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大屏幕拼接墙,小图像拼出大世界

大屏幕投影拼接墙是由多台投影机、多个投影屏及图像控制器构成的大屏幕显示系统,一般用于一个画面的超大屏幕显示或特技显示以及多个画面的多窗口显示。每个投影单元只显示整个图像的一个部分,全部投影单元加在一起就构成了一幅完整的大画面,现在让我们一起来走进大屏幕拼接墙,体验小图像是如何拼接出了一个大世界。\r\n
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近年来,随着国民生活水平的不断提高,公安、交警、电信、轨道交通、军队等对于终端显示设备的要求朝着大型化、高清晰化的方向发展。2002年以前,国内各个行业对于终端显示设备的需求一般在单系统24个显示屏(清晰度为1024x6X768x4)以内。到2004年,更是出现了单系统81个屏的市场需求。国内经济的快速发展,各种资讯的快速增长,使得单台显示设备所能显示的信息已经远远不能满足市场需求,特别是一些监控中心、指挥中心、控制中心、调度中心、应急中心、决策中心等重要场所。于是,一种监控终端的新兴产品——大屏幕拼接墙开始出现,并引起了人们的广泛关注。

在国外,大屏幕拼接墙并非一个新生物,它早已被人们认识。相对与国外,国内市场虽起步较晚,但随着社会的进步以及大屏幕产品的逐渐成熟,越来越多的行业开始接受大屏幕拼接墙,使得国内大屏幕拼接墙行业得以快速发展,并且发展势头非常迅猛。

据了解,目前大屏幕拼接墙在国内市场的增长速度迅猛。“随着大屏幕拼接墙的大型化、高清晰化以及应用领域的不断扩展,国内市场对于大屏幕拼接墙的需求也在逐年稳步增加,每年几乎以30%的速度增长。依照这样的发展速度估计,预计2010年,国内市场的需求量将接近10万台。”广东威创科技有限公司总工程师卢如西在2005年10月北京国际大屏幕和新型显示技术与产品高层论坛上表示。

走近大屏幕拼接墙
大屏幕拼接墙可分为电视墙和电脑墙两个类别。仅仅用于视频显示的称为电视墙,用于计算图文显示的称为电脑墙,在电视墙和电脑墙之间并没有严格的区分,本文在这里所介绍的属于电视墙。

大屏幕拼接墙主要用于显示大量的信息,如:视频图像、计算机模拟图像、网络信息图像等。这些信息的显示方式可以是:单屏显示、任意开窗口、任意漫游等。大屏幕拼接墙具有显示尺寸不受限制,占地深度小的特点。“当某个摄像机发现前端有问题时,监控人员需要将该路画面看得更清楚一些,就可以马上切换到大屏幕,这样一来,监控人员可以将画面看得更清晰,讨论起问题来也更方便。”创维群欣安防科技有限公司的经理王宝雄表示。

另外,大屏幕拼接墙同单屏显示设备相比具有一定优势。首先是大屏幕拼接墙的分辨率更高,因为它不受单机分辨率和亮度的影响,是单机分辨率和亮度的相乘,例如一个2X2四个单元的拼接系统,单机分辨率为1024X768,亮度为500lm,则拼接后的系统分辨率为2048X1536,亮度为2000lm。“应用高分辨率的大屏拼接系统,好像亲临现场一样,真实感很强烈,可以很方便指挥。”北京清华紫光电子公司信息技术部总经理王展如是说。

其次,随着监控的信息量增加,在一些大量信息要求集中显示,即把十几或几十路视频信号在一个系统平台同时显示时,单台显示设备是不能胜任的,大屏幕拼接墙多画面的显示功能解决了这一要求。“而且,大屏幕拼接系统还有多种显示模式,如可在中间屏幕部分显示大屏图像,在旁边的两边显示小屏图像,以供多人观看。”创维经理王宝雄补充道。

据了解,大屏幕拼接墙最初主要应用在电视台、交通监控、电信网管等地方,应用范围较小。随着社会的进步以及大屏幕产品的逐渐成熟,越来越多的行业开始接受大屏幕拼接墙,目前大屏幕拼接墙已经被广泛应用到公安、交通、电力、军事、水利等部门,在未来几年,将会扩展到煤炭、石油、教育等领域。[nextpage]

系统组成
那么,这种大屏幕拼接墙的系统组成是怎样的呢?据了解,这种大屏幕拼接系统主要由三部分组成:大屏幕投影墙、投影机阵列、控制系统。其中控制系统是核心,控制器要做到高稳定、高可靠、低成本不太容易,反映速度快、对图像失真少等是它较为重要的参数,目前市面上流行的控制系统主要有三种类型:硬件拼接系统、软件拼接系统、软件与硬件相结合的拼接系统。

硬件拼接系统是较早使用的一种拼接方法,代表性的产品有可实现的功能有分割、分屏显示、开窗口:即在四屏组成的底图上,用任意一屏显示一个独立的画面。“过去采用硬件拼接,图像处理完全是实时动态显示,安装操作简单;缺点是拼接规模小,只能四屏拼接,扩展很不方便,不适应多屏拼接的需要;所开窗口固定为一个屏幕大小,不可放大、缩小或移动。目前的嵌入式拼接系统也属于硬件拼接的一种,不过这种新的技术已经解决了上述缺点。”广东响石数码科技有限公司工程师郑镇钦表示。

软件拼接系统是用软件来分割图像。采用软件方法拼接图像,可十分灵活的对图像进行特技控制,如在任意位置开窗口;任意放大、缩小;利用鼠标即可对所开的窗口任意拖动,在控制台上控制屏幕墙,如同控制自己的显示器一样方便。“主要缺点是在Unix或WINDOWS上运行时,计算机系统可能存在各种问题,导致系统感染病毒或其它原因崩溃;PC机生产的图形也无法与其接口;在构成一个几十台投影机组成的大系统时,其相应的硬件部分显得繁杂。”广东响石数码科技有限公司工程师郑镇钦认为。

软件与硬件相结合的拼接系统,可综合以上两种方法的优点,克服其缺点,所以目前主要以软硬件结合的类型控制器为主。“这种系统可以实用显示多个RGB模拟信号及XWindow的动态图形,是为多通道现场即时显示专门设计的。通过硬件和软件以及控制/舆接口,来实现不同窗口的动态显示。”亿立方科技有限公司市场经理李玉江表示。“软件和硬件的结合实现了一个取长补短的作用,在图像处理方面采用硬件来实现,系统控制方面采用软件来实现,这样的好处在于速度快、系统稳定、操作方便等”。广东响石数码科技有限公司工程师郑镇钦补充道。

多种拼接方式 嵌入式为大势所趋
在了解了大屏幕拼接墙的系统结构后,现在让我们来看看大屏幕拼接墙的拼接方式都有哪些。从采访中我们了解到,目前市面上的大屏幕拼接墙基本上有三种不同的拼接方式。一是PCI插卡式;二是外拖拼接控制器方式;三是嵌入式。厂家们一致认为嵌入式拼接方式是未来的发展趋势。

PCI插卡式拼接
PCI插卡式的工作原理是通过工控机,利用一块多屏拼接卡,先将一个完整的视频图像分割成mХn个子视频信号,再将这些子视频信号分别传送给拼接幕墙上的各个对应单元,实现大屏幕显示的目的。但是由于工控机的计算能力有限,目前一台性能最好的工控机也只能实现4Х4的拼接,限制了拼接的单元数。[nextpage]

外拖拼接控制器方式
外拖拼接控制器又可以称为大屏幕拼接器或电视墙控制器、电视墙拼接器,其主要功能是将一个完整的图像信号划分成N块后分配给N个视频显示单元(如背投单元),完成用多个普通视频单元组成一个大屏幕。它可以支持多种视频设备的同时接入,达到拼接幕墙的功能要求。“之所以称为外拖,是因为这类拼接幕墙分为两个独立的部分,一部分是显示部分,这可以由普通的背投单元如背投电视机组成;另一部分是这台拼接控制器,它的功能是实现多个物理输出组合成一个分辨率叠加后的显示输出,使屏幕显示一幅图画。”广东响石数码科技有限公司工程师郑镇钦说。

他还介绍道:“这种拼接控制器实现方法各异,它可以采用嵌入式,也可以采用插卡式,或者两种均有。可以简单地说,它像是画面分割器,只不过是将之放大后分割而已,所以它一般安装方便,接线也相对简单,也没有很多模块设备等优点;但缺点也是很明显的,例如一旦其中某一路发生故障时,很难检修;各个单元之间色调,行场相位等很难调整,图像质量差等。”。

嵌入式拼接
嵌入式拼接幕墙的工作原理是各个拼接单元拥有独立的视频处理模块,通过矩阵将完整的信号输送到各个单元,并各自进行视频处理,分割出自己应该显示的那一部分,并将这一部分信号放大后显示,实现大屏幕拼接显示的目的。由于是各自处理,所以拼接的单元数理论上可以是无限。

从以上简单的原理分析可知,PCI插卡式拼接与嵌入式拼接的基本区别在于前者将母信号分割后,必须把每一个子信号都进行放大处理,而后者只将自己应该显示的那一部分进行放大处理,因此前者的运算量大,分辨率由计算机及对应的PCI卡决定;后者运算量小,分辨率由自身嵌入式处理模块决定。

另外,据广东响石数码科技有限公司工程师郑镇钦介绍,嵌入式拼接的特点还包括:1、易于使用。由于它的软件是专门为产品开发的,用户一般无须培训便能够很好的使用。2、系统稳定性高。不会受到来自网络或者计算机系统的各种病毒之类的干扰,因为它的软件是固化在FLASH中的,不可更改。3、系统启动速度快。非嵌入式系统一般就要建筑在Unix或WINDOWS上,才能实现它的功能,这样系统就必须先启动这些之后才能运行拼接方面的程序,整机启动要慢很多。4、成本低。嵌入式系统的软件必须自己开发,非嵌入式系统需要购买WINDOWS等操作系统,价格不菲。5、体积小,结构紧凑。”。

“正是由于嵌入式拼接具备这些优势,所以虽然目前市场上应用还是以比较传统的PCI插卡式拼接为主,做这方面的产家也比较多,但是未来还是会朝嵌入式拼接发展。”广东响石数码科技有限公司工程师郑镇钦肯定地说道。

DLP占据半壁江山 LCD为后起之秀
拼接系统的显示单元按其工作原理可分许多类型,比较常见的有:CRT(阴极射线管)、 LCD(液晶)、PDP(等离子)DLP(数码微镜)等。纵观显示单元的当今局势,CRT由红极一时走向末落,已成昨日黄花;DLP背投拼接系统目前为主流产品,占据着大半壁江山;LCD为后起之秀,发展上升空间巨大。[nextpage]

CRT是一种问世最早、应用最广泛的投影技术,其优点是显示的图像色彩丰富,还原性好,具有丰富的几何失真调整能力,但由于操作复杂,投影仪体积较大,已经远远不能满足用户的需求,目前已基本退出市场。

DLP技术的产生,在一定程度上满足了市场的需求。“DLP就其图像清晰度、亮度、色彩、可视角度以及体积来看,均比传统CRT有了很大的提高,目前仍是市场上应用最多的一种技术。DLP拼接幕墙的优点是由于使用投影方式,因此其拼接缝隙可以做得很小(3–5mm),但由于其画面亮度的不均匀性,导致整幅画面在拼接边缘亮度较低,而每个单元中心部分亮度较高,因此在一定程度上也影响了拼接幕墙的观感。” 广东响石数码科技有限公司工程师郑镇钦表示。

LCD拼接幕墙采用液晶屏作为拼接单元,是继CRT幕墙、DLP幕墙、PDP幕墙之后最新的幕墙技术,其高达5~8万小时的使用寿命、质量稳定、维护费用低,是目前最具性价比的幕墙。据赛诺平板电视第3 季度季报显示,2006年前3季度国内平板电视内销出货共计336万台,其中液晶电视内销出货280万台,同比增长209%;等离子电视内销出货56.5万台,同比增长28%。据赛诺监测数据,至2006年9月,40英寸以上(含40英寸)平板电视市场,等离子的销量份额已被液晶电视压至27%。

“LCD拼接幕墙的出现,标志着幕墙新时代的来临,从国内外使用情况来看,所有高端幕墙系统均已采用LCD拼接幕墙,随着技术的进一步成熟,2007年的LCD幕墙市场将一片光明。”广东响石数码科技有限公司工程师郑镇钦如是说。

技术革新是发展利器
随着大屏幕拼接墙应用的更为广泛,拼接技术也在不断地提升着,这些技术主要包括:
分布式主从处理器结构技术
PCI带宽不足,是困扰整个大屏幕拼接系统向大规模方向发展的一个关键问题。“以81个显示单元的系统为例来分析PCI总线带宽的瓶颈问题:经计算,理想状态下从内存经PCI传输并显示一帧图像(243M数据)所花的时间要1.84秒,而实际运行时其它软件的影响、设备中断、硬盘访问速度和内存数量等因素常会大大增加图像数据传输时间,或使图像数据传输时出现难以容忍的抖动效果。可以看出,受到PCI总线带宽的限制,传统处理器根本无法完成正常驱动81个显示屏的能力。”景阳的工程师汪海涛说道。

针对上述问题,目前已有厂家推出了分布式主从处理器系统。“该系统具有全屏幕高分辨率单一逻辑屏的显示能力,并具有多用户灵活分区应用的功能,无论是单一逻辑屏应用还是分区应用,均可实现快速同步显示。目前采用该技术的背投拼接显示系统,其最大分辨率达到100M像素(一亿像素)以上,而显示速度相当于普通16通道多屏处理器系统的显示速度。”响石的工程师郑镇钦介绍说。

底板系统交换架构技术
另外,针对这种PCI总线带宽的瓶颈,还有厂家也研制出一种新的总线结构,其核心是底板系统交换架构。“传统的总线结构,如PCI总线,资源被所有的外围连接所分享,从而使控制室环境下的大量的数据信息传输受到制约,而该底板系统交换架构为每个外围插槽都提供高达4Gb/s的传送带宽。外围的板卡通过该底板连接到拥有极高带宽的交换架构卡上,从而确保数据通过最佳的路径传输,提供快速优质的画面数据。通过增加可选的串行开关卡,数据带宽可提高到每槽8Gb/s,无论显示规模大小如何都能保证各种信号的流畅显示,并确保系统连续、稳定的工作。”广东威创的工程师卢如西解释道。[nextpage]

双灯系统技术
双灯系统技术主要用于DLP投影机。在大屏幕拼接显示系统中,每台投影机是一个单元的显示核心,投影机偶尔出现故障后,会影响系统的整体显示效果,而DLP投影机出现故障最多的地方,往往就是投影机的灯泡。双灯系统的出现,在一定程度上解决了由于投影机灯泡问题而引起的显示单元无法正常显示的故障。据广东威创的工程师卢如西介绍,主流双灯工作方式有两种:
1、冷备份工作方式:只有一个灯泡工作,当正在使用的灯泡发生故障,系统自动切换备用灯工作。双灯冷备份工作方式从开机到正常工作需要的时间较长(灯泡点亮需要一定的时间),但由于备用灯泡始终处于不工作的状态,所以不会影响其正常使用寿命。由于灯泡的价格较高,所以对于用户而言,冷备份工作模式的双灯系统是相对理想的选择。

2、热备份工作方式:两个灯泡同时亮,当一个灯泡故障时立刻可切换成另一个灯工作。双灯热备份最大的优势就是切换速度很快。但也因为热备份状态两个灯泡同时在工作,过高的工作温度严重影响了两个灯泡的正常使用寿命,所以热备份主要适用于一些资金比较充裕、并且特殊需求很多的用户。

未来:追求边缘无缝融合的完美
没有任何割裂感觉的整幅画面总是带给人们完美的视觉享受,追求亮丽的超大画面,高分辨率的显示效果,历来是人们对视觉感受的一种潜在要求。由于大型的显示屏都是通过一个个小屏幕拼接而成的,每一个显示屏之间不可避免都会留下无法显示的缝隙,影响整体的效果,这个问题是目前厂商们急需解决的。广东威创的工程师卢如西说:“目前,绝大多数的大规模背投拼接显示系统都是有缝拼接,真正意义上的无缝拼接系统,目前绝大多数厂家最多也只能做到1xN(或者Nxl,1行多列或者1列多行)的水平,能够做到多列多行的厂家少之又少,所以如何实现真正意义上的大规模背投拼接显示系统的无缝拼接,是目前面临的主要问题。

清华紫光王展表示,目前有一种无缝边缘拼接显示技术,正逐步成为适应这一需求的解决方法。据了解,无缝边缘拼接显示技术是一种特殊的、要求比较高的投影显示应用,可以实现多屏图像融合在一起,并将拼接缝隙缩至最小以至于完全重合的拼接技术。

亿立方的市场经理李玉江认为,进行边缘融合无缝拼接目的,一是增加屏幕尺寸使其达到数倍于单屏投影的最大尺寸;二是增加屏幕的最大显示分辨率;三是在这个尺寸上面显示更多、更精细的内容,并在这几个目的实现的基础上,将因拼接而产生的接缝(黑缝或重叠亮线)消去,相信这种无缝屏幕带来的完美无瑕的视觉效果,会在未来吸引人们更多关注的目光。

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