物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)在城鄉(xiāng)建設(shè)數(shù)字化指揮大廳中的應(yīng)用

李 猛

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物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)在城鄉(xiāng)建設(shè)數(shù)字化指揮大廳中的應(yīng)用

李 猛

福建省莆田市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局

物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)是以系統(tǒng)工程、信息科學(xué)、自動(dòng)控制等為指導(dǎo)，將國(guó)際上先進(jìn)可靠的高清晰數(shù)字信息顯示技術(shù)、視頻墻拼接技術(shù)、信號(hào)采集與傳輸技術(shù)、圖形信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)、多屏圖像處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能控制技術(shù)等融為一體。該文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，并利用該技術(shù)構(gòu)建了莆田市城鄉(xiāng)建設(shè)數(shù)字化指揮大廳，提供一個(gè)具有高亮度、高物理分辨率、高清晰度、高智能化控制的大尺寸圖形信息顯示終端。

城鄉(xiāng)建設(shè) 數(shù)字化 物聯(lián)網(wǎng) 大屏幕拼接

0 引言

中國(guó)大屏幕拼接市場(chǎng)已有10余年發(fā)展歷史。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，國(guó)內(nèi)各領(lǐng)域、各行業(yè)都非常重視信息化建設(shè)，對(duì)信息的可視化需求也急劇擴(kuò)大。在城鄉(xiāng)建設(shè)、能源、交通等基礎(chǔ)建設(shè)的大規(guī)模興建和國(guó)家大力推進(jìn)信息化和新型工業(yè)化的共同作用下，大屏幕拼接顯示系統(tǒng)已經(jīng)成為信息可視化不可或缺的核心基礎(chǔ)系統(tǒng)。

同時(shí)，在大屏拼接領(lǐng)域，目前主流的拼接墻顯示技術(shù)有CRT拼接、DLP背投拼接、PDP拼接和LCD拼接。其中CRT拼接墻因其操作繁雜、體積龐大等原因,其所占的市場(chǎng)份額逐漸縮小；PDP拼接墻由于易產(chǎn)生殘影、灼屏、亮度衰減快、維護(hù)成本高等缺陷嚴(yán)重阻礙了其在商業(yè)上的應(yīng)用；DLP拼接墻又因其色彩與亮度不均勻、產(chǎn)品功耗過(guò)大、占用空間多等問(wèn)題一直未能取得有效的突破而停滯不前。隨著CRT拼接的衰退、DLP背投拼接與PDP等離子拼接的嚴(yán)重問(wèn)題日漸顯現(xiàn)，在液晶顯示本身的應(yīng)用不斷拓展下，液晶拼接產(chǎn)品應(yīng)時(shí)而出。

城鄉(xiāng)建設(shè)數(shù)字化指揮大廳是莆田城鄉(xiāng)建設(shè)數(shù)字化管理中心建設(shè)的一個(gè)重要組成部分，包括液晶大屏幕拼接系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、語(yǔ)音系統(tǒng)、會(huì)議系統(tǒng)、中控系統(tǒng)、觸控演示系統(tǒng)、電子書(shū)演示系統(tǒng)、數(shù)字媒體信息發(fā)布系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。其中，我們選用的物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)是指揮大廳建設(shè)的重中之重，必須確保技術(shù)的先進(jìn)性。

1 物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析

1.1 系統(tǒng)的可靠性分析

物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)的關(guān)鍵部件——DTL3187液晶拼接單元、傳感C盒和控制管理軟件，全部采用針對(duì)性兼容銜接設(shè)計(jì)，在保證系統(tǒng)兼容性同時(shí)提供可靠安全保障。系統(tǒng)的可靠性分析如下：

（1）系統(tǒng)采用TNet（terminal and computer network，終端與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）架構(gòu)設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)相比，系統(tǒng)具備的智能分割與精確傳輸能力，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的穩(wěn)定指數(shù)更高于傳統(tǒng)控制器，具有更高的穩(wěn)定性。

TNet拼接控制系統(tǒng)及圖像處理系統(tǒng)架構(gòu)均采用可靠的嵌入式設(shè)計(jì)理念：在圖像數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，傳統(tǒng)的控制器是將此路信號(hào)復(fù)制，每路傳輸同樣的數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)輸出的對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行切割放大，但是這樣的后果就是導(dǎo)致數(shù)據(jù)量傳輸過(guò)大，嚴(yán)重制約了控制器的運(yùn)算速度，最終在處理高清信號(hào)或是純數(shù)字信號(hào)時(shí)導(dǎo)致圖像顯示不夠流暢，影響顯示效果，最終也限制了拼接單元數(shù)量。而TNet拼接控制系統(tǒng)采用最新的研發(fā)理念，就是信號(hào)在輸入端已經(jīng)根據(jù)其要輸出的位置先進(jìn)行切割放大，每路只傳輸將要顯示的那部分?jǐn)?shù)據(jù)，這樣就大大減少了傳輸帶寬的壓力，更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)流暢顯示。

（2）系統(tǒng)采用基于FPGA（Field Programmable Gate Array，元件可編程邏輯閘陣列）的嵌入式架構(gòu)設(shè)計(jì)，與其他X86架構(gòu)的分布式系統(tǒng)相比，將更加穩(wěn)定可靠。

（3）液晶拼接單元采用專業(yè)的散熱防塵設(shè)計(jì)，通過(guò)IP54防護(hù)等級(jí)測(cè)試，并通過(guò)8級(jí)抗震測(cè)試。核心部件芯片壽命高達(dá)100000小時(shí)，系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間大于50000小時(shí)，保證系統(tǒng)7×24小時(shí)連續(xù)穩(wěn)定工作。

1.2 系統(tǒng)的擴(kuò)展性分析

物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)中DTL3187拼接單元和傳感C盒均采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用堅(jiān)固的框架式貼板結(jié)構(gòu)，支持多層多列疊加組合及弧形拼接，且拼接后的顯示系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性。TNet拼接控制系統(tǒng)全部采用模塊化設(shè)計(jì)，需要擴(kuò)展時(shí)，只需增加相應(yīng)數(shù)量傳感C盒即可，系統(tǒng)無(wú)傳感C盒數(shù)量限制，可進(jìn)行無(wú)限制擴(kuò)展，不須更換控制器，更不會(huì)影響系統(tǒng)的正常使用，無(wú)須對(duì)用戶應(yīng)用系統(tǒng)作任何改變。

1.3 系統(tǒng)的易維護(hù)性分析

物聯(lián)網(wǎng)大屏幕顯示系統(tǒng)在兼顧優(yōu)良性能的同時(shí)充分考慮易維護(hù)性及經(jīng)濟(jì)性，具有高性能、低損耗、易維護(hù)的特點(diǎn)，有效降低系統(tǒng)運(yùn)行中的維護(hù)費(fèi)用。TNet拼接控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，每一傳感節(jié)點(diǎn)既分散又統(tǒng)一，可單獨(dú)控制，也可整體控制，所以即使出現(xiàn)故障需要維護(hù)，只需要更換或維護(hù)對(duì)應(yīng)的傳感節(jié)點(diǎn)即可，不會(huì)影響系統(tǒng)的正常使用，而且省時(shí)省力，更省錢。而傳統(tǒng)的控制器一旦出現(xiàn)問(wèn)題，輕則關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，維修控制器，影響正常使用；重則需更換控制器或背板，維修或更換費(fèi)用較大，大大耽誤了大屏幕系統(tǒng)的正常使用時(shí)間。

2 物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)建設(shè)

2.1 系統(tǒng)建設(shè)意義

福建省人民政府把構(gòu)建“數(shù)字福建”地理空間框架，加快數(shù)字區(qū)域建設(shè)，作為福建省“十二五”信息化發(fā)展的重要內(nèi)容。莆田市住建局緊緊圍繞“保護(hù)壺山蘭水景觀，突出荔林水鄉(xiāng)特色，建設(shè)生態(tài)環(huán)保家園，打造濱海宜居城市”的城市建設(shè)目標(biāo)，貫徹落實(shí)莆田市委、市政府提出的繼續(xù)實(shí)施好城市建設(shè)戰(zhàn)役，大干“十二五”開(kāi)局之年的要求，依靠先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）、全球衛(wèi)星定位（GPS）、中間件、工作流、通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等多技術(shù)融合，建立莆田市城鄉(xiāng)建設(shè)數(shù)字化管理中心，全面推進(jìn)數(shù)字化城市建設(shè)，提升城市建設(shè)與管理水平。打造科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、精細(xì)和長(zhǎng)效管理的服務(wù)型、創(chuàng)新型、低碳型城市建設(shè)管理新模式，實(shí)現(xiàn)城市在“常態(tài)”下全面有效的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、監(jiān)管和“非常態(tài)”下應(yīng)急指揮的科學(xué)決策、迅速處置。

2.2 系統(tǒng)設(shè)備組成

物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)包括拼接單元組合墻體、傳感C盒、大屏控制管理軟件、矩陣切換器、專用線纜等部分，具體設(shè)備清單如表1所示。

表1 物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)設(shè)備組成

2.3 系統(tǒng)設(shè)備選型

系統(tǒng)設(shè)備選型如下：

（1）VGA傳感C盒：支持?jǐn)?shù)字/模擬計(jì)算機(jī)信號(hào)輸入；最大支持1920×1080@60Hz信號(hào)輸入，信號(hào)格式自動(dòng)檢測(cè)；10比特圖像處理；高級(jí)圖像邊緣增強(qiáng)；2D空間色彩Dithering；1G以太網(wǎng)口，支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換。

（2）視頻傳感C盒： BNC-F接口，模擬復(fù)合視頻輸入，支持PAL/NTSC，自動(dòng)格式檢測(cè)；速率達(dá)到PAL@25fps, NTSC@30fps；支持 576i@50Hz, 480i@60Hz信號(hào)采集；高品質(zhì)影像縮放，亮度對(duì)比度手動(dòng)校正，數(shù)字色彩管理；1G以太網(wǎng)接口。

（3）TNet控制系統(tǒng)：為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)提供管理控制；C/S架構(gòu)管理軟件，可通過(guò)客戶端軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)大屏操作。

（4）全千兆網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機(jī)：實(shí)現(xiàn)RGB/視頻處理器與顯示處理器之間的碼流數(shù)據(jù)交換；1000M數(shù)據(jù)二層交換機(jī)；支持10G雙向堆疊。

（5）拼接單元組合墻體：本大屏幕顯示墻由24套46″ DTL3187液晶拼接單元組合方式為4×6（行×列）；DTL3187液晶單元屏幕尺寸：1025.7mm(寬)×579.8mm(高)；整屏顯示面積為14.27m2；底座高度為800mm；超窄邊拼接組合方式，物理拼縫不大于6.7mm。

（6）物聯(lián)網(wǎng)拼接控制系統(tǒng)：TNet拼接控制系統(tǒng)配置及功能：4路活動(dòng)視頻輸入，可以全部同時(shí)以窗口方式實(shí)時(shí)顯示，視頻格式兼容NTSC/PAL/SECAM等多種制式。任意一路視頻信號(hào)窗口均可以在邏輯屏上任意移動(dòng)、放大、縮小，并放大至全屏顯示。10路計(jì)算機(jī)輸入（分辨率從800×600到1920×1080），可以全部同時(shí)以窗口方式實(shí)時(shí)顯示。任意一路RGB信號(hào)窗口均可以在邏輯屏上任意移動(dòng)、放大、縮小，并放大至全屏顯示。1000M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，支持TCP/IP協(xié)議，可接入辦公局域網(wǎng)。通過(guò)矩陣與C盒切換配合，各種視頻信號(hào)/RGB信號(hào)/網(wǎng)絡(luò)信號(hào)可在全屏以任意大小、任意位置、任意組合、跨屏漫游、互相疊加顯示。系統(tǒng)留有充分余量，當(dāng)用戶日后系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，只需添加相應(yīng)的模塊，將軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)置即可。

（7）大屏幕顯示系統(tǒng)集成控制軟件：可以通過(guò)操作軟件對(duì)整個(gè)拼接墻的顯示內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置和存儲(chǔ)（預(yù)案功能），操作人員在日常工作狀態(tài)下，只需對(duì)大屏幕墻進(jìn)行事先顯示場(chǎng)景的設(shè)計(jì)并存儲(chǔ)，下一次打開(kāi)選用制定場(chǎng)景名稱即可，操作極其簡(jiǎn)便。

2.4 系統(tǒng)信號(hào)電氣連接設(shè)計(jì)

大屏幕拼接系統(tǒng)信號(hào)電氣連接設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 大屏幕拼接系統(tǒng)信號(hào)電氣連接圖

2.5 系統(tǒng)應(yīng)用展示

物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)在城鄉(xiāng)建設(shè)數(shù)字化指揮大廳的應(yīng)用中，顯現(xiàn)出良好的展示效果：

（1）系統(tǒng)的背景桌面非常類似于普通計(jì)算機(jī)的Windows顯示桌面，具有極高的分辨率，4×6的大屏幕顯示系統(tǒng)的整屏顯示分辨率高達(dá)8196×3072。系統(tǒng)桌面的顏色或背景還可以根據(jù)要求進(jìn)行隨意更換。

（2）所有的視頻信號(hào)均通過(guò)視頻傳感C盒接入交換機(jī)到拼接單元，多路視頻信號(hào)可以同時(shí)顯示于大屏幕上。視頻圖像可以實(shí)現(xiàn)單屏顯示、M×N拼接、任意大小顯示、跨屏顯示、任意縮放、整屏漫游等顯示功能，并且可以實(shí)現(xiàn)視頻圖像的分組切換、巡檢、預(yù)案顯示等功能。圖2、圖3列舉了幾種不同顯示模式。

圖2 顯示模式一

圖3 顯示模式二

2.6 系統(tǒng)特色

（1）大屏幕組合拼接墻采用無(wú)縫拼接技術(shù)，物理拼縫為6.7mm，并且屏與屏之間的拼縫橫平豎直，以確保大屏幕圖像的精確顯示和完美效果。拼接單元采用韓國(guó)三星公司最新超窄邊顯示技術(shù)。各個(gè)拼接單元的亮度、對(duì)比度、色彩具有良好的一致性。拼接單元具有內(nèi)置圖像處理器，單屏所有輸入接口的信號(hào)通過(guò)拼接單元的內(nèi)置拼接處理模塊均可直接拼接顯示，可無(wú)需額外的圖像控制系統(tǒng)。多屏拼接顯示時(shí)拼接墻整體亮度均勻性達(dá)95％，整屏顯示圖像時(shí)單元與單元之間無(wú)明顯的色彩、亮度差異。大屏幕上的各種信號(hào)（RGB信號(hào)/視頻信號(hào)/網(wǎng)絡(luò)信號(hào)）窗口可整屏顯示，也可分屏顯示、跨屏顯示，不受物理拼縫的限制。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漢字和圖像的正確顯示，全屏范圍內(nèi)顯示無(wú)非線性失真。

（2）TNet拼接控制系統(tǒng)配置功能強(qiáng)大的圖像處理模塊，圖像控制系統(tǒng)為硬件架構(gòu)，具有良好的擴(kuò)展性，后期進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，只需增加相應(yīng)傳感C盒。能同時(shí)處理和顯示多路視頻信號(hào)、獨(dú)立RGB信號(hào)以及網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，多路圖像均可在高分辨率邏輯屏上以開(kāi)窗口的方式任意位置、任意大小、任意縮放、漫游移動(dòng)，直至全屏顯示。具有3G/有線/無(wú)線圖像回顯功能，支持控制顯示終端的實(shí)時(shí)回顯功能，用戶可在非大屏所在區(qū)域，能夠利用便攜式設(shè)備、手機(jī)或其他無(wú)線終端實(shí)時(shí)觀看大屏幕顯示的內(nèi)容，圖像回顯幀率每秒大于35幀。

（3）大屏幕顯示系統(tǒng)的軟件平臺(tái)基于Windows 2000/NT/XP中文操作系統(tǒng)，支持Windows的各種應(yīng)用。整套大屏幕系統(tǒng)由一套控制軟件操作控制，操作員能夠通過(guò)大屏幕控制軟件設(shè)置大屏幕系統(tǒng)的所有參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像顯示、信號(hào)切換等操作。可對(duì)顯示信號(hào)的窗口大小、位置進(jìn)行安排和設(shè)置，并且可將結(jié)果存儲(chǔ)為一個(gè)顯示預(yù)案，可以隨時(shí)以多種方式調(diào)用顯示預(yù)案的執(zhí)行，大大減少用戶的操作程序，使操作更加簡(jiǎn)單、方便。

（4）液晶面板采用全封閉式設(shè)計(jì)，防塵能力強(qiáng)，拼接單元采用密閉式設(shè)計(jì)，支持前面板散熱，保證了內(nèi)部器件的穩(wěn)定，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。組合屏體采用一體化設(shè)計(jì)，內(nèi)藏式布線，布局合理、整潔美觀。拼接單元及控制系統(tǒng)均采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、一體化設(shè)計(jì)，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，模塊的更換非常方便快捷，易于維護(hù)保養(yǎng)。大屏幕系統(tǒng)能確保長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，整套系統(tǒng)具有先進(jìn)性、穩(wěn)定性，采用模塊結(jié)構(gòu)組建系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

3 結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)液晶大屏幕拼接系統(tǒng)作為一種基于物聯(lián)網(wǎng)思想的IP分布式視頻墻系統(tǒng)，不需要固定的控制主機(jī)，任何一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)都能控制整個(gè)系統(tǒng)，有效防止硬盤損壞，系統(tǒng)死機(jī)等帶來(lái)的問(wèn)題。不僅可以高質(zhì)量完成傳統(tǒng)視頻墻的主要功能，相較于傳統(tǒng)視頻墻架構(gòu)即插即配；易于管理、高擴(kuò)展性、高靈活性、高同步性、鮮艷視頻、高穩(wěn)定性、總成本低，具有極佳的顯示效果。

[1] 楊正洪,等.云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[2] 瓦舒爾，丹克爾，田輝等. 基于IP的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[3] 張新程,等. 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)[M] .北京：人民郵電出版社，2011.

[4] 項(xiàng)有建，沖出數(shù)字化——物聯(lián)網(wǎng)引爆新一輪技術(shù)革命[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[5] 劉志東,等.數(shù)字化城市管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.