某卫星中心显示系统方案 ——某卫星中心显示系统方案

　　某卫星中心指挥控制大厅对大屏幕显示系统应该有非常高的要求，各种相关信息能够经由高亮度、高分辨率和高清晰度大屏幕投影系统直观地显示出来，快速汇集和显示大量经实时采集的视频信号、高分辨率计算机信号，对过程进行实时监控，并对各种紧急情况做出及时的分析和反应，达到统一指挥、监控和决策的目的。能够体现中心的一流的现代化建设水平。

　　一、总体情况

　　选用美国美国Stewart背投软幕FilmScreen 100，屏幕显示部分尺寸为宽15米，高4米整屏，采用的3台巴可 SLM R10 Performer大型DLP投影机背投方式，通过巴可公司具有边缘融合功能图像控制器Folsom BlendPro，形成一个完整的全景大画面。

　　整屏是画面无拼缝，画面完整，为一个完整虚拟整屏，亮度，色彩一致。使用较长时间也能保持亮度和色彩的一致性。

　　在这个虚拟整屏上，能在任意位置开任意大小显示窗口，直接输入窗口视频信号最多18路，直接输入RGB信号6路，通过网络传输方式显示更多路的RGB窗口信号。

　　整个控制在计算机统一控制软件下控制，采用流程式控制，即事先通过软件设置一套完整的由一个一个的显示流程组成控制流程程序，每个流程包括需要显示的信号窗口的位置及大小，包括投影机、矩阵、边缘融合机、拼接控制器的参数和操作控制，流程之间的切换是根据授时信号定时自动切换，但也可以是手动切换。根据授时信号定时自动切换可以修正调整，能有多个控制流程程序，随时切换。控制软件包括用户管理，记录管理等等。

　　所有流程场景切换、窗口信号切换，全部采用无闪烁无缝切换。

　　完整的容错功能，包括通过计算机一键控制投影机、矩阵、边缘融合机、拼接控制器的参数和操作控制，做非边缘融合拼接显示，只相邻两台做边缘融合等。

　　完整的各种输入信号管理和输出信号管理，包括直接对输入信号的监视和任何情况下大屏整屏显示状况的监视。

　　二、主要设备清单

　　三、系统连接图

　　四、布置示意图

　　五、投影机

　　投影机选用巴可公司的SLM R10高亮度的三片式DLP投影机，物理分辨率达到1280×1024，兼容分辨率达到1600×1200，亮度是10,000ANSI流明，最大对比度1600:1，度均匀性(边缘与中心)大于90%/整屏，30位的色彩管理系统用于调节屏幕整体的色彩，巴可公司专利的TCRplus™技术(真彩回放技术)，可弥补投影机视频图像质量不及传统CRT投影机的缺点，其动态色深调节、先进的图像处理算法及数字降噪系统使投影画面色彩真实自然、图像稳定无闪烁，图像色彩鲜艳，清晰明亮，层次感强，完全可媲美CRT投影机的视频效果。具备投影机本身多信号输入无缝切换功能，不同信号源之间真正做到无缝切换，其可带有特殊的切换效果，比如“淡入淡出”、“框入框出”等，恒定光输出功能。

　　SLM R10投影机可供选用的投影镜头有6种，这里我们暂选择TLD(1.2:1)的镜头。由于每通道的屏幕宽度为5.420m，根据计算，我们可以得出采用TLD(1.2:1)的镜头时，SLM R10的投影距离位于6.08米(包含机身需要6.63米)。具体如下图所示(单位：厘米)

　　由上图可见，若采用直接投射。

　　七、屏幕

　　采用3X1(每个通道融合前尺寸为5,424x4,068mm，边缘融合后整屏尺寸为15,000x4,068mm)的背投软幕具体要求如下：

　　每个通道(4:3)显示面积为

　　5 ,424( 宽 )×4,068mm( 高 )=22.1 m2 。

　　3x1显示屏理论显示区域为：

　　3 x5,424mm( 宽 )=16,272 mm

　　1x4,068mm( 高 )=4,068mm

　　若采用通道间边缘融合处理，按每通道1280x1024像素分辨率，融合区域按150像素计，则融合后显示区域尺寸规格如下：

　　宽度为： 1 5,424 –2x [(5,424x150)/1280] ≈ 15,000mm

　　高度为： 4,068 mm

　　由此可见整个软边无缝显示画面实际可视面积为 =61.02 m2 。

　　选用美国美国Stewart背投软幕FilmScreen 100，屏幕显示部分尺寸为1,5000X4,068mm，屏幕增益>1 .0，最大可视角度180度，半增益角70度。屏幕可洗，阻燃。

　　八、边缘融合接处理器

　　采用巴可边缘融合拼接处理器Barco Folsom Blend Pro，支持多输入、多显示的控制设备，提供灵活的数字/模拟输入和输出选项、强大的软件功能，可在一个宽屏的、通道之间边缘融合的投影设置中以窗口方式显示一系列输入信号源窗口，比如Alpha边缘融合、色度键控和Z-次序控制。每个Folsom Blend Pro控制器最多支持4个输出，每一输出可建立直至UXGA(1600x1200像素)的高速连接。以无缝融合宽屏信号为背景的多画面显示显示应用要求。它能使两两投影机相结合的图像边缘软化并融合，在拼接交界处形成平滑、无差别的整体图像。形成一个一体化的约15.00米X4.068米超高分辨率3390X768(最大4350X1200)整体图像屏，形成实际一个逻辑屏幕上多窗口显示，不再有3台投影机的概念。

　　九、多屏拼接控制器

　　使用工业控制计算机，实行电源双备份、6个硬盘做RID5备份提速等，它既是拼接控制信号处理主机，也是操作控制服务器，各控制终端通过网络控制操作。服务器采用一张DATAPATH的iH4-DIG四屏拼接卡一张完成3路拼接信号输出，采用DATAPATH的9 路视频叠加的Mosaic两张完成18路视频信号捕捉，采用DATAPATH的Vision RGB PRO三张完成6路RGB信号捕捉,一张8串口控制卡张完成全部设备控制，根据以上硬件设备底层接口协议开发全套控制软件。

　　十、信号切换功能

　　信号处理系统选用威泰V-THE，显示和监视信号调度采用32*16RGBHV矩阵壹台，42*32音视频矩阵壹台，可调用多路RGB和视频信号显示和到其他操作台监视和处理，即系统可以接入20台微机工作站，3台SGI双通道工作站，40路复合视频信号，通过网络型图像拼接控制处理器将多路信号形成各个窗口显示信号，它具有18路视频输入，可扩展倒32路，6路RGB输入，可扩展倒8路。4路RGB输出(实际使用3路)。系统可从这些信号中任意选信号上大屏幕显示。

　　主要显示方式：

　　任意情况下监视大屏显示信号处理系统如图：

　　十一、控制软件

　　本系统是为了完成对大屏显示系统中各硬件和显示逻辑的相关控制。在本系统中，控制软件分为两大部分，即：远程控制软件和图像拼接控制软件。远程控制软件运行于远程控制工作站上(通用PC机)，而图像拼接控制软件运行在图像拼接控制服务器(SPC624PM 工控机 )上。其中远程控制工作站和图像拼接控制器之间通过以太网进行连接，通讯协议是TCP/IP。总体结构框图如下图所示：

　　远程控制软件部分:

　　远程控制软件部分是控制命令的发起者。在大屏显示控制系统中，主要由远程控制软件完成控制命令的发送。其功能如下：

　　用户管理功能 ： 用户管理负责对用户登录、注销、授权和用户信息进行管理，用户信息包括用户的名字、口令、权限(用户类型)、用户的任务信息和用户日志。

　　显示流程的定义 ： 操作者按需求任意定制本次显示控制流程、任意修改显示控制流程、显示流程的预览和数据库存储等。

　　显示流程的执行 ： 远程控制软件在进行显示流程的执行时，它完成对流程内容的解析，并发送相应的命令，控制其它设备协同工作。根据应用实际，有两种显示流程执行方式，一种是手动控制方式，即操作者通过操纵软件，实现显示过程的断续控制，这种控制具有灵活性、随机性、与时基无关等特点;另一种控制方式为自动控制方式，操作者只需要预先设置当前的软件根据特殊时基，定时触发并执行显示流程的具体细节，包括流程解析、模式解析、命令生成、命令传送、接收命令回馈信息等功能。

　　无缝切换： 实际是利用硬件结构备份窗口采用软件方式实现无缝切换，即先将要显示的信号在显示后台建立好，再撤换掉不显示的信号，同时将要显示的窗口浮现出来，做到了无闪烁的无缝切换，通过这个方法不但实现窗口无缝切换，也实现了场景无缝切换。

　　矩阵切换命令 ： 通过串口向RGB矩阵切换控制器发送切换指令，控制RGB矩阵自行切换RGB输出;通过串口向视频矩阵切换控制器发送切换指令，控制视频矩阵自行切换视频输出;矩阵切换命令实现时要进行输入输出信道逻辑关系的确定，为实现图像拼接控制器在同种模式内特定窗口所显示的RGB/视频信号通道之间的无缝切换，当用户给定一个输入信道和显示窗口的对应关系后，在矩阵切换命令编码之前要先选择一个当前空闲的矩阵输出信道，确定矩阵的输入信道和输出信道的对应关系，然后才能发送矩阵切换命令。如果当前没有空闲信道可用，则只有使用显示窗口所对应的原始输入输出信道的对应关系进行有缝切换。

　　数据库管理功能 ： 对本系统的所有数据进行管理。

　　设备参数设置 ： 操作者按需求调整投影机的显示参数，如亮度、色度、对比度、投影机显示几何形状调整、投影机镜头参数调整等。

　　容错应急功能 ： 系统需要提供容错功能，当系统中某些设备出现故障时能够启动容错程序进行容错处理。软件系统容错主要解决如下问题：

　　当边缘融合机发生故障，系统自动调整投影机镜头参数，结束边缘融合状态，将拼接控制器直通到投影机，进入普通拼接状态，相应软件控制自动进入该状态应急模式。

　　拼接控制器出现故障，能够通过投影第二输入接口，绕过拼接控制器直接到达投影机，满足应急显示需求。该容错功能通过远程工作站直接控制RGB矩阵、视频矩阵和投影机实现，此时一个投影只能显示一个信号源的信号，不再进行窗口分隔显示。

　　投影机故障，当投影机出现故障时，中间投影机故障，两边结束边缘融合状态，两个投影机分别显示两个单独画面，信号采用直通模式，相应软件控制自动进入该状态应急模式。当两边之一投影机发生故障，中间投影机结束与故障机边缘融合状态，与正常机组成1*2边缘融合拼接，相应软件控制自动进入该状态应急模式。

　　图像拼接控制器软件部分

　　图像拼接控制器在整个控制软件系统中，主要扮演显示命令接收、执行的角色，根据接收到的窗口控制命令的不同，大致可以将命令划分为以下两种：

　　窗口控制命令：在大屏幕上创建RGB/视频或无对象显示窗口，移动RGB/视频或无对象显示窗口、叠加RGB/视频或无对象显示窗口、撤销RGB/视频或无对象显示窗口等。

　　显示无缝切换命令：包括两类显示无缝切换，一种是不同显示模式之间的无缝切换，一种是同种模式内特定窗口所显示的RGB/视频信号通道之间的无缝切换。

　　硬件底层控制实现功能

　　通过RS232实现对三台投影机的控制，包括投影机开关机，投影机本身信号切换(用于备用直通信号时使用)，投影机主要参数调节。

　　通过RS232实现对软边无缝拼接处理器BlendPRO的控制，实现无缝拼接安装调试。

　　通过RS232和网络控制实现对带无缝切换信号的拼接控制器控制，包括投拼接控制系统本身准备信号的无缝切换，拼接窗口设定模式控制，各种模式下窗口信号无缝切换。

　　通过RS232实现对两台矩阵的控制，包括矩阵的信号任意选用和调度，并能随时调用显示矩阵当前状态情况。

　　控制界面设计概述

　　用户只需一台计算机，无须专业培训，便能够方便.灵活地控制室内所有的投影机、图像控制器、矩阵。使用人员无须了解控制设备的性能原理，而且所有的操作都有图象反馈，这样就能实时地了解当时的设备运行状况，确保指令得到执行。

　　通过RS232编程对所有的设备进行程序化控制，对设备进行实时编程控制。借助该软件包开发编程就可以灵活地对整个室内的设备运行及环境的改变进行有序地、协调地系统控制。使用者只需在轻轻一按鼠标等，所有的设备运行及环境的改变便按你的意愿改变，所有的控制动作有序集成，不必干预。在使用的过程中还可以对整个控制流程及方式进行调整、更改，包括对触摸屏的图案.布局进行更改，使系统的运行更好地适合你的思维方式和操作习惯，最大地发挥系统的整体性能。

　　第一层界面设计初步

　　第一层：欢迎界面，下面一条：系统预置操作、功能操作、过程控制操作、系统退出四个选择。

　　在第一层中选系统预置第二层设计初步

　　各种应用环境设置模式，如操控前、操控中、操控后、平时维护、参观等时，显示的各种显示模式、通道信号配置、选定流程等等的预置。

　　在第一层中选功能操作第二层设计初步

　　界面上方是三台投影机拼接后常用显示模式(后续下拉菜单显示更多的显示模式)、界面下方是常用的显示信号源(后续下拉菜单显示更多的显示信号源)。左右两边分别是设备操作条。下面一条：系统预置操作、过程控制操作、系统退出三个操作。

　　第三层：

　　投影机：电源开关;RGB信号、视频信号等、亮度、对比度、几何等参数等等调节。

　　显示模式：显示模式的设定，窗口数量，各窗口位置及大小，属性等。

　　在第一层中选过程控制操作设计初步

　　按照事先设定的过程控制

　　第二层：

　　程序执行、程序设定

　　一、选第二层程序执行

　　上面是该过程控制任务的名称，如“某某发射任务”

　　中间是：开始、暂停、继续

　　下面是显示程序正在执行的步骤，执行注解。

　　当按下暂停后，下面出现调用其他功能或程序，调用完毕后返回继续。

　　二、选第二层程序设定

　　可以按时间段或触发信号设定系统操作，并编加执行步骤的执行注解。

　　在第一层中选系统退出设计初步

　　选定系统退出后，系统会按设备关机程序、各设备要求顺序、延时要求(如投影灯泡散热)关闭，等等。

　　十二、框架方案：

　　1.主体钢结构框架设计为“开”字形设防强度为9度，构架四周分别与墙面、地面和上层楼面结构用膨胀螺栓固定。

　　2.上横梁为20号槽钢，规格为200mmX 75mm X 9mm钢架，用8 号槽钢作吊杆与房顶上预埋75 mmX 75 mm角钢相连。

　　3.主框架与墙面之间采用10号槽钢用厚度为12mmA3钢板与墙螺栓相连。

　　4.基脚用M16膨胀螺栓和水泥把L75 X 7角钢框架预埋在地面，然后整个框架焊接在预埋角钢上。

　　5.所有钢架安装焊接完后，处理表面不可有焊渣、焊疤、灰尘、油污、水和毛刺等。

　　6.2个立柱框架L75 X 7的角钢和角钢L50 X 5组成, 并用作检修楼梯。

　　五.为了让LED显示系统与整个外表相平，上横梁采用两根20号槽钢预留尺寸14785 X 900 X 150 mm，其上端与屋顶预埋件相焊接;同时为了屏幕和LED的安装检修方便，立梁预留有上人梯步，并设计有工作和检修的平台。

　　为了美观钢结构外表采用15㎜厚木工板垫底，亚光银灰双面4㎜厚铝塑板贴面。

　　屏幕下口横梁与地面之间，为了有效利用空间和抗下横梁变形，特设计一 组加强型的铁皮柜。

　　为了平时保护屏幕，设计了一个20米X 8.2米的幕帘。幕帘采用高级平绒，幕绳用钢丝绳。鉴于此幕帘太大不便于人工操作，特设计为无线电遥控伸缩装置。

　　为了消防和检修方便，在大屏的两侧各设置了一个进出幕后的防盗门。