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              背投拼接顯示系統技術現狀和產業發展

                 中國投影網資訊     [2006-3-16 10:13:25]      編輯:姻姻
                隨著社會信息化的高速增長,信息的可視化需求也急劇擴大,同時高端可視化的實現難度也越來越高。單臺顯示設備所能顯示的信息已經遠遠不能滿足市場需求,特別是一些監控中心、指揮中心、調度中心等重要場所,大屏幕背投拼接顯示系統已經成為信息可視化不可或缺的核心基礎系統。具體表現在:
                1. 視訊設備從標準清晰度向高清晰度邁進,視訊內容也開始跨入數字高清時代;
                2. 網絡技術飛躍發展,從百兆網到千兆網、萬兆網,傳輸速度迅猛增高,傳輸信息量也隨之呈幾何級增長;
                3. 特別是在以上各種高清信息要求可視化管理和大量信息要求集中顯示時,例如幾十個視頻信號和若干路超高分辨率計算機信息需要在一個系統平臺下同時顯示時,傳統的顯示方法和設備已經完全不能勝任。

                以上技術要求催生了一個新興行業——大屏幕背投拼接顯示系統制造行業。其突出特點是:
                1. 顯示面積大。積木式拼接,可達幾十、幾百平方米,甚至更大;
                2. 分辨率高、清晰度高。理論上可以隨著拼接規模增大而不斷累加;
                3. 技術水平高。由于該產品是光學、電子、屏幕、機械、網絡等等現代生活中幾乎所有的高科技技術的集合體,其所具有的技術含量也是也是一般高科技產品所無法比擬的。

                一、背投拼接顯示系統的組成介紹
                背投拼接顯示系統主要包含三個部分:一體化數字顯示單元、多屏處理器和用于控制整個系統的多屏控制系統。一體化數字顯示單元由投影機、背投箱和屏幕等組成。下圖是背投拼接顯示系統的整體構成示意圖:

                1、多屏處理器
                定義:多屏處理器是一種基于某一操作系統平臺并且具有多屏顯示功能的、可用不同方式對各種類型的外部輸入信號(包含RGB信號、Video信號、網絡信號)進行遠程顯示處理及控制的專用圖形處理設備,多屏處理器的所有顯示通道輸出組合成一個單一邏輯屏。
                多屏處理器是整個背投拼接顯示系統的核心組成。其核心作用主要表現在:可以生成一個高分辨率的單一邏輯屏,整屏清晰度目前最高超過100M像素。其外部的所有信號(包括計算機信號、視頻信號和網絡信號),都可以通過它進行相應處理后在背投拼接顯示系統中顯示出來,并且這些信號窗口可以在拼接系統中以任意大小、在任意位置相互疊加顯示。
                2、由一體化數字顯示單元拼接而成的大屏幕背投影拼接顯示系統
                一體化數字顯示單元是大屏幕背投拼接顯示單元的核心顯示部分;外界信號以及多屏處理器內的全部內容,都由一體化數字顯示單元完成;一體化數字顯示單元主要由投影機、背投箱和屏幕等組成(反射式背投還包含反射鏡)。目前所用的投影機主要為基于TI公司的DLP數字光處理投影機,極少數采用LCD等技術的投影機。
                3、大屏幕控制系統
                大屏幕控制系統是整個大屏幕背投拼接顯示系統的控制核心,一個系統的易用性和穩定性,很大一部分取決于控制系統所具有的功能和性能優劣。
                
                二、背投拼接顯示系統的幾個技術革新
                1、快速網絡顯示技術(VlinkExpress網絡直通車)
                2004年,全球第一款專用于大屏幕背投拼接顯示系統的遠程網絡顯示軟件——VlinkExpress面世,該產品的推出,彌補了大屏幕系統網絡顯示只能依靠其它領域的遠程控制軟件(如NetOP、PcAnywhere等)的尷尬局面;并使得網絡信號顯示速度提高到了15幀/秒以上的數量級,大大突破了傳統網絡抓屏軟件在大屏幕這一特殊領域應用的速度極限。
                2、革命性的底板系統交換架構技術  
              針對PCI總線帶寬的瓶頸,業界公司研制出一種新的總線結構,其核心是極具藝術創想的底板系統交換架構。傳統的總線結構,如PCI總線,資源被所有的外圍連接所分享,從而使控制室環境下的大量的數據信息傳輸受到制約。而該底板系統交換架構為每個外圍插槽都提供高達4Gb/s 的傳送帶寬。外圍的板卡通過該底板連接到擁有極高帶寬的交換架構卡上,從而確保數據通過最佳的路徑傳輸,提供快速優質的畫面數據。通過增加可選的串行開關卡,數據帶寬可提高到令人驚訝的每槽8Gb/s,無論顯示規模大小如何都能保證各種信號的流暢顯示,并確保系統連續、穩定的工作

                3、雙燈系統
                大屏幕背投拼接顯示系統中,每臺投影機是一個單元的顯示核心,投影機偶爾出現故障后,會影響系統的整體顯示效果,而DLP投影機出現故障最多的地方,往往就是投影機的燈泡。雙燈系統的出現,在一定程度上解決了由于投影機燈泡問題而引起的顯示單元無法正常顯示的故障。
                
                主流雙燈工作方式有兩種:
                a、冷備份工作方式:只有一個燈泡工作,當正在使用的燈泡發生故障,系統自動切換備用燈工作。雙燈冷備份工作方式從開機到正常工作需要的時間較長(燈泡點亮需要一定的時間),但由于備用燈泡始終處于不工作的狀態,所以不會影響其正常使用壽命。由于燈泡的價格較高,所以對于用戶而言,冷備份工作模式的雙燈系統是相對理想的選擇。
                b、熱備份工作方式:兩個燈泡同時亮,當一個燈泡故障時立刻可切換成另一個燈工作。雙燈熱備份最大的優勢就是切換速度很快。但也因為熱備份狀態兩個燈泡同時在工作,過高的工作溫度嚴重影響了兩個燈泡的正常使用壽命,所以熱備份主要適用于一些資金比較充裕、并且特殊需求很多的用戶。
                4、成功研制出分布式主從處理器結構
                PCI帶寬不足,是困擾整個行業系統向大規模方向發展的一個關鍵問題。以81個顯示單元的系統為例來分析PCI總線帶寬的瓶頸問題:經計算,理想狀態下從內存經PCI傳輸并顯示一幀圖像(243M數據)所花的時間要1.84秒。而實際運行時其它軟件的影響、設備中斷、硬盤訪問速度和內存數量等因素常會大大增加圖像數據傳輸時間,或使圖像數據傳輸時出現難以容忍的抖動效果。可以看出,受到PCI總線帶寬的限制,傳統處理器根本無法完成正常驅動81個顯示屏的能力。
                針對上述問題,VTRON公司推出了新一代的多屏處理系統----分布式主從處理器系統,該系統的推出,使得多屏處理器驅動130個乃至更多顯示單元成為可能,該結構已經成功應用于深圳地鐵系統中,整體運行效果非常好。
                該系統具有全屏幕高分辨率單一邏輯屏的顯示能力,并具有多用戶靈活分區應用的功能,無論是單一邏輯屏應用還是分區應用,均可實現快速同步顯示。
                目前采用該技術的背投拼接顯示系統,其最大分辨率達到100M象素(一億象素)以上,而顯示速度相當于普通16通道多屏處理器系統的顯示速度。
               
                三、大屏幕背投拼接顯示系統的市場需求與未來分析
                1、市場需求分析
                早期的國外市場主要是以CRT拼接墻為主,但由于CRT的拼接墻成本很高、顯示效果也很差,當以CRT技術為主的背投拼接系統進入中國市場時,并不為國內客戶所接受。直至美國TI公司主導的DLP數字光處理技術得到長足發展,以DLP投影機為主的背投拼接系統由于具有價格低、顯示及拼接效果明顯優于CRT拼墻的特點而為國內廣大用戶所接受;同時,國內大屏幕背投拼接顯示行業得以快速發展;據統計,目前國外市場的增長速度每年在10%以內,而國內市場的增長速度已經達到30%以上,預計2010年,國內市場的需求量將接近10萬臺。
                近年來,隨著綜合國力的不斷提高,公安、電信、電力、交通等領域對于終端顯示系統的要求朝著大型化、高清晰化的方向發展。2002年以前,國內各個行業對于終端顯示設備的需求一般在單系統24個顯示屏以內;到了2003年,市場需求已經到了單系統45個屏;2004年,更是出現了單系統81個屏或以上的市場需求。國內經濟快速發展,各種資訊的快速增長,使得各領域用戶需要顯示、監控的信息量越來越大,這也是終端顯示系統朝著大型化、高清晰化發展的主要原因。
                2、DLP投影技術是未來3-5年拼接墻系統的主流:
                目前拼墻所用的投影機主要為基于TI公司的DLP數字光處理投影機; LCOS等投影機由于其技術成熟度比較低且生產規模小,目前還極少實際工程案例;
                市面上還有少數工程使用LCD投影機作為拼墻系統的顯示設備,但LCD投影機存在著幾個致命缺陷,就是對比度低、光柵效應明顯、單臺投影機的顏色一致性差、長時間使用后色彩衰變快等等;這些缺陷也使得LCD投影技術無法占據背投拼接顯示領域的主流位置。
                前投投影機在拼接規模很小(3x1)的情況下使用,目前幾乎都是一行多列(或一列多行)排列的情況,沒有多行多列的使用情況;
                PDP和LCD平板顯示器由于拼縫不能做到很小(5mm左右),且單元面積小(42寸),其市場份額也很小;
                隨著現代科學技術的不斷進步,DLP也在不斷發展完善,目前業界用于背投拼接領域的更高分辨率的DLP投影機已經面世,但由于價格較高并且面世時間較短(還未通過嚴格的市場應用論證),目前市場份額也是很小。
                3、現有系統中需要改進的地方
                背投拼接系統中的厚度問題是目前業界面臨的最為關鍵的問題,所以,如何把大屏幕背投拼接系統做的更薄,并實現更好的顯示效果,將是我們下一步重點研究的方向。
                目前絕大多數的大規模背投拼接顯示系統都是有縫拼接,真正意義上的無縫拼接系統,無縫拼接目前最多只能做到單行或單列,能夠做到多列多行的廠家更是少之又少,所以如何實現真正意義上的大規模背投拼接顯示系統的無縫拼接,也是目前面臨的主要問題。

                結束語
                經過多年的發展經驗和技術積累,大屏幕背投拼接顯示行業在中國的發展變得越發成熟。隨著整個行業的不斷成熟,客戶和企業的發展也逐漸變得理性起來,而作為推動大屏幕背投拼接顯示行業發展的中堅力量,我們必須充分發揮自身優勢、推陳出新,不斷研究開發出適合于時代發展潮流的世界領先的技術產品,以推動整個大屏幕拼接顯示系統行業的健康快速的發展。

                廣東威創日新電子有限公司
                聯系人:譚安琳
                電話:32299888
                傳真:32299788
                Email:tananlin@vtron.com



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