大屏幕拼接显示系统数字显示器的高端竞技场

数字显示器高端应用市场风生水起

    在近两年兴建的城市监控工程项目、科技强警示范城市建设和平安城市建设项目中，一个非常抢眼并且正在兴起的建设项目就是大型监控指挥中心和监控电视墙的建设。大型集中监控指挥中心和高清晰、高分辨率、多画面显示、面积可达上百平方的大型终端显示系统已经成为公安机关科技强警建设和信息可视化核心基础设施建设的标志，而大屏幕拼接显示系统，已经成为数字显示器的高端竞技场。不仅在公安部门，在交通、电力、军事、水利、环境 、煤炭、石油、教育、城管、气象等领域，大屏幕拼接显示系统都已经有了很多成功的应用，显示出了广阔的市场前景；而市场上缔造大屏幕显示系统的技术流派更是百花齐放，DLP、3LCD、LCoS投影、PDP、LCD平板拼墙、LED显示屏等都以自己独特的技术特性占领着各自的目标市场。其中，基于DLP、PDP、LCD技术的大屏幕拼接显示系统占据着绝大部分的应用市场。

    一、

    近年来，随着国内经济的稳步发展，国内各领域各行业都非常重视信息化建设，对信息的可视化需求也急剧扩大，特别是一些监控中心、指挥中心、调度中心等重要场所的需要，人们对于观看的显示图像尺寸的要求越来越大，对显示图像提供的信息量要求越来越多，人们要求可以在一个超大尺寸的屏幕上同时显示多个不同信息的图像和文字信息，要求大屏幕的各个单元显示的图像能够实现无缝连接。终端显示系统正朝着大型化、高清晰化、高分辨率、无缝连接的方向发展；网络技术飞跃发展，从百兆网到千兆网、万兆网，传输速度迅猛增高，传输信息量也随之呈几何级增长；互联网的普及，使得人们可获取的信息量暴增；特别是在以上各种高清信息要求可视化管理和大量信息要求集中显示时，例如几十个视频信号和若干路高分辨率计算机信息需要在一个平台下同时显示时，传统的显示方法和单台显示设备已经完全不能胜任。

    大屏幕拼接显示系统突出的特点是：显示面积大，积木式拼接，可达几十、几百平方米，甚至更大，将人的视野无限延伸；分辨率、清晰度高。由于大屏幕拼接显示系统是光学、电子、屏幕、机械、互联网等等现代生活中几乎所有的高科技技术的集合体，因而其所具有的技术含量也是一般高科技产品所无法比拟的。

    在市场需求和技术发展的共同作用下，大屏幕拼接显示系统已经成为信息可视化不可或缺的核心基础系统，以大屏幕拼接显示系统为标志的数字显示器高端应用市场风生水起。

    深圳中电视讯公司总经理金江生向记者介绍了国内大屏幕显示系统的发展和市场前景。

    我国大屏幕显示系统的显示规模是逐渐发展起来的，早期的拼接大屏以CRT拼接墙为主。相对于国外同行来说，我国大屏幕拼接显示技术的发展起步比较晚，直到2000年前后才有少数特殊行业对大屏幕拼接有少量的应用。直至2001年，国内的应用行业(比如说电力、交警等等)还仅仅徘徊在24个显示屏(清晰度为1024x6×768x4)以内的显示水平。到了2003年，市场需求已经到了单系统45个屏，随着近几年国内经济迅速增长，加之各种周边原料与技术的逐步成熟，2004年前后市场上对大屏幕拼接幕墙的需求开始逐渐增多，而且随着各种类型拼接产品的发展，CRT、LCD、DLP、PDP等拼接显示大屏开始活跃于国内市场，以满足市场的不同显示需求。更是出现了单系统81个屏的市场需求。2005年大屏幕拼接市场从原有的50”、60”、70”单元逐步转向70”、80”、84”、100”、120”单元，2006年，120”单元已经成为大屏拼接系统显示单元的起步数字。国内经济的快速发展，各种资讯的快速增长，使得各个企业、团体所要观看、监控的信息量越来越多是终端显示系统朝着大型化、高清晰化发展的主要原因。据统计，目前国外大屏幕背投拼接显示系统市场的增长速度每年在10%以内，而国内市场的增长速度已经达到30%以上，预计2010年，国内市场大屏幕背投拼接显示系统的需求量将接近10万台。

    国内蓬勃的市场发展势头使得全国从事大屏幕背投拼接显示系统及周边产品的厂商、经销代理商、系统集成商数量与2000年相比至少增加了5倍，超过了500家。但其中部分属于国外品牌代理销售企业，其中有相当部分为周边器材销售企业。具有较强自主研发实力，集生产、销售和系统集成于一体的企业非常少，广东威创日新、中达电通、北京彩讯、北京兆科恒业、北京同方世创、北京大恒新纪元、创维、广东响石、深圳中电视讯等都是其中较有代表性的企业。在此领域，国外的企业和品牌也非常多，并且掌握着核心技术。如丹麦Dnp、比利时Barco、丹麦DIS、日本三洋、SONY、NEC、PLUS、HITACHI、美国APOLLO、GRANDVIEW、DALITE、日本三菱、乐金飞利浦、夏普、LG、三星以及我国台湾的友达光电等。

大屏幕拼接显示系统构成及的技术现状

　　
　　大屏幕拼接显示系统主要包含三个部分：一体化数字显示单元、多屏处理器和用于控制整个系统的多屏控制软件。一体化数字显示单元由投影机、背投箱和屏幕等组成(反射式背投还包含反射镜)。一体化数字显示单元的显示品质直接影响着整个投影墙的效果，采用不同类型的投影系统会得到大不相同的结果。

　　大屏幕拼接显示系统构成

　　1、多屏处理器   

   多屏处理器是一种基于某一操作系统平台并且具有多屏显示功能的、可用不同方式对各种类型的外部输入信号（包含RGB信号、Video信号、网络信号）进行远程显示处理及控制的专用图形处理设备，多屏处理器的所有显示通道输出组合成一个单一逻辑屏。

    多屏处理器是整个背投拼接显示系统的核心组成。其核心作用主要表现在：可以生成一个高分辨率的单一逻辑屏，整屏清晰度目前最高超过100M像素。其外部的所有信号（包括计算机信号、视频信号和网络信号），都可以通过它进行相应处理后在背投拼接显示系统中显示出来，并且这些信号窗口可以在拼接系统中以任意大小、在任意位置相互叠加显示。

    2、由一体化数字显示单元拼接而成的大屏幕背投影拼接显示系统

    一体化数字显示单元是大屏幕背投拼接显示单元的核心显示部分；外界信号以及多屏处理器内的全部内容，都由一体化数字显示单元完成；一体化数字显示单元主要由投影机、背投箱和屏幕等组成（反射式背投还包含反射镜）。目前所用的投影机主要为基于TI公司的DLP数字光处理投影机及少数采用LCD等技术的投影机。

    3、大屏幕控制系统

    大屏幕控制系统是整个大屏幕背投拼接显示系统的控制核心，一个系统的易用性和稳定性，很大一部分取决于控制系统所具有的功能和性能优劣。

    大屏幕拼接显示系统的技术发展

    目前中国最大的专业从事DLP数字拼接墙系统的研发、生产与销售企业广东威创日新电子有限公司总工程师卢如西介绍了大屏幕背投拼接显示系统近年来一些重要技术发展状况：

    1、快速网络显示技术（VlinkExpress网络直通车）

    2004年，全球第一款专用于大屏幕背投拼接显示系统的远程网络显示软件——VlinkExpress面世，该产品的推出，弥补了大屏幕系统网络显示只能依靠其他领域的远程控制软件（如NetOP、Pc Anywhere等）的尴尬局面；并使得网络信号显示速度提高到了15帧/秒以上的数量级，大大突破了传统网络抓屏软件在大屏幕这一特殊领域应用的速度极限。

    2、革命性的底板系统交换架构技术

    针对PCI总线带宽的瓶颈，业界公司研制出一种新的总线结构，其核心是极具艺术创想的底板系统交换架构。传统的总线结构，如PCI总线，资源被所有的外围连接所分享，从而使控制室环境下的大量的数据信息传输受到制约。而该底板系统交换架构为每个外围插槽都提供高达4Gb/s 的传送带宽。外围的板卡通过该底板连接到拥有极高带宽的交换架构卡上，从而确保数据通过最佳的路径传输，提供快速优质的画面数据。通过增加可选的串行开关卡，数据带宽可提高到每槽8Gb/s，无论显示规模大小如何都能保证各种信号的流畅显示，并确保系统连续、稳定的工作。

    3、双灯系统

    大屏幕背投拼接显示系统中，每台投影机是一个单元的显示核心，投影机偶尔出现故障后，会影响系统的整体显示效果，而DLP投影机出现故障最多的地方，往往就是投影机的灯泡。双灯系统的出现，在一定程度上解决了由于投影机灯泡问题而引起的显示单元无法正常显示的故障。

    4、成功研制出分布式主从处理器结构

    PCI带宽不足，是困扰整个行业系统向大规模方向发展的一个关键问题。以81个显示单元的系统为例来分析PCI总线带宽的瓶颈问题：经计算，理想状态下从内存经PCI传输并显示一帧图像（243M数据）所花的时间要1.84秒。而实际运行时其他软件的影响、设备中断、硬盘访问速度和内存数量等因素常会大大增加图像数据传输时间，或使图像数据传输时出现难以容忍的抖动效果。可以看出，受到PCI总线带宽的限制，传统处理器根本无法完成正常驱动81个显示屏的能力。针对上述问题，VTRON公司推出了新一代的多屏处理系统——分布式主从处理器系统，该系统的推出，使得多屏处理器驱动130个乃至更多显示单元成为可能，该结构已经成功应用于深圳地铁系统中，整体运行效果非常好。目前采用该技术的背投拼接显示系统，其最大分辨率达到100M像素(一亿像素)以上，而显示速度相当于普通16通道多屏处理器系统的显示速度。

DLP: 大屏幕拼接显示系统“新贵”

    DLP 、LCD、PDP 大屏幕拼接显示系统大比拼

    DLP: 大屏幕拼接显示系统“新贵”

    DLP 大屏幕拼接墙是目前大屏幕行业应用最多、最昂贵的大屏幕显示系统，是大屏幕拼接墙行业的主流产品，广泛的应用在公安、电力、电信、水利等政府部门及用于监控、通讯、安防等领域。

    DLP的全称是Digital Light Processing，该项技术由美国德州仪器公司开发。得益于其工作原理及特性，该项技术的可靠性很高。DLP投影系统的DMD芯片是一块极为精密的半导体光开关部件，由数量巨大显示微镜所组成，每个显示微镜由微型铰链固定，通过显示微镜向前以及向后倾斜，可实现或明或暗的投影像素。DLP投影系统的色彩，则由高速旋转的色轮来负责实现，投影系统的光源所产生的光透过色轮后可被滤为红色、蓝色以及绿色，三种颜色的灰度图像轮流高速显示，由人眼来完成三种灰度图像的叠加，以此产生彩色的图像。

    据深圳中电视讯总经理金江生介绍，DLP数字拼接墙由多个背投显示单元拼接而成，显示单元尺寸包括50”、60”、67”、80”，显示单元的协同工作需要专门的多屏图像处理器来完成，用户可以通过专门的软件来实现对DLP拼墙显示内容的控制。背投显示单元从设计之初就保证了良好的散热，因此DLP拼墙可以7×24小时地全天候工作。DLP拼墙的分辨率由各显示单元的分辨率叠加而来，所以其往往可以获得超高的分辨率。各显示单元之间难免会有屏幕拼缝，不过一般小于0.5mm。DLP大屏幕投影拼接墙是目前最先进，也是最“昂贵”的显示系统。它的“昂贵”不仅体现在前期的硬件投入，更体现在后期的维护成本和耗材费用。某些品牌一年仅灯泡的更换费用（以十块屏为例）就高达七、八万人民币。

    大屏幕拼接显示系统的安装是一个至关重要的环节，一些有着丰富DLP大屏幕拼接系统现场安装经验的集成商总结了几点安装经验，DLP大屏幕拼接系统现场应具备以下安装条件：

    供电系统必须要接地良好，接地电阻小于 2 Ω ；

    供电系统尽可能做到三相平衡，特别是三相五线制的供电系统尤其重要；

    安装时注意使用质量优良的电缆，注意电缆可以承受的电流大小并保留一定的余量，一般每个插座只接四个投影单元；

    投影机和控制设备必须保证接地良好，接地电阻小于 3 Ω ；

    要求施工现场环境整洁、无尘；投影单元安装地面平整、牢固；

    地面最好用防静电地板，最好是采用不反光的地面材料；

    墙面饰板色调明快，配以较深的线条，适当部位配以吸音材料，墙面哑光为主；

    投影墙的背后应有不少于 0.5 米的维修通道；

    投影墙的工作环境温度为 20 ℃ +/-5 ℃，相对湿度 10 ％至 70 ％无冷凝；

    消防喷头要远离投影箱体 1 米左右，不能采用喷水消防头，要用喷雾灭火剂；

    屏幕前 2~3 米的范围内不能有灯光，如果必须安装则需要安装独立开关方便随时关闭；投影墙上不能有太阳光直接照射；

    中央空调的出风口不能里屏幕太近，应该有 1.5 米以上的距离避免屏幕因为冷热不均变形；分体式空调不能直接对着屏幕吹风；

    装修预留给投影墙的窗口总尺寸要比投影墙总尺寸多 40 mm （包边之前的尺寸），即：（投影墙总宽 +40 mm ）×（投影墙总高 +40 mm ）；包边最好做成可拆卸式。

LCD：即将取代CRT的安防专业监控大屏

    目前，在大型的会议场所，大厅以及家庭越来越多地采用LCD大屏幕系统，而在安防监控领域，LCD大屏幕系统拼接墙正在渐渐的取代传统的CRT拼接墙，成为专业安防监控拼接大屏的继任者。

    LCD大屏幕拼接系统有三大部分：投影机、投影屏幕、系统附件。 由于目前液晶产品的背光源发光体仍采用阴极真空管（CCFL），其灯管两端的灯丝及管座限制了液晶板的尺寸，目前拼屏所用的DID液晶屏的边框仍有4mm-10mm的宽度，因此拼接缝稍大是液晶拼接幕墙的缺点，但随着LED背光源技术的投入，这一缺陷将会得到明显的改善。

    广东响石数码科技的工程技术人员认为，目前在使用中，LCD产品呈现出两大优势：

    一是大小尺寸组合，使用更加灵活。

    液晶各种尺寸齐全，大小随意。ＬＣＤ拼接幕墙，除了拼接数量任意选择外[行（m）×列（n）]，屏的大小亦有多种选择，且可以混合拼接，这就满足了不同使用场所的需要。

    实际应用中，拼接幕墙除了要实现整屏大屏幕显示，也要实现多路小屏幕显示。例如某一交通监控中心的拼接幕墙，更多的时候要求实现同时观看到所有监控点的画面，当某一监控点出现异常情况，可以迅速放大至全屏供监控中心所有人同时观看。这就要求在实际运用中，拼接幕墙在大画面和小画面均应该达到良好的显示效果。

    DLP背投和PDP等离子拼接幕墙，其单元大小尺寸较大，有的可达100寸甚至150寸，这固然在显示大画面时某种程序减少拼接缝，但由于其分辨率较低，如果使用画面分割器，达到显示多路画面的目的，其效果很不理想，而且由于增加了设备，对系统的成本和稳定性都造成了很大的影响。其结果是DLP拼接幕墙只能用于显示一幅大画面，而众多的监控点小画面还是需要采用液晶监视器或者其他监视器进行显示，信号切换频繁，效果很不理想。液晶拼接幕墙，就没有此类问题。液晶显示单元相对而言，尺寸是比较小的，但分辨率是最高的，且可以大小尺寸混合拼接，这有利于用户根据实际使用需要，合理地安排拼接的方案，达到大小配合，各得其宜的效果。

    二是稳定寿命超长，维护成本很低。

    相对于DLP和PDP，液晶的使用寿命是非常长的，而且功率较低，发热量不大，故障率很低。PDP等离子易产生等离子烙印，其动态显示寿命可达几万小时，但在显示高亮度静态图像时，则可能在五千小时后便会出现屏幕灼伤；而DLP的灯泡寿命仅有三千至五千小时，因此，建议在需要24小时连续使用的安防监控大屏拼接幕墙的选择上，应尽量考虑选择液晶拼接幕墙，以提高使用效率，降低使用成本和维护成本。

    据创维群欣有关技术人员介绍，液晶是目前公认最适合应用于安防领域作为专业监视终端的产品，基本克服了前面提到的缺陷，比如使用寿命问题，一般情况下液晶屏幕的使用寿命都可以达到5万小时以上，分辨率可以轻易做到标准高清以上甚至达到1080P的全高清等级，功率与发热量也相对较小。目前液晶拼接瓶颈在于拼接缝隙受到液晶面板切割技术的限制难以做小，一般在10mm左右。但是随着液晶面板技术的发展，相信这一缺陷会很快得到明显改善。

PDP:挑战LCD?

    PDP是近年来市场接受程度比较好的拼接系统，相对CRT与DLP背投拼接来说，体积上的优势是非常明显的。PDP显示单元是利用气体放电，自身发光的等离子管来对应一个像素而构成图像的，虽然图像色彩、亮度、对比度无疑是各种拼接单元材料中最上乘的，但是它单机功率高，发热量大，由于等离子管的物理特性，画面的分辨率难以提高而导致图像清晰度不够等等。PDP等离子作为家用于显示动态图像时，由于在使用初期有高亮度、高对比度、高色域、宽视角等特点而受到不少用户的好评，但应用于安全防范领域或需要长时间显示静态图像或者图文时，例如用来做监视器或者拼接成电视幕墙，则存在严重的缺陷：显示静态图像容易产生残影甚至烧屏，即出现所谓的等离子烙印，亮度衰减较快，一旦出现烙印或亮度下降后不可恢复；可靠性较低，耗电相较其他技术偏高。目前，等离子拼接显示单元品种较为单一，只有专门用于拼接的42"屏上市，（其边框间隔约5mm），但价格比较昂贵。在现今技术水平下，PDP无法克服的缺点严重阻碍了其在商用大屏幕显示市场的应用。

    与LCD进行比较，PDP目前在画面尺寸、分辨率、视角、亮度以及对比度等画质相关因素、耗电量、寿命等方面，均显示出较大的弱势。为了增强PDP 的竞争力，有日本专家提出降低PDP成本，具体办法一是革新制造技术，比如用厚薄膜替代现行薄膜以及用印刷工序替代光学工序；二是革新部件材料技术，比如制造复合EMI滤波器等，以及降低驱动器电压。但由于PDP在得到优化之前就开始了投产，所以改变制造工序变得非常困难。因此，尽管很早以前就有人提出过上述的技术革新方案，但实际上还没有导入。这样看来，如果是仍然沿用现行技术的话，PDP恐怕难以在成本上超越LCD。另外，在LCD生产方面，韩国、日本及我国台湾的众多大规模厂商已经形成了一定的规模效应，而PDP则局限于松下电器产业等少数厂商，可以说难以获得部材等方面的规模效应。因此，PDP想要凭借成本竞争力取胜的话，目前还非常不容易。

    因此可以说PDP拼接大屏是目前最不适合应用于安防领域的终端显示产品。

CRT:被淘汰的大屏显示系统

　　CRT大屏幕拼接系统技术投影电视机（ Projection Television or Video Projector）通常也称投影机（Projector），通常是使用具有特殊结构的投影管或液晶管，再配合专门的电路和光学放大系统，把视频图像投影在大面积屏幕上，从而获得大尺寸电视画面的装置。CRT是最早开始使用的大屏幕拼接显示系统，CRT历史悠久，技术成熟，对各种输入信号的适应能力较强，具有电光特性好，对比度高、解像度高、亮度高，显示的图像色彩丰富、还原性好等优点，且具有丰富的几何失真调整能力，且具有显示寿命长，维护费用低等优良特性，因而成为一种发展最快、应用最广泛的大画面视频显示装置，曾在安防监控领域广泛应用。虽然CRT显示单元的技术最成熟，图像色彩还原比较好，但随着技术的发展和人们对信息可视化新的需求，CRT大屏由于体积庞大，多采用单机堆叠的方式，拼接缝隙相对较大，很难满足目前的显示要求，正在被市场淘汰。
　　

结束语

    无论是DLP、LCD还是PDP，目前应用大屏幕拼接显示市场由于行业不同，对于拼接墙的需求各不相同，因而各自拥有一块市场。但无论哪个行业的用户，对大屏幕拼接显示系统比较共有的一些要求是显示图像色彩还原真实，清晰稳定；功耗小散热少；能抗干扰防辐射保证周边工作人员的身体健康；安装及操控方便，维护和后期费用少等等。不同的行业还有一些特殊的要求，比如安防领域要求用作监视设备的拼接墙能够长时间不间断的稳定运行，对静态画面要求较高，还需要提供丰富的接口满足系统内各种周边设备的连接需求等等，用于显示动态画面居多的则要求屏幕的响应时间要短，避免出现拖尾现象。

    对于大屏拼接显示系统而言，技术难点在于显示单元拼接缝隙变得更窄，甚至无缝；图像处理技术更大突破，使放大后图像的失真度降到最低，达到高清画面的要求。当前背投拼接系统中的厚度问题是目前业界面临的最为关键的问题，如何把大屏幕背投拼接系统做得更薄，并实现更好的显示效果，将是业界下一步重点研究的方向。

    另外，目前绝大多数的大规模背投拼接显示系统都是有缝拼接，真正意义上的无缝拼接系统，无缝拼接目前最多只能做到单行或单列，能够做到多列多行的厂家更是少之又少。目前绝大多数厂家最多也只能做到1xN(或者Nxl，1行多列或者1列多行)的水平，能够做到多列多行的厂家少之又少，ⅥRON公司也只仅仅做到了3行多列，但这已经是现今业界的最高水平。所以如何实现真正意义上的大规模拼接显示系统的无缝拼接，也是目前面临的主要问题。

    虽然大屏幕拼接显示市场已经红红火火的发展起来了，但大屏幕拼接显示器却还没有一个统一的产品标准，一般都是生产厂商和用户两者之间达成一个协议；产品也不进行正规测试，一般用目测来进行产品验收。因此，制定“大屏幕拼接显示器技术规范和测试方法”和“大屏幕拼接显示器显示单元技术规范和测试方法”已经成为规范大屏幕拼接显示器的生产、销售和市场秩序的迫切需要。