超大面积室内LED显示屏控制系统之关键技术.doc

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超大面积室内LED显示屏控制系统之关键技术
宗靖国，袁胜春，王火荣，陈小卫
,Zong Jing-guo，Victor，Huorong.Wang, Xiaowei Chen
西安电子科技大学，西安诺瓦电子科技有限公司
School of Technology Physics, Xidian University；Xi’an NovaStar Tech Co.,LTD
摘要：本文通过成都某LED项目简要介绍了超大面积室内LED显示屏控制系统的关键的功能和性能，包括对逐点色度校正的支持、自动故障诊断与状态检测、超大屏带载的同步、双系统冗余热备份技术、高灰度高刷新频率等。
关键字：控制系统 色度校正 超大屏同步带载 冗余热备份 高灰度高刷新

The key technologies of large indoor LED Display control system
Abstract: The key features and performance of large indoor LED Display control systems are introduced through a LED display in ChenDu, including pixel level color calibration, fault self-diagnosis and status checking, synchronization of large screen control, dual control systems hot backup, fine gray scale and high refresh rate, etc.
Keyword: control system; color calibration; large area LED Display control; hot backup; fine gray scale and high refresh rate

控制系统只占显示屏成本的很小一部分，但其对显示屏的稳定性与可靠性、以及对显示屏的效果的改善却起着非常重要的作用。
（1）控制系统对逐点亮度色度校正的支持：
作为提升LED显示屏图像质量的有效手段，逐点校正的概念从2007年开始被引入国内。逐点校正需要“校正系统”和“控制系统”两个部分配合才能完成，其中校正系统负责生成校正系数，控制系统负责应用校正系数。自2007年开始，国内少数厂商的控制系统就已经开始支持校正系数的存储、管理、以及应用，自2009年以来，国外专业客户和大部分国内高端项目已经必需逐点校正功能。逐点校正分为逐点亮度校正和逐点色度校正。相对于亮度校正来说，基于色度补偿原理的逐点色度校正能获得更高的一致性和较少的亮度衰减，因此，控制系统对逐点色度校正的支持将会成为趋势。
成都某LED显示屏系统工程项目是一个超大的室内LED屏项目，其采用的控制系统配合最新的校正系统，对显示屏进行逐点色度校正，保证显示屏每一颗LED亮色度的高度一致。
下图是对深圳某显示屏的逐点色度校正对比，这块显示屏上有大量模块偏红（尤其是画面右部偏上位置附近）。针对这种有明显的颜色不均匀的情况，仅仅亮度校正是无法取得好的校正效果。本案例采用了色度校正，可以看到该显示屏图像质量取得了显著的改善和提升。

图1：某有严重色偏的显示屏逐点色度校正前后对比图
（2）自动故障诊断与状态检测技术：
LED显示屏是由数量繁多的电子元器件组成（一块显示屏使用的元器件数目高达数千万甚至更多），用户需要实时监视显示屏的工作状态、以及每一个潜在的和已经出现的故障。上文中提到的成都LED显示屏系统工程项目采用的最新控制系统，该系统可以监控到由上千万个元器件组成的显示屏上每一个容易出问题的环节的状态(包括每一个箱体内的温度、湿度、烟雾，以及每一块开关电源的电压、每一个风扇的转速，以及每一颗LED灯的开短路情况)，系统可以在故障出现时自动进行紧急处理，并且自动通过短信和邮件实时通知到维护人员。自动故障诊断与状态检测能够大大提高维护速度、有效降低LED显示屏的运营风险。
（3）超大屏带载技术：
对于面积数百平方甚至上千平方米，或分辨率超过1920*1200的显示屏，需要用多台主控才能够带载。成都某LED显示屏系统工程项目分辨率高达5440*1200，达到650万像素，为了避免高速快门拍摄的时候画面出现不同的带载亮暗不同步问题，需要每一块接收卡和每一台主控都能够做到子场级的同步。目前大部分控制系统都已经解决了接收卡子场的同步问题，但大部分控制系统（包括国外的某些知名LED显示屏制造商）还没有解决不同主控的同步问题。在采用多台主控带载巨型显示屏的时候，这些不同的主控之间需要添加硬同步信号，使得每一个子场都做到亚微秒级的同步，才能够完全解决同步问题。该项目采用的控制系统，能做到不同主控直接的完全同步。
该项目采用的控制系统的控制器能带载230万像素，大大超过普通控制系统单卡130万像素的带载能力。
下图是随机拍摄的某两块巨型显示屏的照片，均采用了1/800快门拍摄。这两块显示屏由于面积非常大，均采用了多套主控带载。图2显示屏存在着严重的不同主控之间带载的不同步现象，而图3显示屏的控制系统主控之间的同步则非常好。

图2：相机拍摄的多台主控不同步的显示屏 图3：相机拍摄的多台主控同步的显示屏
另外，对于巨型显示屏，还需要采用合适的播放方案（因为显示屏的分辨率可能超过一台计算机显卡的最大输出分辨率）。本文的成都LED显示屏系统工程项目中，显示屏分辨率高达650万像素，远远超过单台计算机显卡输出的分辨率230万像素。为保证播放的清晰度，播放需要点对点播放，该项目播放采用的视频服务器，单台能独立流畅播放1000万像素的视频，能同时提供最多高达24个DVI输出，其全新的技术，能保证每个DVI输出之间的同步性。
（4）冗余技术：
近年来流行的冗余技术是单线环路冗余，这种冗余技术成本较低（不增加控制系统），但理论上来讲，因为在整个环路中如果有两处传输故障就会导致部分黑屏，并且在任何一台主控或扫描板自身出现故障时显示屏会出现黑屏。
还有一种冗余技术在重大项目上也得到了推广应用，控制系统全部进行了冗余备份，也就是采用了双备份的主控和扫描卡。由于主控系统采用了双冗余备份，在某台主控或某块扫描板发生故障时，显示屏还能正常显示。此方案的成本比环路冗余成本高了一倍，但其稳定性却得到了很大的提高。相信今后会有越来越多的重大项目会采用该种冗余技术。
本文所描述的成都LED显示屏系统工程项目，采用的控制系统最新的冗余热备份技术，该系统采用的是双信号双主控冗余，在某台主控或某条传输线路出现故障时，显示屏还能正常工作；如果某张接收卡出现故障，只是出现故障的接受卡所带面积黑屏，不会出现该卡之后的屏体全部黑屏。相比较双主控双接收卡冗余备份，节约了很大的成本（只是主控增加一倍）。
（5）高灰度高刷新率：
文中的LED显示屏所使用的控制系统采用最先进的技术，在通用驱动芯片下，能实现更高灰度，更高刷新，扫描屏14位灰度刷新能达到3000HZ以上，静态屏实现完整的16位灰度，刷新能更高。大大提高了LED显示屏的拍照效果。
该成都LED显示屏系统工程项目，采用的是静态屏，能使显示屏刷新达到5000以上，灰度是完整的65536级，即是16位完整的灰度，能确保摄像和拍照达到很好的效果。
（6）小结：
本文所描述的成都LED显示屏项目，控制系统方案提供商提供了从播放到控制，简洁方便的解决方案。在相对较低的成本下，实现了稳定性，易用性，绿色节能环保等方面全面的提升。显示屏控制系统更加稳定、显示效果更加细腻、显示屏的均匀性也有了显著改善。实时状态监控技术使得显示屏的维护更加快速。
下图是本文描述的LED显示屏控制系统拓扑图

作者信息：
宗靖国（1979-），男，博士，西安电子科技大学讲师。2008年，作为核心人员策划创办西安诺瓦电子科技有限公司。作为第一发明人和第一作者申请了30余项专利和20余项软件著作权，公开发表学术论文10余篇。
E-mail：nova_zongjg@

来源：西安诺瓦电子科技有限公司