宁夏气象天气会商高清显示系统设计应用

张吉周+单新兰+余世同++胡斌

摘 要：宁夏气象天气会商高清视频显示系统设计采用交互式音频、视频技术，具有扩充性，选择多路视、音频信号的本地显示和转接显示，采用高清、高亮度、窄边拼缝等离子拼接技术构成功能齐全的大屏显示系统。具智能开机、预约设定，信号任意切换与画面可漫游显示特点。 利用全区气象部门业务网络系统，搭建了省级气象台与市县级气象台站的预报业务人员互动的交流平台。并可通过气象业务应用系统直观地显示全区观测站点的信息、图像和数据，达到提高预报决策现代化手段及工作效率的目的。

关键词：天气会商 等离子 显示幕墙 信号处理 中央控制 设计应用

中图分类号：TN919 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

引言

在信息网络快速发展的时代，新技术的运用给各行各业带来较大的冲击，国家气象局逐步将大数据、新媒体、物联网、云计算等技术应用到现代气象业务建设中，逐步适应个性化、专业化、多样化的需求。因此，以多媒体技术为手段，计算机为核心的高清视频，高保真音频和通信等领域的多媒体技术在气象天气业务中不断广泛的应用、优化。

宁夏气象天气会商高清视频显示系统中，采用等离子高清数码显示、多屏图像处理、智能化控制操作，信号切换及网络技术的综合应用设计。在设计中选择多路

视、音频信号的本地显示和转接显示，选择高清、高亮度、窄边拼缝的等离子拼接大屏显示系统和音频信号的数字音频处理器，形成智能开机、预约设定的会商音、视频模式，信号任意切换与画面可漫游显示设计技术，展现了现代化的人机交互式天气会商业务平台。

1 天气会商高清显示系统技术方法及组成

高清显示系统是其他系统产生信息的终端表达设备，如何设计一种符合宁夏天气会商要求的高清显示技术平板幕墙，根据业务需求及会商室建筑空间及办公整体布局所需。从系统的可用性、先进性、可靠性和经济性出发，设计选择等离子拼接幕墙显示系统。

1.1幕墙大屏显示技术性能指标的设计与选择

幕墙显示系统采用较前沿开放式体系结构，根据主体墙面尺寸采用超窄缝拼接、8个组合屏图像处理、信号切换等网络技术应用综合为一体的高清晰度平面数码显示幕墙，显示达到高速、动态画面流畅、色彩自然。构成一个高清晰度、高稳定性、高智能化控制，操作方便的大屏幕天气会商显示系统[1]。

1.1.1高清幕墙性能选择

供选择的幕墙有背投（DLP）、液晶（LCD）、等离子（PDP）屏幕拼接墙。显示技术先进、屏幕大而薄是发展的前沿，通过对传统的显像管（CRT）、背投、等离子、液晶几代产品显示技术应用比较，又经查阅资料、市场调研比较，确认等离子屏更能较好地满足天气会商拼接幕墙设计应用需求。

等离子PDP技术，清晰度类似普通日光灯和显像管CRT电视彩色图像，不需要背光照明系统即能主动发光，因此图像鲜艳、明亮、清晰。由于屏幕亮度很高，因此可以在明亮的环境下使用，不会因为光线因素影响图像效果既图像失真度较小。数码影像色彩还原可充分还原被压缩前的自然、真实色彩，色彩还原度达到97%。

等离子PDP技术响应速度为微秒级，拼接屏的响应速度为2～3微秒，视角上等离子体显示器视野开阔、视角宽广，能提供亮丽、均匀平滑的画面和更大观看角度。可以做到宽视角，上下左右大于170°，水平、垂直178°双向大视角。

屏较薄是等离子显示屏突出的特点，易制作出40英寸以上的大屏幕显示设备，不需要额外的背光源系统，实现了窄缝拼接和超薄化[2] 。

1.1.2幕墙视频的技术性能设计

根据实际对输入信号的要求，选择不同的视频处理系统，实现DVI、HDMI、VGA复合视频、S-VIDEO、YPBPR/YCBCR信号输入、输出，满足不同使用场合，不同信号输入的需求。利用TF-3000 内置图像处理系统，跟外部矩阵配合进行各种信号切换，可以选择任一路信号在大屏幕上的整屏显示或以PDP屏为单位的跨屏显示；图像处理器与网络连接，可完成计算机网络信号、非网络信号和各种视频信号在PDP幕墙上任意漫游、缩放、叠加等功能技术。

2 天气会商幕墙系统整体结构设计及配置

根据宁夏天气会商视频会议室幕墙的实际尺寸及室内空间情况，从使用性及美观性进行思考设计，会商室拼接大屏幕显示系统选择8台60寸PDP显示单元以横向2行，纵向4列（2×4）的方式超窄缝拼接而成，单屏长宽为1365CM×768CM，2×4拼接大屏幕分辨率达到 2730 （H）×3072 （V），支持全分辨率PC机信号和1080p全高清影像播放，画面清晰，稳定无闪烁。

根据天气会商业务对大屏幕显示系统提出的系统规模和应用要求，设计为左四屏显示会商会场，右四屏显示气象天气图信息，也可以根据不同要求任意显示其他气象要素信息画面。在设计中选择了适宜应用需求即幕墙为平板显示窄缝拼接技术。

2.1系统信号显示处理

信号显示具有（1）全屏的高分辨率显示（2）多路实时视频信号显示（3）RGB和网络信号显示（4）各类信号混合显示等功能。

对信号源进行完善的处理，包括转接、分配、切换、倍频、分割、多屏拼接等，达到信号资源共享的目的，使显示系统能任意获取一个或多个所需的信号，满足各种不同功能的需求。各种视频信号、音频信号和计算机信号通过混合矩阵进行共享连接，可以分别显示在PDP拼接墙及不同的显示终端上。

2.2 幕墙显示图像拼接控制器配置

天气会商大屏幕拼接显示图像拼接控制器，是大屏幕显示系统的核心。所有需要显示的信号和资料信息（视频天气图、卫星云图、网络计算机信息、GIS电子地图等）以及所有的显示任务、处理工作都要经过控制器来接入、处理。设计选择了TF-3000网络型图像拼接控制器，具备多屏幕拼接显示控制系统，可以满足我们多信号拼接的工作要求。系统具备最新软硬件升级，扩展性能灵活，支持各种计算机操作系统。TF-3000图像拼接控制器支持远程控制、多用户控制和优先级控制、权限控制，具有灵活的控制功能。

2.3 操作系统控制器多平台应用

图像拼接控制器跨平台应用，基于PCI体系并支持Microsoft Windows XP、NT、2000操作系统，同时支持基于AIX、SunSolaris、Tru64 UNIX、HP Unix、Linux操作系统平台的工作站画面显示，包括图形文字、表格、曲线、天气图等。

2.3.1 单一逻辑信号处理和高分辨率图像图形显示功能

图像拼接控制器能单台驱动可达32个显示单元拼接成一个高分辨率单一逻辑显示屏，屏的总分辨率等于所有显示单元分辨率的总和。控制器可支持多达64路RGB信号、144路视频信号，网络多路信号以单元为显示单位，在各单元窗口内任意位置组屏开窗、叠加开窗；支持信号以任意大小跨屏，各显示窗口可任意放大缩小，显示单元之间没有边界阻隔，分辨率从640（H）×480（V）到1600×1200@75Hz）同时开窗，任意共屏、叠加开窗视频信号支持全制式信号输入，并兼容PAL＼NTSC＼SECAM制式。

图像拼接控制器采用图形加速技术，其每个图形输出通道都配有独立的图形加速处理器，具有32MB SGRAM同步图形随机存储器。所有类型的显示画面都能从单屏显示按相应比例无级放大到全屏显示，全屏范围内显示图形不变形，整个屏幕亮度均匀，无暗角、亮角等现象，画面稳定无闪烁。采用软件控制窗口的拼接与分割，屏与屏之间的拼缝不影响字符和图形的正确显示[3]。

2.3.2 网络控制功能及大屏幕显示系统管理软件的快捷方式

图像拼接控制器支持本地控制，同时也支持远程控制。TF-3000图像拼接控制器提供网络访问和远程控制，任何与TF-3000图像拼接控制器联网的计算机都可以通过网络传输指令作为远程控制台或本地PC机使用控制，利用输入设备能对投影墙进行远程控制。支持多个用户同时可以对大屏幕进行操作控制，又可以设定不同的用户分别控制与操作显示墙的不同区域，也可以设定不同用户可同时对显示墙的同一区域进行控制与操作。 系统设置的优先级和权限控制功能可对不同级别的操作员提供不同的控制功能，对于拥有某种控制权限的操作员，可以在任意一台网络计算机上输入自己的控制密码便可以完成相应的控制。

图像控制器采用的大屏幕显示控制管理软件（VWCS），实现对显示拼接墙上的各类应用窗口的信号调用、控制和管理，对拼接屏机芯引擎、图像控制器的控制，以及实现对矩阵、摄像机和集中控制设备等相关外围设备的控制与管理。

2.3.3 系统的扩展能力

图像拼接控制器采用开放式结构，便于系统软、硬件升级，扩展性能灵活。其处理器选配了双Intel 随机存储器，内存可扩展为2GB，主板选用32位总线，提高了控制器的图像处理能力。图像拼接控制器标准配置集成了4个100M、1000M自适应网口，便于在系统应用扩展。

3 中央智能控制系统功能

中央控制系统设计形成了丰富的人机交互界面，系统采用智能集中控制方式。中央控制系统由掌上电脑（PAD）桌面图标操作，以网络的形式通过无线交换机传给中央控制主机，中央控制主机再以RS232码的控制模块，经RS232串口实现各种设备的集中控制。所有电控设备提供简单易操作、人性化的智能集中控制功能界面[4] （图3所示）。从根本上提升会商室的集中控制能力并提高整体设备的现代化程度，在遵循系统设计原则基础上，本套系统将最大强度地将投影显示、音频扩声、视频播放、信号切换、会议、摄像系统，环境效果等全方位体现自动化、智能化地控制。使之具有化繁为简，化整为零的特点[5]。

4 结语

（1）系统投入业务运行后易操作、性能成熟可靠，图像、图形扩展灵活、信号及操作接口标准、开放。（2）系统具有可扩充性，网络应用、管理适应未来气象业务多媒体应用的发展，能够充分地利用投入的系统设备资源。（3）系统充分利用全区气象部门现有的网络系统，搭建了省级气象台与市县级气象台站的预报业务人员互动的交流平台。利用先进高质量的交互式视频技术，并通过业务应用系统直观地显示全区观测站点的气象信息。（4）系统高标混合矩阵存在着标清转高清信号编码易实现，虽然高清转标清信号溢出容易出现黑屏或图像比例失调等问题，但可在软件算法上优化改进。（5）天气会商集中控制系统中只涉及到大屏设备的控制，尚未对会商室的发言PC机的反转器、灯光、窗帘等辅助设施加以控制，今后使用中可逐步改进优化。

参考文献

[1] 王天及，杨世宁，李耀棠.现代显示技术的进展[J]；光电子技术与信息；2004.17（4）.3 .

[2] 童林夙.彩色PDP技术现况与发展[J]；现代显示； 2005.02.1-6.

[3] 田展宏等编著.基于MATLAB 的图像处理案例教程[M].清华大学出版社；2011.04.

[4] 汤旻安，张鲲，薛介民.大型多媒体中央控制系统的原理及应用[J]；甘肃科技；2007.04.89-90.

[5] 王建华. 多媒体报告厅智能中央控制系统[J]；盐城工学院学报（自然科学版） 2004.03.37-39.