室内LED电子显示屏系统设计

***星力科技有限公司
2002年8月

前 言
２１世纪是信息经济和知识经济的世纪。人们对信息的获取百分之九十以上是来自于眼睛，因此，显示设备行业一直都是信息时代的主战场之一。同当今信息产业的发展趋势一样，显示设备也是由模拟技术向数字技术发展、向超清晰度超大屏幕发展。而LED电子显示屏以其高亮度、大面积、小体积、组织容易、工作环境要求低等特点，而独立于显示设备的潮头。LED电子显示屏在发达国家的应用已相当普及，在我国很快为企事业各级主管和技术人员所认识。
因此，我们为贵方设计的LED显示系统选用了世界领先的LED显示控制技术——Ｌｅｙａｒｄ　２０００芯片。本显示系统立足于易用原则，即便于集中控制，又支持分布式管理，既支持不同厂家不同类型的计算机及网络产品的集成，又可将卫星、电视等系统和设备联入，符合目前和未来的发展需要。总之，在高品质的LED显示控制系统支撑下，显示屏将是一个既投资合理又拥有良好企事业社会形象的信息工程，同时也具有长远的经济及社会效益。

一、LED简介
1.1 LED的特点
LED是发光二极管（Light Emitting Diode）的简称，是光电领域中应用极为广泛的发光显示用材料，选用不同的材料在一定条件下可发生红、绿、黄、蓝等颜色，LED具有下列特点，使其成为制作大屏幕的首选材料。
LED显示屏的特点：
亮度高，目前户外单灯的亮度已超过6,000mcd；
功耗低，具有较高的光电转换效率；
寿命长，LED寿命长达200,000小时以上；
响应速度快，ns级，无余灰；
低电压低电流驱动，易于与计算机接口；
屏幕尺寸可大可小，最大可以作到300m2；
视角大，室内屏视角大于±60度，室外屏视角大于±80度；
视距可通过选择不同直径与不同点距的产品来调整，小到几十厘米，大到几百米均可满足要求；
组态灵活，简单到数码显示，复杂到全彩色视屏都有不同种类的产品可以满足要求，室内室外都有相应的产品；
易与计算机接口，支持软件丰富。
由于LED具备以上显著优点，而近年来由于技术的不断提高使单个发光点直径越来越小，生产成本的不断下降，价格越来越被更多人们所接受。
LED显示产品可广泛应用于交通、广告、新闻、体育、金融、证券。
在商业领域，各商场都可采用LED显示屏作为商业广告和顾客引导的媒体。电子显示屏已成为显示商场档次的标志之一。
1.2 LED显示屏的分类
根据不同的标准，LED显示屏可以分为几下几种不同种类：
根据应用场地区分，可分为室内屏（基本单位为模块或数码管）及户外屏（单灯）。
根据基色区分，可以分为单色屏、双基色屏（红、绿色，同时发光时显示黄色）、全彩色屏（红、绿、蓝三基色）。
根据功能区分，何分为条屏、图文屏、视屏、数码屏、点阵数码混合屏。
1.3 采用LED显示屏的特点
全彩屏的256级灰度控制技术，1677万余种颜色——可真实地再现自然界色彩。
非线性级差校正技术——层次感强，视觉效果良好。
全彩色技术——红、绿、蓝三基色LED显示屏。
双基色技术——红、绿二基色LED显示屏
视频技术——Real-Time技术，使换帧速率实现了与监视器同步，可达72帧/秒，完全达到了实时地播放视频节目的帧速要求。

二、LED电子显示屏的组成
利亚德LYD2000显示系统的主体部分包括显示部分、显示控制部分、计算机、多媒体卡安插在控制计算机的一个PCI插槽内，负责采集复合视频信号并将其转换成为适合计算机及LED显示屏显示的信号。帧控制器占用计算机一个ISA槽，他主要负责将多媒体转换的信号及计算机显示卡上的显示信号通过５０芯双绞线传输给安装在LED显示屏内的差分接收卡，差分接收卡在接收到上传信息后将其下传到级联的行控制器（行控制器数量和屏幕显示板的行数一样），每块行控制器再将信号，传输给控制的显示板。
显示信号单向传输，即由计算机或外接视频输入的信号经上述的传输存贮，从控制室经长距离通讯线最终送至LED显示屏上，驱动显示板上LED模块发光产生色彩丰富的图像。
1、显示部分
显示部分包括显示模块、集成板和电源。
1.1 显示模块
显示模块有若干个发光二级管封而成的发光器件，是LED视频显示的基本单元，即通常所称的显示点。其中，构成显示模块的像素管种类和像素管数量由颜色配色方案确定的。其组成和性能基本上决定了LED显示屏显示效果的优劣。
1.2 集线板
集线板置于显示箱体内，是带有许多插接件的印刷电路板。正面与显示模块相连，背面与显示控制板相连，起到控制方便、减少功耗的作用。
1.3 电源
通常采用５Ｖ电源，将常用２２０Ｖ电源转换为LED显示屏幕所需用的５Ｖ电源。
2、驱动控制部分
行控制器
与每块屏仅需一块帧控制卡和一块差分接收卡不同的是一块LED显示屏需用多块行控制器，其数量由显示屏单元板的行数决定的，即一块行控制器控制一行显示板。其功能是将红、绿、兰三色信号分别存贮下来，送往所控制的显示板，保证显示内容正常。
3、计算机控制部分
计算机控制部分包括多媒体卡、帧控制器和控制计算机。
３．１ 多媒体卡
多媒体卡基于PCI总线，采用最新６４位图形加速器，将VGA和视频功能合二为一。视频数据与VGA数据叠加及色空间变换均在卡内实现，从根本上解决了兼容问题。全屏分辨率采集及无压缩存贮技术的应用保证了视频图像的最佳效果。采用最新放大技术，可无级放大至１０２４＊７６８满屏显示，视频窗口缩放采用EST边缘增强技术，保证放大后的图像清晰稳定。视频窗口可任意缩放移动，支持视频图像的单帧或连续捕获，并以多种图像格式丰富。它支持颜色深度最高可达１６Ｍ色，亮度、对比度、色度可分别进行调整，软解压播放VCD可达７０帧/每秒。可在Win95、Win98、WinNT4.0工作平台上可达７０帧/秒。可在Win95、Win98、WinNT4.0工作平台上运作。
３．２ 帧控制器
帧控制卡负责将计算机发出的命令进行整理、分类并完成执行计算机发出的每条命令，并将指令通过一根５０芯五类双绞线（AT&T1061025）向下传输给差分接收卡。
３．３ 控制计算机
LED显示屏所用控制计算机主要用于编辑图像，系统控制及LED专用显示软件和多媒体系统工作平台，必须能运行Windows操作系统。它的最低配置为：
（1）具有空闲PCI插槽及ISA插槽的５８６以上系列微机。
（2）需１Ｇ或1G以上硬盘，具４０兆以上空间（安装多媒体卡控制软件及LED显示屏幕专用软件）
（3）１６兆或以上的内存
（4）光盘驱动器
（5）工作平台：Ｗｉｎｄｏｗｓ９５/９８操作系统

三、利亚德LED电子显示屏主要技术优势
利亚德室内、外双基色256级灰度及全彩色LED电子显示屏的核心技术主要包括：灰度级控制技术、视频控制集成芯片技术。
１、LED电子显示屏的灰度级控制技术
现在的计算机由于拥有了２４位彩色，就可以在其屏幕上显示有天然色调的彩色照片图像。原理上，在单色与纯白色之间有无限种色调。实际上，人眼只能辨别１５０－２００种色调。老式的LED电子显示屏显示不出色调——只有黑色或红色（有时是黑色或绿色）。我们需要的是能在其屏幕上显示出真色调的显示屏。
计算机是用称为像素管的积木块构造图片的。把图片分割成的像素愈多，整幅图像的分辨率就愈高。计算机通过把要显示的每个像素描述成一个代码来组织图像。代码是二进制数字集合（即数字由一系列０或１构成），每个０或１称为１位。计算机通常是以８位（称为字节）群的结构工作的。这８位数字可以计数到２５６，因此能够描述从黑色到白色的２５６种灰度色调，这足以令人在视觉上感到满意。使用位描述每个像素的计算机就能在其监视器上产生完美的黑白照片。能显示出所有这些色调的监视器就称为灰色标度显示器，这也就是灰度级的概念。
人眼可以辨别出３种颜色——红色、绿色和蓝色，产生的１５０－２００种色调。如果使用位来描述彩色，就只有２５６种色彩，只能达到柔和的张贴画效果。为了在计算机监视器上获得完全的彩色照片效果，必须能够为每种颜色产生出２５６种色调。每种颜色占用８个信息位，总共需要２４位。如果让这３种颜色都产生全部２５６种可能的变化，就能获得１６７０００００种颜色色调。
２、LED电子显示屏的视频控制集成芯片技术——利亚德２０００芯片
由于灰度的提高和实行非线性控制，系统所使用的离散器件和小规模集成电路的数量大幅度增加后，整个系统的可靠性和可维护性将很难保证。
为解决灰度级和视觉非线性两大问题，提高显示效果，降低设计难度，保证系统的可靠性和可维护性，利亚德公司从１９９７年开始进行超大规模集成电路的设计工作。并且在１９９８年中期成功地推出了利亚德第二代。
Leyard2000系列芯片。该芯片具有２路共６４位输出信号，每位输出信号具有真正的２５６级灰度输出并带有非线性视觉校正功能。芯片的集成密度达４．５万门电路，采用国际上先进的０．５μｍ集成电路设计工艺和生产工艺。利亚德公司的这一成果扫清了上述两大技术障碍，极大地提高了系统的性能。
这套系统在继承了原有９７０１视频显示系统优点的基础上对原存在缺陷进行了相应的改进，使产品的操作使用更加简便易懂，功能更加完善，以适应顾客对LED显示屏显示质量越来越高的需要。
与原有９７０１系统相比，Leyard2000系统有如下新的特点：
*芯片体积更小，仅为原９７０１的1/2；集成化程度更高，硬质电路板布线设计更为容易。
*由利亚德技术人员独立开发研制而成，充分针对LED行业特点专门设计，使系统联接性更好，保障了技术完整性与独立性。
*控制像素点数量更加多，屏幕分辨力更高，尺寸较之以前可做得更大（利用Windows98操作平台在控制计算机主板上安插四块显示卡用四台显示器显示，横向控制可达到４＊１０２４点）。
*系统采用了模块调色技术，对显示板上单片模块可逐块分别调整红、绿色亮度，有效地减轻了LED屏幕存在的“马赛克”现象，保证最佳视觉效果（在６４０＊４８０及８００＊６００的显示模式下）。
*支持２０ＭＨZ的串行数据传送，保证了长距离多片级联，信号不失真，并具有一致的相位。

四、LED电子显示屏系统工程祥述：
4.1 系统简介
鉴于*******使用LED显示屏的工作特点多为发布利率信息，酒店使用显示屏的工作特点也多为酒店信息发布，结合使用用途及经济利益的综合考虑，我公司推荐选用均利亚德双基色256级灰度视频显示系统。
双基色256级灰度视频显示系统能够实时显示监视器上图像和文字。利用利亚德公司提供的通用视频控制软件，可以播放各种图像图形及电脑动画等。本系统所显示的影像画面清晰，无抖动和重影，并消除了失真现象。确实是一款性能、价格比都优异的显示屏产品。
4.2 双基色256级灰度视频显示系统功能特性
兼容性 支持VGA 1024*768，256色以下全部显示模式，并自动跟踪模式化，在604*480模式下可显示电视、录像及激光视盘等视频系统，通用视频控制软件兼容性好，功能强大。256级灰度、65536种颜色。
系统性 精心进行系统设计，通讯距离可达200米，应用模块化设计和分布扫描技术提高系统的稳定性和可靠性，简化了安装和维护。
数字化 纯数字化设计，保证画面无干扰，显示稳定性好，可靠性高。
高可靠性 产品经过权威机构的盐雾、高温、高湿、振动等测试。
实时性 显示屏与监视器点点对应，当显示系统的像素数小于显示器分辨率时，显示屏的显示窗口与计算机屏幕映射位置可调。
4.3 工程详述
LED电子显示屏系统工程包括方案设计、原材料采购、显示屏屏体的加工与生产、第三方配套产品采购和显示屏布线及安装调试验收五个阶段。
4.3.1 方案设计
方案设计包括发光管口径的选择、颜色的配比、屏体尺寸的计算、结构边框的设计和软件应用等。
1.1 发光管口径方案
发光管口径的选择主要取决于以下三项：
（1）屏体面积
（2）观看距离
（3）资金情况
鉴于发光管口径越大，单位面积内所包含的像素点越少，成本越低；相反，口径越小，单位面积内所包含的像素点越多，成本越高，显示屏的显示效果越好。
因此，在满足用户实际需要的情况下，选择合适的发光管口径，既满足用户的实际需要，又能够节省项目投资。
1.2 屏体尺寸方案
在口径和颜色配比方案确定后，构成显示屏的显示屏的尺寸也就相应地确定了。此外，还有一个需要考虑的因素是显示屏的显示比例。一般人们对视频图像的显示比例，要求在４：３和１６：９（宽：高）之间。
1.3 结构边框及土建方案
屏体的结构方案由我公司的结构工艺工程师，根据施工现场的具体情况来确定。一般情况下，室内屏安装方式有：

1.4 软件方案
针对LED显示屏应用的要求，开发了“飞龙LED软件”和“通用视频播放软件”等多套随显示屏一同销售的配套软件。具体功能和特点如下：
*生产各种显示效果，如：左右移动、闪烁、放大、缩小、上下滚动等。
*提供显示信息的编辑、排版、剪接等工具
*提供节目的编排、节目单打印等功能
*数据维护
*电力监控
*软件使用符合中文Windows98风格
*在一定时期内我们派专人进行软件升级和支持服务。

相关软件及技术文件，清单如下：
软件名称 单位 数量 备注
中文Windows98 套 １ 单机
中文Windows NT 套 １ 网络
系统专用软件 套 １ 随屏
系统通用软件 套 １ 随屏
操作使用说明书 本 １ 随屏
维护手册 本 １ 随屏
对于特殊的用户需求，如：与其它网络接口、从中提取显示数据、完成各种数据的加工和处理等，则需要软件开发。
1.5 显示屏技术指标
室内双基色显示屏性能指标
规格 Ø5 Ø3
像素点 单点边长 5㎜ 3.75㎜
单点间距 7.5㎜ 4.75㎜
LED组成结构 红绿双色LED 红绿双色LED
点数 横8竖8 横8竖8
尺寸 60.20㎜×60.20㎜ 37.5㎜×37.5㎜
单元板
组成 模块数 横8竖4，8×4＝32 横8竖4，8×4＝32
点数 横64点，竖32点 共2048点 横64点，竖32点 共2048点
尺寸 横49cm，竖24.5cm 横30.6cm，竖15.3cm
面积 1200.5c㎡ 468.18c㎡
像素密度 17200点/㎡ 44100点/㎡
功耗 350W/ 750W/㎡
重量 25Kg/㎡ 20Kg/㎡
显示颜色 每个像素点红绿各256级灰度，共形成65536级色阶变化
显示模式 VGA 640×480 800×600
视频纠编功能 每色逐点实现非线性视频纠编功能
显示速度 120帧/秒
显示方式 与计算机同步显示，点点对应
显示接口 VGA特征卡直接连接
数据传输方式 全数字式串行数据传输
通讯速度 20Mb/秒
整屏显示管理 帧、行控制器，同步管理扫描时间
通讯距离 小于300米（无中继）
工作电压 200v±10％
发光器件寿命 大于100，000小时

4.3.2 原材料采购
产品质量的先决条件是原器件的质量，没有优质的原材料采用任何设备和工艺都制作不出先进的高品质的产品。所用的关键原材料全部采用进口件。这些原材料包括：纯红、纯绿LED灯（日本原装进口产品）
*超大规模集成电路（利亚德电子科技有限公司自行设计开发产品Leyard2000系列产品）
*超大规模可编程集成电路（美国Altera公司Flex10K10系列产品）
*开关电源模块（台湾MeanWell公司）
*各种接插件（台湾产）
*电力开关原件（日本松下公司产）
*PLC控制器（日本松下公司产）
*通讯线（美国Lucent，1061025）
*晶振
4.3.3 第三方配套产品采购
第三方产品是指除显示屏体以外的附加设备。一般包括：网络产品、监控设备、视频设备和计算机及其外围设备等。为了保证工程的整体质量，按ISO9001的要求，在使用前对各供应商产品进行严格的测试，测试合格的供应商方可获得供应资格。
4.4 电子显示屏系统的安装布线方案：
1）显示屏安装在平面图指定的位置。
2）显示屏背面需留出一定的检修通道，显示屏距墙水平距离500mm，墙上安装辅助支架，固定显示屏。
3）根据大楼装修情况，对显示屏的座架做包装处理。
4）由监控室引到显示屏的缆线，采用穿管暗敷方式，并尽量利用弱电桥架走线。（显示屏信号采用六根超五类线进行传输，供电采用BVV28×4电源线供电。）
5）显示屏控制电脑与监控系统一起布置在监控室。

五、 显示屏工程示例图

六、售后服务
对于LED电子显示屏显示系统，利亚德公司承诺实行维修维护，除人为因素（如人为机械性损伤及不可抗力等）外，按行业惯例显示屏终身维护。一年内免费维护，在一年保修期内发生的维修维护不再收费，享受保修期内的售后服务。一年后，提供维修服务，并收取一定的工本维修费；或在一年保修期满后再签订年保合同，即按合同总金额的一定百分比例收取年保费。
维修服务由利亚德公司及地区分公司负责。在利亚德遍布全国的三十余个分公司/办事处内保证有一个品种齐备、数量合理的备件贮备。一旦接到故障报告，在一个工作日之内派人抵达安装现场进行处置。每次备件使用后，都必须尽快（半月左右）从工厂内补充，使分公司内的备件始终维持一个合理的数额。此外，在无故障出现，我们也将定期（每半年一次）对系统进行清理与维护，以保证能及时迅速地发现LED显示屏运行时的不稳定因素，及时排除隐患，保障客户的使用。

七、具体方案配置
显示系统费用构成
7.1 方案一
Ø5双基色，共65536种颜色
单元板数量： 6块（宽）×6块（高）＝36块
屏体面积： 2.94m（宽）×1.47m（高）＝4.32㎡
屏体分辨率： 384点（行）×192点（列）＝73，728点
7.2 方案二 （推 荐）
Ø3.75双基色，共65536种颜色
单元板数量： 9块（宽）×10块（高）＝90块
屏体面积： 2.754m（宽）×1.53m（高）＝4.214㎡
屏体分辨率： 576点（行）×320点（列）＝184，320点
7.3 方案三
Ø5三色，共3种颜色
单元板数量： 4块（宽）×7块（高）＝28块
屏体面积： 2.448m（宽）×1.715m（高）＝4.20㎡
屏体分辨率： 320点（行）×224点（列）＝71，680点
7.4 方案四
Ø3.75三色，共3种颜色
单元板数量： 7块（宽）×10块（高）＝70块
屏体面积： 2.674m（宽）×1.53m（高）＝4.10㎡
屏体分辨率： 560点（行）×320点（列）＝179，200点
7.5 配套设备清单：
序号 名称 规格型号 单位 数量
1 多媒体卡 恒基天利 块 1
2 计算机 台 1
3 通讯电缆 AT&T 米 150
注：计算机及其它配套设备可由用户自行配套，但需由我方认定。
计算机需带ISA插槽。
7.6 说明
1、 因Ø3.75屏比Ø5屏每平米的点数多，在面积大体相同的情况下，画面要清晰细致。在面积较小的情况下，一般选用Ø3.75屏。
2、 双基色屏可显示65536色，而三色屏只能显示红、黄、绿三种颜色，但价格上只比双基色便宜几千元，且三色屏面临被淘汰，一般不选用。
3、 三基色屏即全彩屏，目前室内的成熟产品，只有Ø8的，（可在***机场出口处见），由于其像素点比较大，无法满足做小平米的要求。