廣電用戶(hù)談：演播室LED大屏安全性設計及選型經(jīng)驗

　　LED 大屏以其色彩絢麗、大氣壯觀(guān)的舞美效果、強大的視覺(jué)沖擊、靈活組合等特點(diǎn)，成為各電視臺綜藝、訪(fǎng)談類(lèi)節目必備的技術(shù)設備。近年來(lái)，隨著(zhù) LED 產(chǎn)品質(zhì)量的提高和成本的下降，LED 大屏幕被廣泛用于電視臺演播室。

　　然而 LED 大屏最初并不是為演播室應用而產(chǎn)生的，各大 LED 廠(chǎng)商的產(chǎn)品一般都是滿(mǎn)足于戶(hù)外、公路、指揮中心、展示中心、商業(yè)展示等。對于 LED 應用于演播室，特別是直播演播室，怎樣去滿(mǎn)足廣電要求，這點(diǎn)并不十分清楚。

　　本文是江蘇省蘇州廣電總臺結合三年來(lái)在直播演播室中使用 LED 大屏的情況，總結了配電、軟件、硬件方面的設計經(jīng)驗和使用經(jīng)驗。還請顯示屏廠(chǎng)商們細細看來(lái)。

　　一、配電安全性設計

　　LED大屏系統主要由LED顯示箱體、屏幕控制器(發(fā)送、接收設備)、視頻信號處理器(拼接器)、輸入信號切換矩陣、控制計算機、供配電系統等組成。

　　配電是整個(gè)大屏系統的血液，我們在設計配電時(shí)要考慮大屏的最大功率、最大電流，從而確定空氣開(kāi)關(guān)的大小和電纜線(xiàn)的粗細，由于我們演播室使用環(huán)境中 LED 大屏的亮度一般都在最大亮度的 12%~18%，實(shí)際使用功率往往只有預估功率的一半，以 P2.5 點(diǎn)距的 37.5 平方米大小的 LED屏為例，實(shí)際功率在 8kW 不到。所以盲目做大開(kāi)關(guān)大小和選擇較粗的電纜都是浪費。

　　所有新系統在設計基礎建設時(shí)就該考慮到 LED 大屏的使用，演播室內都要預留好足夠功率的動(dòng)力電源，由于廣電的廣播需求，設計時(shí)，必須有兩類(lèi)不同的動(dòng)力電源，每一類(lèi)都要滿(mǎn)足獨立負載整個(gè) LED 屏的能力，作為主備動(dòng)力電給大屏系統使用。

　　在 LED 大屏系統的配電箱必須有主備動(dòng)力電的自動(dòng)倒換開(kāi)關(guān)，由于數量巨大的 LED 箱體啟動(dòng)電流很大，為了安全，我們手動(dòng)分批啟動(dòng)或者運用 PLC 自動(dòng)分批啟動(dòng)。箱體接電要注意三相平衡。也不能因為單相掉電而造成局部整體黑屏，所以要注意科學(xué)分相接電。

　　LED 大屏在鏡頭所占畫(huà)幅比例大幅提高，眾多箱體里的大量電源模塊難免損壞，所以我們又對箱體要求雙電源主備供電或者不同相線(xiàn)的箱體之間應該有直流電作為備份，互相保護。

　　(屏體強電邏輯圖)

　　二 弱電信號流設計

　　如開(kāi)篇所述，很多大屏系統都是基于商業(yè)和戶(hù)外，視頻播放源接口都是 DVI 或者 HDMI，而廣電專(zhuān)業(yè)設備很多都是 SDI 接口，很多電視臺使用了昂貴的 DVI 矩陣來(lái)給大屏系統提供信號切換和備份，我們認為并不合適，現在廣電領(lǐng)域渲染 LED 大屏的內容都為國內外著(zhù)名廠(chǎng)商的大屏包裝機器，很多都是 SDI 接口，也有 DVI 和 HDMI 接口，這些輸出除了為 LED 大屏用，我們難免還要輸入到矩陣、電視墻監看甚至切換臺輸出，如果我們把大屏渲染機的輸出直接接入矩陣，從矩陣輸出送給 LED 大屏信號，那么整個(gè)系統都將非常靈活，大屏系統擁有了豐富的信號源，電視墻、切換臺上也都能有大屏渲染機的內容監看和輸出，主要省去了購買(mǎi)昂貴的 DVI 矩陣和增加系統環(huán)節的風(fēng)險。

　　所以廣電在 LED 大屏選型時(shí)都會(huì )要求輸入信號兼容 VGA、DVI、HDM，最主要的是支持基帶 SDI。

　　三 弱電架構安全性設計

　　1. 拼接器的系統安全

　　安全是廣電領(lǐng)域的一貫要求，很多 LED 廠(chǎng)商在這方面的思維是很欠缺的。LED 大屏系統的弱電架構包括輸入、輸出拼接器和發(fā)送、接收設備。

　　至今很多廠(chǎng)商出于成本考慮，仍然在使用集中式的拼接器和發(fā)送、接收設備。這些方式在商業(yè)、戶(hù)外等領(lǐng)域沒(méi)關(guān)系，屏黑了也沒(méi)關(guān)系，可以慢慢修。但是廣電領(lǐng)域不能出現大屏黑屏，就算不可避免的中途發(fā)生意外，也不能整屏黑屏，就算整屏黑屏，也要能在半小時(shí)內恢復保障播出。

　　集中式處理器采用了 FPGA 加矩陣交換芯片的技術(shù)結構，由一個(gè)基板和輸入接口板與輸出接口板組成一個(gè)共通的箱體，其所有輸入輸出信號以及數據交換，都在一個(gè)機箱里面完成。通過(guò)有效地使用并行處理技術(shù)使得數據得到分散處理。

　　(集中式系統結構)

　　分布式圖像拼接控制器輸入端，采用實(shí)時(shí)影像數字采集技術(shù)，把各種視頻信號源(DVI/VGA 信號，HDMI，SDI 高清視頻等)變成統一的數字視頻信息。然后進(jìn)行高質(zhì)量的有損或者無(wú)損壓縮編碼，將視頻信息打包成能夠在以太網(wǎng)上傳輸的 IP碼流。分布式控制器輸出端由一個(gè)個(gè)分離的解碼器組成，解碼器接收各種信號碼流并實(shí)時(shí)解碼。

　　(分布式系統結構)

　　分布式拼接系統具備圖像信號多點(diǎn)共享的功能。集中式處理器的核心在于各廠(chǎng)家自行設計制造的高速差分交換底板，該底板對于整個(gè)處理器的信號完整性、穩定性至關(guān)重要，往往一點(diǎn)故障就會(huì )導致系統整體崩潰。

　　分布式圖像拼接控制器由一個(gè)個(gè)獨立的功能模塊構成：圖像采集輸入端、交換機、圖像顯示輸出端。每個(gè)輸入端對應一至二路圖像信息。例如某大屏拼接應用中，有 8 路SDI 輸入信號源。使用到的設備大致應為：4 個(gè)輸入盒設備和 4 個(gè)輸出盒，一個(gè) 48 口千兆交換機。系統規模如果在實(shí)際使用中發(fā)生調整，只需要簡(jiǎn)單地增加輸入盒設備即可，具備極大的整體靈活性和穩定性。在傳統的集中式控制器中，多路信號處理需要搶占 CPU 資源和系統總線(xiàn)帶寬，因此難以應對多路 RGB/ 視頻等信號的同時(shí)處理。

　　必須確保，當單體設備發(fā)生故障時(shí)不會(huì )導致整屏黑屏，如果是核心的交換機損壞，那么我們立即更換交換機就能快速恢復，無(wú)需配置的過(guò)程。

　　2. 收發(fā)送盒和屏體信號的安全

　　發(fā)送盒和接收盒設備，有些是用DVI- 光纖發(fā)送到屏體，在屏體處光纖 -DVI，然后 DVI 有源分配進(jìn)入各列屏體，環(huán)節多，有源設備多，可靠性差，容易整體或者大面積黑屏。

　　基于 TCP/IP 的信號發(fā)送盒、接收盒，信號由網(wǎng)線(xiàn)傳輸，支持熱插拔，一個(gè)發(fā)送盒為兩個(gè)接收盒發(fā)送信號，每個(gè)接收盒輸出兩根網(wǎng)線(xiàn)，在屏體上首尾串接一部分屏體，每個(gè)屏體信號都是雙鏈路的，單個(gè)屏體損壞的話(huà)，不會(huì )造成首尾連接這部分屏體的全黑。任意一根網(wǎng)線(xiàn)損壞或者信號誤碼也不會(huì )影響一個(gè)首尾連接區域的顯示。

　　任意發(fā)送盒或接收盒異常斷電或者中途損壞，不會(huì )導致所輸出部分屏體的黑屏，只會(huì )導致靜幀。

　　四 實(shí)用性設計

　　LED 大屏無(wú)論是亮著(zhù)還是黑屏狀態(tài)下，只要開(kāi)著(zhù)就是高能耗的產(chǎn)品，在節目不制作的時(shí)間段，或者是深夜，我們都需要關(guān)屏，大屏系統的弱電設備也要每天開(kāi)關(guān)，考驗它的穩定性和檢驗電源和設備質(zhì)量。所以大屏系統的開(kāi)關(guān)必須設計得方便實(shí)用，在大屏附近的配電箱上使用遙控開(kāi)關(guān)來(lái)控制配電箱內部的吸合器通斷來(lái)每日開(kāi)關(guān)機，順便看和聽(tīng)大屏的上電狀態(tài)。

　　很多商用 LED 廠(chǎng)家，整個(gè)大屏的點(diǎn)亮，必須依賴(lài)于大屏控制電腦上的控制軟件，軟件不開(kāi)或者電腦不開(kāi)，整個(gè)大屏無(wú)法工作，這在廣電領(lǐng)域又是不能接受的，一般的控制電腦，為普通民用 PC，故障率高，一旦發(fā)生軟硬件故障，很難短時(shí)間恢復。所以對 LED 大屏系統提出整個(gè)大屏必須脫離配置電腦的運行而運行，當然，在調整色溫、刷新率、拼接方式、顏色等時(shí)要使用配置電腦。

　　大屏系統箱體眾多，在設計鋼結構時(shí)，要充分考慮后期檢修，檢修導通要有照明，鋼結構要能承受至少兩人攀爬維護。箱體接插件要支持熱插拔，接口簡(jiǎn)單可維護。

　　整個(gè)大屏系統箱體眾多，現在一個(gè)演播室動(dòng)輒 50 平米大屏，我們在建的一個(gè)演播室甚至用了 100 平米的大屏，多個(gè)演播室加在一起，箱體數量非常巨大，那么多電源，那么多數據接口的狀態(tài)不可能一個(gè)個(gè)去查看，所以屏體狀態(tài)的監控軟件就顯得尤為重要，而且必須是實(shí)時(shí)監控!如果沒(méi)有這個(gè)功能，那么只有當大屏的某個(gè)模塊黑掉以后，才會(huì )發(fā)現原來(lái)雙電源已經(jīng)全壞了，原來(lái)雙信號接口已經(jīng)全壞了。到時(shí)候，換箱體就要耽誤新聞直播了。

　　五 其他重要技術(shù)參數

　　由于 LED 大屏應用在演播室內，那么它的散熱也很重要，選型時(shí)要考慮那些發(fā)熱小，散熱好的產(chǎn)品，帶風(fēng)扇的產(chǎn)品更是不能選擇，演播室容不下那么多風(fēng)扇的噪音。

　　如前文所述，演播室中實(shí)際LED大屏亮度只有12%~18%，亮度很低，很多產(chǎn)品在低亮下的灰度還原不是很好，還容易產(chǎn)生色塊，這些在前期調研時(shí)要注意。

　　屏幕刷新率可調(與攝像機電子快門(mén)一致)，色溫可調 3200K~6500K，亮度可調 200cd/m 2~1000cd/m 2 ，對比度達到3000:1。

　　六 總結

　　蘇州廣電總臺新大樓直播演播室中普遍采用 P2.5、P2 甚至 P1.6 的 LED 大屏。LED 大屏系統在蘇州廣電總臺新大樓直播演播室中每天承載著(zhù)共計 12 小時(shí)的直播量，使用效果良好。