某衛(wèi)星中心顯示系統(tǒng)方案 ——某衛(wèi)星中心顯示系統(tǒng)方案

　　某衛(wèi)星中心指揮控制大廳對(duì)大屏幕顯示系統(tǒng)應(yīng)該有非常高的要求，各種相關(guān)信息能夠經(jīng)由高亮度、高分辨率和高清晰度大屏幕投影系統(tǒng)直觀地顯示出來，快速匯集和顯示大量經(jīng)實(shí)時(shí)采集的視頻信號(hào)、高分辨率計(jì)算機(jī)信號(hào)，對(duì)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)各種緊急情況做出及時(shí)的分析和反應(yīng)，達(dá)到統(tǒng)一指揮、監(jiān)控和決策的目的。能夠體現(xiàn)中心的一流的現(xiàn)代化建設(shè)水平。

　　一、總體情況

　　選用美國美國Stewart背投軟幕FilmScreen 100，屏幕顯示部分尺寸為寬15米，高4米整屏，采用的3臺(tái)巴可 SLM R10 Performer大型DLP投影機(jī)背投方式，通過巴可公司具有邊緣融合功能圖像控制器Folsom BlendPro，形成一個(gè)完整的全景大畫面。

　　整屏是畫面無拼縫，畫面完整，為一個(gè)完整虛擬整屏，亮度，色彩一致。使用較長(zhǎng)時(shí)間也能保持亮度和色彩的一致性。

　　在這個(gè)虛擬整屏上，能在任意位置開任意大小顯示窗口，直接輸入窗口視頻信號(hào)最多18路，直接輸入RGB信號(hào)6路，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸方式顯示更多路的RGB窗口信號(hào)。

　　整個(gè)控制在計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制軟件下控制，采用流程式控制，即事先通過軟件設(shè)置一套完整的由一個(gè)一個(gè)的顯示流程組成控制流程程序，每個(gè)流程包括需要顯示的信號(hào)窗口的位置及大小，包括投影機(jī)、矩陣、邊緣融合機(jī)、拼接控制器的參數(shù)和操作控制，流程之間的切換是根據(jù)授時(shí)信號(hào)定時(shí)自動(dòng)切換，但也可以是手動(dòng)切換。根據(jù)授時(shí)信號(hào)定時(shí)自動(dòng)切換可以修正調(diào)整，能有多個(gè)控制流程程序，隨時(shí)切換?？刂栖浖ㄓ脩艄芾?，記錄管理等等。

　　所有流程場(chǎng)景切換、窗口信號(hào)切換，全部采用無閃爍無縫切換。

　　完整的容錯(cuò)功能，包括通過計(jì)算機(jī)一鍵控制投影機(jī)、矩陣、邊緣融合機(jī)、拼接控制器的參數(shù)和操作控制，做非邊緣融合拼接顯示，只相鄰兩臺(tái)做邊緣融合等。

　　完整的各種輸入信號(hào)管理和輸出信號(hào)管理，包括直接對(duì)輸入信號(hào)的監(jiān)視和任何情況下大屏整屏顯示狀況的監(jiān)視。

　　二、主要設(shè)備清單

　　三、系統(tǒng)連接圖

　　四、布置示意圖

　　五、投影機(jī)

　　投影機(jī)選用巴可公司的SLM R10高亮度的三片式DLP投影機(jī)，物理分辨率達(dá)到1280×1024，兼容分辨率達(dá)到1600×1200，亮度是10,000ANSI流明，最大對(duì)比度1600:1，度均勻性(邊緣與中心)大于90%/整屏，30位的色彩管理系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)屏幕整體的色彩，巴可公司專利的TCRplus™技術(shù)(真彩回放技術(shù))，可彌補(bǔ)投影機(jī)視頻圖像質(zhì)量不及傳統(tǒng)CRT投影機(jī)的缺點(diǎn)，其動(dòng)態(tài)色深調(diào)節(jié)、先進(jìn)的圖像處理算法及數(shù)字降噪系統(tǒng)使投影畫面色彩真實(shí)自然、圖像穩(wěn)定無閃爍，圖像色彩鮮艷，清晰明亮，層次感強(qiáng)，完全可媲美CRT投影機(jī)的視頻效果。具備投影機(jī)本身多信號(hào)輸入無縫切換功能，不同信號(hào)源之間真正做到無縫切換，其可帶有特殊的切換效果，比如“淡入淡出”、“框入框出”等，恒定光輸出功能。

　　SLM R10投影機(jī)可供選用的投影鏡頭有6種，這里我們暫選擇TLD(1.2:1)的鏡頭。由于每通道的屏幕寬度為5.420m，根據(jù)計(jì)算，我們可以得出采用TLD(1.2:1)的鏡頭時(shí)，SLM R10的投影距離位于6.08米(包含機(jī)身需要6.63米)。具體如下圖所示(單位：厘米)

　　由上圖可見，若采用直接投射。

　　七、屏幕

　　采用3X1(每個(gè)通道融合前尺寸為5,424x4,068mm，邊緣融合后整屏尺寸為15,000x4,068mm)的背投軟幕具體要求如下：

　　每個(gè)通道(4:3)顯示面積為

　　5 ,424( 寬 )×4,068mm( 高 )=22.1 m2 。

　　3x1顯示屏理論顯示區(qū)域?yàn)椋?/p>

　　3 x5,424mm( 寬 )=16,272 mm

　　1x4,068mm( 高 )=4,068mm

　　若采用通道間邊緣融合處理，按每通道1280x1024像素分辨率，融合區(qū)域按150像素計(jì)，則融合后顯示區(qū)域尺寸規(guī)格如下：

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

　　高度為： 4,068 mm

　　由此可見整個(gè)軟邊無縫顯示畫面實(shí)際可視面積為 =61.02 m2 。

　　選用美國美國Stewart背投軟幕FilmScreen 100，屏幕顯示部分尺寸為1,5000X4,068mm，屏幕增益>1 .0，最大可視角度180度，半增益角70度。屏幕可洗，阻燃。

　　八、邊緣融合接處理器

　　采用巴可邊緣融合拼接處理器Barco Folsom Blend Pro，支持多輸入、多顯示的控制設(shè)備，提供靈活的數(shù)字/模擬輸入和輸出選項(xiàng)、強(qiáng)大的軟件功能，可在一個(gè)寬屏的、通道之間邊緣融合的投影設(shè)置中以窗口方式顯示一系列輸入信號(hào)源窗口，比如Alpha邊緣融合、色度鍵控和Z-次序控制。每個(gè)Folsom Blend Pro控制器最多支持4個(gè)輸出，每一輸出可建立直至UXGA(1600x1200像素)的高速連接。以無縫融合寬屏信號(hào)為背景的多畫面顯示顯示應(yīng)用要求。它能使兩兩投影機(jī)相結(jié)合的圖像邊緣軟化并融合，在拼接交界處形成平滑、無差別的整體圖像。形成一個(gè)一體化的約15.00米X4.068米超高分辨率3390X768(最大4350X1200)整體圖像屏，形成實(shí)際一個(gè)邏輯屏幕上多窗口顯示，不再有3臺(tái)投影機(jī)的概念。

　　九、多屏拼接控制器

　　使用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，實(shí)行電源雙備份、6個(gè)硬盤做RID5備份提速等，它既是拼接控制信號(hào)處理主機(jī)，也是操作控制服務(wù)器，各控制終端通過網(wǎng)絡(luò)控制操作。服務(wù)器采用一張DATAPATH的iH4-DIG四屏拼接卡一張完成3路拼接信號(hào)輸出，采用DATAPATH的9 路視頻疊加的Mosaic兩張完成18路視頻信號(hào)捕捉，采用DATAPATH的Vision RGB PRO三張完成6路RGB信號(hào)捕捉,一張8串口控制卡張完成全部設(shè)備控制，根據(jù)以上硬件設(shè)備底層接口協(xié)議開發(fā)全套控制軟件。

　　十、信號(hào)切換功能

　　信號(hào)處理系統(tǒng)選用威泰V-THE，顯示和監(jiān)視信號(hào)調(diào)度采用32*16RGBHV矩陣壹臺(tái)，42*32音視頻矩陣壹臺(tái)，可調(diào)用多路RGB和視頻信號(hào)顯示和到其他操作臺(tái)監(jiān)視和處理，即系統(tǒng)可以接入20臺(tái)微機(jī)工作站，3臺(tái)SGI雙通道工作站，40路復(fù)合視頻信號(hào)，通過網(wǎng)絡(luò)型圖像拼接控制處理器將多路信號(hào)形成各個(gè)窗口顯示信號(hào)，它具有18路視頻輸入，可擴(kuò)展倒32路，6路RGB輸入，可擴(kuò)展倒8路。4路RGB輸出(實(shí)際使用3路)。系統(tǒng)可從這些信號(hào)中任意選信號(hào)上大屏幕顯示。

　　主要顯示方式：

　　任意情況下監(jiān)視大屏顯示信號(hào)處理系統(tǒng)如圖：

　　十一、控制軟件

　　本系統(tǒng)是為了完成對(duì)大屏顯示系統(tǒng)中各硬件和顯示邏輯的相關(guān)控制。在本系統(tǒng)中，控制軟件分為兩大部分，即：遠(yuǎn)程控制軟件和圖像拼接控制軟件。遠(yuǎn)程控制軟件運(yùn)行于遠(yuǎn)程控制工作站上(通用PC機(jī))，而圖像拼接控制軟件運(yùn)行在圖像拼接控制服務(wù)器(SPC624PM 工控機(jī) )上。其中遠(yuǎn)程控制工作站和圖像拼接控制器之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接，通訊協(xié)議是TCP/IP。總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：

　　遠(yuǎn)程控制軟件部分:

　　遠(yuǎn)程控制軟件部分是控制命令的發(fā)起者。在大屏顯示控制系統(tǒng)中，主要由遠(yuǎn)程控制軟件完成控制命令的發(fā)送。其功能如下：

　　用戶管理功能 ： 用戶管理負(fù)責(zé)對(duì)用戶登錄、注銷、授權(quán)和用戶信息進(jìn)行管理，用戶信息包括用戶的名字、口令、權(quán)限(用戶類型)、用戶的任務(wù)信息和用戶日志。

　　顯示流程的定義 ： 操作者按需求任意定制本次顯示控制流程、任意修改顯示控制流程、顯示流程的預(yù)覽和數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)等。

　　顯示流程的執(zhí)行 ： 遠(yuǎn)程控制軟件在進(jìn)行顯示流程的執(zhí)行時(shí)，它完成對(duì)流程內(nèi)容的解析，并發(fā)送相應(yīng)的命令，控制其它設(shè)備協(xié)同工作。根據(jù)應(yīng)用實(shí)際，有兩種顯示流程執(zhí)行方式，一種是手動(dòng)控制方式，即操作者通過操縱軟件，實(shí)現(xiàn)顯示過程的斷續(xù)控制，這種控制具有靈活性、隨機(jī)性、與時(shí)基無關(guān)等特點(diǎn);另一種控制方式為自動(dòng)控制方式，操作者只需要預(yù)先設(shè)置當(dāng)前的軟件根據(jù)特殊時(shí)基，定時(shí)觸發(fā)并執(zhí)行顯示流程的具體細(xì)節(jié)，包括流程解析、模式解析、命令生成、命令傳送、接收命令回饋信息等功能。

　　無縫切換： 實(shí)際是利用硬件結(jié)構(gòu)備份窗口采用軟件方式實(shí)現(xiàn)無縫切換，即先將要顯示的信號(hào)在顯示后臺(tái)建立好，再撤換掉不顯示的信號(hào)，同時(shí)將要顯示的窗口浮現(xiàn)出來，做到了無閃爍的無縫切換，通過這個(gè)方法不但實(shí)現(xiàn)窗口無縫切換，也實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)景無縫切換。

　　矩陣切換命令 ： 通過串口向RGB矩陣切換控制器發(fā)送切換指令，控制RGB矩陣自行切換RGB輸出;通過串口向視頻矩陣切換控制器發(fā)送切換指令，控制視頻矩陣自行切換視頻輸出;矩陣切換命令實(shí)現(xiàn)時(shí)要進(jìn)行輸入輸出信道邏輯關(guān)系的確定，為實(shí)現(xiàn)圖像拼接控制器在同種模式內(nèi)特定窗口所顯示的RGB/視頻信號(hào)通道之間的無縫切換，當(dāng)用戶給定一個(gè)輸入信道和顯示窗口的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，在矩陣切換命令編碼之前要先選擇一個(gè)當(dāng)前空閑的矩陣輸出信道，確定矩陣的輸入信道和輸出信道的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后才能發(fā)送矩陣切換命令。如果當(dāng)前沒有空閑信道可用，則只有使用顯示窗口所對(duì)應(yīng)的原始輸入輸出信道的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行有縫切換。

　　數(shù)據(jù)庫管理功能 ： 對(duì)本系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

　　設(shè)備參數(shù)設(shè)置 ： 操作者按需求調(diào)整投影機(jī)的顯示參數(shù)，如亮度、色度、對(duì)比度、投影機(jī)顯示幾何形狀調(diào)整、投影機(jī)鏡頭參數(shù)調(diào)整等。

　　容錯(cuò)應(yīng)急功能 ： 系統(tǒng)需要提供容錯(cuò)功能，當(dāng)系統(tǒng)中某些設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能夠啟動(dòng)容錯(cuò)程序進(jìn)行容錯(cuò)處理。軟件系統(tǒng)容錯(cuò)主要解決如下問題：

　　當(dāng)邊緣融合機(jī)發(fā)生故障，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整投影機(jī)鏡頭參數(shù)，結(jié)束邊緣融合狀態(tài)，將拼接控制器直通到投影機(jī)，進(jìn)入普通拼接狀態(tài)，相應(yīng)軟件控制自動(dòng)進(jìn)入該狀態(tài)應(yīng)急模式。

　　拼接控制器出現(xiàn)故障，能夠通過投影第二輸入接口，繞過拼接控制器直接到達(dá)投影機(jī)，滿足應(yīng)急顯示需求。該容錯(cuò)功能通過遠(yuǎn)程工作站直接控制RGB矩陣、視頻矩陣和投影機(jī)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)一個(gè)投影只能顯示一個(gè)信號(hào)源的信號(hào)，不再進(jìn)行窗口分隔顯示。

　　投影機(jī)故障，當(dāng)投影機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，中間投影機(jī)故障，兩邊結(jié)束邊緣融合狀態(tài)，兩個(gè)投影機(jī)分別顯示兩個(gè)單獨(dú)畫面，信號(hào)采用直通模式，相應(yīng)軟件控制自動(dòng)進(jìn)入該狀態(tài)應(yīng)急模式。當(dāng)兩邊之一投影機(jī)發(fā)生故障，中間投影機(jī)結(jié)束與故障機(jī)邊緣融合狀態(tài)，與正常機(jī)組成1*2邊緣融合拼接，相應(yīng)軟件控制自動(dòng)進(jìn)入該狀態(tài)應(yīng)急模式。

　　圖像拼接控制器軟件部分

　　圖像拼接控制器在整個(gè)控制軟件系統(tǒng)中，主要扮演顯示命令接收、執(zhí)行的角色，根據(jù)接收到的窗口控制命令的不同，大致可以將命令劃分為以下兩種：

　　窗口控制命令：在大屏幕上創(chuàng)建RGB/視頻或無對(duì)象顯示窗口，移動(dòng)RGB/視頻或無對(duì)象顯示窗口、疊加RGB/視頻或無對(duì)象顯示窗口、撤銷RGB/視頻或無對(duì)象顯示窗口等。

　　顯示無縫切換命令：包括兩類顯示無縫切換，一種是不同顯示模式之間的無縫切換，一種是同種模式內(nèi)特定窗口所顯示的RGB/視頻信號(hào)通道之間的無縫切換。

　　硬件底層控制實(shí)現(xiàn)功能

　　通過RS232實(shí)現(xiàn)對(duì)三臺(tái)投影機(jī)的控制，包括投影機(jī)開關(guān)機(jī)，投影機(jī)本身信號(hào)切換(用于備用直通信號(hào)時(shí)使用)，投影機(jī)主要參數(shù)調(diào)節(jié)。

　　通過RS232實(shí)現(xiàn)對(duì)軟邊無縫拼接處理器BlendPRO的控制，實(shí)現(xiàn)無縫拼接安裝調(diào)試。

　　通過RS232和網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)帶無縫切換信號(hào)的拼接控制器控制，包括投拼接控制系統(tǒng)本身準(zhǔn)備信號(hào)的無縫切換，拼接窗口設(shè)定模式控制，各種模式下窗口信號(hào)無縫切換。

　　通過RS232實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)矩陣的控制，包括矩陣的信號(hào)任意選用和調(diào)度，并能隨時(shí)調(diào)用顯示矩陣當(dāng)前狀態(tài)情況。

　　控制界面設(shè)計(jì)概述

　　用戶只需一臺(tái)計(jì)算機(jī)，無須專業(yè)培訓(xùn)，便能夠方便.靈活地控制室內(nèi)所有的投影機(jī)、圖像控制器、矩陣。使用人員無須了解控制設(shè)備的性能原理，而且所有的操作都有圖象反饋，這樣就能實(shí)時(shí)地了解當(dāng)時(shí)的設(shè)備運(yùn)行狀況，確保指令得到執(zhí)行。

　　通過RS232編程對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行程序化控制，對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)編程控制。借助該軟件包開發(fā)編程就可以靈活地對(duì)整個(gè)室內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行及環(huán)境的改變進(jìn)行有序地、協(xié)調(diào)地系統(tǒng)控制。使用者只需在輕輕一按鼠標(biāo)等，所有的設(shè)備運(yùn)行及環(huán)境的改變便按你的意愿改變，所有的控制動(dòng)作有序集成，不必干預(yù)。在使用的過程中還可以對(duì)整個(gè)控制流程及方式進(jìn)行調(diào)整、更改，包括對(duì)觸摸屏的圖案.布局進(jìn)行更改，使系統(tǒng)的運(yùn)行更好地適合你的思維方式和操作習(xí)慣，最大地發(fā)揮系統(tǒng)的整體性能。

　　第一層界面設(shè)計(jì)初步

　　第一層：歡迎界面，下面一條：系統(tǒng)預(yù)置操作、功能操作、過程控制操作、系統(tǒng)退出四個(gè)選擇。

　　在第一層中選系統(tǒng)預(yù)置第二層設(shè)計(jì)初步

　　各種應(yīng)用環(huán)境設(shè)置模式，如操控前、操控中、操控后、平時(shí)維護(hù)、參觀等時(shí)，顯示的各種顯示模式、通道信號(hào)配置、選定流程等等的預(yù)置。

　　在第一層中選功能操作第二層設(shè)計(jì)初步

　　界面上方是三臺(tái)投影機(jī)拼接后常用顯示模式(后續(xù)下拉菜單顯示更多的顯示模式)、界面下方是常用的顯示信號(hào)源(后續(xù)下拉菜單顯示更多的顯示信號(hào)源)。左右兩邊分別是設(shè)備操作條。下面一條：系統(tǒng)預(yù)置操作、過程控制操作、系統(tǒng)退出三個(gè)操作。

　　第三層：

　　投影機(jī)：電源開關(guān);RGB信號(hào)、視頻信號(hào)等、亮度、對(duì)比度、幾何等參數(shù)等等調(diào)節(jié)。

　　顯示模式：顯示模式的設(shè)定，窗口數(shù)量，各窗口位置及大小，屬性等。

　　在第一層中選過程控制操作設(shè)計(jì)初步

　　按照事先設(shè)定的過程控制

　　第二層：

　　程序執(zhí)行、程序設(shè)定

　　一、選第二層程序執(zhí)行

　　上面是該過程控制任務(wù)的名稱，如“某某發(fā)射任務(wù)”

　　中間是：開始、暫停、繼續(xù)

　　下面是顯示程序正在執(zhí)行的步驟，執(zhí)行注解。

　　當(dāng)按下暫停后，下面出現(xiàn)調(diào)用其他功能或程序，調(diào)用完畢后返回繼續(xù)。

　　二、選第二層程序設(shè)定

　　可以按時(shí)間段或觸發(fā)信號(hào)設(shè)定系統(tǒng)操作，并編加執(zhí)行步驟的執(zhí)行注解。

　　在第一層中選系統(tǒng)退出設(shè)計(jì)初步

　　選定系統(tǒng)退出后，系統(tǒng)會(huì)按設(shè)備關(guān)機(jī)程序、各設(shè)備要求順序、延時(shí)要求(如投影燈泡散熱)關(guān)閉，等等。

　　十二、框架方案：

　　1.主體鋼結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)為“開”字形設(shè)防強(qiáng)度為9度，構(gòu)架四周分別與墻面、地面和上層樓面結(jié)構(gòu)用膨脹螺栓固定。

　　2.上橫梁為20號(hào)槽鋼，規(guī)格為200mmX 75mm X 9mm鋼架，用8 號(hào)槽鋼作吊桿與房頂上預(yù)埋75 mmX 75 mm角鋼相連。

　　3.主框架與墻面之間采用10號(hào)槽鋼用厚度為12mmA3鋼板與墻螺栓相連。

　　4.基腳用M16膨脹螺栓和水泥把L75 X 7角鋼框架預(yù)埋在地面，然后整個(gè)框架焊接在預(yù)埋角鋼上。

　　5.所有鋼架安裝焊接完后，處理表面不可有焊渣、焊疤、灰塵、油污、水和毛刺等。

　　6.2個(gè)立柱框架L75 X 7的角鋼和角鋼L50 X 5組成, 并用作檢修樓梯。

　　五.為了讓LED顯示系統(tǒng)與整個(gè)外表相平，上橫梁采用兩根20號(hào)槽鋼預(yù)留尺寸14785 X 900 X 150 mm，其上端與屋頂預(yù)埋件相焊接;同時(shí)為了屏幕和LED的安裝檢修方便，立梁預(yù)留有上人梯步，并設(shè)計(jì)有工作和檢修的平臺(tái)。

　　為了美觀鋼結(jié)構(gòu)外表采用15㎜厚木工板墊底，亞光銀灰雙面4㎜厚鋁塑板貼面。

　　屏幕下口橫梁與地面之間，為了有效利用空間和抗下橫梁變形，特設(shè)計(jì)一 組加強(qiáng)型的鐵皮柜。

　　為了平時(shí)保護(hù)屏幕，設(shè)計(jì)了一個(gè)20米X 8.2米的幕簾。幕簾采用高級(jí)平絨，幕繩用鋼絲繩。鑒于此幕簾太大不便于人工操作，特設(shè)計(jì)為無線電遙控伸縮裝置。

　　為了消防和檢修方便，在大屏的兩側(cè)各設(shè)置了一個(gè)進(jìn)出幕后的防盜門。