10号演播室LED大屏系统设计思路与实现

【摘要】随着LED显示技术的不断发展，LED大屏显示系统在电视演播室中的应用变得越来越普遍，本文介绍了海南广播电视台10号演播室LED大屏显示系统的设计思路与实现。

【关键词】演播室；LED大屏；系统；设计

中图分类号：TN929                           文献标识码：A                             DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.10.008

10号演播室是一个3讯道高清中型综合演播室，承担着新闻、访谈、新闻发布等多种类型节目的录制工作，按照10号演播室承载的节目给10号演播室配置一套小间距全彩LED大屏显示系统。现将该系统的设计思路与实践作一简要总结。

1. 系统介绍

10号演播室LED大屏显示系统主要由LED显示屏、发送卡/接收卡系统、视频拼接处理系统、渲染主机、配电系统几大部分组成。

LED大屏屏体为曲面形体，屏体尺寸：15.36m×1.92m，面积约29.49m2。（如图1所示）

系统的核心是UVP4000PIII视频拼接处理系统，采用了两台互为备份的模式。每台处理器都拥有多种视频输入接口，能够满足各类视频信号源的接入需要。设备具有信号备份功能，可实现单路信号丢失自动切换到备用信号；具备双机同步备份功能，主备两台拼接器可实时同步信号，任何一台拼接器出现故障不影响整屏效果，画面不会出现撕裂，错位；设备还带有运行状态实时监测功能，便于管理人员可以实时了解设备的运行情况。

发送卡为物理双备份，一旦出现故障自动完成主备组发送卡的切换。数据传输网线采用双路物理备份。接收卡同样采用主备双网线接线方式。

2. 系统重要参数的设计思路

10号演播室大屏承担了演播室背景的渲染、栏目内容的展示及新媒体数据的发布等功能。结合10号演播室的使用需求，大屏系统的设计原则围绕“安全、可靠、扩展性强、能够满足不同类型节目制作需要”。

2.1 大屏选型。

根据演播室的主体结构以及舞美设计，选择的屏体为曲面型体，屏体尺寸为15.36m×1.92m，面积约29.49m2。

2.2 选择屏幕点间距规格

点间距是LED屏的一个重要技术指标，点距越小，单位面积屏体的分辨率越高，成本越高，对信号源的要求也越高。在综合考虑了大屏尺寸、价格、演播室灯光环境以及摄像机的常用机位等因素后，确定屏幕规格为P1.8室内全彩色LED。

2.3 确定刷新率

刷新率是小间距LED大屏的重要指标之一。小间距LED大屏的刷新率运作原理是通过发光芯片的逐行点亮与熄灭来刷新画面，很显然，刷新率越高，所显示的图像（画面）稳定性就越好。刷新率≥3840Hz则能有效减少水波纹，让摄像机拍摄尽可能达到还原本真，逼近肉眼所见的效果。

2.4 色温和亮度

10号演播室是一个多元化的中型高清演播室，因为在演播室中所播出的节目具有形式多样化的特点，需要灯光的色温变化情况比较大，因此，更加应该在设计的过程中加以调整，在100%，75%，50%，25%四档电平白场调节色温误差＜153K，确保整个屏幕的画面颜色具有一定的还原性。除此之外，还应该根据具体的节目内容来进行大屏幕亮度的有效调节，基色主波长误差＜4.9nm，亮度等级为C级，B＞22.7，从而可以避免因为背景的灯光太亮，而前景灯光太暗，从而造成“死光”的现象出现。因此在以上两个方面的调整工作中，内容比较频繁，更加应该确保操作简单方便。

2.5 静音与降噪设计

在进行演播室LED大屏的日常应用过程中，一定要关注到噪音方面的问题。因为LED大屏所具有的尺寸非常大，一般每平方米就会消耗500～800W的功率电量，会导致出现一定的热量散发。因此，更加需要做好大屏的散热工作，避免因为热度过高而造成模块变形的问题，严重影响整个大屏的使用寿命。LED大屏与户外大屏具有很大的区别，主要是因为室内需要对噪音进行严格控制，因此，不可以使用风扇散热的方法。一般会通过ADC12压铸铝合金材质的散热片来对LED大屏进行物理散热，同时安装大量的散热片，可以将LED大屏的热量进行导出。

3. 系统安全性方面的设计与实践

整体系统设计必须满足《广播电视安全播出管理规定》（总局62号令）的相关管理规定，但由于目前LED大屏系统的设备多选用非广电级的产品，安全性和稳定性不高，需要考虑整体系统采用双链路设计，通过完善的备份配置保证整体系统具有安全、快捷的应急操作手段。

3.1 动力系统安全性

整体系统通过双电力双电源备份保障。双冗余电源供电，主、备电源配置，某一路电源供电故障时，自动检测和切换电源，不影响屏幕的正常工作；双電力系统备份，UPS主和UPS备双电力系统接入，通过分电箱让大屏主备配电系统交叉互备，系统任一配电柜出现故障时，都能保证系统正常工作。

3.2 信号链路安全性

信号链路主是通过热备份的形式来进行开展，而且是需要通过双路信号的形式来进行。若是某一路信号出现中断问题时，系统就会进行信号的切换，从而可以让LED大屏信号变得更加完整；即使大屏信号中断也会静帧在最后一帧画面，以防止出现黑屏事故。

3.3 视频拼接处理系统安全性

视频拼接处理系统不仅能够进行同步锁相，还可以对相关信号进行识别。利用同步锁相功能可以有效进行视频拼接处理，实现视频源的刷新和同步，从而可以在很大程度上确保信号之间的同步。通过它的信号识别功能可以有效进行画面信号的识别，并且可以检测输入画面是否正常。之后可以发出相应的指令，将其传递到发送卡，从而能够避免出现发送卡识别问题，确保LED大屏的正常工作。

3.4 发送卡交叉备份

本次LED大屏幕系统采用的发送卡具备双输入切换口，对于前端主备输入信号来说，能同时将信号发送到主备发送卡之中，若是主发送卡在日常运行的过程中突然出现问题，信号仍然能够利用发送卡将其传入到大屏，从而能够有效确保LED大屏正常工作。

3.5 屏体自身安全性

LED大屏幕由无数屏体组成，单屏体内部采用双电源设计和双电源工作机制，当某一个电源出现故障时，不影响另一个电源工作，保证显示屏正常显示。单屏体具有双接收卡、双发送卡备份，屏体内部采用双控制系统备份形式，控制信号可根据故障节点自动来回跳转，系统出现多处故障时亦可正常工作。

4. 使用经验与建议

4.1 大屏的亮度建议

在进行LED大屏的亮度调节工作中，应该根据整个演出节目的形式和所要达到的节目效果去进行分析，从而实现亮度的调节。P1.8LED全彩屏自身的照度最高能够达到1000CD/m2，但是在日常的应用过程中，只需要达到一般的亮度就足以。对于新闻类的节目来讲，可以使用比较强的亮度，那么就可以设置背景大屏的亮度为最高亮度的40%。而对于综艺节目来说，为了能够在很大程度上凸显电脑灯和染色灯的节目播出效果，一般会使用强度比较弱的低光，要求背景大屏亮度为最大亮度的30%，可以满足综艺节目的需求。在实际的光度调整工作中，应该为主持人设置面光与逆光。需要做好灯具位置、光圈大小、摄像机的位置调节后，根据实际的屏幕显示效果去进行背景大屏的亮度调节，进而可以达到非常好的节目录制效果。

4.2 摩尔纹的解决

摩尔纹的产生主要是因为拍摄物如LED大屏的像素一样进行排列，同时与摄像机CCD/CMOS的排列造成一定的干涉问题。LED大屏所具有的摩尔纹问题与很多因素相关，包括点距大小、屏幕亮度、机与屏间距、摄像机聚焦点等相关因素。一般来说，点距小、亮度低、距离远的处理方式，能够在一定程度上弱化摩尔纹问题。那么就可以采用下面方法加以解决：

（1）选择合适的摄像机。我们可以使用SONY摄像机来进行节目的拍摄，此种摄像机自身的空间频率与LED大屏的空间频率相比非常小，进而可以弱化摩尔纹现象。

（2）做好摄像机的角度和位置调整工作。为了能够有效缓解摩尔纹现象的出现，可以调整好摄像机的角度，让其能够与大屏之前存在一定的角度。还可以调节摄像机与摩尔纹之间的垂直距离，一般要求大于2m，同时要求与被拍摄人物之间的距离超过3m，可以在一定程度上消除摩尔纹问题。

（3）调节焦点。为了可以有效缓解摩尔纹现象，可以做好焦点的调节工作，这样可以让LED大屏的显示变得更加清晰。

（4）布光调节。灯光师应该在布光的过程中进行监视器的观看，从而能够针对摩尔纹的情况来进行不同光的调整，同时能够调节主持人的角度与高度，可以有效消除摩尔纹问题。

（5）光学处理。工作人员可以在LED大屏的表面之中增加一层光学处理幕，利用光学处理幕可以有效实现离散的LED发光点的放大展示，可以在一定程度上对LED大屏的物理结构加以改善，从而可以实现从点发光转到面发光的转变，从而可以通过光学处理幕来呈现清晰度比较高的图像内容，有效缓解摩尔纹问题。但是现阶段的光学处理幕是一种十分先进的光学处理技术，所需要花费的资金比较高，一般不会去使用。

4.3 大屏的日常使用与维护建议

在LED大屏的日常使用工作中，为了能够确保大屏的稳定运行，需要做好日常的检查和维护工作。这样能够提前对其相关性能进行了解，若是发现问题，应该及时进行维修或换新，从而能够避免出现问题。还应该保证LED大屏处于正常的温度与湿度环境下，若是温度比较高，比较容易造成LED面板、接收卡等相关设备的损坏。若是湿度比较高，也导致面板灯珠贴片出现短路的问题，会在LED大屏中出现“死点”“色点”等不良现象，影响LED大屏的正常使用。除此之外，还需要做好防静电处理，做好接地工作，有效确保安全。因为LED灯珠十分脆弱，若是出现静电问题，非常容易导致灯珠的损坏，特别是在冬天比较容易存在静电的问题，需要做好接地工作，以避免“烧板”。制定操作规程并严格执行。制定应急预案并定期演练。操作人员必须熟悉系统的各个环节，以避免影响节目制作。

5. 故障现象及排除方法

任何电子产品都不可能保证完全没有故障，演播室使用LED大屏幕也会遇到一些常见的故障，以下是大屏常见故障现象及解决方案：

5.1 常见的大屏故障故障及处理方法

5.1.1 检查发送卡绿灯闪烁情况

例1：若是出现绿灯闪烁的情况，证明发送卡可以正常工作，那么就需要检查LED大屏的供电是否正常，还需要检查线路，确保输出电压在5～5.2V之间；检查连接情况是否正常，也可以进行功能卡的换新操作。

例2：若是出现绿灯不闪烁的问题，证明发送卡无法正常工作。Incident，可以進行DVI线接头的检查，也可以进行复制模式的有效设置：可以重新开启带能源，也可以重新插入发送卡，还可以进行发送卡的换新。

5.1.2 若是在LED大屏启动时提示“大屏幕系统软件提示没有找到大屏”

首先应该对串口线的连接情况进行检查，也可做好串口线的更换工作；更换发送卡；重新安装SB驱动，利用排除法来进行故障排除。

5.1.3 部分屏幕不显示、缺色问题

可以使用故障排除法来进行分析，首先应该做好故障模块的确认，并且对其进行维修或换新，其次，应该重新进行排线检测工作，确保电源供电正常，若是发现供电不正常，需要重新进行电源线的连接。

5.1.4 LED大屏花点、图影扭动

可以通过故障排除法来分析，需要进行接收卡文件的加载工作；也可以减少网线的长度，也可以更换发送卡。

5.1.5 LED大屏亮度低，图像十分模糊

进行对发送卡进行恢复默认设置工作，同时进行保存；也可以将显示屏监控的最小亮度值设置到80以上。

5.1.6 整屏画面晃动或重影

故障排除方法：把通讯线重插或更换；把DVI线冲插加固；更换发送卡。

5.2 电源故障判断处理及注意事项

每块子屏幕的组模与接收卡的供电电压为5V，所以我们需要一个变压电源，从220V变为5V供电。LED系统自身的特殊性，对于电源要求较高。

当发生故障时，用万用表测出，红线端与地之间的电压，如果不是5V，则电源损坏，立即更新新的电源模块。

LED发光效率随着LED温度升高而下降，所以LED的散热很重要，这就要求电源的效率要高，发热量较少，这样可以减慢LED的温度升高过程。二极管PN结抗反向电压能力较低，容易被击穿，所以需要对电源进行保护。南方天气湿度大，我们也需要电源能有防水防潮的结构。最重要的一点是，大屏安装位置较高，维护较不方便，同时广电对于设备安全性的高要求，所以为保证节目正常录制购置的电源可靠性要非常高。

5.3 接插件的故障判断及解决处理

由于大屏的接插件过多，所以很可能在某块发生接触不良的现象。我们可以通过故障现象判断是不是接插件的问题，一般某一个小块发生缺色或者变黑，往往是排线的问题，如果一整块大屏变黑，则很有可能是网线的接插件的问题。

通过以上方法我们可以查到故障点，先将接插件进行重新插拔，如果是接触不良，那么问题就很快得到解决。如果重新插拔还是不能解决，那么很有可能是组模坏了，重新更换即可。

6. 结束语

LED大屏的使用，增加了节目的表现力。并且节约了舞美制作成本，节约了大量布置舞美的时间，加快了总台节目制作周期。但因大屏系统的接插件过多，部分设备为非广电级设备，故障率较高，要确保LED大屏幕系統稳定运行，就需要技术人员有扎实的技术功底、日常工作中不断积累宝贵的经验，从而能迅速快捷发现故障，排除故障，保证节目的成功录制。

参考文献：

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作者简介：唐亮，海南海口人，工程师.研究方向：广播电视制播系统建设、运维以及安全播出.