8大屏幕显示技术.

1第8章大屏幕显示技术2/978.1大屏幕显示技术8.1.1大屏幕显示技术概述8.1.2被动发光型大屏幕显示系统8.1.3主动发光型大屏幕显示8.1.4投影型大屏幕显示系统8.2HDTV多媒体大屏幕显示墙8.2.1HDTV多媒体大屏幕显示墙组成8.2.2HDTV多媒体大屏幕显示墙的关键技术8.2.3HDTV多媒体大屏幕显示墙功能习题八第8章大屏幕显示技术3/978.1大屏幕显示技术8.1.1大屏幕显示技术概述所谓大屏幕，一般相对使用环境（居室、大厅、广场等）而言，从对角线30英寸（76cm）到目前已实现的2000英寸（50m）不等，并无绝对标准。而且，随着时代的进步，其最大尺寸也无上限。本章所说的大屏幕泛指屏幕尺寸在1～4m2的显示器，4m2以上的称为超大屏幕。大屏幕显示兼有大型、彩色、动画的优势，具有引人注目的效果，信息量也比普通广告牌大得多，作为多媒体终端系统，其作用不可替代，其市场前景不可估量。大屏幕数字拼接板系统可以将各类计算机信号、视频信号在大屏幕数字拼接板上显示，形成一套功能完善、技术先进的信息显示管理控制系统，完全可以满足指挥控制中心、调度中心、监控中心、会议中心、竞技场馆、多媒体教室、道路交通信息显示等场合实时、多画面显示的需要。4/97实现大屏幕显示有两种途径：一种途径是采用单元显示器件按矩阵排布，构成大屏幕显示；另一种途径是将直视型或背投式显示器按纵、横矩阵排列，构成多影像（multi-vision）系统，或称“电视拼接墙”，简称“电视墙”。5/97大屏幕图像显示方式很多，总体分为电子式和机械式，电子式又分为直观型、投影型及空间成像型，机械式又分为回转型、磁场型及开闭型，如图8.1所示。能够实现大屏幕图像显示的技术手段也很多，如前面几章提到的CRT、PDP、LCD、LED、LDT技术等等。6/97现代显示技术第8章大屏幕显示技术图8.1大屏幕图像显示技术7/97对大屏幕显示系统的主要要求：（1）图像亮度在大屏幕显示中，要求图像要有足够高的亮度。由于所要显示的图像是供许多人观看，如果亮度不高，致使坐在较远距离处的观众就看不清楚；反之，图像清晰、层次分明，优美逼真。（2）保证足够的图像对比度和灰度等级。一般大屏幕显示器应有30︰1的对比度。8/97在显示技术中，通常把数字、字母、汉字及特殊的符号统称为字符；而把机械零件、黑白线条、图形则称为图形。显示字符、图形、表格曲线时对灰度没有具体要求，只要求有较高的对比度即可，而对图像则要求有一定的灰度等级。灰度级别越多，图像层次越分明，图像越柔和，看起来越舒服。（3）清晰度清晰度一般常用分辨力来表示。分辨力越高，大屏幕图像就越清晰。9/978.1.2被动发光型大屏幕显示系统由于是被动发光，无外光源则不能看到显示内容。对于室外应用，白天靠太阳光，夜间需要人工照明。被动发光型显示系统的特征是显示发光不需要能量，而且几乎所有的被动发光型大屏幕显示均具有存储性，仅在显示内容更新时才消耗电力，维持显示内容无功耗。10/97因此，对于广告、消息发布等显示内容更新频率低的场合，总功耗非常低。这是被动发光型大屏幕显示的突出优点。从多色性角度看，磁反转型占优势；从高分辨率角度看，磁泳成像占优势。1.磁反转型：早期采用的基本元件是借助电场力，使被磁化的平板发生反转来实现平板正面和反面内容的二值显示元件。将大量的这种基本元件按矩阵排列，即可构成大型显示屏。在交通信息显示、商业广告、消息发布等显示内容更换频率不太高的场合广泛使用。开始只能2色显示，目前已有多色显示的制品。2.磁泳成像显示（MagnetoPhotoDisplay，MPD）是将磁铁矿石等黑色磁性微粒子混入乳白色液体中构成分散系，将其封入透明基板之间构成的显示板，目前已有大型显示装置面世。例如，在133.5cm×75cm的显示板表面，设置由电磁铁并排构成的磁头，对显示面进行扫描，对各个显示点施加磁力进行显示。由于保持显示内容不需要能量，元件单价仅为LED的1/40，与大型LED显示器相比，价格约为其1/10。可显示精细的（点距为1.3mm）文字、图像等，也可以进行重写显示。采用有源矩阵驱动，还能进行动态显示。由于是反射型，可作为室内外电子广告牌。11/973.静电吸引型静电吸引方式显示器是依靠静电力对箔的吸引，使其变换位置或变形等，从而改变其对光的反射性，由此进行显示的方式。静电吸引方式又分为箔吸引型、箔变形等几种类型。12/97箔吸引型显示（DyeFoilDisplay，DFD）的原理如图8.2所示。在显示盒中注满着色的绝缘液体，将右侧隔离环固定的金属箔浸渍在绝缘液体中，金属箔与背面电极相连。由于金属箔与表面电极间形成电容，会受到吸引力和恢复力的作用，其结果使金属箔靠近表面电极而显示明色。DFD的优点是具有明显的阈值特性，这是因为电压断开时金属箔被固定在背面电极上，只有当所加电压值达到一定的大小，表面电极对金属箔的吸引力超过其应变恢复力时，箔才发生靠近表面电极的移动。显示用的金属箔多采用光刻法一次制成。13/97图8.2箔吸引型显示原理14/978.1.3主动发光型大屏幕显示主动发光型大屏幕显示的方式很多，以下讲述LED、小型CRT、放电管以及电视拼接墙系统等。1.LED方式LED电子显示屏以低功耗、长寿命、高可靠、高亮度、控制灵活等独特优势而深受用户欢迎，被广泛用于银行、证券、体育场馆、商场、机场、港口及城市交通等各行业。LED显示屏已成为当今信息时代的最佳信息显示媒体之一。15/97LED电子显示屏一般具有以下特点：①系统设计模块化。将电路设计按功能划分为不同的模块，模块与模块之间只需要极少的连接，极大地提高了系统的稳定性和可靠性。具有良好的通用性、互换性，便于大规模生产、制造、安装、调试、维修、维护。使显示屏的制作更加系统化、标准化。②控制系统技术先进。显示系统的核心部件全部采用超大规模集成电路，系统集成度极高，使控制功能大大增强，可靠性、安全性、灵活性大大提高。16/97③显示屏信息可长距离传输。采用RS-232/422/485标准接口设计，极大地提高了信息远距离传送的抗干扰能力，使显示屏更易于远距离控制。在无中继条件下，单色屏、彩色屏最大通信距离可达500m，彩色屏最大通信距离可达300m。可抗击15kV的静电压冲击。④开放式软件。显示屏使用Windows系列操作系统作为应用平台。用户既可自行编制显示屏播放程序或专用程序，更可随心所欲使用市场上流行的各类优秀的图形、图像、动画、视频制作软件来任意编排制作播出节目，真正实现了开放式软件结构。17/97⑤可视性好、寿命长。LED发光管管芯，发光亮度高、色彩鲜艳、视角宽、无拉丝闪烁现象，使用寿命长，大于10万小时。⑥安装使用简便。采用标准化模块显示单元，可根据应用要求任意组装成所需的尺寸，便于使用、安装和维护。⑦显示方式多样化。可根据应用要求，先是各类图案，具有上下移动、左右移动、横开纵开、瀑布现实、快速切换，图文、动画、视频播放多种控制方式。18/97选用LED电子显示屏的主要依据如下：（1）显示信息类型：图形文字、动画视频等。（2）显示信息方式：瞬间、展开、滚动、项次等近20种方式。（3）发光点阵类型：Φ5mm、Φ3.7mm。（4）发光点阵颜色：单红或红绿双基色或全彩色。（5）信息发送方式：微机RS-232/422/485接口发送、VGA同步。19/972.小型CRT方式将许多平面电子束小型CRT按马赛克形式布置成显示屏，用于室外动态画面以及情报信息的大屏幕显示。小型CRT的直径有20mm、28mm、34mm等不同规格，目前采用新型电极结构，像素节距减小到7.5mm。显示屏因场合、距离要求而异。20/973.放电管方式广场、大街、大型建筑物壁面等设置的宣传广告牌，在晴天太阳的直射下要求在50m以内也能鲜明可见。一般表面对太阳光的反射辉度与太阳的高度有关，最大可达1000cd/m2。这时为了获得即使是5︰1的对比度，要求白色画面辉度也必须在5000cd/m2以上，对于此类应用只能采用放电管方式。21/974.直观型大画面显示直观型大画面显示与前面讲述的将大量发光元件按矩阵排布而构成的大屏幕显示器不同，采用大屏幕拼接墙技术。该技术可以将各类计算机信号、视频信号在大屏幕拼接墙上显示，形成一套功能完善、技术先进的信息显示管理控制系统，为用户提供一个交互式的人机界面，满足工矿企业指挥控制中心、调度中心、监控中心等实时、多画面显示需要。22/97大屏幕显示墙（早期称电视墙）是由多个电视机以矩阵排列（如2×2、3×3）组成一个大显示屏，每个子屏幕显示大图像的一部分，共同显示一个大的图像，因大如墙壁，故称显示墙。23/9710多年前，显示墙刚出现时，只显示电视信号，称为电视墙（videowall）；后来发展到能显示计算机数据及图形，称为数据墙（datawall）；近几年发展到显示多种媒体的信号，称多媒体显示墙（MultimediaDisplayWall，MDW）；把HDTV、PAL和NTSC制普通电视以及计算机的VGA、SVGA、XGA等全在一个大屏幕上显示，称为“HDTV多媒体大屏幕显示墙”。24/97大屏幕显示墙技术近年来发展很快，社会需求量越来越大，它的图像面积大、亮度大、对比度好、彩色鲜艳、临场感特别强，广泛应用于展览大厅、科学报告厅、车站、机场候机厅、商场、大厦、歌厅、政府机构及各部门的监控单位。25/97（1）CRT电视墙CRT电视墙是应用最早的一种显示技术。CRT显示器显示的图像色彩较好，还原性不错，具有较强的几何失真调整能力，缺点是亮度较低、操作复杂、体积庞大、拼缝大、对安装环境要求较高，并且难以做到4m2以上的显示面积。CRT技术属于早期的模拟技术，几年前就已经退出了主流的拼接板市场。26/97（2）PDP数据墙PDP器件是一种全新的显示器件，它装有成千上万个密封低压玻璃管，管内充有以氖为主体的混合气体。每个玻璃管的背后都有红、绿、蓝三色磷光体，当玻璃管中的气体被激活后会发出紫外光，被紫外光投射到的磷光体产生可见光。可见，等离子平面显示器是由许多独立光源自行显示，整体构成图像的。因此，它较其它显示技术有着不可替代的优点：适合于大画面显示，且屏幕越大图像越清晰；属主动发光型器件，亮度高，对比度强，观看距离远。27/97（3）LCD数据墙LCD作为成熟的第二代显示技术，拥有清晰图像、艳丽画面、低耗能、高寿命的特点；但LCD数据墙也因为光效率低、拼接缝隙过大，长期使用衰减严重的原因而与DLP背投、PDP数据墙三分天下。28/97图8.5三星电子的LCD数据墙29/97CRT拼接显示技术由于亮度低、体积庞大、安装调试复杂，早已退出了市场竞争；PDP拼接显示技术由于本身技术的特点而无法克服的宽拼缝、灼伤和短寿命问题也不能在大屏幕拼接显示应用市场上广泛应用；LCD拼接显示技术拼缝大、不能长期使用；目前DLP拼接显示技术已占据了市场的主导地位，在国际大屏幕拼接显示领域，主流厂商已经全部采用了该技术。30/97目前的DLP技术非常符合指挥控制中心、调度中心、监控中心用户的使用需求，适合24×7×365不间断工作的要求。首先，DLP技术是纯数字技术，符合数字技术在当今时代发展的潮流；其次，使用DLP技术的拼接墙具有亮度和色彩的高度一致性，保证用户在显示一些信息的图表时不会出现偏差而导致操作人员的判断错误；最后，采用DLP技术的拼接墙具有高性价比、低维护成本的特点，保障用户投资的长远利益。31/978.1.4投影型大屏幕显示系统大屏幕投影是指一台或多台以上的投影机进行画面相互拼接，组成一面投影墙来显示单个或多个图像。基于投影机的大屏幕投影系统简称投影系统，它是信息电子、计算机、物理光学等技术的有机结合体。其基本组成包括投影机、背投屏、图像处理器等。32/97目前，国内实现大屏幕投影显示屏的投影机主要有以下4种：CRT投影技术、LCD投影技术、DLP投影技术和激光投影技术，而数字光路真空管（DigitalLightValve，DLV）和栅状式光