寧夏氣象天氣會商高清顯示系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

張吉周+單新蘭+余世同++胡斌

摘 要：寧夏氣象天氣會商高清視頻顯示系統(tǒng)設(shè)計采用交互式音頻、視頻技術(shù)，具有擴充性，選擇多路視、音頻信號的本地顯示和轉(zhuǎn)接顯示，采用高清、高亮度、窄邊拼縫等離子拼接技術(shù)構(gòu)成功能齊全的大屏顯示系統(tǒng)。具智能開機、預(yù)約設(shè)定，信號任意切換與畫面可漫游顯示特點。 利用全區(qū)氣象部門業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，搭建了省級氣象臺與市縣級氣象臺站的預(yù)報業(yè)務(wù)人員互動的交流平臺。并可通過氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)直觀地顯示全區(qū)觀測站點的信息、圖像和數(shù)據(jù)，達(dá)到提高預(yù)報決策現(xiàn)代化手段及工作效率的目的。

關(guān)鍵詞：天氣會商 等離子 顯示幕墻 信號處理 中央控制 設(shè)計應(yīng)用

中圖分類號：TN919 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

引言

在信息網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的時代，新技術(shù)的運用給各行各業(yè)帶來較大的沖擊，國家氣象局逐步將大數(shù)據(jù)、新媒體、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)建設(shè)中，逐步適應(yīng)個性化、專業(yè)化、多樣化的需求。因此，以多媒體技術(shù)為手段，計算機為核心的高清視頻，高保真音頻和通信等領(lǐng)域的多媒體技術(shù)在氣象天氣業(yè)務(wù)中不斷廣泛的應(yīng)用、優(yōu)化。

寧夏氣象天氣會商高清視頻顯示系統(tǒng)中，采用等離子高清數(shù)碼顯示、多屏圖像處理、智能化控制操作，信號切換及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合應(yīng)用設(shè)計。在設(shè)計中選擇多路

視、音頻信號的本地顯示和轉(zhuǎn)接顯示，選擇高清、高亮度、窄邊拼縫的等離子拼接大屏顯示系統(tǒng)和音頻信號的數(shù)字音頻處理器，形成智能開機、預(yù)約設(shè)定的會商音、視頻模式，信號任意切換與畫面可漫游顯示設(shè)計技術(shù)，展現(xiàn)了現(xiàn)代化的人機交互式天氣會商業(yè)務(wù)平臺。

1 天氣會商高清顯示系統(tǒng)技術(shù)方法及組成

高清顯示系統(tǒng)是其他系統(tǒng)產(chǎn)生信息的終端表達(dá)設(shè)備，如何設(shè)計一種符合寧夏天氣會商要求的高清顯示技術(shù)平板幕墻，根據(jù)業(yè)務(wù)需求及會商室建筑空間及辦公整體布局所需。從系統(tǒng)的可用性、先進性、可靠性和經(jīng)濟性出發(fā)，設(shè)計選擇等離子拼接幕墻顯示系統(tǒng)。

1.1幕墻大屏顯示技術(shù)性能指標(biāo)的設(shè)計與選擇

幕墻顯示系統(tǒng)采用較前沿開放式體系結(jié)構(gòu)，根據(jù)主體墻面尺寸采用超窄縫拼接、8個組合屏圖像處理、信號切換等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用綜合為一體的高清晰度平面數(shù)碼顯示幕墻，顯示達(dá)到高速、動態(tài)畫面流暢、色彩自然。構(gòu)成一個高清晰度、高穩(wěn)定性、高智能化控制，操作方便的大屏幕天氣會商顯示系統(tǒng)[1]。

1.1.1高清幕墻性能選擇

供選擇的幕墻有背投（DLP）、液晶（LCD）、等離子（PDP）屏幕拼接墻。顯示技術(shù)先進、屏幕大而薄是發(fā)展的前沿，通過對傳統(tǒng)的顯像管（CRT）、背投、等離子、液晶幾代產(chǎn)品顯示技術(shù)應(yīng)用比較，又經(jīng)查閱資料、市場調(diào)研比較，確認(rèn)等離子屏更能較好地滿足天氣會商拼接幕墻設(shè)計應(yīng)用需求。

等離子PDP技術(shù)，清晰度類似普通日光燈和顯像管CRT電視彩色圖像，不需要背光照明系統(tǒng)即能主動發(fā)光，因此圖像鮮艷、明亮、清晰。由于屏幕亮度很高，因此可以在明亮的環(huán)境下使用，不會因為光線因素影響圖像效果既圖像失真度較小。數(shù)碼影像色彩還原可充分還原被壓縮前的自然、真實色彩，色彩還原度達(dá)到97%。

等離子PDP技術(shù)響應(yīng)速度為微秒級，拼接屏的響應(yīng)速度為2～3微秒，視角上等離子體顯示器視野開闊、視角寬廣，能提供亮麗、均勻平滑的畫面和更大觀看角度。可以做到寬視角，上下左右大于170°，水平、垂直178°雙向大視角。

屏較薄是等離子顯示屏突出的特點，易制作出40英寸以上的大屏幕顯示設(shè)備，不需要額外的背光源系統(tǒng)，實現(xiàn)了窄縫拼接和超薄化[2] 。

1.1.2幕墻視頻的技術(shù)性能設(shè)計

根據(jù)實際對輸入信號的要求，選擇不同的視頻處理系統(tǒng)，實現(xiàn)DVI、HDMI、VGA復(fù)合視頻、S-VIDEO、YPBPR/YCBCR信號輸入、輸出，滿足不同使用場合，不同信號輸入的需求。利用TF-3000 內(nèi)置圖像處理系統(tǒng)，跟外部矩陣配合進行各種信號切換，可以選擇任一路信號在大屏幕上的整屏顯示或以PDP屏為單位的跨屏顯示；圖像處理器與網(wǎng)絡(luò)連接，可完成計算機網(wǎng)絡(luò)信號、非網(wǎng)絡(luò)信號和各種視頻信號在PDP幕墻上任意漫游、縮放、疊加等功能技術(shù)。

2 天氣會商幕墻系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計及配置

根據(jù)寧夏天氣會商視頻會議室幕墻的實際尺寸及室內(nèi)空間情況，從使用性及美觀性進行思考設(shè)計，會商室拼接大屏幕顯示系統(tǒng)選擇8臺60寸PDP顯示單元以橫向2行，縱向4列（2×4）的方式超窄縫拼接而成，單屏長寬為1365CM×768CM，2×4拼接大屏幕分辨率達(dá)到 2730 （H）×3072 （V），支持全分辨率PC機信號和1080p全高清影像播放，畫面清晰，穩(wěn)定無閃爍。

根據(jù)天氣會商業(yè)務(wù)對大屏幕顯示系統(tǒng)提出的系統(tǒng)規(guī)模和應(yīng)用要求，設(shè)計為左四屏顯示會商會場，右四屏顯示氣象天氣圖信息，也可以根據(jù)不同要求任意顯示其他氣象要素信息畫面。在設(shè)計中選擇了適宜應(yīng)用需求即幕墻為平板顯示窄縫拼接技術(shù)。

2.1系統(tǒng)信號顯示處理

信號顯示具有（1）全屏的高分辨率顯示（2）多路實時視頻信號顯示（3）RGB和網(wǎng)絡(luò)信號顯示（4）各類信號混合顯示等功能。

對信號源進行完善的處理，包括轉(zhuǎn)接、分配、切換、倍頻、分割、多屏拼接等，達(dá)到信號資源共享的目的，使顯示系統(tǒng)能任意獲取一個或多個所需的信號，滿足各種不同功能的需求。各種視頻信號、音頻信號和計算機信號通過混合矩陣進行共享連接，可以分別顯示在PDP拼接墻及不同的顯示終端上。

2.2 幕墻顯示圖像拼接控制器配置

天氣會商大屏幕拼接顯示圖像拼接控制器，是大屏幕顯示系統(tǒng)的核心。所有需要顯示的信號和資料信息（視頻天氣圖、衛(wèi)星云圖、網(wǎng)絡(luò)計算機信息、GIS電子地圖等）以及所有的顯示任務(wù)、處理工作都要經(jīng)過控制器來接入、處理。設(shè)計選擇了TF-3000網(wǎng)絡(luò)型圖像拼接控制器，具備多屏幕拼接顯示控制系統(tǒng)，可以滿足我們多信號拼接的工作要求。系統(tǒng)具備最新軟硬件升級，擴展性能靈活，支持各種計算機操作系統(tǒng)。TF-3000圖像拼接控制器支持遠(yuǎn)程控制、多用戶控制和優(yōu)先級控制、權(quán)限控制，具有靈活的控制功能。

2.3 操作系統(tǒng)控制器多平臺應(yīng)用

圖像拼接控制器跨平臺應(yīng)用，基于PCI體系并支持Microsoft Windows XP、NT、2000操作系統(tǒng)，同時支持基于AIX、SunSolaris、Tru64 UNIX、HP Unix、Linux操作系統(tǒng)平臺的工作站畫面顯示，包括圖形文字、表格、曲線、天氣圖等。

2.3.1 單一邏輯信號處理和高分辨率圖像圖形顯示功能

圖像拼接控制器能單臺驅(qū)動可達(dá)32個顯示單元拼接成一個高分辨率單一邏輯顯示屏，屏的總分辨率等于所有顯示單元分辨率的總和?？刂破骺芍С侄噙_(dá)64路RGB信號、144路視頻信號，網(wǎng)絡(luò)多路信號以單元為顯示單位，在各單元窗口內(nèi)任意位置組屏開窗、疊加開窗；支持信號以任意大小跨屏，各顯示窗口可任意放大縮小，顯示單元之間沒有邊界阻隔，分辨率從640（H）×480（V）到1600×1200@75Hz）同時開窗，任意共屏、疊加開窗視頻信號支持全制式信號輸入，并兼容PAL＼NTSC＼SECAM制式。

圖像拼接控制器采用圖形加速技術(shù)，其每個圖形輸出通道都配有獨立的圖形加速處理器，具有32MB SGRAM同步圖形隨機存儲器。所有類型的顯示畫面都能從單屏顯示按相應(yīng)比例無級放大到全屏顯示，全屏范圍內(nèi)顯示圖形不變形，整個屏幕亮度均勻，無暗角、亮角等現(xiàn)象，畫面穩(wěn)定無閃爍。采用軟件控制窗口的拼接與分割，屏與屏之間的拼縫不影響字符和圖形的正確顯示[3]。

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)控制功能及大屏幕顯示系統(tǒng)管理軟件的快捷方式

圖像拼接控制器支持本地控制，同時也支持遠(yuǎn)程控制。TF-3000圖像拼接控制器提供網(wǎng)絡(luò)訪問和遠(yuǎn)程控制，任何與TF-3000圖像拼接控制器聯(lián)網(wǎng)的計算機都可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸指令作為遠(yuǎn)程控制臺或本地PC機使用控制，利用輸入設(shè)備能對投影墻進行遠(yuǎn)程控制。支持多個用戶同時可以對大屏幕進行操作控制，又可以設(shè)定不同的用戶分別控制與操作顯示墻的不同區(qū)域，也可以設(shè)定不同用戶可同時對顯示墻的同一區(qū)域進行控制與操作。 系統(tǒng)設(shè)置的優(yōu)先級和權(quán)限控制功能可對不同級別的操作員提供不同的控制功能，對于擁有某種控制權(quán)限的操作員，可以在任意一臺網(wǎng)絡(luò)計算機上輸入自己的控制密碼便可以完成相應(yīng)的控制。

圖像控制器采用的大屏幕顯示控制管理軟件（VWCS），實現(xiàn)對顯示拼接墻上的各類應(yīng)用窗口的信號調(diào)用、控制和管理，對拼接屏機芯引擎、圖像控制器的控制，以及實現(xiàn)對矩陣、攝像機和集中控制設(shè)備等相關(guān)外圍設(shè)備的控制與管理。

2.3.3 系統(tǒng)的擴展能力

圖像拼接控制器采用開放式結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)軟、硬件升級，擴展性能靈活。其處理器選配了雙Intel 隨機存儲器，內(nèi)存可擴展為2GB，主板選用32位總線，提高了控制器的圖像處理能力。圖像拼接控制器標(biāo)準(zhǔn)配置集成了4個100M、1000M自適應(yīng)網(wǎng)口，便于在系統(tǒng)應(yīng)用擴展。

3 中央智能控制系統(tǒng)功能

中央控制系統(tǒng)設(shè)計形成了豐富的人機交互界面，系統(tǒng)采用智能集中控制方式。中央控制系統(tǒng)由掌上電腦（PAD）桌面圖標(biāo)操作，以網(wǎng)絡(luò)的形式通過無線交換機傳給中央控制主機，中央控制主機再以RS232碼的控制模塊，經(jīng)RS232串口實現(xiàn)各種設(shè)備的集中控制。所有電控設(shè)備提供簡單易操作、人性化的智能集中控制功能界面[4] （圖3所示）。從根本上提升會商室的集中控制能力并提高整體設(shè)備的現(xiàn)代化程度，在遵循系統(tǒng)設(shè)計原則基礎(chǔ)上，本套系統(tǒng)將最大強度地將投影顯示、音頻擴聲、視頻播放、信號切換、會議、攝像系統(tǒng)，環(huán)境效果等全方位體現(xiàn)自動化、智能化地控制。使之具有化繁為簡，化整為零的特點[5]。

4 結(jié)語

（1）系統(tǒng)投入業(yè)務(wù)運行后易操作、性能成熟可靠，圖像、圖形擴展靈活、信號及操作接口標(biāo)準(zhǔn)、開放。（2）系統(tǒng)具有可擴充性，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、管理適應(yīng)未來氣象業(yè)務(wù)多媒體應(yīng)用的發(fā)展，能夠充分地利用投入的系統(tǒng)設(shè)備資源。（3）系統(tǒng)充分利用全區(qū)氣象部門現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，搭建了省級氣象臺與市縣級氣象臺站的預(yù)報業(yè)務(wù)人員互動的交流平臺。利用先進高質(zhì)量的交互式視頻技術(shù)，并通過業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)直觀地顯示全區(qū)觀測站點的氣象信息。（4）系統(tǒng)高標(biāo)混合矩陣存在著標(biāo)清轉(zhuǎn)高清信號編碼易實現(xiàn)，雖然高清轉(zhuǎn)標(biāo)清信號溢出容易出現(xiàn)黑屏或圖像比例失調(diào)等問題，但可在軟件算法上優(yōu)化改進。（5）天氣會商集中控制系統(tǒng)中只涉及到大屏設(shè)備的控制，尚未對會商室的發(fā)言PC機的反轉(zhuǎn)器、燈光、窗簾等輔助設(shè)施加以控制，今后使用中可逐步改進優(yōu)化。

參考文獻

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