演播室LED大屏安全性设计及选型经验

 

然而 LED 大屏最初并不是为演播室应用而产生的，各大 LED 厂商的产品一般都是满足于户外、公路、指挥中心、展示中心、商业展示等。对于 LED 应用于演播室，特别是直播演播室，怎样去满足广电要求，这点并不十分清楚。

 

本文是深圳市保屏安技术有限公司结合三年来在直播演播室中使用 LED 大屏的情况，总结了配电、软件、硬件方面的设计经验和使用经验。还请显示屏厂商们细细看来。

 

一、配电安全性设计

 

LED大屏系统主要由LED显示箱体、屏幕控制器（发送、接收设备）、视频信号处理器（拼接器）、输入信号切换矩阵、控制计算机、供配电系统等组成。

深圳市保屏安技术有限公司

配电是整个大屏系统的血液，我们在设计配电时要考虑大屏的最大功率、最大电流，从而确定空气开关的大小和电缆线的粗细，由于我们演播室使用环境中 LED 大屏的亮度一般都在最大亮度的 12%~18%，实际使用功率往往只有预估功率的一半，以 P2.5 点距的 37.5 平方米大小的 LED屏为例，实际功率在 8kW 不到。所以盲目做大开关大小和选择较粗的电缆都是浪费。

 

所有新系统在设计基础建设时就该考虑到 LED 大屏的使用，演播室内都要预留好足够功率的动力电源，由于广电的广播需求，设计时，必须有两类不同的动力电源，每一类都要满足独立负载整个 LED 屏的能力，作为主备动力电给大屏系统使用。

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在 LED 大屏系统的配电箱必须有主备动力电的自动倒换开关，由于数量巨大的 LED 箱体启动电流很大，为了安全，我们手动分批启动或者运用 PLC 自动分批启动。箱体接电要注意三相平衡。也不能因为单相掉电而造成局部整体黑屏，所以要注意科学分相接电。

 

LED 大屏在镜头所占画幅比例大幅提高，众多箱体里的大量电源模块难免损坏，所以我们又对箱体要求双电源主备供电或者不同相线的箱体之间应该有直流电作为备份，互相保护。

 

（屏体强电逻辑图）

 

二 弱电信号流设计

 

如开篇所述，很多大屏系统都是基于商业和户外，视频播放源接口都是 DVI 或者 HDMI，而广电专业设备很多都是 SDI 接口，很多电视台使用了昂贵的 DVI 矩阵来给大屏系统提供信号切换和备份，我们认为并不合适，现在广电领域渲染 LED 大屏的内容都为国内外著名厂商的大屏包装机器，很多都是 SDI 接口，也有 DVI 和 HDMI 接口，这些输出除了为 LED 大屏用，我们难免还要输入到矩阵、电视墙监看甚至切换台输出，如果我们把大屏渲染机的输出直接接入矩阵，从矩阵输出送给 LED 大屏信号，那么整个系统都将非常灵活，大屏系统拥有了丰富的信号源，电视墙、切换台上也都能有大屏渲染机的内容监看和输出，主要省去了购买昂贵的 DVI 矩阵和增加系统环节的风险。

 

所以广电在 LED 大屏选型时都会要求输入信号兼容 VGA、DVI、HDM，最主要的是支持基带 SDI。

 

三 弱电架构安全性设计

 

1. 拼接器的系统安全

 

安全是广电领域的一贯要求，很多 LED 厂商在这方面的思维是很欠缺的。LED 大屏系统的弱电架构包括输入、输出拼接器和发送、接收设备。

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至今很多厂商出于成本考虑，仍然在使用集中式的拼接器和发送、接收设备。这些方式在商业、户外等领域没关系，屏黑了也没关系，可以慢慢修。但是广电领域不能出现大屏黑屏，就算不可避免的中途发生意外，也不能整屏黑屏，就算整屏黑屏，也要能在半小时内恢复保障播出。

 

集中式处理器采用了 FPGA 加矩阵交换芯片的技术结构，由一个基板和输入接口板与输出接口板组成一个共通的箱体，其所有输入输出信号以及数据交换，都在一个机箱里面完成。通过有效地使用并行处理技术使得数据得到分散处理。

 

（集中式系统结构）

 

分布式图像拼接控制器输入端，采用实时影像数字采集技术，把各种视频信号源（DVI/VGA 信号，HDMI，SDI 高清视频等）变成统一的数字视频信息。然后进行高质量的有损或者无损压缩编码，将视频信息打包成能够在以太网上传输的 IP码流。分布式控制器输出端由一个个分离的解码器组成，解码器接收各种信号码流并实时解码。

 

（分布式系统结构）

 

分布式拼接系统具备图像信号多点共享的功能。集中式处理器的核心在于各厂家自行设计制造的高速差分交换底板，该底板对于整个处理器的信号完整性、稳定性至关重要，往往一点故障就会导致系统整体崩溃。

 

分布式图像拼接控制器由一个个独立的功能模块构成：图像采集输入端、交换机、图像显示输出端。每个输入端对应一至二路图像信息。例如某大屏拼接应用中，有 8 路SDI 输入信号源。使用到的设备大致应为：4 个输入盒设备和 4 个输出盒，一个 48 口千兆交换机。系统规模如果在实际使用中发生调整，只需要简单地增加输入盒设备即可，具备极大的整体灵活性和稳定性。在传统的集中式控制器中，多路信号处理需要抢占 CPU 资源和系统总线带宽，因此难以应对多路 RGB/ 视频等信号的同时处理。

 

必须确保，当单体设备发生故障时不会导致整屏黑屏，如果是核心的交换机损坏，那么我们立即更换交换机就能快速恢复，无需配置的过程。

 

2. 收发送盒和屏体信号的安全

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发送盒和接收盒设备，有些是用DVI- 光纤发送到屏体，在屏体处光纤 -DVI，然后 DVI 有源分配进入各列屏体，环节多，有源设备多，可靠性差，容易整体或者大面积黑屏。

 

基于 TCP/IP 的信号发送盒、接收盒，信号由网线传输，支持热插拔，一个发送盒为两个接收盒发送信号，每个接收盒输出两根网线，在屏体上首尾串接一部分屏体，每个屏体信号都是双链路的，单个屏体损坏的话，不会造成首尾连接这部分屏体的全黑。任意一根网线损坏或者信号误码也不会影响一个首尾连接区域的显示。

 

任意发送盒或接收盒异常断电或者中途损坏，不会导致所输出部分屏体的黑屏，只会导致静帧。

 

 

四 实用性设计

 

LED 大屏无论是亮着还是黑屏状态下，只要开着就是高能耗的产品，在节目不制作的时间段，或者是深夜，我们都需要关屏，大屏系统的弱电设备也要每天开关，考验它的稳定性和检验电源和设备质量。所以大屏系统的开关必须设计得方便实用，在大屏附近的配电箱上使用遥控开关来控制配电箱内部的吸合器通断来每日开关机，顺便看和听大屏的上电状态。

 

很多商用 LED 厂家，整个大屏的点亮，必须依赖于大屏控制电脑上的控制软件，软件不开或者电脑不开，整个大屏无法工作，这在广电领域又是不能接受的，一般的控制电脑，为普通民用 PC，故障率高，一旦发生软硬件故障，很难短时间恢复。所以对 LED 大屏系统提出整个大屏必须脱离配置电脑的运行而运行，当然，在调整色温、刷新率、拼接方式、颜色等时要使用配置电脑。

 

大屏系统箱体众多，在设计钢结构时，要充分考虑后期检修，检修导通要有照明，钢结构要能承受至少两人攀爬维护。箱体接插件要支持热插拔，接口简单可维护。

 

整个大屏系统箱体众多，现在一个演播室动辄 50 平米大屏，我们在建的一个演播室甚至用了 100 平米的大屏，多个演播室加在一起，箱体数量非常巨大，那么多电源，那么多数据接口的状态不可能一个个去查看，所以屏体状态的监控软件就显得尤为重要，而且必须是实时监控！如果没有这个功能，那么只有当大屏的某个模块黑掉以后，才会发现原来双电源已经全坏了，原来双信号接口已经全坏了。到时候，换箱体就要耽误新闻直播了。

 

五 其他重要技术参数

 

由于 LED 大屏应用在演播室内，那么它的散热也很重要，选型时要考虑那些发热小，散热好的产品，带风扇的产品更是不能选择，演播室容不下那么多风扇的噪音。

 

如前文所述，演播室中实际LED大屏亮度只有12%~18%，亮度很低，很多产品在低亮下的灰度还原不是很好，还容易产生色块，这些在前期调研时要注意。

 

屏幕刷新率可调（与摄像机电子快门一致），色温可调 3200K~6500K，亮度可调 200cd/m 2~1000cd/m 2 ，对比度达到3000:1。

 

六 总结

 

广电总台新大楼直播演播室中普遍采用 P2.5、P2 甚至 P1.6 的 LED 大屏。LED 大屏系统在苏州广电总台新大楼直播演播室中每天承载着共计 12 小时的直播量，使用效果良好