10號演播室LED大屏系統設計思路與實現

【摘要】隨著LED顯示技術的不斷發展，LED大屏顯示系統在電視演播室中的應用變得越來越普遍，本文介紹了海南廣播電視臺10號演播室LED大屏顯示系統的設計思路與實現。

【關鍵詞】演播室；LED大屏；系統；設計

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.10.008

10號演播室是一個3訊道高清中型綜合演播室，承擔著新聞、訪談、新聞發布等多種類型節目的錄制工作，按照10號演播室承載的節目給10號演播室配置一套小間距全彩LED大屏顯示系統?，F將該系統的設計思路與實踐作一簡要總結。

1. 系統介紹

10號演播室LED大屏顯示系統主要由LED顯示屏、發送卡/接收卡系統、視頻拼接處理系統、渲染主機、配電系統幾大部分組成。

LED大屏屏體為曲面形體，屏體尺寸：15.36m×1.92m，面積約29.49m2。（如圖1所示）

系統的核心是UVP4000PIII視頻拼接處理系統，采用了兩臺互為備份的模式。每臺處理器都擁有多種視頻輸入接口，能夠滿足各類視頻信號源的接入需要。設備具有信號備份功能，可實現單路信號丟失自動切換到備用信號；具備雙機同步備份功能，主備兩臺拼接器可實時同步信號，任何一臺拼接器出現故障不影響整屏效果，畫面不會出現撕裂，錯位；設備還帶有運行狀態實時監測功能，便于管理人員可以實時了解設備的運行情況。

發送卡為物理雙備份，一旦出現故障自動完成主備組發送卡的切換。數據傳輸網線采用雙路物理備份。接收卡同樣采用主備雙網線接線方式。

2. 系統重要參數的設計思路

10號演播室大屏承擔了演播室背景的渲染、欄目內容的展示及新媒體數據的發布等功能。結合10號演播室的使用需求，大屏系統的設計原則圍繞“安全、可靠、擴展性強、能夠滿足不同類型節目制作需要”。

2.1 大屏選型。

根據演播室的主體結構以及舞美設計，選擇的屏體為曲面型體，屏體尺寸為15.36m×1.92m，面積約29.49m2。

2.2 選擇屏幕點間距規格

點間距是LED屏的一個重要技術指標，點距越小，單位面積屏體的分辨率越高，成本越高，對信號源的要求也越高。在綜合考慮了大屏尺寸、價格、演播室燈光環境以及攝像機的常用機位等因素后，確定屏幕規格為P1.8室內全彩色LED。

2.3 確定刷新率

刷新率是小間距LED大屏的重要指標之一。小間距LED大屏的刷新率運作原理是通過發光芯片的逐行點亮與熄滅來刷新畫面，很顯然，刷新率越高，所顯示的圖像（畫面）穩定性就越好。刷新率≥3840Hz則能有效減少水波紋，讓攝像機拍攝盡可能達到還原本真，逼近肉眼所見的效果。

2.4 色溫和亮度

10號演播室是一個多元化的中型高清演播室，因為在演播室中所播出的節目具有形式多樣化的特點，需要燈光的色溫變化情況比較大，因此，更加應該在設計的過程中加以調整，在100%，75%，50%，25%四檔電平白場調節色溫誤差＜153K，確保整個屏幕的畫面顏色具有一定的還原性。除此之外，還應該根據具體的節目內容來進行大屏幕亮度的有效調節，基色主波長誤差＜4.9nm，亮度等級為C級，B＞22.7，從而可以避免因為背景的燈光太亮，而前景燈光太暗，從而造成“死光”的現象出現。因此在以上兩個方面的調整工作中，內容比較頻繁，更加應該確保操作簡單方便。

2.5 靜音與降噪設計

在進行演播室LED大屏的日常應用過程中，一定要關注到噪音方面的問題。因為LED大屏所具有的尺寸非常大，一般每平方米就會消耗500～800W的功率電量，會導致出現一定的熱量散發。因此，更加需要做好大屏的散熱工作，避免因為熱度過高而造成模塊變形的問題，嚴重影響整個大屏的使用壽命。LED大屏與戶外大屏具有很大的區別，主要是因為室內需要對噪音進行嚴格控制，因此，不可以使用風扇散熱的方法。一般會通過ADC12壓鑄鋁合金材質的散熱片來對LED大屏進行物理散熱，同時安裝大量的散熱片，可以將LED大屏的熱量進行導出。

3. 系統安全性方面的設計與實踐

整體系統設計必須滿足《廣播電視安全播出管理規定》（總局62號令）的相關管理規定，但由于目前LED大屏系統的設備多選用非廣電級的產品，安全性和穩定性不高，需要考慮整體系統采用雙鏈路設計，通過完善的備份配置保證整體系統具有安全、快捷的應急操作手段。

3.1 動力系統安全性

整體系統通過雙電力雙電源備份保障。雙冗余電源供電，主、備電源配置，某一路電源供電故障時，自動檢測和切換電源，不影響屏幕的正常工作；雙電力系統備份，UPS主和UPS備雙電力系統接入，通過分電箱讓大屏主備配電系統交叉互備，系統任一配電柜出現故障時，都能保證系統正常工作。

3.2 信號鏈路安全性

信號鏈路主是通過熱備份的形式來進行開展，而且是需要通過雙路信號的形式來進行。若是某一路信號出現中斷問題時，系統就會進行信號的切換，從而可以讓LED大屏信號變得更加完整；即使大屏信號中斷也會靜幀在最后一幀畫面，以防止出現黑屏事故。

3.3 視頻拼接處理系統安全性

視頻拼接處理系統不僅能夠進行同步鎖相，還可以對相關信號進行識別。利用同步鎖相功能可以有效進行視頻拼接處理，實現視頻源的刷新和同步，從而可以在很大程度上確保信號之間的同步。通過它的信號識別功能可以有效進行畫面信號的識別，并且可以檢測輸入畫面是否正常。之后可以發出相應的指令，將其傳遞到發送卡，從而能夠避免出現發送卡識別問題，確保LED大屏的正常工作。

3.4 發送卡交叉備份

本次LED大屏幕系統采用的發送卡具備雙輸入切換口，對于前端主備輸入信號來說，能同時將信號發送到主備發送卡之中，若是主發送卡在日常運行的過程中突然出現問題，信號仍然能夠利用發送卡將其傳入到大屏，從而能夠有效確保LED大屏正常工作。

3.5 屏體自身安全性

LED大屏幕由無數屏體組成，單屏體內部采用雙電源設計和雙電源工作機制，當某一個電源出現故障時，不影響另一個電源工作，保證顯示屏正常顯示。單屏體具有雙接收卡、雙發送卡備份，屏體內部采用雙控制系統備份形式，控制信號可根據故障節點自動來回跳轉，系統出現多處故障時亦可正常工作。

4. 使用經驗與建議

4.1 大屏的亮度建議

在進行LED大屏的亮度調節工作中，應該根據整個演出節目的形式和所要達到的節目效果去進行分析，從而實現亮度的調節。P1.8LED全彩屏自身的照度最高能夠達到1000CD/m2，但是在日常的應用過程中，只需要達到一般的亮度就足以。對于新聞類的節目來講，可以使用比較強的亮度，那么就可以設置背景大屏的亮度為最高亮度的40%。而對于綜藝節目來說，為了能夠在很大程度上凸顯電腦燈和染色燈的節目播出效果，一般會使用強度比較弱的低光，要求背景大屏亮度為最大亮度的30%，可以滿足綜藝節目的需求。在實際的光度調整工作中，應該為主持人設置面光與逆光。需要做好燈具位置、光圈大小、攝像機的位置調節后，根據實際的屏幕顯示效果去進行背景大屏的亮度調節，進而可以達到非常好的節目錄制效果。

4.2 摩爾紋的解決

摩爾紋的產生主要是因為拍攝物如LED大屏的像素一樣進行排列，同時與攝像機CCD/CMOS的排列造成一定的干涉問題。LED大屏所具有的摩爾紋問題與很多因素相關，包括點距大小、屏幕亮度、機與屏間距、攝像機聚焦點等相關因素。一般來說，點距小、亮度低、距離遠的處理方式，能夠在一定程度上弱化摩爾紋問題。那么就可以采用下面方法加以解決：

（1）選擇合適的攝像機。我們可以使用SONY攝像機來進行節目的拍攝，此種攝像機自身的空間頻率與LED大屏的空間頻率相比非常小，進而可以弱化摩爾紋現象。

（2）做好攝像機的角度和位置調整工作。為了能夠有效緩解摩爾紋現象的出現，可以調整好攝像機的角度，讓其能夠與大屏之前存在一定的角度。還可以調節攝像機與摩爾紋之間的垂直距離，一般要求大于2m，同時要求與被拍攝人物之間的距離超過3m，可以在一定程度上消除摩爾紋問題。

（3）調節焦點。為了可以有效緩解摩爾紋現象，可以做好焦點的調節工作，這樣可以讓LED大屏的顯示變得更加清晰。

（4）布光調節。燈光師應該在布光的過程中進行監視器的觀看，從而能夠針對摩爾紋的情況來進行不同光的調整，同時能夠調節主持人的角度與高度，可以有效消除摩爾紋問題。

（5）光學處理。工作人員可以在LED大屏的表面之中增加一層光學處理幕，利用光學處理幕可以有效實現離散的LED發光點的放大展示，可以在一定程度上對LED大屏的物理結構加以改善，從而可以實現從點發光轉到面發光的轉變，從而可以通過光學處理幕來呈現清晰度比較高的圖像內容，有效緩解摩爾紋問題。但是現階段的光學處理幕是一種十分先進的光學處理技術，所需要花費的資金比較高，一般不會去使用。

4.3 大屏的日常使用與維護建議

在LED大屏的日常使用工作中，為了能夠確保大屏的穩定運行，需要做好日常的檢查和維護工作。這樣能夠提前對其相關性能進行了解，若是發現問題，應該及時進行維修或換新，從而能夠避免出現問題。還應該保證LED大屏處于正常的溫度與濕度環境下，若是溫度比較高，比較容易造成LED面板、接收卡等相關設備的損壞。若是濕度比較高，也導致面板燈珠貼片出現短路的問題，會在LED大屏中出現“死點”“色點”等不良現象，影響LED大屏的正常使用。除此之外，還需要做好防靜電處理，做好接地工作，有效確保安全。因為LED燈珠十分脆弱，若是出現靜電問題，非常容易導致燈珠的損壞，特別是在冬天比較容易存在靜電的問題，需要做好接地工作，以避免“燒板”。制定操作規程并嚴格執行。制定應急預案并定期演練。操作人員必須熟悉系統的各個環節，以避免影響節目制作。

5. 故障現象及排除方法

任何電子產品都不可能保證完全沒有故障，演播室使用LED大屏幕也會遇到一些常見的故障，以下是大屏常見故障現象及解決方案：

5.1 常見的大屏故障故障及處理方法

5.1.1 檢查發送卡綠燈閃爍情況

例1：若是出現綠燈閃爍的情況，證明發送卡可以正常工作，那么就需要檢查LED大屏的供電是否正常，還需要檢查線路，確保輸出電壓在5～5.2V之間；檢查連接情況是否正常，也可以進行功能卡的換新操作。

例2：若是出現綠燈不閃爍的問題，證明發送卡無法正常工作。Incident，可以進行DVI線接頭的檢查，也可以進行復制模式的有效設置：可以重新開啟帶能源，也可以重新插入發送卡，還可以進行發送卡的換新。

5.1.2 若是在LED大屏啟動時提示“大屏幕系統軟件提示沒有找到大屏”

首先應該對串口線的連接情況進行檢查，也可做好串口線的更換工作；更換發送卡；重新安裝SB驅動，利用排除法來進行故障排除。

5.1.3 部分屏幕不顯示、缺色問題

可以使用故障排除法來進行分析，首先應該做好故障模塊的確認，并且對其進行維修或換新，其次，應該重新進行排線檢測工作，確保電源供電正常，若是發現供電不正常，需要重新進行電源線的連接。

5.1.4 LED大屏花點、圖影扭動

可以通過故障排除法來分析，需要進行接收卡文件的加載工作；也可以減少網線的長度，也可以更換發送卡。

5.1.5 LED大屏亮度低，圖像十分模糊

進行對發送卡進行恢復默認設置工作，同時進行保存；也可以將顯示屏監控的最小亮度值設置到80以上。

5.1.6 整屏畫面晃動或重影

故障排除方法：把通訊線重插或更換；把DVI線沖插加固；更換發送卡。

5.2 電源故障判斷處理及注意事項

每塊子屏幕的組模與接收卡的供電電壓為5V，所以我們需要一個變壓電源，從220V變為5V供電。LED系統自身的特殊性，對于電源要求較高。

當發生故障時，用萬用表測出，紅線端與地之間的電壓，如果不是5V，則電源損壞，立即更新新的電源模塊。

LED發光效率隨著LED溫度升高而下降，所以LED的散熱很重要，這就要求電源的效率要高，發熱量較少，這樣可以減慢LED的溫度升高過程。二極管PN結抗反向電壓能力較低，容易被擊穿，所以需要對電源進行保護。南方天氣濕度大，我們也需要電源能有防水防潮的結構。最重要的一點是，大屏安裝位置較高，維護較不方便，同時廣電對于設備安全性的高要求，所以為保證節目正常錄制購置的電源可靠性要非常高。

5.3 接插件的故障判斷及解決處理

由于大屏的接插件過多，所以很可能在某塊發生接觸不良的現象。我們可以通過故障現象判斷是不是接插件的問題，一般某一個小塊發生缺色或者變黑，往往是排線的問題，如果一整塊大屏變黑，則很有可能是網線的接插件的問題。

通過以上方法我們可以查到故障點，先將接插件進行重新插拔，如果是接觸不良，那么問題就很快得到解決。如果重新插拔還是不能解決，那么很有可能是組模壞了，重新更換即可。

6. 結束語

LED大屏的使用，增加了節目的表現力。并且節約了舞美制作成本，節約了大量布置舞美的時間，加快了總臺節目制作周期。但因大屏系統的接插件過多，部分設備為非廣電級設備，故障率較高，要確保LED大屏幕系統穩定運行，就需要技術人員有扎實的技術功底、日常工作中不斷積累寶貴的經驗，從而能迅速快捷發現故障，排除故障，保證節目的成功錄制。

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作者簡介：唐亮，海南?？谌?，工程師.研究方向：廣播電視制播系統建設、運維以及安全播出.