字處理技術，符合業內的國家標準，可以在在相當長的一段時間內保持系統技術體制不落后，并具有較大擴展余地。

　　b) 穩定性和可靠性

　　硬件平臺的穩定性和可靠性是整個管理信息系統能夠長時、持續、正常運行的根本保證，同時也是衡量系統建設質量的重要依據。硬件平臺設計時，通過優選高質量品牌設備，對關鍵設備/鏈路進行冗余備份，加強標準化、規范化施工建設等措施提高硬件平臺的穩定性和可靠性。

　　c) 擴展性和兼容性

　　系統必須具有良好的可擴展性和可擴充性;當系統規模擴大，系統必須能夠通過適當增加模塊和相應設備，就能夠適應要求，達到良好效果不會造成浪費;系統設計還要考慮不同設備、不同分系統之間具有良好的兼容性。

　　d) 開放型、標準性、經濟性和實用性

　　硬件平臺遵循開放、標準的設計原則，

　　選用的設備、技術、體制均要符合開放系統的標準。通過滿足開放性要求，達到硬件平臺可互換性的設計目的。同時，設備不盲目追求高檔，而是在高可靠、先進的前提下切實滿足實用要求，既避免浪費，同時也提高了系統建設的經濟性。

　　1.3. 指導思想

　　技術方案根據當前電子信息系統技術發展的現狀和趨勢，針對用戶的使用需求，力求全面符合系統建設的總體設想，滿足系統建設的目標和主要功能，確定系統的體系結構和設備組成，提出具體的項目工程實施組織安排。技術設計、建設與測試中要貫徹以下指導思想：

　　a) 按照系統發展設想，本著實用、可靠和先進的原則進行系統體系結構設計，充分考慮長遠發展和業務類型，統一設計、構建先進的基礎設施平臺;

　　b) 重視規范化、標準化設計，采用現行技術體制、通用接口和數據標準，具備與現有系統互通、互聯、互操作和綜合集成的技術能力，提高系統的可用性、兼容性和可維護性;

　　c) 軟件、硬件、安全保密等建設嚴格遵循現有系統的技術體制和標準規范，吸納其他優秀成果，優化利用現有的存量資源;

　　d) 工程建設堅持質量第一，從硬件設備選型、配置和集成的各個環節嚴把質量關，確保系統的穩定可靠。

　　2. 項目概述

　　2.1. 建設需求

　　本次會議室計劃新建一塊全彩LED顯示屏，適用于宣講匯報、授課輔導、視頻會議等應用。

　　2.2. 建設場所

　　某會議室，要求新建LED顯示屏離地約90公分。

　　3. LED顯示屏設計

　　3.1. LED顯示屏

　　擬采用兩種方案，方案一安裝墻面寬10.8米，高2.025米;方案二安裝墻面寬7.8米，高2.025米，大屏離地高度約0.9米。綜合考慮現場條件、使用用途和建設成本，我司建議：采用倒裝COB封裝點間距0.9mm的全彩LED顯示屏。

　　方案一:

　　圖1：立面效果示意圖

　　方案二:

圖2：立面效果示意圖

　　3.1.1. 規格尺寸

　　方案一：可選P0.9375 LED顯示屏由108個箱體拼接而成。

　　方案二：可選P0.9375 LED顯示屏由78個箱體拼接而成。

　　3.1.2. 箱體排列

　　屏體由108個箱體拼接而成，橫向數量寬18個，縱向數量6個排列，并形成一個整畫面。

　　圖3：單元排列示意圖箱體排列

　　屏體由78個箱體拼接而成，橫向數量寬13個，縱向數量6個排列，并形成一個整畫面。

圖4：單元排列示意圖

　　3.2. 視頻控制器

　　LED大屏配置1臺視頻控制器，采用模塊化設計，FPGA架構，系統穩定、不受病毒影響，支持多路信號間無縫切換，支持對視頻信號任意切換，裁剪，拼接，位置，大小可自由調節。

　　主要功能包括各場所視頻信號的切換上屏、畫面推送、圖像拼接、信號預監預覽等，支持信號源開窗、拼接、漫游、窗口疊加、縮放等功能。通過控制電腦可視化管控端可調度接入到分布式導調系統的任意信號在大屏幕以不同布局呈現。

　　3.3. 系統拓撲圖

　　本項目相關計算機等視頻信號，接入視頻拼接控制器，操作人員可根據業務需要將視頻進行切換輸出到主畫面LED大屏幕進行顯示。

圖3：系統拓撲圖

　　3.4. 常用幾種顯示模式

　　大屏可以根據需要任意劃分，以下是幾種常規顯示模式，供參考：

　?、湃聊Ｊ?/p>

　　進行宣講匯報、授課或將顯示屏作為會議背景應用時，一般采用全畫面超高清顯示，如圖所示。

　　圖4：分屏模式示意圖1-1

圖4：分屏模式示意圖1-2

　?、齐p窗口-超高清顯示模式

　　進行宣講匯報、授課等時，通常也采用雙窗口展示，窗口一用于視頻信源超高清顯示，窗口二用于圖文PPT等資料超高清顯示，分辨率均為1920*1080，標準16：9顯示畫面，如圖所示。

　　圖5：分屏式示意圖

　　圖6：分屏式示意圖

　　⑶多窗口模式

　　根據應用需要也可以采用多窗口顯示模式，如5分屏、8分屏等，最大可以劃分8個標清顯示窗口。

　　分屏模式示意圖如下：

圖7：6分屏模式示意圖3（2超高清+4標清）

圖8：5分屏模式示意圖（1超高清+4標清）

　　3.5. 配電系統

　　設計采用智能供電系統，具備自動控制功能，可實現對顯示屏分步上電，并且可監測電力運行情況和故障信息，方便發現故障并及時處理。

　　顯示屏的配電系統采用三相五線制即TN-S供電方式，配電柜輸入電壓為交流380V±10%，工頻50HZ。配電柜由配電模塊控制分步延時起動和斷電，以減小顯示屏停、送電時對電網的沖擊。配電柜門上還配有各支路的手動開關和各支路電源通斷狀態指示燈。

　　可以實現如下功能：

　　1.對顯示屏進行遠程開關操作;

　　2.對各分支回路電源通斷狀態進行遠程監視。

　　3.在顯示屏頂部安裝有煙感和溫感，對顯示屏工作環境進行火災報警監控，環境溫度遠程監視，超過極限溫度自動斷電，并把報警信息及時傳送到計算機，提醒操作員注意。

　　4.選定“啟用定時計劃”后，經過用戶預先設定，即可以對顯示屏進行定時自動開關控制，無需人工值守。

　　3.6. 鋼結構

　　結構采用國標方鋼，制作 LED 顯示屏安裝支架使用。詳見鋼結構圖紙(略)。

　　3.7. 視角分析

　　LED條幅屏最大發光視角左右大于175°，上下大于175°，根據人體工程學正常人的最大垂直可視角度為0°~60°，較好垂直視角為0°~30°，舒適垂直視角為0°~15°，正常人坐姿視線高度為1.2米。

　　由此分析，大屏最佳觀看距離約1.9米，通視條件良好(因無坐席分布圖，視角分析圖略)。

　　3.8. 系統功能

　　通過對LED顯示屏顯示方式的靈活調度和控制，可滿足對多維綜合圖像應用的高清精細化展示，其主要功能有：

　　⑴LED顯示屏技術先進，無縫拼接，亮度可調節，不受環境光影像，后期維護成本低;

　?、?a target="_blank" class="inlink">屏幕要具備高亮度、高清晰度、亮度一致，輸入輸出端口容量大，接口全面等功能，滿足信息化、高清化設備接入的要求;

　?、瞧聊伙@示面積和分辨率能滿足各業務圖像展示所需的幅面大小和分辨率要求;

　　⑷能夠按照輸入數量同時清晰顯示輸入的各類視頻信號、圖表數據、地理信息等;

　?、赡軌驖M足不同環境下亮度調節需求，可以在室內燈光全開或白天清晰顯示各類視頻圖像;

　?、士梢栽谑覂瘸叵禄蚩照{環境下正常穩定運行，能夠7×24小時連續運行;

　　⑺能夠實現供電電路的遠程控制，溫度、煙感的監測和報警;

　　⑻全彩會標屏：支持文字、圖像等信息顯示，支持文字編輯、疊加顯示、滾動字幕顯示等，支持時鐘等控件顯示。

　　3.9. 選型產品的特點

　?、帕炼雀摺⒘涟悼烧{、亮度均勻一致

　　LED顯示屏的亮度是指單位面積所發出的光強度，單位cd/㎡，簡單說就是一平方米顯示屏發出的光強度。LED顯示屏的亮度是衡量大屏幕的關鍵性技術指標。屏幕的亮度決定其應用的場合，比如室內環境安裝一塊顯示屏，亮度在1500cd/m ² 以內即可。

　　像素間距決定像素密度，LED燈品牌及型號確定的前提下，給出像素間距就能得出屏幕的理想狀態下，在顯示全白畫面時所能到達的最大亮度值。

　　根據顯示屏在白平衡時紅、綠、藍三色發光二極管亮度需滿足3:6:1的關系，確定發光二極管的典型發光強度參數，以及紅綠藍燈的像素配比，得出一個像素點的理論發光強度，最后與點密度的乘積得出顯示屏白平衡時的亮度值。

　　為達到正確的色彩調配，有必要根據工作環境的亮度來調整顯示亮度，使用圖像在強環境光下明亮清晰，在暗環境光下絢麗柔和，另外高亮度長時間的工作會給眼睛帶來疲勞。九洲小間距LED顯示大屏幕為客戶打造了一個環境亮度采集與顯示終端亮度控制的互動系統，顯示終端的高度與環境亮度的變化智能自適應。同時我們在系統中配置了65536級亮度調節功能，將顯示屏亮度從0CD/㎡～600CD/㎡平均細分為65536級，亮度均勻性：≥99%，換幀頻率：≥60HZ;客戶可以自由選擇現場所需要的亮度值。

　　⑵圖像色溫一致

　　色溫是判定顯示屏色彩還原準確度的一個最重要參數。色溫一致性的優劣會直接影響顯示效果，色溫一致性差的顯示器，在降低灰階后人眼可以看出明顯的偏色。

正常的灰度表現	糟糕的低灰度表現

　　色溫一致性也是表現這種偏色程度的方式之一，不平直的色溫灰度曲線將會使圖像失去原有的面貌。

LED屏幕色溫一致性

　　我們通過圖形表示色溫一致性的優劣，如果這條線為一條直線，并且保持水平，證明該顯示屏色溫一致性最優。該線向上偏，上偏幅度越大，色溫一致性越差，所顯示畫面越偏藍;該線向下偏，下偏幅度越大，色溫一致性越差，所顯示畫面越偏黃。

　?、巧蚋采w率廣

　　人眼所能看到的光線稱之為可見光，在光譜圖上可見光譜是波長從380nm到780nm之間的光線，而通過R紅、G綠、B藍這三種顏色的混合，可以得到近似于全部可見光譜范圍內的光線。

　　1931年，國際照明委員會CIE制定了CIE1931 RGB系統，規定將700nm的紅、546.1nm的綠和435.8nm的藍作為三原色，后來CIE1931-xy色度圖成為描述色彩范圍最為常用的圖表。色域就是在這張圖上所覆蓋的范圍，而這個范圍就是由RGB三種純色的坐標所圍成的三角形或者多邊形(增加補色)的面積。

　　色域覆蓋率是表征一款顯示產品對色彩表現能力的體現，常用其三基色構成的三角形區域面積相對NTSC色域范圍面積的百分比描述。一款顯示產品的色彩豐富最根本的決定因素是色域范圍，只有純度高的紅、綠、藍色光才能完整覆蓋自然界存在的可見光范圍。

　　顯示屏的全色域色彩過渡效果，決定著顯示顏色表現準確性和畫面通透性，優秀的顏色處理技術是保證成像畫面更真實的保障。

　　廣色域LED在黑背景顯示色彩豐富，而投影屏幕在純黑背景下，顏色缺失嚴重，整個畫面猶如蒙上一層白霧，不夠通透。

　　小間距LED顯示屏的色域覆蓋率達到36%以上，大于NTSC色域范圍，而常規液晶顯示屏只有32%。

　　⑷廣播級灰度處理

　　灰度也就是所謂的色階或灰階，是指亮度的明暗程度。對于數字化的顯示技術而言，灰度是顯示色彩數的決定因素?；叶仍礁撸@示的色彩越豐富，畫面也越細膩，更易表現豐富的細節。

　　灰度等級主要取決于系統的視頻處理芯片、存儲器和傳輸系統性能，目前國內主流顯示屏采用8位處理系統256級灰度，從黑到白共有256種亮度變化，共有0.167億種顏色。九洲小間距LED顯示屏采用高端PWM驅動芯片，16bit處理系統達到65536級灰度，可構成281萬億色。

　　在黑色灰階測試中，在巖石的背光位處，可以比較清楚地看到巖石的線條紋路，能夠很好地呈現木炭的質感。

　　從人的視覺生理學出發，人的眼睛對于高亮度和低亮度的灰度分辨力都較差，而對中等亮度的分辨力高。顯示屏的灰度表現越出色，特別是在低亮度下顯示屏灰度表現越完整，其顯示的畫面層次感和鮮艷度比傳統顯示屏越高，能表現出的圖像細節更多，無信息損失。

　?、少が斝Ｕ夹g

　　在視頻處理系統應用的早期，人們發現主流的陰極射線管(CRT)電視機不能生成與信號輸入電壓直接成正比的輸出光強這一規律。例如50%的輸入電壓只能生成18%的光強。其影響就是生成一些在黑區和白區之間的中間區里過黑的圖像。

　　這一效應可以用該曲線的數學方程來描述，γ(伽瑪)則是該方程中的一個因數。在黑白電視流行的時期，設計師并不認為在電視機中加裝一個電子部件來校正這一效應是一種合算的解決方案，所以這個校正是在電視攝像機中進行的。直到今天情況依然如此，因為大多數人的家里仍然在使用CRT類電視機。這就意味著我們接收到的視頻廣播信號里面已經包含了校正的信號。

　　所以純數字類線性響應的LED顯示設備，在視頻接收處理階段必須對信號進行伽瑪校正，否則LED顯示屏不能真實體現視頻錄制時，真實圖像的本來面目。也就是說讓50%的輸入電壓生成50%的亮度。

伽馬校正曲線

伽馬曲線及對應色度圖

　　顯示器設備的伽馬曲線就是輸入信號與輸出亮度的指數函數的冪，紅綠藍三種顏色對應的伽馬曲線就決定畫面的表現趨勢、色溫等等。PC上的液晶顯示器出廠設置的伽馬值為2.2，而MAC系統則要求伽馬是1.8，這也是電腦顯示器上看圖像雖然色彩濃郁但不真實的緣故。

　　有的顯示屏廠商將LED色彩增強，這個功能其實就是改變RGB各自的伽馬曲線，來達到人為修飾的目的。但不管色彩增強功能如何偏色，如何討人喜歡，顯示器始終需要在標準模式下有一條接近標準值的并且重合度較好的伽馬曲線。九洲小間距LED屏從實際情況出發，遵從還原真實事物色彩準線，滿足不同環境及不同用戶需求的顯示效果，在LED視頻處理系統內置有20條γ曲線，并可分別調節三基色。γ值可由最小1.5調整到最大3.0，通過矩陣系統之間的關系實現顏色真實再現。

　　不同r系數的圖像效果比較：

　?、食咚⑿侣?/p>

　　LED顯示屏刷新率即為圖像每秒鐘顯示數據被重復的次數，高速的刷新頻率可完全適應高速攝影機和高清電視轉播需要，顯示屏達到3840赫茲以上時，攝取畫面穩定無波紋無黑屏，應對動態顯示畫面，圖像邊緣清晰，將圖像信息準確真實地還原。

　　為了讓客戶更加直觀的了解我司產品的刷新頻率，我們現在利用高速相機對全白場的LED模組進行拍照。其原理是通過調整相機快門速度對產品成像進行抓拍，當快門速度低于模組刷新率時，觀測到模組呈現的是完整的白場，當快門速度高于模組刷新率時照出的照片上模組呈現的是不完整的白場(明顯的黑白間隔線)，從而可以定性的判斷一款產品的刷新頻率高低的影響。

高刷顯示 低刷顯示

　　⑺高效率PFC電源更節能

　　LED發光顆粒均需要穩定可靠的直流電才能正常發光，而將380V三相五線制交流電轉變成高質量的直流電，是LED顯示屏能夠正常運行的基礎，這個過程通常交給AC/DC模塊完成，其中包括變壓、濾波、整形等步驟，這種轉換必然帶來能量損耗和諧波干擾等影響。

　　一般的開關電源運行時會產生大量的諧波，諧波對發動機、變壓器、電動機、電容器等所有連接于電網的電器設備都有大小不等的危害，主要表現為產生諧波附加損耗，使得設備過載過熱以及諧波過電壓加速設備的絕緣老化等。而帶PFC功能的電源能有效抑制諧波的產生。

　　通過改善功率因數，減少了LED供電系統線路中各種元器件對供電系統的干擾，這樣選用帶PFC功能的開關電源后，不但起到了凈化電網改善電能質量的作用，還降低了大屏幕本身的電能損耗，節省電費，可謂兩全其美。

　?、贪l熱量低、散熱好、超級靜音

　　幫助客戶實現高能效的電能利用，采用獨特的高效發光芯片和節能驅動IC結合的雙效節能技術從根本上解決產品的峰值用電能耗，實時動態的用電技術，大大節約了拼接墻連續使用時的用電能耗。

　　LED顯示屏采用綠色發光技術，光點轉換效率高，節能環保。并采用高效率的PFC功能開關電源為LED供電，把整屏能耗降到最低。

　?、统L壽命持久如新

　　LED的平均壽命是在加速壽命試驗中測量出來的，即光輸出功率或光通量衰減到初始值的70%的工作時間，同時色度變化保持在0.007內。LED顯示屏平均壽命的意義是LED產品失效前的工作時間的平均值，用MTTF來表示。

　　LED的預期壽命是一個令人感興趣的參數，任何購買顯示屏的客戶都會關心產品能使用多久的問題，LED的標稱壽命值是在實驗室模擬使用的驅動電流下測量出來的，只能作為衡量使用壽命的一個參考，真正顯示屏的壽命是要根據其實際使用情況，包括氣候，環境，溫度，使用時間及頻率，這樣計算才更有意義。

　　LED的壽命與選用的芯片品牌和恒流驅動芯片有關，還與LED單元模組的散熱性能有很大關系，因為溫度是影響LED使用壽命的主要因素。電能質量也關乎產品壽命，選擇較高功率因數的開關電源，以及必要的防雷措施，均能保證LED供電平穩，不出現突變電流，使其壽命更長久。

LED 加速壽命試驗

　　⑽后期維護成本低

　　九洲小間距LED顯示屏的后期維護成本低，顯示屏的備品備件通常是模塊和電源，正常情況下一年左右才會出現壞的零配件，壞品率極低，所以后期的維護費用很小，解決了客戶后期維護的后顧之憂。而背投明顯的缺點是后期維護成本高，由于亮度是不斷衰減的，在亮度不夠時，需要經常更換燈泡來來提高亮度，成本不斷增加。顯示的圖像質量也因此處于波動狀態。

　?、蠁吸c校正技術

　　LED顯示屏之所以能對視頻圖像的完美再現，得益于LED發光顆粒自身的先天優勢，包括體積小、控制靈敏、排布靈活、純正單色發光等等，相對于這樣更重要的是怎樣保證大批量應用的LED發光顆粒能夠均勻一致的發光，讓其亮度和色度高度統一。這就需要一門稱之為單點校正技術的辦法，實現幾百上千萬顆LED能達到一模一樣的發光特性。這種技術也是將普通廠家LED產品區分開來的關鍵技術。

　　在原有單點校正的基礎上，HL-VW箱體新增了整屏亮度、色度校正和單模塊亮度、色度校正技術。整屏亮度、色度校正會根據項目具體情況，在間隔一到兩年時間對整屏進行亮度和色度的校正，這樣可以保證屏幕在長時間運行和老化后，依然可以保證整屏亮度和色度的一致性。

　　單模塊亮度、色度校正技術可以實現對單個模塊進行亮度和色度的校正，該技術很好的解決了屏體更換模塊后，新模塊與舊模塊之間的色差問題。

　　單點校正系統會對每個顯示屏單元板中的每個像素進行單獨控制，包括其亮度和顏色的控制，以獲得前所未有的均勻度，生成最為清晰的圖像。

單點校正過程圖

　　在目前的LED技術中，各家顯示屏制造公司都會選則專門生產LED發光顆粒的公司進行采購，即使選用同一品牌廠家，同一型號同一批次的LED，拿到的一批LED燈的亮度和色度都各不相同。這一問題導致了大屏幕顏色偏移、不一致的色純度和質量低劣的偽白色，因為無達到真正的白平衡。為了消除這一問題，我們將采購LED芯片批次的工作盡可能做細，來分區或分解成具有近似顏色和亮度的區塊。這種處理有一定的幫助，但仍有不足，所以采用最先進的單點亮度及單點顏色校正技術，來應對這一問題將圖像品質提升至更高檔次。

　　在單點校正技術中，要在暗環境內對每個掃描板上的LED的顏色和亮度值進行測量，并將測量結果保存在該掃描板上的EPROM(可擦可編程只讀存儲器芯片)中。我們的微處理器能夠讀取這些數據，并正確地搭配每個獨立的LED芯片的亮度級和顏色，從而給出最佳的各色均勻性和白平衡。

　　維修后整屏效果一致：在維修更換單顆LED的情況下，選用生產時預留的LED燈備品，運用亮度色度單點校正技術，使其色溫、亮度與項目用屏的當前狀態保持一致。在更換單元模組的情況下，對整個模組與項目使用單元，進行一致性校正，使其色溫、亮度與與項目用屏的當前狀態保持一致。

　　色度校正校正處理：作為畫面灰階層次對比的兩極，黑、白兩色對比是顯示屏幕對比度最直接的表現?；译A層次部分采用的是黑白背景與黑白衣服的對比，當然中間色彩如頭發、人物膚色都也起到了很好對比效果。

膚色偏紅沒有層次感 人物膚色真實