鄂北工程视频会商大屏幕显示系统设计与应用

陶 锋，崔文露，夏玉龙

（鄂北地区水资源配置工程建设与管理局（筹），430071，武汉）

鄂北地区水资源配置工程（以下简称鄂北工程）是国务院确定的172项节水供水重大水利工程之一，也是湖北省一号工程。该工程从丹江口水库引水，先后穿越襄阳市的老河口市、襄州区，枣阳市，随州市的随县、曾都区、广水市以及孝感市的大悟县，线路总长269.34 km，年均供水量约7.7亿m3。工程完工后将从根本上解决鄂北地区干旱缺水问题，改变湖北省水资源战略格局。

信息化建设是鄂北工程建设的一项重要内容，为把工程建成一流现代化示范性水利工程，需把前沿的信息技术和工程管理相结合，在信息采集、传输、分析、控制全流程中，实现科学化、现代化、智能化管理。为真实展现这一过程，需通过模拟仿真技术开发三维仿真系统在显示大屏上进行呈现，因此，显示大屏的建设尤为重要，除此之外还要求兼具电子沙盘和视频会商大屏的功能。在明确大屏功能需求后，结合实地环境，需对系统进行布局和架构设计，并比对大屏产品性能，选择适合需求的产品类型。

一、大屏显示系统设计

1.系统布局设计

根据实际需求，将会议室大屏幕显示系统划分成电子沙盘演示区和会议区两部分。电子沙盘区需要实景构建工程场景，通过上下屏的互动，加以三维仿真渲染，以全屏展示模拟鄂北工程场景及调水过程；会议区采用单屏显示，能够支持图像的任意叠加、分割、漫游、移动、缩放、裁剪。

根据功能区域划分，结合会议室空高和纵深，采取立面显示加斜面显示的双屏联体设计，即折角显示大屏。由一块对地垂直的立屏和一块与地面成约20°夹角的平面屏组成，两块屏拼接成一体，并配备拼接控制设备，对视频信息源进行接入和显示控制，满足电子沙盘显示的需要，详见图1。

2.系统架构设计

图1 大屏幕折角屏布局示意图

图2 系统架构图

鄂北工程大屏幕显示系统由大屏显示系统和音频处理系统两大部分组成。大屏显示系统工作流程：PC视频信号通过网络交换机接入到多屏处理器，DVD视频信号直接接入多屏处理器，多屏处理器收到视频信号源后再传送到LED大屏幕输出显示，通过接入无线WIFI的手持平板对信号源和图像进行控制。音频处理系统工作流程：PC、DVD、会议主机、无线话筒等的音源信号接入到调音台，调音台将信号接入到数字处理器，实现音频和视频同步，最后通过功放输出到音箱。具体系统架构见图2。

（1）大屏显示系统

大屏显示系统由两块显示屏拼接成一体，分别是立面屏幕和平面屏幕。当只作会议使用时，立面屏幕显示，平面屏幕不点亮；当作数字沙盘时，全屏点亮，通过L形双屏交互展示，参观者会有裸眼3D身临其境之感。

立面屏幕：垂直于地面，宽6.4 m，高 2.7 m，整屏面积 17.28 m2，分辨率约为 3 370 dots×1 400 dots。

平面屏幕：与地面成约20°夹角，宽6.4 m，高 4.2 m，整屏面积 26.88 m2，分辨率约为 3 370 dots×2 180 dots。

立面屏幕与平面屏幕拼接成一个整体，形成L形显示屏幕，两个平面的夹角约110°，整屏面积 44.16 m2，分辨率最高支持3 370×3 580 pixel。

大屏显示要求能够支持任意矩形拼接、单屏画面分割与画面叠加及跨屏显示，支持图像的任意叠加、漫游、拉伸、分割、裁剪及缩放等。另外，在大屏对面墙上配置一块98英寸的液晶显示屏，适合小型会议时展示多媒体内容。

（2）音频处理系统

音频系统兼顾电子沙盘演示和会议会商两项用途，沙盘演示部分要求声音配合画面显示烘托气氛，会议会商部分要求声音清晰、舒适。本项目的音频部分以中央处理器主机和音频处理器为核心，在电子沙盘展示区配置2个立体声全频线性阵列扬声器、2个超低频扬声器以及手持话筒、头戴话筒；会议会商区配置2个壁挂立体声全频线性阵列扬声器、4个吸顶全频同轴扬声器，会议桌上配置1台会议系统主机、18个会议系统代表机，另外还包括高清播放设备1台、无线路由器及无线手持控制终端（平板电脑）等。

二、大屏显示系统关键技术

1.大屏幕产品选型

目前，市场上主流的大屏幕拼接显示产品主要分为三大类，即LED小间距显示、DLP投影拼接显示和LCD液晶拼接显示。主要技术指标对比见表1。

综合以上指标对比，考虑视频会议时人物面部不宜因屏幕拼接缝隙造成割裂的不佳观感，不建议采纳液晶拼接屏。同时，DLP投影屏在光线明亮的环境下，易出现对比度不足、色彩不够鲜艳、图像不够清晰等白化效果，也不建议采用。小间距LED大屏幕不受光亮、视角的影响，图像色彩绚丽且拼缝可忽略不计，在视频会议和数字沙盘的应用场景中效果更佳；小间距LED的像素点间距要求小于2 mm，本会议室中，观看点距离屏幕一般超过2 m，此距离拼缝和图像颗粒感基本无感知。

2.LED显示屏工艺

在选择小间距LED显示屏后，还需对其工艺进行比对。平面屏显示面朝上，易落灰、受潮且受撞击的概率较高，因此解决好平面屏的保护及维护问题尤为重要。目前室内LED显示屏封装工艺主要有SMD（全称为Surface Mounted Devices）表贴封装工艺和COB（全称为Chipson Board）芯片封装工艺。两种工艺特点对比如下：

表1 显示屏拼接技术对比

（1）抗压防磕碰性能

SMD封装工艺产品：表贴LED显示屏是使用焊锡把贴片LED灯贴在灯板上，是凸起的结构，每颗灯仅有4个很小的焊盘，在生产、安装过程中需要挪动，摆放箱体时很容易因为挤压、触碰等原因出现掉灯、瞎点现象。

COB封装工艺产品：高密集成封装LED显示屏将发光二极管芯片直接封装在PCB板上，表面使用环氧树脂封装，光滑平整，更耐撞、耐磨。

（2）稳定性

SMD封装工艺产品：加工工艺比较繁多，尤其是在经过回流焊过程中，由于高温（240～270℃）状态下 SMD 灯珠支架和硅胶的膨胀系数不一样，极易造成支架和胶体及封装壳脱落，出现缝隙，导致在后期使用中逐渐出现死灯、瞎点现象，故障率较高。

COB封装工艺产品：加工工艺无需经过回流焊贴灯，避免了焊机内高温焊接时造成的灯珠支架和环氧树脂间出现缝隙的问题，出厂后不易出现死灯、瞎点现象。

（3）散热性能

SMD封装工艺产品：主要通过胶体和4个焊盘散热，散热面积小，热量集中于芯片，长时间会造成严重的光衰减现象，甚至死灯、瞎点现象，降低显示屏的使用寿命和质量。

COB封装工艺产品：把灯封装在PCB板上，直接通过PCB板散热，热量很容易散发，几乎不会造成光衰减，延长了显示屏使用寿命。

（4）视角

SMD封装工艺产品：由于灯杯封装较高、灯贴片过程中精度误差、面罩不平整等原因，会造成可视角度降低，正常可观看角度最大只有120°左右。

COB封装工艺产品：无需面罩防护，可视角度可增大到160°以上。

（5）显示性能

SMD封装工艺产品：每颗发光管为独立的点光源，在显示效果上有明显的颗粒感，且在室内环境中长时间观看会对人眼产生刺痛感，且由于其格栅状结构特点，会有明显的摩尔纹。

COB封装工艺产品：实现了点光源到面光源的转换，可有效减少视觉的颗粒感，缓解长时间观看所产生的炫目感，并能有效减少摩尔纹现象。

（6）防护性能

SMD封装工艺产品：灯脚焊盘裸露，遇水或受潮时容易出现灯脚焊盘之间短路；使用的面罩凹凸不平，沾上灰尘时很难清理干净；采用的合金线和铁支架容易被氧化；裸露的灯脚焊盘，很容易受到静电的影响，出现死灯、瞎点现象。

COB封装工艺产品：采用面板封装技术，没有灯脚裸露问题，具有防水、防潮、防尘、防静电、防氧化等功能。

综上对比，COB封装工艺技术相较于传统的SMD工艺技术，在工艺特点、可视角度、显示性能、防护等级等方面具有明显优势，但也存在封装一次性成功率不高、显色均匀性难度高等技术难题，且价格成本较高。鉴于实际需求，最终采用COB工艺封装小间距LED屏的设计选型。

三、结 语

鄂北工程视频会商大屏幕显示系统于2017年6月建成，经3个月试运行，已投入实际使用并通过合同完工验收。目前系统已经运行一年多，未出现过黑屏、闪烁等不良现象。除具备优良的显示特性，如高亮度、高对比度、高分辨率、宽视角、亮度及色彩均匀外，也能满足长期连续、安全稳定运行的使用要求，维护方便、损耗较低。大屏的L形裸眼3D效果显示更是吸引多家单位前来参观和考察，成为鄂北工程对外展示宣传的一个窗口。 ■