系統(tǒng)設(shè)計的概述

    順德演藝中心是順德文化中心建筑群之一，是一座綜合性大劇院，是順德區(qū)文化建筑的重點項目，是佛山市承辦第七屆亞洲藝術(shù)節(jié)的重要會場之一。該工程建筑總面積約3.2萬平方米，由大劇院、音樂廳和附樓三部分組成，其中，大劇院有1500個席位，分為地下3層（-12米），地上6層（建筑高度36米），音樂廳有500個席位。大劇院和音樂廳分別配備有現(xiàn)代化的舞臺機械、智能化、燈光、音響等設(shè)備，建成后大劇院可舉辦大型交響樂、歌舞劇、戲劇、戲曲等綜合性演藝活動，音樂廳可舉行古典音樂、民族音樂、現(xiàn)代音樂等表演活動。

    1.1.
    順德演藝中心工程計劃于2005年底啟用，將于2005年11中旬月作為亞洲文化藝術(shù)節(jié)主會場，屆時亞洲二十幾個國家的客人和國家領(lǐng)導(dǎo)人將會蒞臨。

    順德演藝中心已經(jīng)進(jìn)行的弱電系統(tǒng)建設(shè)已包含樓宇自控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)等常規(guī)智能化系統(tǒng)的建設(shè)，現(xiàn)為了滿足演藝中心承擔(dān)演出的特殊功能應(yīng)用，用戶提出需進(jìn)行專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)，具體包括如下系統(tǒng)：

    ①. 演藝中心歌劇院數(shù)字投影及信號處理系統(tǒng)，滿足歌劇院演出的背景幕、天幕、會議晚會多路視頻投放，同時兼數(shù)字電影放映；
    ②. 演藝中心歌劇院、多功能廳同聲傳譯系統(tǒng)，滿足歌劇院、多功能廳召開國際會議，舉行國際活動所需要的同聲傳譯系統(tǒng)；
    ③. 多功能廳多媒體會議攝像系統(tǒng)，滿足多功能廳舉行會議時視頻的投放；
    ④. 多功能廳投影顯示部分，使其能夠接收歌劇院的視頻信號；
    ⑤. 圖書館和演藝中心的信息應(yīng)用系統(tǒng)，滿足演藝中心作為演出售檢票系統(tǒng)，滿足圖書館和演藝中心內(nèi)部的辦公系統(tǒng)，滿足對演出視頻的編輯存儲。

    1.2. 系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)和擴展性

    根據(jù)用戶預(yù)期建設(shè)的標(biāo)書要求大綱，并結(jié)合我公司以往在類似工程的經(jīng)驗，在滿足用戶目前提出的需求前提下，參考國內(nèi)外權(quán)威機構(gòu)的各種設(shè)計和應(yīng)用指南，我們對系統(tǒng)的整體設(shè)計經(jīng)過反復(fù)的計算和技術(shù)論證，基本確定了方案設(shè)計的可行性、穩(wěn)定性、智能化和可擴展性代表業(yè)內(nèi)的先進(jìn)水平。根據(jù)國際和國家現(xiàn)行規(guī)范，參考設(shè)計依據(jù)如下：

    1.3. 投影系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

    1.4. 系統(tǒng)設(shè)備的選型依據(jù)

    我們設(shè)計各種進(jìn)口設(shè)備除了符合上述國際及國家標(biāo)準(zhǔn)外，同時還符合以下安全標(biāo)準(zhǔn)：UL（美國）、CE（歐洲）、符合ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和CIE（國際照明協(xié)會）制定的國際通行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。投標(biāo)書附后提供了上述進(jìn)口設(shè)備的檢測證明文件，設(shè)備選型及配置參照以下原則：

    先進(jìn)性：
    我們從高起點高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，確保系統(tǒng)在未來一定時期內(nèi)保持先進(jìn)；同時也要考慮到技術(shù)適用性，即實用程度。

    科學(xué)性：
    我們確保系統(tǒng)的設(shè)計從劇院的使用功能出發(fā)，在滿足各項使用功能的前提下，系統(tǒng)做到簡潔，不夸張；在線路工藝設(shè)計及系統(tǒng)設(shè)備選型上充分考慮其擴展能力。

    可靠性：
    系統(tǒng)運行安全可靠。追求先進(jìn)性的同時考慮新技術(shù)的風(fēng)險以及技術(shù)的成熟性，在關(guān)鍵環(huán)節(jié)采用冗余備設(shè)計。

系統(tǒng)設(shè)計的基本保證

    1.5.

    對于方案的構(gòu)思、系統(tǒng)的設(shè)計、器材的選型，我們經(jīng)過了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃⑦x，并做了大量響應(yīng)市場的調(diào)查論證，結(jié)合目前大部分類似工程在應(yīng)用中出現(xiàn)的不足，提出解決方案并在本系統(tǒng)加以利用，確保系統(tǒng)能達(dá)到以下的優(yōu)點：

    * 最先進(jìn)的技術(shù)
    所有產(chǎn)品和技術(shù)源自業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的權(quán)威機構(gòu)，在業(yè)內(nèi)并且有成功的應(yīng)用【杭州大劇院、東莞大劇院】。

    * 最真實的指標(biāo)
    所有投標(biāo)器材的技術(shù)指標(biāo)，我們提供各大廠家的官方資料，全部經(jīng)過嚴(yán)密的測試和老化試驗，所有系統(tǒng)的指標(biāo)全部經(jīng)過科學(xué)計算和技術(shù)論證。

    * 最穩(wěn)定的運行
    大部分投標(biāo)器材的平均無故障運行時間大于20000小時，系統(tǒng)保證最少8小時不間斷工作。

    * 最佳的信號傳輸
    系統(tǒng)設(shè)計提供足夠的帶寬確保各種視頻信號的處理和傳輸，我們認(rèn)真對各種模擬和數(shù)字視頻的傳輸特性做了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觯�根�?jù)當(dāng)前系統(tǒng)的要求作出科學(xué)的論證，不保守、不夸張，保證信號傳輸和控制設(shè)計可靠、穩(wěn)定、高質(zhì)量。

    * 足夠的視角范圍
    根據(jù)劇場的不同應(yīng)用，我們作出了科學(xué)和靈活的顯示方式設(shè)計，滿足絕大部分觀眾的視角范圍，沒有視像盲區(qū)。

    * 足夠的畫面亮度
    參考國家對各種環(huán)境照度的規(guī)定，結(jié)合各種文獻(xiàn)對最佳視像照度的推薦值和經(jīng)驗，所有設(shè)計指標(biāo)均達(dá)到或超過預(yù)期數(shù)值。

    * 良好的圖像范圍
    根據(jù)現(xiàn)場的應(yīng)用情況，我們對投影機的輸出亮度、顯像面積、1/2增益覆蓋角以及最佳的投影角度方式進(jìn)行了科學(xué)的計算和模擬論證，確保畫面最佳的水平和垂直覆蓋范圍。

    * 豐富的視像效果
    根據(jù)劇院的實際應(yīng)用要求，系統(tǒng)設(shè)計基本可以進(jìn)行隨心所欲移動圖像位置，框入框出、淡入淡出、卷簾翻滾的無縫切換功能，數(shù)據(jù)與圖像相結(jié)合的畫中畫顯示特技應(yīng)用。

    * 快速的系統(tǒng)響應(yīng)
    對于系統(tǒng)的開啟、關(guān)閉和控制實現(xiàn)快速的響應(yīng)，確保系統(tǒng)5分鐘內(nèi)可以啟動，10分鐘內(nèi)進(jìn)入預(yù)期狀態(tài)，5分鐘內(nèi)可以安全關(guān)閉。確保信號切換、環(huán)境控制以及預(yù)設(shè)程序的連瑣反應(yīng)達(dá)到無延時響應(yīng)。

    * 無憂的系統(tǒng)維護(hù)
    對于系統(tǒng)故障可能會容易出現(xiàn)的環(huán)節(jié)，如投影機，我們選用的Barco XLM-H25具備模塊化結(jié)構(gòu)，任意一個出現(xiàn)故障的模塊只需5分鐘即可完成整個折裝的過程，快速更換的鏡頭可以進(jìn)行上下左右移動的遙控，并且整個維護(hù)過程無需任何特殊的工具和儀器。

    * 安全的使用保證
    系統(tǒng)所有器材都經(jīng)過了UL（美國保險商試驗所）安全認(rèn)證以及FCC（美國聯(lián)邦通信委員會）電磁兼容認(rèn)證。

    * 合法的使用保證
    所有電子器材和應(yīng)用軟件已經(jīng)解決類似“千年蟲”和第三方版權(quán)問題，確保用戶的合法使用權(quán)益。

系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)及投影距離和鏡頭的設(shè)計

1.6. 大屏幕視頻系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)

    1.7. 投影距離和鏡頭的設(shè)計建議
    因為本視頻系統(tǒng)設(shè)計為兼容演出、電影和會議三種模式，當(dāng)應(yīng)用于演出模式時，為了保留舞臺最大的深度，我們設(shè)計屏幕位于離臺口約20米處安裝，投影機鏡頭設(shè)置為最短的焦距模式【1.45:1】，見下圖所示：

    當(dāng)應(yīng)用于電影模式時，為了保證觀眾席最大的觀看視角，我們設(shè)計利用滑輪的方式把投影機往臺口方向移動5米，利用投影機的控制軟件設(shè)置此時為最大的焦距【1.8:1】，屏幕往臺口方向可以移動10米【焦距放大加移動距離】，即位于離臺口約20米處安裝，見下圖所示：

    上述的2種模式因為涉及到投影機的投射距離和鏡頭焦距問題，我們設(shè)計的投影機可以利用軟件預(yù)設(shè)多種焦距的程序，無需在每次變更投影模式都要進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整。

多媒體數(shù)字投影機的選型

 1.9. 圖像面積的設(shè)計建議

    根據(jù)DIN的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，理想的視像方位是圖像范圍的4倍，最短的視像距離不應(yīng)該小于2倍圖像的高度，最遠(yuǎn)的視像距離不應(yīng)該超過8倍圖像的高度，建議視像距離為圖像高度的4~6倍。為了獲得良好的信息可讀性，視距不應(yīng)該大于字符高度的200倍，理想的屏幕尺寸和視像距離也取決于投影機的真實分辨率：

    對于XGA（1024×768），最遠(yuǎn)的視像距離不應(yīng)該超過6倍圖像的高度
    對于SXGA（1280×1024），最遠(yuǎn)的視像距離不應(yīng)該超過4.5倍圖像的高度
    對于SXGA+（1400×1050），最遠(yuǎn)的視像距離不應(yīng)該超過4.4倍圖像的高度
    對于UXGA（1600×1200），最遠(yuǎn)的視像距離不應(yīng)該超過3.8倍圖像的高度

    我們以劇院用于演出模式時作為設(shè)計的基準(zhǔn)：屏幕離最后一排座位約60米，根據(jù)DIN的1024×768分辨率標(biāo)準(zhǔn)，屏幕換算公式計算的結(jié)果如下：

    【圖像高度=60米/6倍=10米】

    因為我們采用的是1.89:1的格式，由此可得屏幕的圖像尺寸=寬18.9米×高10米，但受舞臺寬度限制，所以我們建議設(shè)計屏幕的圖像范圍=寬15米×7.9米，與投標(biāo)文件的要求吻合。

    1.10. 數(shù)字投影機亮度的設(shè)計

    為了在屏幕范圍最大程度保證亮度、均勻度、色彩和色溫的一致性，最大程度滿足使用環(huán)境的視角范圍，對于所需的投影機亮度，根據(jù)比利時Barco公司眾多專業(yè)投影系統(tǒng)解決方案的經(jīng)驗，采用背投影方式的投影系統(tǒng)對投影機亮度的要求，可采用如下經(jīng)驗公式進(jìn)行計算：

    LP=LuxE×IS×CRP×【CR-1】/【CRP-CR】

   上述公式中，LP代表所需的投影機亮度指標(biāo)（光通量流明），LuxE是所測的環(huán)境光亮度（lux），IS代表屏幕的面積，CRP是投影機的ANSI對比度（標(biāo)準(zhǔn)對比度），CR代表屏幕顯示理想的對比度。

    關(guān)于LuxE環(huán)境光亮度，參考DIN的標(biāo)準(zhǔn)要求是劇場觀眾席所需的最小亮度不高于5 Lux，考慮燈光的干擾，我們設(shè)計為不低于8Lux；CRP參數(shù)對于DLP投影機約為250:1【ANSI對比度】。對于以多媒體應(yīng)用為主的顯示，要求CR至少為27。

    IS為投影圖象顯示面積【寬×高】，這里所需的投影面積約為120m2，寬高比例為1.89:1，由此可計算出所要求的投影機亮度：

    LP=8Lux×120m2×250×【27-1】/【250-27】=27,982ANSI流明

    我們設(shè)計的Barco XLM-H25數(shù)字投影機具備27,000流明的光通量，優(yōu)于標(biāo)書的預(yù)期設(shè)計指標(biāo)，換言之，在同樣的環(huán)境光下，可以獲得更加深的對比度。

    1.11. 多媒體數(shù)字投影機的選型建議

    綜合上述的計算依據(jù)，我們設(shè)計使用比利時Barco XLM-H25數(shù)字投影機，該機具備27000流明的光通量輸出，也代表了目前全球范圍內(nèi)數(shù)字投影機單機的最高亮度，而且在國內(nèi)已經(jīng)有成功的類似案例【杭州大劇院設(shè)計使用了2臺XLM-H25數(shù)字投影機、東莞大劇院設(shè)計使用了1臺XLM-H25數(shù)字投影機】。在早期投影機亮度沒有達(dá)到這么高水平時，也可以設(shè)計雙機甚至多機疊加的方式，但很難保證整屏范圍內(nèi)色溫、色彩、對比度、匯聚等方面的一致性，因為這么大的圖像范圍就算一個像素的微小區(qū)別都會體現(xiàn)很大的反差。Barco XLM-H25還具備以下的優(yōu)點針對劇院的特殊應(yīng)用：

    * 足夠高的亮度（27000流明），確保可靠的觀看環(huán)境。
    * 足夠的對比度（1200:1），能夠體現(xiàn)更多的圖像細(xì)節(jié)。
    * 多種鏡頭焦距可選，可以滿足本劇院投影距離的不同要求。
    * 真實分辨率2048(1080，適應(yīng)大面積顯示高分辨率。
    * 安全可靠的6,000瓦氙燈，確保任何時候可以進(jìn)行開關(guān)機。
    * 燈泡功率可調(diào)，并內(nèi)置專利CLO恒定亮度輸出技術(shù)。
    * 馬達(dá)驅(qū)動的鏡頭水平、垂直位移，提供快捷方便的安裝調(diào)試。
    * 密封的3(DMD(tm)機芯模塊，確保投影機在多塵、煙霧的舞臺環(huán)境下的正常工作。

    * 高效“液冷”系統(tǒng)，保證密封的光學(xué)引擎在極高的亮度輸出條件下穩(wěn)定工作。
    * 考慮到搬運、運輸所產(chǎn)生的震動可能對會聚系統(tǒng)產(chǎn)生的些微影響，投影機可以提供可自行調(diào)節(jié)會聚系統(tǒng)（ACS）功能，允許用戶在現(xiàn)場進(jìn)行手工調(diào)整。該會聚調(diào)整操作應(yīng)該從密封引擎外部進(jìn)行，避免灰塵的進(jìn)入。
    * 模塊化信號輸入：Compsite Video、S-Video、YUV、RGBHV、SDI、HD-SDI
    * 先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)管理和診斷功能，提供實時的監(jiān)測與維護(hù)。
    * 無縫切換和特技播放功能，不會給屏幕留下任何黑暗的間隙。
    * 動態(tài)畫中畫實時處理功能，畫面位置可以儲存或取消，內(nèi)置多屏應(yīng)用的圖像邊緣混合技術(shù)。
    * 專利TCR真彩重現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用，提供完美的色彩范圍，專利像素處理技術(shù)，提供足夠的分辨率和動態(tài)范圍。整機模塊化設(shè)計，確保快捷方便的維護(hù)服務(wù)。
    * 符合UL 1950和EN60950安全標(biāo)準(zhǔn)，電磁兼容符合FCC（美國通信委員會）15B級，符合CE EN55022 B級。

圖形處理器及屏幕的選型分析

    1.12. 高清圖形處理器的設(shè)計

     為了最大程度發(fā)揮投影機的功效，以符合顯示設(shè)備日益先進(jìn)的要求，我們在信號源與投影機之間設(shè)計了一臺Barco Acsar2高清數(shù)字圖形處理器，對所有輸入投影機的視頻信號進(jìn)行預(yù)處理，即不管輸入處理器是任何格式、任何分辨率的信號源，處理器都以DVI數(shù)字視頻【2048×1080分辨率】輸出到投影機，以其達(dá)到與投影機的最佳匹配。

    1.13. 高清圖形處理器的選型

    我們設(shè)計使用一臺Barco Acsar2高清圖形處理器，該處理器專為XLM-H25和數(shù)字電影機設(shè)計生產(chǎn)，可以對所有外接輸入的信號進(jìn)行視頻信號定標(biāo)和路由處理：轉(zhuǎn)換任何視頻信號至DVI-Dual數(shù)字視頻輸出，Barco Acsar2高清圖形處理器的基本功能如下：

    自動識別HD-SDI的任何標(biāo)準(zhǔn)
    模塊式信號輸入插槽，兼容所有數(shù)字和模擬信號，本系統(tǒng)配置復(fù)合視頻及RGB信號輸入插卡各2張；
    高分辨率電腦信號輸入
    無縫信號源輸出切換
    PIP功能可以選擇內(nèi)置的圖片背景
    4路插槽：可選SDI/HDSDI/DVI/RGsB/YUV/RGBHV/RGsBHV/復(fù)合視頻/S視頻/數(shù)字解碼器
    數(shù)字處理：16bit
    處理后視頻輸出：DVI-Dual數(shù)字視頻2048(1080@60Hz
    控制：Internal網(wǎng)絡(luò)控制
    無縫信號源切換，4路動態(tài)實時畫中畫處理

    1.14. 無縫背投屏幕的選型建議

    由于背投幕在保證畫面達(dá)到亮度、均勻度、對比度、色彩、色溫和可視角度的一致性同樣起了非常關(guān)鍵的作用，我們設(shè)計使用美國Stewart公司出品的AT系列無縫散射背投軟幕，有效圖像范圍寬1500cm×高793cm，如下圖：

    1.15. Stewart AT系列背投屏幕的技術(shù)規(guī)格

    AT系列屏幕的1/2增益視角不低于50度，可以最大程度滿足劇場的視角范圍，投影方式可以最大程度滿足會場的所有方位觀看視角。背投幕的基本的技術(shù)規(guī)格如下：

    * 超大無拼縫，不存在物理接縫
    * 漫反射屏幕，可擦洗進(jìn)行清潔，具有阻燃性
    * 幕與四周邊框緊繃懸掛的安裝方式徹底消除熱脹冷縮對屏幕的影響
    * 高均勻度可降低“太陽效應(yīng)”
    * 峰值增益不低于1.0，1/2增益視角不低于50度
    * 視像范圍：水平/垂直不低于160°

視頻處理與傳輸帶寬的設(shè)計建議

    1.16.

    帶寬是信號在沒有產(chǎn)生嚴(yán)重扭曲或損失傳輸時，需要的頻率總范圍。常用單位是KHz或MHz，如右圖是模擬音頻信號的頻響范圍20Hz~20KHz，通過計算可以得出模擬音頻信號的帶寬至少是19.98KHz。但是在音響行業(yè)一般會以【頻率響應(yīng)范圍】來描述，比如說某某功放的頻率響應(yīng)范圍是20Hz~20KHz@±1dB。

    復(fù)合視頻信號根據(jù)制式的不同，信號的帶寬也有一點差異，見下表：

    我們設(shè)計復(fù)合視頻矩陣的帶寬為150MHz（-3dB，滿負(fù)載）。

    計算機視頻信號的帶寬沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)美國Extron公司的推薦經(jīng)驗，可以通過如下公式進(jìn)行簡易計算：

    視頻帶寬=【（像素點×場頻）/2】×3
    比如：已知XGA的像素點約786萬（1024×768），場頻是60Hz，代入公式可以得到：
【（1024×768×60）/2】×3≈70.8MHz

    知道了一個信號的帶寬（復(fù)合視頻或者計算機視頻），如何決定矩陣的帶寬？根據(jù)美國Extron公司的推薦經(jīng)驗，選擇矩陣或其它的視頻處理器材（如接口、掃描器等）的帶寬最好是信號源帶寬的2~3倍，同時，還應(yīng)該注意所選擇的器材帶寬是否是在【滿負(fù)載】的狀態(tài)測試。

    視頻系統(tǒng)中任何一個環(huán)節(jié)的周邊設(shè)備（如電腦接口、選擇切換器、信號處理器、矩陣切換器、分配放大器、傳輸線纜等）帶寬不夠，都會引起畫面的模糊不清。標(biāo)書的設(shè)計帶寬指標(biāo)為【200MHz，-3dB滿載】，最高分辨率推薦不高于1400×1050，顯然不太適應(yīng)目前高速發(fā)展的電腦顯卡分辨率， 所以我們設(shè)計RGBHV視頻矩陣的帶寬為300MHz（-3dB，滿負(fù)載），可以滿足高達(dá)U-XGA（1600×1200）信號帶寬的傳輸需求，優(yōu)于標(biāo)書的設(shè)計指標(biāo)【200MHz，-3dB滿載】。