廣東地震臺(tái)網(wǎng)多屏拼接顯示系統(tǒng)架設(shè)實(shí)例

摘 要：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)地震監(jiān)測(cè)提出了更高的要求，要求地震臺(tái)網(wǎng)更快、更準(zhǔn)地做好地震速報(bào)。在地震臺(tái)網(wǎng)，地震監(jiān)測(cè)信息和震情數(shù)據(jù)的直觀顯示、統(tǒng)一控制，新的大屏拼接技術(shù)、信號(hào)切換技術(shù)、圖像拼接處理技術(shù)等的應(yīng)用，為多屏拼接系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。該文介紹了廣東臺(tái)網(wǎng)新建的一套智能化多屏拼接顯示系統(tǒng)，其系統(tǒng)克服了單一、獨(dú)立的畫面，實(shí)現(xiàn)了地震臺(tái)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、結(jié)果顯示、交互分析統(tǒng)一顯示，分道放大縮小的功能。

關(guān)鍵詞：地震臺(tái)網(wǎng) 多屏 拼接 KVM

中圖分類號(hào)：P31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）08（a）-0015-06

1 引言

廣東地震臺(tái)網(wǎng)（簡稱“臺(tái)網(wǎng)”）是廣東省人民政府和中國地震局共同投資建設(shè)的區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)。所屬臺(tái)站有78個(gè)測(cè)震臺(tái) ，加上周邊共有100多個(gè)臺(tái)站。從2016年初起，承擔(dān)了中國地震臺(tái)網(wǎng)中心的速報(bào)災(zāi)備任務(wù)，建成了包含全球有1 000多個(gè)測(cè)震臺(tái)的國家地震速報(bào)災(zāi)備中心。

臺(tái)網(wǎng)主要承擔(dān)了廣東省及周邊地震速報(bào)等任務(wù)。日常工作中要監(jiān)控臺(tái)站狀態(tài)、分析處理地震波形、產(chǎn)出地震處理結(jié)果、發(fā)布震情信息等，每天需要顯示、觀測(cè)的信息很多。采用單一屏幕分別顯示，需要的屏幕數(shù)較多，也不利于瀏覽和管理；如果能有一套多屏統(tǒng)一顯示的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多路輸入多路輸出，圖像可以放大縮小，可漫游，可統(tǒng)一操作管理，就可以減少顯示設(shè)備，節(jié)省空間，方便操作管理。

液晶大屏拼接顯示技術(shù)是一個(gè)新興的技術(shù)，具有高亮度、高對(duì)比度、高色彩飽和度、高色彩均勻度、長壽命、平均無故障時(shí)間長等特點(diǎn)，目前在許多場合都有應(yīng)用，具有非常好的視覺效果。還具有顯示清晰、可視面積較大、顯示比例可調(diào)、色彩艷麗明亮并且機(jī)體很薄，使用壽命長。

以前的液晶顯示屏大多都為單機(jī)使用方式，隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，到目前液晶顯示屏已經(jīng)可窄縫拼接使用（≤3.3 mm），而且能夠得到很好的顯示效果。液晶拼接的應(yīng)用因?yàn)檩^薄的機(jī)體，可以為用戶節(jié)約更大使用空間，拼接組合也簡單快捷，使用液晶拼接屏幕可以說是以較少的投資得到極好的顯示效果，性價(jià)比極高。該文介紹的就是這種多屏拼接技術(shù)在臺(tái)網(wǎng)的使用實(shí)例。

2 概述

臺(tái)網(wǎng)在2005年中國地震局“十五”網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目建成后曾采用6臺(tái)46英寸液晶屏組成的電視墻，每臺(tái)電視顯示1個(gè)獨(dú)立畫面，如圖1。這種電視墻采用1臺(tái)電腦連接1臺(tái)電視機(jī)的單一方式，6臺(tái)電視機(jī)需要6臺(tái)電腦，需要6套鼠標(biāo)鍵盤。整個(gè)電視墻需要的設(shè)備多，但是功能單一，操作不便。

臺(tái)網(wǎng)隨著業(yè)務(wù)的不斷拓展，原來的電視墻已經(jīng)不能滿足需求，迫切需要一套多屏拼接顯示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)臺(tái)站信息、波形信息、網(wǎng)絡(luò)信息、地震信息、發(fā)布信息和機(jī)房環(huán)境信息等統(tǒng)一監(jiān)控顯示的功能。

多屏拼接顯示系統(tǒng)是指顯示單元、圖形拼接處理器、KVM系統(tǒng)、控制主機(jī)和信號(hào)源組成的一套系統(tǒng)，如有需要，還可以加上紅外觸摸框，實(shí)現(xiàn)觸摸功能。多塊顯示單元根據(jù)實(shí)際需要拼接在一起組成一面更大幅面的屏幕，圖形拼接處理器實(shí)現(xiàn)畫面拼接，KVM系統(tǒng)完成多臺(tái)主機(jī)的統(tǒng)一操作。

3 顯示單元

3.1 顯示單元的分類

目前，比較常見的大屏幕拼接系統(tǒng)通常根據(jù)顯示單元的工作方式分為3種類型，即PDP等離子顯示單元拼接、LCD液晶顯示單元拼接和DLP背投顯示單元拼接。其中前兩者屬于平板顯示單元拼接系統(tǒng)，后者屬于投影單元拼接系統(tǒng)。

3.1.1 等離子顯示單元

PDP（PlasmaDisplayPanel），即等離子顯示屏。PDP單元拼接具有顏色鮮亮、高對(duì)比度以及高亮度的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有其自身無法克服的缺點(diǎn)。等離子由于耗電量與發(fā)熱量很大，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重灼傷現(xiàn)象，并不適用于長期靜態(tài)畫面顯示監(jiān)控；且PDP單元用于拼接之后，整機(jī)升溫更高，致使設(shè)備容易燒毀。此外，目前市面上等離子拼接幕墻價(jià)格較高，一般1 m2的價(jià)格高達(dá)十幾萬。

3.1.2 LCD液晶顯示單元

LCD液晶大屏拼接，是采用液晶顯示單元拼接的方式，通過拼接控制軟件系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示效果的一種拼接屏體。液晶拼接具有厚度薄、重量輕、低能耗、長壽命、無輻射等優(yōu)點(diǎn)，而且其畫面細(xì)膩、分辨率高，各項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)的優(yōu)秀表現(xiàn)，已使它成為發(fā)展主流，前景看好。作為拼接顯示終端，盡管有上述優(yōu)點(diǎn)，但是作為拼接顯示單元，其缺點(diǎn)也是致命的：那就是目前其拼縫較大，目前市面上做到雙邊最小3 mm左右。

3.1.3 DLP背投顯示單元

DLP是“DigitalLightingProgress”的縮寫。它的意思為數(shù)字光處理，也就是說這種技術(shù)要先把影像訊號(hào)經(jīng)過數(shù)字處理，然后再把光投影出來。DLP大屏幕拼接系統(tǒng)以DLP投影機(jī)為主并配以圖像處理器組成的高亮度，高分辨率色彩逼真的電視墻，能夠顯示各種計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)以及視頻信號(hào)，畫面能任意漫游、開窗、放大縮小和疊加。此外，相較于其他拼接技術(shù)，DLP拼接的突出優(yōu)勢(shì)是“零縫隙”，其物理縫隙畫面整體顯示效果良好。但需要預(yù)留比較大安裝檢修空間。

3種拼接系統(tǒng)的特點(diǎn)見表1。

綜合考慮價(jià)格成本和安裝場地等因數(shù)，臺(tái)網(wǎng)選用了液晶顯示單元的拼接方式。該系統(tǒng)選用了一款46英寸超窄邊液晶屏，屏的特點(diǎn)是：超窄邊設(shè)計(jì)，雙邊邊框尺寸最窄僅3.3 mm。高分辨率，達(dá)到1 920×1 080，真實(shí)還原物體色彩，圖像和文本顯示的細(xì)節(jié)生動(dòng)展現(xiàn)。有豐富的接口，全接口支持，HDMI、VGA、VIDEO多種數(shù)字信號(hào)格式支持，控制采用RS485工業(yè)接口。具有集成的紅外解碼器適用于大規(guī)模拼接顯示，獨(dú)特的超窄邊設(shè)計(jì)使大屏無縫拼接成為現(xiàn)實(shí)，呈現(xiàn)完美的視覺效果，根據(jù)需要共采用12塊屏，按3×4的方式排列安裝。拼接后的拼縫小于3.3 mm，拼接效果很好。拼接效果如圖2。

3.2 電視墻制作

3.2.1 設(shè)計(jì)

首先，需要依據(jù)建設(shè)場地大小設(shè)計(jì)適合多少塊屏幕？根據(jù)臺(tái)網(wǎng)的實(shí)際需求，其顯示監(jiān)控區(qū)有100 m2，擺放電視墻的地方寬 9.3 m。根據(jù)選用的46英寸液晶顯示單元尺寸，3×4拼接墻（橫向3行，縱向4列）的規(guī)格如下：

屏寬：1 024 mm×4=4096 mm；

高：578.6 mm×3=1 735.8 mm；

面積：4 096 mm×1 735.8 mm=7.1 m2。

3.2.2 電視墻安裝制作

電視墻的的安裝需要考慮幾個(gè)問題：安裝位置、安裝材料、焊接工藝、安裝方法。安裝位置是明確電視墻的位置，明確離開墻的距離是多少？這需要考慮是否方便施工、是否便于后期維護(hù)、機(jī)器如果散熱等因數(shù)。電視屏厚11 cm，安裝支架6 cm，所以，電視墻共17 cm厚。加上不小于60 cm的檢修通道，即電視墻確定離墻體80 cm的地方開始即可。

單塊46英寸液晶拼接屏的重37 kg，選用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板，厚度立柱2.0 mm、框架1.5 mm，制作掛架。掛架表面靜電噴塑，防靜電、防腐蝕處理。 按#型焊接安裝支架，如圖3。

把液晶屏鉤掛在兩條橫杠上，按3排4列，共鉤掛12塊液晶屏。電視墻頂部安裝LED顯示屏，用于顯示標(biāo)題欄；下部采用鏤空金屬板裝飾和散熱功能。電視墻設(shè)計(jì)效果如圖4。

4 拼接處理器單元

臺(tái)網(wǎng)選用的拼接處理器是一臺(tái)純硬件架構(gòu)、無操作系統(tǒng)的視頻圖像處理工作站，能夠?qū)⒍鄠€(gè)動(dòng)態(tài)畫面顯示在多個(gè)屏幕上面，實(shí)現(xiàn)多窗口拼接的功能。專為顯示多個(gè)畫面的場合設(shè)計(jì)，尤其適合對(duì)不同類型的屏幕和分辨率的靈活控制。

其拼接處理器具有強(qiáng)大的信號(hào)處理能力，具有采集高清視頻信號(hào)、實(shí)時(shí)處理高分辨率數(shù)字圖像、三維高階數(shù)字濾波等高端圖像處理功能。其采用大容量高速FPGA陣列和CrossPoint數(shù)字多總線數(shù)據(jù)路由交換的處理機(jī)制，保證對(duì)所有輸入信號(hào)源進(jìn)行全實(shí)時(shí)處理和數(shù)據(jù)一致性，圖像無延遲、無離散化、不丟幀，實(shí)現(xiàn)圖像的完美呈現(xiàn)。

其具有把各種信號(hào)：IP網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、電腦VGA信號(hào)、DVI信號(hào)、攝像頭Video信號(hào)、播放器HDMI信號(hào)等匯集到拼接處理器，經(jīng)由拼接處理器處理，再上傳到顯示單元播放，實(shí)現(xiàn)放大縮小、漫游疊加的能力，其系統(tǒng)技術(shù)結(jié)構(gòu)如下圖5。

5 KVM切換器單元

5.1 KVM切換器

為了解決怎樣統(tǒng)一控制多種信號(hào)源和信號(hào)主機(jī)的問題，引入了KVM系統(tǒng)。KVM系統(tǒng)主要的是KVM切換器，又名多計(jì)算機(jī)切換器或KVM SWITCH，是讓系統(tǒng)管理員可以通過一組鍵盤、顯示器和鼠標(biāo)，控制多臺(tái)服務(wù)器或電腦主機(jī)的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備。根據(jù)臺(tái)網(wǎng)的信號(hào)源主機(jī)數(shù)量，選用了8口KVM切換器，其有8個(gè)VGA和USB輸入端口，可以控制八臺(tái)信號(hào)主機(jī)；還有1個(gè)VGA和1組USB輸出端口，其外觀如下圖6。

5.2 KVM系統(tǒng)構(gòu)成

臺(tái)網(wǎng)的 KVM系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能是利用一套鼠標(biāo)鍵盤集中控制4臺(tái)電腦主機(jī)、12路VGA信號(hào)，統(tǒng)一調(diào)配4臺(tái)電腦主機(jī)的12路VGA信號(hào)在12塊拼接電視墻上顯示出來，并且能實(shí)現(xiàn)控制其拖拉、點(diǎn)擊等功能。

在實(shí)際應(yīng)用中，把信號(hào)源主機(jī)的VGA端口依序經(jīng)分頻器連接至KVM切換器的VGA輸入端口和多屏拼接處理器的視頻輸入端口；把信號(hào)源主機(jī)的USB端口依序用打印線連接至KVM切換器的USB輸入端口；把KVM切換器的VGA輸出端和USB輸出端分別連接顯示器、鼠標(biāo)鍵盤，具體連接如圖7。連接后，雙擊鍵盤“滾動(dòng)鎖定Scroll Lock”鍵+數(shù)字鍵+“回車 Enter”鍵，就能實(shí)現(xiàn)控制某臺(tái)主機(jī)的功能。

6 多屏拼接顯示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

前面介紹了多屏顯示系統(tǒng)的各組成單元，下面則要講述如何把他們有機(jī)的組合起來。

6.1 鏈接實(shí)現(xiàn)

首先，把信號(hào)源主機(jī)的DVI視頻端口連接拼接處理器的視頻輸入端口，之后把12塊液晶屏的DVI輸入接口連接到拼接處理器DVI輸出端口；每塊屏的RS485端口用RJ45跳線串聯(lián)后連接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；拼接處理器的RJ45口接入到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；控制主機(jī)的RS232端口轉(zhuǎn)RJ45，連接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，主機(jī)的RJ45口連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。系統(tǒng)連接如圖8所示。

6.2 功能實(shí)現(xiàn)

（1）全屏顯示。

拼接顯示屏整個(gè)幅面只顯示1個(gè)相同的動(dòng)態(tài)（視頻）和靜態(tài)（計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)）畫面，實(shí)現(xiàn)全屏顯示，如圖9。全屏顯示多用于系統(tǒng)測(cè)試，測(cè)試每塊屏的亮度、清晰度、色溫、時(shí)差等。如果某塊屏不正常，就可直觀的表現(xiàn)在亮度或顏色上的不正常，或兩塊屏之間的過度突跳。全拼顯示還用于需要放大某一個(gè)顯示單元，突出重點(diǎn)時(shí)使用，比如需要單獨(dú)顯示某一個(gè)地震的相關(guān)信息時(shí)，就可以把其放大到全屏幕顯示。

（2）單屏顯示。

拼接顯示系統(tǒng)的12塊屏分別顯示不同的畫面，實(shí)現(xiàn)各屏獨(dú)立顯示，如圖10。日常工作中，臺(tái)網(wǎng)拼接顯示系統(tǒng)的12塊屏幕是分別顯示一路信息，臺(tái)網(wǎng)值班員能直觀考察各系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)臺(tái)網(wǎng)地震觀測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。

（3）跨屏漫游。

就是一幅畫面能夠在幾個(gè)屏之間跨屏顯示，并且可以疊加、漫游，如圖11。

（4）任意組合。

在1至12塊屏之間，可以任意放大或縮小某一幅畫面。比如，當(dāng)需要重點(diǎn)顯示臺(tái)網(wǎng)某個(gè)地震定位結(jié)果時(shí)，就可以把它放到2×2或3×3的大幅面上，實(shí)現(xiàn)放大顯示的效果，如圖12。

7 結(jié)語

經(jīng)過近一年的建設(shè)，終于建成了一套技術(shù)先進(jìn)、功能豐富、外觀時(shí)尚的多屏拼接顯示系統(tǒng)。建成的大于160英寸的電視墻，最多能同時(shí)接入12路不同信號(hào)源分別在12塊不同屏幕上顯示，或局部放大，或局部縮小，或唯一顯示一面160英寸大幅面。使得廣東臺(tái)網(wǎng)地震監(jiān)測(cè)水平提上新臺(tái)階，成為廣東臺(tái)網(wǎng)一個(gè)新亮點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳叔坤，黃文輝.廣東臺(tái)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架設(shè)實(shí)例[J].華南地震，2015，35（3）：15-24.

[2]百度文庫，拼接屏的種類以及對(duì)應(yīng)優(yōu)缺點(diǎn)分析[EB/OL].（2015-07-01）http：//wenku.baidu.com/view/a137e1d6312b3169a551a46e.html？from=search.

[3]陸偉良，王建章.實(shí)用智能建筑機(jī)房工程[M].南京：東南大學(xué)出版社，2010.