10號演播室LED大屏系統(tǒng)設(shè)計思路與實現(xiàn)

【摘要】隨著LED顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，LED大屏顯示系統(tǒng)在電視演播室中的應(yīng)用變得越來越普遍，本文介紹了海南廣播電視臺10號演播室LED大屏顯示系統(tǒng)的設(shè)計思路與實現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】演播室；LED大屏；系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.10.008

10號演播室是一個3訊道高清中型綜合演播室，承擔(dān)著新聞、訪談、新聞發(fā)布等多種類型節(jié)目的錄制工作，按照10號演播室承載的節(jié)目給10號演播室配置一套小間距全彩LED大屏顯示系統(tǒng)?，F(xiàn)將該系統(tǒng)的設(shè)計思路與實踐作一簡要總結(jié)。

1. 系統(tǒng)介紹

10號演播室LED大屏顯示系統(tǒng)主要由LED顯示屏、發(fā)送卡/接收卡系統(tǒng)、視頻拼接處理系統(tǒng)、渲染主機(jī)、配電系統(tǒng)幾大部分組成。

LED大屏屏體為曲面形體，屏體尺寸：15.36m×1.92m，面積約29.49m2。（如圖1所示）

系統(tǒng)的核心是UVP4000PIII視頻拼接處理系統(tǒng)，采用了兩臺互為備份的模式。每臺處理器都擁有多種視頻輸入接口，能夠滿足各類視頻信號源的接入需要。設(shè)備具有信號備份功能，可實現(xiàn)單路信號丟失自動切換到備用信號；具備雙機(jī)同步備份功能，主備兩臺拼接器可實時同步信號，任何一臺拼接器出現(xiàn)故障不影響整屏效果，畫面不會出現(xiàn)撕裂，錯位；設(shè)備還帶有運(yùn)行狀態(tài)實時監(jiān)測功能，便于管理人員可以實時了解設(shè)備的運(yùn)行情況。

發(fā)送卡為物理雙備份，一旦出現(xiàn)故障自動完成主備組發(fā)送卡的切換。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)線采用雙路物理備份。接收卡同樣采用主備雙網(wǎng)線接線方式。

2. 系統(tǒng)重要參數(shù)的設(shè)計思路

10號演播室大屏承擔(dān)了演播室背景的渲染、欄目內(nèi)容的展示及新媒體數(shù)據(jù)的發(fā)布等功能。結(jié)合10號演播室的使用需求，大屏系統(tǒng)的設(shè)計原則圍繞“安全、可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)、能夠滿足不同類型節(jié)目制作需要”。

2.1 大屏選型。

根據(jù)演播室的主體結(jié)構(gòu)以及舞美設(shè)計，選擇的屏體為曲面型體，屏體尺寸為15.36m×1.92m，面積約29.49m2。

2.2 選擇屏幕點間距規(guī)格

點間距是LED屏的一個重要技術(shù)指標(biāo)，點距越小，單位面積屏體的分辨率越高，成本越高，對信號源的要求也越高。在綜合考慮了大屏尺寸、價格、演播室燈光環(huán)境以及攝像機(jī)的常用機(jī)位等因素后，確定屏幕規(guī)格為P1.8室內(nèi)全彩色LED。

2.3 確定刷新率

刷新率是小間距LED大屏的重要指標(biāo)之一。小間距LED大屏的刷新率運(yùn)作原理是通過發(fā)光芯片的逐行點亮與熄滅來刷新畫面，很顯然，刷新率越高，所顯示的圖像（畫面）穩(wěn)定性就越好。刷新率≥3840Hz則能有效減少水波紋，讓攝像機(jī)拍攝盡可能達(dá)到還原本真，逼近肉眼所見的效果。

2.4 色溫和亮度

10號演播室是一個多元化的中型高清演播室，因為在演播室中所播出的節(jié)目具有形式多樣化的特點，需要燈光的色溫變化情況比較大，因此，更加應(yīng)該在設(shè)計的過程中加以調(diào)整，在100%，75%，50%，25%四檔電平白場調(diào)節(jié)色溫誤差＜153K，確保整個屏幕的畫面顏色具有一定的還原性。除此之外，還應(yīng)該根據(jù)具體的節(jié)目內(nèi)容來進(jìn)行大屏幕亮度的有效調(diào)節(jié)，基色主波長誤差＜4.9nm，亮度等級為C級，B＞22.7，從而可以避免因為背景的燈光太亮，而前景燈光太暗，從而造成“死光”的現(xiàn)象出現(xiàn)。因此在以上兩個方面的調(diào)整工作中，內(nèi)容比較頻繁，更加應(yīng)該確保操作簡單方便。

2.5 靜音與降噪設(shè)計

在進(jìn)行演播室LED大屏的日常應(yīng)用過程中，一定要關(guān)注到噪音方面的問題。因為LED大屏所具有的尺寸非常大，一般每平方米就會消耗500～800W的功率電量，會導(dǎo)致出現(xiàn)一定的熱量散發(fā)。因此，更加需要做好大屏的散熱工作，避免因為熱度過高而造成模塊變形的問題，嚴(yán)重影響整個大屏的使用壽命。LED大屏與戶外大屏具有很大的區(qū)別，主要是因為室內(nèi)需要對噪音進(jìn)行嚴(yán)格控制，因此，不可以使用風(fēng)扇散熱的方法。一般會通過ADC12壓鑄鋁合金材質(zhì)的散熱片來對LED大屏進(jìn)行物理散熱，同時安裝大量的散熱片，可以將LED大屏的熱量進(jìn)行導(dǎo)出。

3. 系統(tǒng)安全性方面的設(shè)計與實踐

整體系統(tǒng)設(shè)計必須滿足《廣播電視安全播出管理規(guī)定》（總局62號令）的相關(guān)管理規(guī)定，但由于目前LED大屏系統(tǒng)的設(shè)備多選用非廣電級的產(chǎn)品，安全性和穩(wěn)定性不高，需要考慮整體系統(tǒng)采用雙鏈路設(shè)計，通過完善的備份配置保證整體系統(tǒng)具有安全、快捷的應(yīng)急操作手段。

3.1 動力系統(tǒng)安全性

整體系統(tǒng)通過雙電力雙電源備份保障。雙冗余電源供電，主、備電源配置，某一路電源供電故障時，自動檢測和切換電源，不影響屏幕的正常工作；雙電力系統(tǒng)備份，UPS主和UPS備雙電力系統(tǒng)接入，通過分電箱讓大屏主備配電系統(tǒng)交叉互備，系統(tǒng)任一配電柜出現(xiàn)故障時，都能保證系統(tǒng)正常工作。

3.2 信號鏈路安全性

信號鏈路主是通過熱備份的形式來進(jìn)行開展，而且是需要通過雙路信號的形式來進(jìn)行。若是某一路信號出現(xiàn)中斷問題時，系統(tǒng)就會進(jìn)行信號的切換，從而可以讓LED大屏信號變得更加完整；即使大屏信號中斷也會靜幀在最后一幀畫面，以防止出現(xiàn)黑屏事故。

3.3 視頻拼接處理系統(tǒng)安全性

視頻拼接處理系統(tǒng)不僅能夠進(jìn)行同步鎖相，還可以對相關(guān)信號進(jìn)行識別。利用同步鎖相功能可以有效進(jìn)行視頻拼接處理，實現(xiàn)視頻源的刷新和同步，從而可以在很大程度上確保信號之間的同步。通過它的信號識別功能可以有效進(jìn)行畫面信號的識別，并且可以檢測輸入畫面是否正常。之后可以發(fā)出相應(yīng)的指令，將其傳遞到發(fā)送卡，從而能夠避免出現(xiàn)發(fā)送卡識別問題，確保LED大屏的正常工作。

3.4 發(fā)送卡交叉?zhèn)浞?/p>

本次LED大屏幕系統(tǒng)采用的發(fā)送卡具備雙輸入切換口，對于前端主備輸入信號來說，能同時將信號發(fā)送到主備發(fā)送卡之中，若是主發(fā)送卡在日常運(yùn)行的過程中突然出現(xiàn)問題，信號仍然能夠利用發(fā)送卡將其傳入到大屏，從而能夠有效確保LED大屏正常工作。

3.5 屏體自身安全性

LED大屏幕由無數(shù)屏體組成，單屏體內(nèi)部采用雙電源設(shè)計和雙電源工作機(jī)制，當(dāng)某一個電源出現(xiàn)故障時，不影響另一個電源工作，保證顯示屏正常顯示。單屏體具有雙接收卡、雙發(fā)送卡備份，屏體內(nèi)部采用雙控制系統(tǒng)備份形式，控制信號可根據(jù)故障節(jié)點自動來回跳轉(zhuǎn)，系統(tǒng)出現(xiàn)多處故障時亦可正常工作。

4. 使用經(jīng)驗與建議

4.1 大屏的亮度建議

在進(jìn)行LED大屏的亮度調(diào)節(jié)工作中，應(yīng)該根據(jù)整個演出節(jié)目的形式和所要達(dá)到的節(jié)目效果去進(jìn)行分析，從而實現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)。P1.8LED全彩屏自身的照度最高能夠達(dá)到1000CD/m2，但是在日常的應(yīng)用過程中，只需要達(dá)到一般的亮度就足以。對于新聞類的節(jié)目來講，可以使用比較強(qiáng)的亮度，那么就可以設(shè)置背景大屏的亮度為最高亮度的40%。而對于綜藝節(jié)目來說，為了能夠在很大程度上凸顯電腦燈和染色燈的節(jié)目播出效果，一般會使用強(qiáng)度比較弱的低光，要求背景大屏亮度為最大亮度的30%，可以滿足綜藝節(jié)目的需求。在實際的光度調(diào)整工作中，應(yīng)該為主持人設(shè)置面光與逆光。需要做好燈具位置、光圈大小、攝像機(jī)的位置調(diào)節(jié)后，根據(jù)實際的屏幕顯示效果去進(jìn)行背景大屏的亮度調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以達(dá)到非常好的節(jié)目錄制效果。

4.2 摩爾紋的解決

摩爾紋的產(chǎn)生主要是因為拍攝物如LED大屏的像素一樣進(jìn)行排列，同時與攝像機(jī)CCD/CMOS的排列造成一定的干涉問題。LED大屏所具有的摩爾紋問題與很多因素相關(guān)，包括點距大小、屏幕亮度、機(jī)與屏間距、攝像機(jī)聚焦點等相關(guān)因素。一般來說，點距小、亮度低、距離遠(yuǎn)的處理方式，能夠在一定程度上弱化摩爾紋問題。那么就可以采用下面方法加以解決：

（1）選擇合適的攝像機(jī)。我們可以使用SONY攝像機(jī)來進(jìn)行節(jié)目的拍攝，此種攝像機(jī)自身的空間頻率與LED大屏的空間頻率相比非常小，進(jìn)而可以弱化摩爾紋現(xiàn)象。

（2）做好攝像機(jī)的角度和位置調(diào)整工作。為了能夠有效緩解摩爾紋現(xiàn)象的出現(xiàn)，可以調(diào)整好攝像機(jī)的角度，讓其能夠與大屏之前存在一定的角度。還可以調(diào)節(jié)攝像機(jī)與摩爾紋之間的垂直距離，一般要求大于2m，同時要求與被拍攝人物之間的距離超過3m，可以在一定程度上消除摩爾紋問題。

（3）調(diào)節(jié)焦點。為了可以有效緩解摩爾紋現(xiàn)象，可以做好焦點的調(diào)節(jié)工作，這樣可以讓LED大屏的顯示變得更加清晰。

（4）布光調(diào)節(jié)。燈光師應(yīng)該在布光的過程中進(jìn)行監(jiān)視器的觀看，從而能夠針對摩爾紋的情況來進(jìn)行不同光的調(diào)整，同時能夠調(diào)節(jié)主持人的角度與高度，可以有效消除摩爾紋問題。

（5）光學(xué)處理。工作人員可以在LED大屏的表面之中增加一層光學(xué)處理幕，利用光學(xué)處理幕可以有效實現(xiàn)離散的LED發(fā)光點的放大展示，可以在一定程度上對LED大屏的物理結(jié)構(gòu)加以改善，從而可以實現(xiàn)從點發(fā)光轉(zhuǎn)到面發(fā)光的轉(zhuǎn)變，從而可以通過光學(xué)處理幕來呈現(xiàn)清晰度比較高的圖像內(nèi)容，有效緩解摩爾紋問題。但是現(xiàn)階段的光學(xué)處理幕是一種十分先進(jìn)的光學(xué)處理技術(shù)，所需要花費(fèi)的資金比較高，一般不會去使用。

4.3 大屏的日常使用與維護(hù)建議

在LED大屏的日常使用工作中，為了能夠確保大屏的穩(wěn)定運(yùn)行，需要做好日常的檢查和維護(hù)工作。這樣能夠提前對其相關(guān)性能進(jìn)行了解，若是發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)該及時進(jìn)行維修或換新，從而能夠避免出現(xiàn)問題。還應(yīng)該保證LED大屏處于正常的溫度與濕度環(huán)境下，若是溫度比較高，比較容易造成LED面板、接收卡等相關(guān)設(shè)備的損壞。若是濕度比較高，也導(dǎo)致面板燈珠貼片出現(xiàn)短路的問題，會在LED大屏中出現(xiàn)“死點”“色點”等不良現(xiàn)象，影響LED大屏的正常使用。除此之外，還需要做好防靜電處理，做好接地工作，有效確保安全。因為LED燈珠十分脆弱，若是出現(xiàn)靜電問題，非常容易導(dǎo)致燈珠的損壞，特別是在冬天比較容易存在靜電的問題，需要做好接地工作，以避免“燒板”。制定操作規(guī)程并嚴(yán)格執(zhí)行。制定應(yīng)急預(yù)案并定期演練。操作人員必須熟悉系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，以避免影響節(jié)目制作。

5. 故障現(xiàn)象及排除方法

任何電子產(chǎn)品都不可能保證完全沒有故障，演播室使用LED大屏幕也會遇到一些常見的故障，以下是大屏常見故障現(xiàn)象及解決方案：

5.1 常見的大屏故障故障及處理方法

5.1.1 檢查發(fā)送卡綠燈閃爍情況

例1：若是出現(xiàn)綠燈閃爍的情況，證明發(fā)送卡可以正常工作，那么就需要檢查LED大屏的供電是否正常，還需要檢查線路，確保輸出電壓在5～5.2V之間；檢查連接情況是否正常，也可以進(jìn)行功能卡的換新操作。

例2：若是出現(xiàn)綠燈不閃爍的問題，證明發(fā)送卡無法正常工作。Incident，可以進(jìn)行DVI線接頭的檢查，也可以進(jìn)行復(fù)制模式的有效設(shè)置：可以重新開啟帶能源，也可以重新插入發(fā)送卡，還可以進(jìn)行發(fā)送卡的換新。

5.1.2 若是在LED大屏啟動時提示“大屏幕系統(tǒng)軟件提示沒有找到大屏”

首先應(yīng)該對串口線的連接情況進(jìn)行檢查，也可做好串口線的更換工作；更換發(fā)送卡；重新安裝SB驅(qū)動，利用排除法來進(jìn)行故障排除。

5.1.3 部分屏幕不顯示、缺色問題

可以使用故障排除法來進(jìn)行分析，首先應(yīng)該做好故障模塊的確認(rèn)，并且對其進(jìn)行維修或換新，其次，應(yīng)該重新進(jìn)行排線檢測工作，確保電源供電正常，若是發(fā)現(xiàn)供電不正常，需要重新進(jìn)行電源線的連接。

5.1.4 LED大屏花點、圖影扭動

可以通過故障排除法來分析，需要進(jìn)行接收卡文件的加載工作；也可以減少網(wǎng)線的長度，也可以更換發(fā)送卡。

5.1.5 LED大屏亮度低，圖像十分模糊

進(jìn)行對發(fā)送卡進(jìn)行恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置工作，同時進(jìn)行保存；也可以將顯示屏監(jiān)控的最小亮度值設(shè)置到80以上。

5.1.6 整屏畫面晃動或重影

故障排除方法：把通訊線重插或更換；把DVI線沖插加固；更換發(fā)送卡。

5.2 電源故障判斷處理及注意事項

每塊子屏幕的組模與接收卡的供電電壓為5V，所以我們需要一個變壓電源，從220V變?yōu)?V供電。LED系統(tǒng)自身的特殊性，對于電源要求較高。

當(dāng)發(fā)生故障時，用萬用表測出，紅線端與地之間的電壓，如果不是5V，則電源損壞，立即更新新的電源模塊。

LED發(fā)光效率隨著LED溫度升高而下降，所以LED的散熱很重要，這就要求電源的效率要高，發(fā)熱量較少，這樣可以減慢LED的溫度升高過程。二極管PN結(jié)抗反向電壓能力較低，容易被擊穿，所以需要對電源進(jìn)行保護(hù)。南方天氣濕度大，我們也需要電源能有防水防潮的結(jié)構(gòu)。最重要的一點是，大屏安裝位置較高，維護(hù)較不方便，同時廣電對于設(shè)備安全性的高要求，所以為保證節(jié)目正常錄制購置的電源可靠性要非常高。

5.3 接插件的故障判斷及解決處理

由于大屏的接插件過多，所以很可能在某塊發(fā)生接觸不良的現(xiàn)象。我們可以通過故障現(xiàn)象判斷是不是接插件的問題，一般某一個小塊發(fā)生缺色或者變黑，往往是排線的問題，如果一整塊大屏變黑，則很有可能是網(wǎng)線的接插件的問題。

通過以上方法我們可以查到故障點，先將接插件進(jìn)行重新插拔，如果是接觸不良，那么問題就很快得到解決。如果重新插拔還是不能解決，那么很有可能是組模壞了，重新更換即可。

6. 結(jié)束語

LED大屏的使用，增加了節(jié)目的表現(xiàn)力。并且節(jié)約了舞美制作成本，節(jié)約了大量布置舞美的時間，加快了總臺節(jié)目制作周期。但因大屏系統(tǒng)的接插件過多，部分設(shè)備為非廣電級設(shè)備，故障率較高，要確保LED大屏幕系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，就需要技術(shù)人員有扎實的技術(shù)功底、日常工作中不斷積累寶貴的經(jīng)驗，從而能迅速快捷發(fā)現(xiàn)故障，排除故障，保證節(jié)目的成功錄制。

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作者簡介：唐亮，海南海口人，工程師.研究方向：廣播電視制播系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)維以及安全播出.