室外全彩视频LED显示屏方案

1、室 外 全 彩 色 LED 显 示 屏方 案 上海三思电子工程有限公司II目 录一、概述31.1工程概述31.2系统工作环境31.3系统设计目标41.4设计标准依据4二、系统设计52.1系统功能62.2一般技术说明72.2.1 LED显示屏72.2.2 电气控制系统72.2.3防护措施82.2.4播放控制92.2.5系统提供的输入端口112.3关键技术应用122.3.1色坐标空间变换技术122.3.2快速运动图像补偿技术122.3.3白场色温选择技术122.4.4高速刷新技术132.4.5宽色温调整技术132.4.6自动或手动亮度调节功能142.4.7通信安全技术15三、P12户外全彩屏技术参

2、数表16四、部分同类项目案例介绍17一、概述1.1工程概述室外全彩色LED显示屏系统可以文字、图片、视频等形式播放各种新闻、广告、文艺庆典、通知和标语口号，以视觉的方式向公众传递各种信息。1.2系统工作环境系统中的LED显示屏可在如下环境条件下正常工作：环境温度： -20+60环境湿度：10%95%工作电压：AC380V±15%，50Hz，三相五线制环境风速：40m/s在系统设计中对上述工作环境条件留有适量的冗余。系统可在短时间内在更严格的环境条件下正常工作，例如环境温度偏高、空气湿度偏大、空气中含有少量污染物、可能发生的沙尘暴天气等。在系统设计中已考虑到以下不利于系统设备正常运行的

3、因素，并做合理的防范性设计：a) 尘埃：系统可在相对的尘埃环境中正常工作。b) 盐雾：安装在海边的LED显示屏，在空气中存在盐雾腐蚀性物质的情况下仍可正常工作。c) 植物和菌：系统可在自然界植物或菌类的意外繁殖而造成的环境中正常工作。d) 动物：系统可在昆虫、鸟类、鼠类等动物不慎钻入而造成的环境中正常工作。e) 电磁干扰：系统可在外界一定条件下的电磁干扰环境中正常工作，包括系统附近可能存在的变配电设备、大功率用电设备、无线发射设备、移动式电磁干扰源、电力和通信线缆等造成的磁场变化、寄生感应电流、电磁辐射和静电等。1.3系统设计目标系统在设计过程中将以下因素作为追求目标：a) 实用性：充分考虑客

4、户需求，系统的功能符合用户应用的实际需要，操控方法符合用户的操作习惯。b) 可行性：设计方案适应性好、可操作性强，易于拓展变更，最大限度地满足客户的个性需求。c) 可靠性：系统运行安全、可靠、稳定，并提供优质的售后服务，充分体现系统的使用价值。d) 先进性：拥有国内最强大的LED应用技术研发团队和先进的试验检测设备，充分借鉴、利用国内外最新技术，选择国际国内主流品牌原材料，打造成先进的系统集成。e) 规范性：系统设计符合国家有关的法规和标准。f) 经济性：系统设计和工程施工中的每个细节均从用户角度出发，追求最佳性价比。g) 可拓展和易升级性：全面分析本行业现有技术条件与未来发展趋势，系统设计充

5、分考虑未来一定时期内可能发生的技术扩展和升级，确保用户手中的系统在一定时期内不落后于电子产品技术的快速发展进程。h) 标准化和易维护性：虽然大型综合性系统难以做到系统标准化，但本公司大量采用了零部件或局部标准化设计，使绝大多数主要零部件都具有良好的可互换性能，有利于缩短设计制作周期并有利于日后快速维护。1.4设计标准依据本系统以下列国家标准或行业标准为设计依据：GB/T 2423.1-2001 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A：低温GB/T 2423.2-2001 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验B：高温GB 4943-2001 信息技术设备的安全GB 7251.

6、1-2005 低压成套开关设备和控制设备 第1部分：形式试验和部分形式试验成套设备GB 9254-2008 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法GB 17625.1-2003 电磁兼容 限值 谐波电流发射限值（设备每相输入电流16A）GB 50174-1993 电子计算机机房设计规范SJ/T 11141-2003 LED显示屏通用规范SJ/T 11281-2007 发光二极管（LED）显示屏测试方法二、系统设计2.1系统功能LED显示屏系统以文字、图片、视频等形式播放各种新闻、广告、文艺庆典、视频会议、现场图像、通知和标语口号等，以视觉为主要方式向公众传递各种信息。本系统可以播放预先编制完成

7、并储存于播放计算机硬盘中的节目内容，也可以通过接驳外围音视频设备，播放来自CATV、DV、DVD、VCD、VCR等视频设备的输出信号。播放控制软件可在预先编制好的播放计划表的引导下，按计划有序播出相关的节目内容，无论这些节目内容来自播放计算机硬盘或来自外围音视频设备。如有必要，本系统还可以做到远程控制、播放计算机无人值守并留有播放记录可查。2.2一般技术说明2.2.1 LED显示屏LED显示屏的整屏是由多个显示屏模组以矩阵排列的方式构成。每个模组的箱体由冷轧钢板冲压焊接而成，箱体内装有显示模块、开关电源、控制板、接线端子等部件，是一个可以独立运行的小型显示屏。这种标准模块化的显示屏模组便于整屏

8、的制作、运输、安装和维护。本公司设计生产的标准系列化显示屏模组可根据用户需求备有多种规格可选。在出厂前经过老化、校正，并经过严格的冲水试验，其防护等级均达到IP65以上。显示屏模组牢固可靠地安装于钢结构背架上。整屏的非显示面均设计有外装饰包边，除了满足整屏防护要求外，也与所处的环境融为一体，体现现代化都市建筑的风采。2.2.2 电气控制系统为进一步提高系统的智能化管理水平、方便用户使用，本公司自主开发“显示屏智能上电系统”。通过该系统可实现LED显示屏远程控制上电，可设定定时自动开、关显示屏电源。此外，对大型显示屏可采用“分步加电”的上电方式，避免显示屏负载对外部电网的瞬间大电流冲击。因LED

9、显示屏是一种较大的用电设备，配备一套安全可靠的电气控制设备是使LED显示屏安全可靠工作的重要条件。本公司专为LED显示屏开发，并拥有自主知识产权的SS-DKXL系列专用电气柜包含上述全部功能，并通过国家强制性产品认证（3C认证）。SS-DKXL电气柜可根据负载电流的大小有4档规格可选。电气柜内装有PLC模块，提供远程控制功能，既可以在电气柜操作面板上使用按钮制作，也可以实现远程控制，切换方便。电气柜操作面板上有直观的分路电流、电压指示。电气柜提供多种保护功能（含电气防雷），可有效保护负载。电气柜还提供了紧急停止功能，在十分危急的情况下，一拍即停。2.2.3防护措施本项目为室外项目，LED显示屏

10、长期工作于室外环境。在设计中对LED显示屏的防护采取如下措施。 防水为使LED显示屏正常运行，设计中需十分重视雨水和其它形式的滴水、溅水等渗漏至显示屏内部，造成不必要的故障。显示模块是安装在显示屏正面的、暴露在外的发光部件。显示模块的基础件是焊有LED和驱动电路的印刷电路板，安装在一个由工程塑料制成的壳体内。其正面经过灌胶密封工艺处理并装有面罩，背面与机箱连接时，采用防水橡胶密封圈密封。这种室外型显示模块的制作工艺技术已经非常成熟，大量应用于室外LED显示屏项目中。显示模组的机箱在设计时也对其防水性能进行了充分考虑，采用了多种防水密封措施，装配结束后经过严格冲水测试，保证正常使用。 防潮湿显示

11、模组中的各种印刷电路板（含灯板、控制板、开关电源和其它部件中的印刷电路板）均进行三防涂料喷涂处理。本公司使用的三防涂料来源于上海船舶运输研究所的技术，按远洋船舶电子仪器的三防标准配置喷涂材料、制订喷涂工艺，防止显示屏中的各种印刷线路板和板上的元器件受潮霉变。 防腐蚀本系统中所有的标准紧固件（含安装在模组箱体内部的）均选用镀锌产品，防止锈蚀。金属结构件焊接加工后，必须在其表面进行二次覆盖涂层防腐。本系统中的金属结构件在加工制作完成后均做防锈处理，经过酸洗、磷化后先刷防锈漆再喷涂面漆。机箱等薄板结构件均做表面喷塑，以提高防锈能力并保持其外观整洁。 防风、抗震及其它LED显示屏采用钢架结构，螺栓或焊

12、接方式联接，整体结构刚性优良，系统整体安全、稳定、可靠。钢结构的应力计算按40m/s风速和当地抗震要求计算，安全系数均高于常规设计标准，保证在当地可能遇到的恶劣气象条件下不被破坏，变形量小于2mm。本公司在大型LED显示屏项目中所选用的柱梁材料均为名牌优质产品，采购渠道稳定，材料质量有十分可靠的保证。LED显示屏既要有可靠的安全防范措施，又要具备维护急修人员操作的方便性。本公司在设计过程中均作安全防范和方便维修的双重考虑。2.2.4播放控制 播放控制软件本公司的LED显示屏系统使用本公司自行开发设计的播放控制软件。这套软件包含：安装在播放计算机上的播放软件xMedia Server；安装在播放

13、编辑计算机上的播放计划表编辑软件xMedia；安装在控制计算机上的S系列LED显示屏控制软件包。（注意：播放计算机、编辑计算机和控制计算机可以配备3台或多台计算机分别承担，也可以合并成2台或1台综合配备。计算机的配备需视计算机硬件资源、负载大小和错时使用情况定。本项目的计算机配备请以报价表为准。） 播放计划表的编制用户可以使用各种优秀的第三方专业软件编辑播放节目素材并存放于编辑计算机硬盘中供调用，也可以直接在xMedia中编辑较为简单的播放节目素材，还可以直接调用外围音视频系统设备提供的视频源信号作为播放节目素材。这些播放节目素材必须根据播放的需要有序整合，形成播放计划表，供播放计算机按计划自

14、动播放。xMedia的作用就是完成播放节目素材的整理、编排和计划设计。编辑完成后的播放计划表及相关的播放节目素材由xMedia控制，通过编辑计算机的网口准确传送到播放计算机才能进行有序的实时播放。在编辑播放计划表时，xMedia提供多种播出方式和特技供选择，如：换幅、展开、移动、空间转换、文字叠盖、画面单/多行平移、单/多行上/下移、左/右拉、上/下拉、翻页、移动、旋转、缩小、放大、闪烁、开窗和滚动等方式，显示停留时间可以任意调节。xMedia支持常见的图片格式和标准视频编码技术，支持Windows操作系统中安装的多种中、英文字体、字型，并可扩充支持多种语言系统。 按播放计划表实现播放播放计算

15、机是一台高配置的多媒体计算机。播放计算机中的xMedia Server运行后，会自动按照播放计划表的编排调用播放节目内容，通过播放计算机显示卡提供的DVI数字视频信号输出端口，向显示屏控制器传送实时播放信号。xMedia Server采用了计算机显示器的区域映射技术，即在播放计算机显示器上定义一个区域，该区域的大小与LED显示屏的解析度相同（行和列的像素点数相同）。将这个定义好的区域的实时显示信号发送到显示屏控制器，在LED显示屏上同步显示。xMedia Server可以在LED显示屏上显示一个播放节目，也可以开设多窗口同时显示不同类型的播放节目，如文字、图片、视频节目等，可任意编排。xMed

16、ia Server会按照当前的播放计划表自动循环播放。当更新了播放计划表和播放节目素材后，xMedia Server会自动按照新的播放计划表执行播放。同时xMedia Server还具备处理紧急插播等功能。xMedia Server还可以根据需要提供播放记录供查询。正因为xMedia Server支持远程传送数据并可以自动运行，且播放计算机可以支持远程登录，所以播放计算机可以实现无人值守，包括可以定时唤醒开机。 系统的控制S系列软件安装于控制计算机上，它包含多个LED显示屏专业控制、监测和调试软件，对整个系统的参数设置、实时监控、故障查找和运行协调起着关键性作用。本公司独特的显示屏亮度、色度逐

17、点校正技术即通过这套软件来实现。控制计算机通过网络与其它计算机协同控制LED显示屏，通过RS232串口与显示屏控制器、外围音视频设备、电气柜等连接以实现实时控制。室外LED显示屏屏体中均装有检测设备，检测数据可以通过控制系统回传给控制计算机，在控制计算机显示器上给出提示或由控制软件自动给出应对指令。例如，亮度检测器可以实时检测环境亮度并将检测数据回传。控制软件会根据检测数据自动向显示屏控制器给出应对指令，要求调整整屏的亮度以适应环境亮度，使LED显示屏的视觉效果达到最佳。2.2.5系统提供的输入端口LED显示屏的播放内容主要来自于播放计算机和外围音视频设备，而外围音视频设备的音视频输出信号必须

18、接入系统才能在LED显示屏上实现播放。因此系统需要提供各种音视频输入端口以满足使用需求。在本系统中配备了视频处理器和音视频切换矩阵等设备。它们所能提供的输入端口主要有：VGA、DVI、CVBS、RCA、S-VIDEO、YPbPr、YCbCr、HDMI等各种主流视频输入端口。在音视频切换矩阵上也同时提供了音频输入端口，可与外部音频源连接并可输出到功放和音箱上，做到声像同步。本系统中配备的外围音视频设备可以接收常见的VCR、VCD、LD、DVD、DC、DV、CATV等各种视频设备的视频输出信号，并可以支持PAL、NTSC和SECAM视频制式。2.3关键技术应用2.3.1色坐标空间变换技术在LED显

19、示屏中，像素为可控制的最小显示单元，每个像素中又包括红、绿、蓝三种颜色的发光二极管。LED显示屏的显示方式采用每个像素与视频源对应像素建立映射关系的原理，即LED显示屏中的一个像素点对应着视频源的一个像素点。根据光学三基色原理，将来自视频源上每一像素的实时状态分解为红、绿、蓝三种信号，经过系统处理后，传递到LED显示屏幕上对应的像素单元中，分别驱动相应颜色的发光二极管，即实现了视频源在LED显示屏上的映射。本公司在设计中使用高速图像处理电路实现色坐标变换技术，通过硬件同步转换而使LED显示屏的画面色彩更加接近真实。2.3.2快速运动图像补偿技术一般的视频信号源是采用隔行扫描的方式，而LED显示

20、屏则是按逐行扫描方式显示的。在从隔行扫描向逐行扫描转换中，对静止画面和运动画面应采取不同处理方法才能既保证静止画面的清晰度，又能去除运动画面的拉毛现象。本公司运用国际上最新的智能动态侦测法，对每一帧图像进行实时检测，识别出每一帧画面是静止图像还是运动图像，然后运用不同的数学模型进行实时处理，确保静态画面和动态画面均处于最佳状态。2.3.3白场色温选择技术按照人眼的视觉特性，在不同的环境照度下人们喜欢不同色温的图像。本公司的控制技术根据这一特点，在环境亮度变化时不仅可以自动调整显示屏亮度，而且显示屏色温也可自动随之变化，以符合人眼视觉特性的要求。白场色温与RGB亮度关系如下：根据色度学原理，在“

21、RGB”和“XYZ”计色系统中配色方程为F=R（R）+G（G）+B（B）= X（X）+Y（Y）+Z（Z）x，y，z为色度坐标，其中：x=X/X+Y+Zy=Y/X+Y+Zz=Z/X+Y+Z通过色度分析仪精确地测量出每一种基色LED的色度坐标并选定白场色温后，通过亮度方程得到三基色的亮度配比，使显示屏在各种环境下均达到人眼最舒适白场色温。2.3.4高速刷新技术LED与CRT的光电特性不同，CRT中的荧光粉在电子束的轰击下有一个较长时间的余辉，而LED的电光响应速度特别快，可以达到纳秒级。因此，LED显示屏对刷新频率的要求比CRT显示器要高得多。本公司设计的LED显示屏整屏画面的刷新频率达到300帧

22、/秒以上，换帧频率达到60帧/秒以上，整个画面不存在抖动、水波纹、频闪等不良现象。观看者可以长时间舒适地观看LED显示屏的播出而没有疲劳感。2.3.5宽色温调整技术色温调整是现代电子显示设备的基本功能。LED显示屏在不同的环境条件下需要调整色温，一些用户为了得到喜爱的色彩也喜欢自行选择色温。本公司使用控制软件可随时调整LED显示屏整屏的色温，色温调整范围可从3500K直至10000K。2.3.6自动或手动亮度调节功能检测系统中带有光敏传感器，可以测得当时的环境亮度。系统在缺省方式下，自动根据这一测得的亮度值调节显示屏的亮度，使之最适合人的视觉观察。也可通过通信命令切换到手动设置亮度。如果检测系统中的光敏传感器发生故障或有特殊需要，上位机可发送通信命令，将显示屏的亮度设置方式从自动改为手动，并指定亮度值。2.3.7通信安全技术LED显示屏面向公众，在系统连接中采用了不同形式的远程网络控制，有些项目的远程网络连接甚至会利用开放式的公网进行，因此网络通信安全问题显得十分重要。本公司对承担重要数据传送的网络安全问题非常重视，专门研究了控制系统的通信协议、防火墙、应答校验、播放内容校验等课题，开发设计出相应的硬件和软件应用于本项目中，将可能发生的因网络入侵和病毒危害而引起的严重风险降至最低。三、P12户外全彩屏