DLP大屏幕拼接方案

DLP大屏幕显示系统技术方案2008年7月技术方案1.1概述随着时代的发展和经济的进步，计算机网络已在各行业得到广泛应用，多媒体技术对显示设备的功能和性能提出了更高的要求，因此大屏幕投影拼接系统已成为最重要的显示设备之一。大屏幕显示系统广泛应用于政府信息化各种场合，可实现播放视频信号和计算机信号综合显示，形成一个信息准确、查询便捷、管理高效、美观实用的信息显示管理控制系统，是指挥中心的重要组成部分，有利于指挥调度及处理各种应急事件，在指挥中心是十分需要的。大屏幕显示效果极佳的专业投影单元，以及与之配套的多屏拼接控制器，支持单屏、跨屏以及整屏显示，实现图像窗口的缩放、移动、漫游等功能。10.1.1设计指导思想根据系统实际需求我们设计建造3×6共18面84一体化拼接屏，单从规模上就意味着该系统在设备性能、系统功能等方面有着很高的要求。这里有诸多因素需要考虑:是否全部满足用户的功能需求技术先进性及易用性系统的高可靠性及耐用性子系统之间的兼容性有无良好的售后服务体系及充足的备件系统的可扩展性系统的总投资及性能价格比对厂家或集成商的选择，是一场技术与综合实力的较量，只有满足以上各项要求的厂商才能确保用户的投资取得预期的效果。10.1.2遵循的主要技术标准及规范ISO——国际标准化组织IEEE——美国电气电子工程师协会IEC——国际电工委员会标准GB——中国国家标准SD(DL)——中国交通监控电力行业标准中华人民共和国产品质量法供电电源标准（GB2887-82）计算机场地技术要求（GBJ45-82）计算机场地技术条件（GB2887-89）电子计算机机房设计规范（GB50174—93）IEEE802.3以太网规范国际商务建筑线缆标准（TIA/EIA568）JGJ/T16-1992民用建筑电气设计规范建筑设计防火规范（GBJ16-37）《电气设备用图形符号》（GB/T5465-1996）；视听、视频和电视系统中设备互连的优选配接值（GB/T15859-1995）信息技术设备包括电气设备的安全（GB4943-95）国际商务建筑通信基础管理标准（TIA/EIA606）国际商务建筑通信设施规划和管路敷设标准（TIA/EIA569）远程终端通用技术条件（GB/T13729-92）ANSI——美国国家标准委员会国际电信联盟电报电话咨询委员会（ITU）EIA——电子工业协会标准UL——美国安全材料实验室标准NGPA-开放系统互联《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）《工业企业通信设计规范》（GBJ42-81）《工业电视系统工程设计规范》（GBJ115-87）；《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198）《电业安全工作规程》（DL-408-91）本招标文件设计院初步设计文件《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）；《电气装置安装工程接地装置、施工及验收规范》（GB/T50169）；《电气装置安装工程施工及验收规范》（GBF232-92）；质量管理体系ISO90019002国际认证ANSI/PIMAIT7.228-1997GB4943-1995信息技术设备（包括电气事务设备）安全规范GB9383-1995声音和电视广播接收机及有关设备传导抗扰度限值及测量方法GB13837-1997声音和电视广播接收机及有关设备无线电干扰特性限值和测量方法10.1.3数字DLP投影技术介绍数字光学处理器（DLP：DigitalLightProcessor）是投影和显示信息的一个革命性的新方法。基于德州仪器公司开发的数字微镜器件（DMD：DigitalMicro-MirrorDevice），DLP完成了显示数字可视信息的最终环节。数字光学处理（DLP）技术在消费者、商业和投影显示工业等领域被作为子系统或“发动机”提供给市场。DLP有三个关键的投影技术优势。第一个优势是DLP固有的数字性质能使噪音消失，获得具有数字灰度等级的精细图像的质量以及色彩还原，它的数字性质也把DLP置于数字视频底层结构的最后环节。第二个优势是DLP比透射式液晶显示（LCD）技术更有效，因为它以反射式DMD为基础，不需要偏振光。最后，封闭间隔的超微反射镜使视频图像投影成具有更高可见分辨率的无缝隙图像。对于视频投影显示、计算机幻灯展示或全球范围内多人通过交互技术进行合作方面，DLP是现在和未来数字可视通信方面的唯一选择。10.1.3.1数字光学处理正如中央处理单元（CPU）是计算机的核心一样，DMD是DLP的基础。单片、双片以及多片DLP系统被设计出来以满足不同市场的需要。以DLP为核心的投影系统通过内存和信号处理功能来支持全数字方式。DLP投影机的还需要其他元素支持，包括光源、颜色滤波系统、冷却系统、照明及投影光学元件。简单的描述DMD就是一个半导体光开关。成千上万个微小的方形14×14μm镜片，建造在一个静态随机存取内存（DDRAM）上方的铰链结构上而组成DMD（图1）。每一个镜片可以通断一个像素的光，铰链结构允许镜片在两个状态之间倾斜，+12度为“开”，-12度为“关”，当镜片不工作时,它们处于0度的“停泊”状态。根据应用的需要，DLP系统可以接收数字或模拟信号。模拟信号可在DLP设备生产厂家（OEM）的前端处理中转换为数字信号，任何隔行视频信号通过内置处理被转换成一个全图形帧视频信号。由此，信号通过DLP视频处理变成先进的红、绿、兰（RGB）数据，然后由先进的RGB数据格式化为全部二进制数据的平面。当视频或图形信号经过处理后以数字格式送入DMD，信息的每一个像素按照1：1的比例被直接映射在它自己的镜片上，以精确的数字控制，如果信号是1024×768像素，只对器件中央的1024×768镜片采取动作，其他区域的其他镜片将被简单地被置于“关“的状态。对每一个镜片下的存储单元以二进制平面信号进行电子化寻址，DMD阵列上的每个镜片被以静电方式倾斜为开或关态，决定每个镜片倾斜在哪个方向上为多长时间的技术被称为脉冲宽度调制（PWM）。镜片可以在一秒内开关1000多次，这一相当快的速度允许数字灰度和颜色再现。DLP是一个简单的光学系统，当镜片在开的位置上时，透过聚光透镜和颜色滤波系统后，投影灯的光线直接照射在DMD上，将光反射到屏幕上形成一个数字的方型像素像图。10.1.3.2DMD结构每个DMD是由成千上万个倾斜的显微的、铝合金镜片组合，这些镜片被固定在隐藏的轭上，扭转铰链结构连接轭和支柱，扭力铰链结构允许镜片旋转10度。支柱连接下面的偏置/复位总线，偏置/复位总线连接起来使得偏置和复位电压能够提供给每个镜片。镜片、铰链结构及支柱都在互补金属氧化半导体上（CMOS）地址电路及一对地址电极上形成在一个地址电极上加上电压，连带着把偏置/复位电压加到镜片结构上，将在镜片与地址电极一侧产生一个静电吸引，镜片倾斜直到具有同样电压的着路点电极接触为止。在这点，镜片以急电方式锁定在位置上。在存储单元中存入一个二进制数使镜片倾斜+12度，同时存储单元中存入零使镜片倾斜-12度。DMD以1024×768的阵列构成，每个器件共有约2.3×106镜面，这些器件具有显示真的高分辨率电视的能力。首次大量生产的DMD为1024×768这种DMD将能投影NTSC、PAL、VGA以及高级视频图形适配器（SXVGA）图形，并且它将可以显示4：3的图像。10.1.3.3数字优势今天，我们已经拥有摄取、编辑、广播、接收数字信息的能力，不过必须先把它转换成模拟信号后才能显示。DLP完成了数字视频底层结构的最后环节，并且为开发数字可视通信环境提供一个平台。信号每次由数字转换为模拟（D/A）或从模拟转换为数字（A/D），信号噪音都会进入数据通道，转换越少噪音越小。DLP提供了显示数字信号的投影方法，这样就完成了全数字底层结构。DLP的另一个数字优势是它的精确的灰度等级与颜色水平的再生，并且每个视频或图像帧是由数字产生，每种颜色为8位到12位的灰度等级，精确的数字图像可以一次又一次地重新再现。例如：一个每种颜色为12位的灰度等级使每个原色产生1024不同的灰度，允许数字化生成10243，或32.7百万个不同的颜色组合。10.1.3.4反射优势因为DMD是一种反射器件，它有超过60%的光效率，使得DLP系统比LCD投影显示更有效率。这一效率是反射率、填充因子、衍射效率和实际镜片“开”时间产生的结果。LCD依赖于偏振，所以其中一个偏振光没有用。这意味着50%的灯光甚至从来不进入LCD，因为这些光偏振片滤掉了。剩下的光被LCD单元中的晶体管、门、以及信号源的线所阻挡。除了这些光损失外，液晶材料本身吸收了一部分光，结果是只有一少部分入射光透过LCD面板照到屏幕上。最近，LCD在光学孔径和光传输上有经验上的进展，但它的性能仍然有局限，因为它们依赖于偏振光。10.1.3.5无缝图像优势DMD上的小方镜面积为14μm2，每个间隔1μm，给出大于90%填充因子。换言之，90%的像素/镜片面积可以有效地反射光而形成投影图像。整个阵列保持了像素尺寸及间隔的均匀性，并且不依赖于分辨率。最好的LCD也只有70%的填充因子。越高的DMD填充因子给出越高的可见分辨率，这样，加上逐行扫描，创造出比普通投影机更加真实自然的活生生的投影图像.用LCD投影机来投影鹦鹉照片。可以看出LCD投影机中常见的像素点、屏幕门效应。同样这副鹦鹉的照片用DLP投影机投影成像，由于DLP的高填充因子，屏幕门效应不见了，我们所看到的是由信息的方形像素形成的数字化投影图像。如证明过的一样，两个投影机投影的图像分辨率是相同的，通过DLP肉眼可以看到更多的可视信息、察觉到更高的分辨率，DLP提供令人喜爱的更加优质的画面。10.1.3.6单片（双灯）DLP系统在一个单DMD投影系统中，用一个色轮产生全彩色投影图像。色轮是由一个红、绿、蓝滤波系统组成，它以60Hz的频率转动，每秒提供180色场。在这种结构中，DLP工作在顺序颜色模式。输入信号被转化为RGB数据，数据按顺序写入DMD的DDRRAM。白光光源通过聚焦透镜聚焦在色轮上，通过色轮的光线然后成像在DMD表面。当色轮旋转时，红、绿、蓝光顺序地射在DMD上。色轮和视频图像是顺序进行的，所以当红光射到DMD上时，镜片按照红色信息应该显示的位置和强度倾斜到“开”，绿色和兰色及视频信号亦是如此工作。人体视觉系统集中红、绿、蓝信息并看到一个全彩色图像。通过投影透镜，在DMD表面形成的图像可以被投影到一个大屏幕上。因为国家电视系统委员会（NTSC）制定的电视场为16.7毫秒（1/60秒），每一原色必须被显示在5.6毫秒。因为DMD有一个小于微秒的开关速度，一个12比特/颜色的灰度等级（1024灰度）可以用单DMD系统实现。这给出每一原色1024灰度，或者说能够产生31024(32.7×106)种颜色组合。当使用一个色轮时，在任一给定的时间内有2/3的光线被阻挡。当白色射到红色滤光片时，红光透过而蓝光和绿光被吸收。蓝光和绿光拥有同样的道理，兰色滤光片通过蓝光而吸收红、绿光；绿色滤光片通过绿色而吸收红、蓝光。10.1.3.7DLP工作原理在DLP中，DMD是它的心脏，这就像电脑中的中央处理器（CPU）一样重要。DLP系统根据装有一个、两个和三个DMD芯片来适应不同的市场需要。DLP的主要部分-投射器系统包括记忆和数码处理器，它们协助完成全数码工作。DLP投射器的其他部分包括光源、彩色滤波器系统、冷却系统、照明及投射光学镜头。DMD可以形容为一个半导体光开关。它由数万个微小的四方镜面（14×14微米）组合在有铰式记忆系统（DDRRAM）上面。每块镜面能控制画面上的一个像素。控制铰可让镜面呈正负12度两种情况倾斜，当镜面不工作时停在静止的0度。根据应用，DLP系统可接受数码或者模拟信号。模拟信号在DLP或前端处理器中转换成数码，输入的信号会经过处理变成一个完整画面的视频信号，从这里，信号通过DLP影视处理转变成累积的红、绿、蓝（RGB）数据，然后这