寧夏氣象天氣會商高清顯示系統設計應用

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設計采用交互式音頻、視頻技術，具有擴充性，選擇多路視、音頻信號的本地顯示和轉接顯示，采用高清、高亮度、窄邊拼縫等離子拼接技術構成功能齊全的大屏顯示系統。具智能開機、預約設定，信號任意切換與畫面可漫游顯示特點。 利用全區氣象部門業務網絡系統，搭建了省級氣象臺與市縣級氣象臺站的預報業務人員互動的交流平臺。并可通過氣象業務應用系統直觀地顯示全區觀測站點的信息、圖像和數據，達到提高預報決策現代化手段及工作效率的目的。

關鍵詞：天氣會商 等離子 顯示幕墻 信號處理 中央控制 設計應用

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

引言

在信息網絡快速發展的時代，新技術的運用給各行各業帶來較大的沖擊，國家氣象局逐步將大數據、新媒體、物聯網、云計算等技術應用到現代氣象業務建設中，逐步適應個性化、專業化、多樣化的需求。因此，以多媒體技術為手段，計算機為核心的高清視頻，高保真音頻和通信等領域的多媒體技術在氣象天氣業務中不斷廣泛的應用、優化。

寧夏氣象天氣會商高清視頻顯示系統中，采用等離子高清數碼顯示、多屏圖像處理、智能化控制操作，信號切換及網絡技術的綜合應用設計。在設計中選擇多路

視、音頻信號的本地顯示和轉接顯示，選擇高清、高亮度、窄邊拼縫的等離子拼接大屏顯示系統和音頻信號的數字音頻處理器，形成智能開機、預約設定的會商音、視頻模式，信號任意切換與畫面可漫游顯示設計技術，展現了現代化的人機交互式天氣會商業務平臺。

1 天氣會商高清顯示系統技術方法及組成

高清顯示系統是其他系統產生信息的終端表達設備，如何設計一種符合寧夏天氣會商要求的高清顯示技術平板幕墻，根據業務需求及會商室建筑空間及辦公整體布局所需。從系統的可用性、先進性、可靠性和經濟性出發，設計選擇等離子拼接幕墻顯示系統。

1.1幕墻大屏顯示技術性能指標的設計與選擇

幕墻顯示系統采用較前沿開放式體系結構，根據主體墻面尺寸采用超窄縫拼接、8個組合屏圖像處理、信號切換等網絡技術應用綜合為一體的高清晰度平面數碼顯示幕墻，顯示達到高速、動態畫面流暢、色彩自然。構成一個高清晰度、高穩定性、高智能化控制，操作方便的大屏幕天氣會商顯示系統[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。顯示技術先進、屏幕大而薄是發展的前沿，通過對傳統的顯像管（CRT）、背投、等離子、液晶幾代產品顯示技術應用比較，又經查閱資料、市場調研比較，確認等離子屏更能較好地滿足天氣會商拼接幕墻設計應用需求。

等離子PDP技術，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即能主動發光，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，色彩還原度達到97%。

等離子PDP技術響應速度為微秒級，拼接屏的響應速度為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備，不需要額外的背光源系統，實現了窄縫拼接和超薄化[2] 。

1.1.2幕墻視頻的技術性能設計

根據實際對輸入信號的要求，選擇不同的視頻處理系統，實現DVI、HDMI、VGA復合視頻、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 內置圖像處理系統，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；圖像處理器與網絡連接，可完成計算機網絡信號、非網絡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。

2 天氣會商幕墻系統整體結構設計及配置

根據寧夏天氣會商視頻會議室幕墻的實際尺寸及室內空間情況，從使用性及美觀性進行思考設計，會商室拼接大屏幕顯示系統選擇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，穩定無閃爍。

根據天氣會商業務對大屏幕顯示系統提出的系統規模和應用要求，設計為左四屏顯示會商會場，右四屏顯示氣象天氣圖信息，也可以根據不同要求任意顯示其他氣象要素信息畫面。在設計中選擇了適宜應用需求即幕墻為平板顯示窄縫拼接技術。

2.1系統信號顯示處理

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和網絡信號顯示（4）各類信號混合顯示等功能。

對信號源進行完善的處理，包括轉接、分配、切換、倍頻、分割、多屏拼接等，達到信號資源共享的目的，使顯示系統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，是大屏幕顯示系統的核心。所有需要顯示的信號和資料信息（視頻天氣圖、衛星云圖、網絡計算機信息、GIS電子地圖等）以及所有的顯示任務、處理工作都要經過控制器來接入、處理。設計選擇了TF-3000網絡型圖像拼接控制器，具備多屏幕拼接顯示控制系統，可以滿足我們多信號拼接的工作要求。系統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。TF-3000圖像拼接控制器支持遠程控制、多用戶控制和優先級控制、權限控制，具有靈活的控制功能。

2.3 操作系統控制器多平臺應用

圖像拼接控制器跨平臺應用，基于PCI體系并支持Microsoft Windows XP、NT、2000操作系統，同時支持基于AIX、SunSolaris、Tru64 UNIX、HP Unix、Linux操作系統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動可達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。控制器可支持多達64路RGB信號、144路視頻信號，網絡多路信號以單元為顯示單位，在各單元窗口內任意位置組屏開窗、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，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比例無級放大到全屏顯示，全屏范圍內顯示圖形不變形，整個屏幕亮度均勻，無暗角、亮角等現象，畫面穩定無閃爍。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 網絡控制功能及大屏幕顯示系統管理軟件的快捷方式

圖像拼接控制器支持本地控制，同時也支持遠程控制。TF-3000圖像拼接控制器提供網絡訪問和遠程控制，任何與TF-3000圖像拼接控制器聯網的計算機都可以通過網絡傳輸指令作為遠程控制臺或本地PC機使用控制，利用輸入設備能對投影墻進行遠程控制。支持多個用戶同時可以對大屏幕進行操作控制，又可以設定不同的用戶分別控制與操作顯示墻的不同區域，也可以設定不同用戶可同時對顯示墻的同一區域進行控制與操作。 系統設置的優先級和權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限的操作員，可以在任意一臺網絡計算機上輸入自己的控制密碼便可以完成相應的控制。

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

2.3.3 系統的擴展能力

圖像拼接控制器采用開放式結構，便于系統軟、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。圖像拼接控制器標準配置集成了4個100M、1000M自適應網口，便于在系統應用擴展。

3 中央智能控制系統功能

中央控制系統設計形成了豐富的人機交互界面，系統采用智能集中控制方式。中央控制系統由掌上電腦（PAD）桌面圖標操作，以網絡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RS232串口實現各種設備的集中控制。所有電控設備提供簡單易操作、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備的現代化程度，在遵循系統設計原則基礎上，本套系統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，環境效果等全方位體現自動化、智能化地控制。使之具有化繁為簡，化整為零的特點[5]。

4 結語

（1）系統投入業務運行后易操作、性能成熟可靠，圖像、圖形擴展靈活、信號及操作接口標準、開放。（2）系統具有可擴充性，網絡應用、管理適應未來氣象業務多媒體應用的發展，能夠充分地利用投入的系統設備資源。（3）系統充分利用全區氣象部門現有的網絡系統，搭建了省級氣象臺與市縣級氣象臺站的預報業務人員互動的交流平臺。利用先進高質量的交互式視頻技術，并通過業務應用系統直觀地顯示全區觀測站點的氣象信息。（4）系統高標混合矩陣存在著標清轉高清信號編碼易實現，雖然高清轉標清信號溢出容易出現黑屏或圖像比例失調等問題，但可在軟件算法上優化改進。（5）天氣會商集中控制系統中只涉及到大屏設備的控制，尚未對會商室的發言PC機的反轉器、燈光、窗簾等輔助設施加以控制，今后使用中可逐步改進優化。

參考文獻

[1] 王天及，楊世寧，李耀棠.現代顯示技術的進展[J]；光電子技術與信息；2004.17（4）.3 .

[2] 童林夙.彩色PDP技術現況與發展[J]；現代顯示； 2005.02.1-6.

[3] 田展宏等編著.基于MATLAB 的圖像處理案例教程[M].清華大學出版社；2011.04.

[4] 湯旻安，張鯤，薛介民.大型多媒體中央控制系統的原理及應用[J]；甘肅科技；2007.04.89-90.

[5] 王建華. 多媒體報告廳智能中央控制系統[J]；鹽城工學院學報（自然科學版） 2004.03.37-39.