蓝普：高清小间距LED显示屏在应急指挥中心的应用

　　2012年10月，我们在湖北京珠高速监控指挥中心成功安装了一块2.5mm点间距的LED显示屏，显示尺寸为19.2米长×6米高，面积达115.2㎡，像素点高达7680×2400。该屏是目前已知最大的监控中心高密度小间距LED无缝拼接屏，开创了室内小间距高清LED大屏幕用用的新时代。

　　一、应急指挥中心的需求

　　城市应急指挥中心是提高政府保障公共安全和处置突发公共事件的能力的重要设施。应急指挥中心核心为指挥大厅，一般面积在500至1000多平方米，在遇到重特大突发公共事件，需要开展应急联动处置时，相关应急联动单位可以立即进驻应急联动指挥大厅，开展工作，上级首长可开展临场指挥。美国911事件，及北京7.21暴雨的应急处理，都无不体现城市应急指挥中心的重要性。应急指挥中心最核心的设备就是大屏幕显示墙，使用时所有人目光的焦点都集中在大屏幕显示墙显示的内容上，因此，大屏幕显示墙对于应急指挥中心的功效有举足轻重的地位，要求必须是高清全彩显示屏，能显示各种图文、视频信息，具备单体单元显示和群体拼装显示功能，满足应急指挥中心不同功能对显示屏的使用需求。

　　二、大屏幕显示墙的各种解决方案

　　过去，通常大屏幕显示墙都使用投影显示，投影又分正投(或称前投影)和背投，正投就是正面的投影，用投影机将影像投影在大屏幕上，类似于放电影。背投一般是由很多一平米见方的小投影机组成大的电视拼墙，近几年又有采用专业液晶显示器组成拼墙，实现大屏幕显示。以往的这几类显示模式都不可避免的存在一些遗憾：

　　1、 正投，正投就是正面投影，类似于放电影。正投的好处是安装简单、画面完整。但问题是分辨率低，亮度也低，也不可能分割成小屏幕使用，所以只适合播放一个画面，画面越大效果越差，现在一般除军方一些部门外已很少使用;

　　2、背投，好处是每个小的屏幕都是高清画面，但问题是拼接成大屏幕有接缝。并且由于灯泡的亮度不可能一致从而使得每个屏幕亮度不一致，事实上同一个屏不同位置的亮度都不一致，不同角度看亮度也不一致，所以组成大屏显示一个画面时呈现明显的不均匀板块(如图1)。背投现在普遍采用DLP技术，而DLP则是美国德州仪器的独家专利，国产化存在很大技术瓶颈。另一个重要问题是散热，目前大部分投影机使用金属卤素灯，在点亮状态时，灯泡内气体压力大于10kg/cm2(即10个大气压)，温度则有上千度，灯丝处于半熔状态，灯泡极易损坏甚至爆炸，寿命一般在2000小时以内。一年光灯泡的更换费用就高达几千块每块屏，一个幕墙加起少则几万，多则十几万，几年下来，其费用惊人。投影机内部也会产生很高的温度，长时间工作投影机的使用寿命会大大缩短，投影机采用散热风扇来排除热量时也有一定的噪音产生。

图1

　　3、专业液晶显示器，亮度达到一般背投的三倍，均匀度也明显提高，但问题是拼接边框宽度最小也有7mm左右，又远大于背投显示器，使得组成大屏显示一个画面时画面有非常令人不快的黑色格子(如图2)，十分影响画面质量。类似液晶显示器的还有等离子(PDP)拼接幕墙，效果优于液晶显示器，但其价格较高，一般一平方米价格高达十几万，比液晶拼接幕墙贵。为了避开拼接边框，画面的处理也有两种不同的方式，一种是保持画面整体不变，看上去感觉就像在一张照片上画了格子一样，格子下的图像被挡住了(如图3b)。但要达到这样的效果在拼接器上处理却很复杂，要求在每个显示器上四周都要丢掉相应的几列和几排数据点，这样虽然画面整体完整了，但显示静态大画面时格子下的图像看不见，如果刚好是文字那就会严重影响观看效果，因为液晶屏点间距一般都小于1mm，7mm的拼接缝会丢失十几个点。因此现在通常使用的方法是不丢失数据，让全部图像都显示，这样拼接器处理也简单，但整体尺寸会变大，每块小屏之间有被拉开的感觉(如图3c)，这样也会影响画面的整体感，特别是显示动态画面时，如果显示一辆车在画面上移动，当车经过拼接缝时会看到是跳过去的感觉，这也很影响观看效果。

图2

　　图3 (a) (b) (c)

　　4、 随着LED大屏幕显示器点间距的不断缩小、分辨率的不断提高，已经开始全面替代传统的大屏幕显示墙。LED大屏幕图像完整没有拼缝(严格说是肉眼几乎看不见拼缝)，尺寸大小不受限制，各部分亮度高度一致性，图像层次丰富，色彩均匀，无论分屏显示还是组合成一块大屏显示都极尽完美，显示效果明显高于传统显示方式。

　　三、大屏幕需要多高的点间距

　　LED大屏幕是由一颗颗独立的LED发光点组成的，仔细看其实每个发光点内部又有红绿蓝三颗LED组成。以前由于技术限制，LED屏的点间距通常都大于10mm，大量应用于室外大屏幕。例如著名的天安门广场两块巨型LED显示屏采用的就是12 mm的点间距。但随着LED技术的突飞猛进发展，LED屏的点间距也越做越小，逐渐进入室内显示屏领域。

　　LED大屏幕是否有足够小的点间距满足指挥中心的需要?这是业界特别是用户关心的重点。

　　LED显示屏的点间距是这样定义的，相邻两个像素点的中心点之间的距离，我们称之为点间距(见图)。　　

图4

　　显示屏的点间距并不是越小越好，需要多小的点间距取决于在多远的距离观看。杂志上多精美的图片也是由一个个小的像素点组成的，事实上，人眼的分辨值是有限度的，只要图像像素的间距小于人眼在观察距离的最小分辨值，就是可以接受的。

　　每个人的视力都是不一样的，那人眼的最小分辨值该如何计算呢?我们可以从国家颁布的视力表上寻找答案。医学研究表明，人眼的分辨极限角为一分，当物体对人眼的视角小于1′时，人对物体的细节就不能分辨，看起来就是一点，这时物体在视网膜上的像刚好是一个感光细胞的大小。新版国家标准——标准对数视力表【GB 11533-2011】正就是基于这个原理设计的。标准中有相关条文“规定能分辨1′视角的视力为正常视力标准，记为5分，即5.0，相当于小数记录的1.0视力” (见图5)。 视力表采用三划等长的正方形E形视标，其每一笔划或空隙均为正方形的五分之一(见图6)。

图5 图6

　　视力表测试距离为5米，视力表上1.0的E字边长为7.27mm，这样在5米远看每条黑线的视角就正好是1′视角。而两条黑横线中点之间的距离为7.27/5×2=2.9mm，按照LED显示屏的表述方法，2.9mm就是正常视力在5米远的最小点间距。视力表上的E字边长是按等比例缩小的，2.0的E字边长正好为1.0E字边长的一半，为3.64mm，对应两条横线中点之间的距离为1.45mm。

　　根据以上原理，我们可以较为合理的设计LED显示屏的点间距，一般主要用于在5米以外观看的大屏幕点间距采用2.5mm已经足够精细，而需要5米内2米外观看时，最佳的点间距1.5mm也足够。

　　湖北京珠高速监控指挥中心这块LED显示屏，点间距就是采用2.5mm，完全可以满足室内精细显示的需要。正常视力在5米远就几乎看不出像素点。

　　四、产品主要性能特点

　　1、产品所用关键性技术处理

　　包括逐点亮度色度可调技术、多媒体控制技术、视频处理技术、色温处理、对比度处理、亮度调节、白平衡控制、超大规模集成电路技术、恒流源技术、灰度控制技术、马赛克处理。

　　2、产品优势

　　运用在计算机控制下的表贴技术，对电路板表面的元器件进行全自动组装，此表贴LED没有管腿而是采用焊盘。印制板正面贴装表贴LED，背面贴装IC、电阻、电容等驱动器件，可避免大量接插件、连接件，大大提高整个系统稳定性，由于SMD全自动化的封装形式，每个SMD的都有独立的散热基座，这种显示屏可以做到较高亮度。此外该产品还具有如下优势：

　　1)分光分色较好、色匀性较好，且颜色饱和度高;

　　2)可实行单灯维修，维修方式简单;

　　3)功耗小、散热快，屏体使用寿命长，产品故障返修率低、可靠性高;

　　4)屏体表面有面罩保护，使整个屏体达到防尘，防直接与发光晶片的碰撞，并能达到保护晶片的效果;

　　5)工艺更成熟,可靠性更高,平整度更高，基本上不会出现虚焊和人为失误;

　　6)混色效果、色平衡一致性更加良好，无论是图象还是文字、视频,均有非常清晰、细腻、逼真的显示效果。

　　7)动态节能降耗，采用独特的高效发光芯片和节能驱动IC结合的双效节能技术，从根本上解决产品的峰值用电能耗，帮助客户实现高能效的电能利用。实时动态的用电技术，大大节约了拼接墙连续使用时的用电能耗，工作状态实测功耗仅为50W/平米。

　　3、产品质量可靠性及性能稳定性

　　显示屏系统的各组成部分在设计、制造、施工过程中，严格参照与之相关的各项国际标准、国家标准、行业标准、进行规范化并结合公司先进的生产设备和生产工艺设计和施工，确保了系统的先进性、实用性和可靠性。

　　五、产品结构

　　整个LED大屏由720块箱体组成，每个箱体尺寸为400mm×400mm,分辨率为160×160，产品具有如下特点：

　　1、超薄：屏体最薄位置处仅10mm;最厚仅67mm ，是目前市场上最薄的成熟产品。

　　2、超轻：屏体最轻，单箱体重量4.2--4.3KG。

　　3、独特的散热设计：铝板结构，通体导热散热，侧翼后壳散热，手摸几乎无发热感，整个大屏无需另外设计降温装置。

　　4、高精度单元衔接工艺：工艺误差弥补技术，实现单元完美对接。从正面看不见拼接缝。

　　5、高精度底壳设计 ：底壳铝板为精密加工，加上特殊设计的拼接件，解决模组与铝板结构间隙可能产生的平整度问题 ，易操作，便于安装及维护。

六、箱体外观

图7图8

　　七、核心组件—LED表贴灯介绍

　　本项目所有表贴灯均采用台湾晶元红、绿、蓝高亮度芯片，表贴三合一全彩屏LED灯技术参数指标如下：

　　表2

　　八、屏体技术参数介绍

　　九、工程简介

　　工程地点：湖北省武汉市

　　工程名称：湖北省高速公路应急指挥中心改扩建工程(机电工程)项目。

　　本项目属于湖北省“十二五”交通运输信息化重大工程建设项目《湖北省交通运输安全畅通与应急处置系统》的子系统，建立湖北省高速公路应急指挥系统，旨在应用智能化传感技术，开发联网监控软件，整合高速公路视频监控系统信息资源，整合公安气象部门信息资源，实现对重要路段、特大桥梁、长大隧道、大型互通、收费站及服务场所的实时监控和信息发布。建设全省高速公路联网监控中心，构建多方联动、业务协同、反应迅速的高速公路应急指挥系统。

　　建设单位：湖北省交通运输厅京珠高速公路管理处

　　设计单位：交通运输部公路科学研究院

　　施工单位：深圳蓝普科技有限公司

　　工程总工期：60日历天，于2012年8月20日开工，2012年10月20号完工。

　　工程范围：本次工程为系统集成系统工程，包括五个项目：LED大屏显示系统、视频会议系统、应急指挥席系统、声音音响系统、中央控制系统。

　　工程平面图：

　　图9

　　工程立面图：

　　图10

　　本项目LED屏幕宽19.2米，高6米;大厅宽28米，高10米。二楼领导席距大屏幕最近处为18米，大厅一楼为工作人员席位，一楼后部跃层为记者席。由于采用超薄LED箱体，显示屏正面距后墙总厚度仅为0.945米。内部设3层马道，共分4层，每层有爬梯相连，方便维修。

　　设备连接图：

　　图11

　　本项目LED大屏幕总分辨率为7680×2400，像素点高达18,432,000粒。整块大屏由 48列×15行共720块箱体组成。控制连接又划分成6列×3行共18个区域，其中上面两行12个区域分辨率均为1280×960，每个区域由8列×6行共48块箱体组成;下面一行6个区域分辨率均为1280×480，每个区域由8列×3行共24块箱体组成。每个区域由一个集群式云播放视频管理控制器驱动，共用了18台控制器，每个控制器的最大分辨率为1280×1024。18台视频管理控制器前端连接一台图像管理工作站，图像管理工作站可以同时输入60路监控视频信号，并具备图像拼接、漫游、画中画功能。图像管理工作站的前端通过视频矩阵，实际具备处理上千路监控视频信号的能力。

　　实景：

　　图12

　　图13

　　十、结束语

　　湖北京珠高速监控指挥中心LED显示屏项目的成功，标志了LED大屏幕全面替代传统的大屏幕显示墙时代的到来。

　　LED显示屏还可广泛应用于：电力生产调度控制中心， 军事指挥控制中心， 城市管理应急指挥中心， 交通管理指挥中心， 工业流程控制显示系统， 广播电视显示及监控系统， 商场、酒店、通讯信息显示系统， 金融证券信息显示系统， 政府企业多媒体视频会议显示系统， 矿业安全生产监控系统， 城市环境监控指挥系统， 消防、气象、海事防汛指挥系统， 机场、地铁航班显示、行李、安全监控系统， 剧院、媒体广告、展览显示系统， 品牌专卖店形象展示系统， 演唱会，显示设备租赁等广泛领域。

　　作者简介：周生力 高级工程师，深圳蓝普科技有限公司研究院院长，资深LED专家，多次主持国家“863”项目及“十二五”科技重大项目, 曾担任过天安门广场LED巨型显示屏总包方技术总负责人。