指挥中心工程系统方案.docx
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指挥中心工程系统方案
本溪市公安局开发区分局指挥中心
技
术
方
案
沈阳格微软件有限责任公司
2011年10月
一、系统概述
、项目概述
为创造平安药都，构建和谐社会，服务人民，打击犯罪，维护稳定，适应新形势下公安工作，完成党委、政府赋予公安机关的各项任务，现对本溪市公安局开发区分局综合楼指挥中心进行整体设计。
旨在提高公安机关信息畅通、指挥有力、手段先进、运转高效的指挥体系，同时兼顾技术先进、服务实战、节约资源、持续发展、稳定可靠、安全保密的原则。
本溪市公安局开发区分局指挥中心建设总体工程主要分为指挥大厅、机房、电源室、会议室的装修，综合操作台，配电系统，房间布线，铺设防静电地板，视频监控系统（DID拼接屏），LED显示屏，报警台设备、UPS电源和办公设备采购，原设备线路迁移等。
、设计依据
依据现有的国家标准、规范，并参照国际上通用的规范进行。
基本技术依据的概念，在此为参照和等同。
（包括特性参数要求标准、特性参数测量方法规范标准、电气设计规范、安全要求等）
电子图纸及甲方的需求；
《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
《会议系统的电及其音频性能要求》GB/T5381-94
《智能建筑设计标准》GB/T50314-2000
《扩声系统的声学特性指标与测量方法》WH01-93
《厅堂扩声系统声学特性指标》GYJ25-86；
《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88
《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-92
《声系统设备互联优选配接值》GB/T14197-93
《声系统设备互联用连接器的应用》GB/T15644-95
《视听、视频和电视系统中设备互联的优选配接值》
、设计原则
先进性和可扩展性：
现代信息技术的发展，新产品、新技术层出不穷。
因此本系统在方案优化的情况下应充分利用现代最新技术，以使系统在尽可能长的时间内与社会发展相适应。
但由于现代科学技术的飞速发展，故必须充分考虑今后的发展需要，设计方案必须具备前瞻性和可扩展性。
这种可扩展性不仅充分保护了局方的投资，而且具有较高的综合性能价格比。
本方案对此均作了充分考虑，以便于系统的扩展和升级。
科学性和规范性：
从系统设计开始，包括施工、安装、调试直到最后验收的全过程，都严格按照国家有关的标准和规范，做好系统的标准化设计和科学的管理工作。
最后提交正规的相关报告及全套施工图纸和技术资料供甲方存档。
安全性和可靠性：
系统设计必须安全、可靠，本方案已充分考虑采用成熟的技术和产品，在设备选型和系统的设计中尽量减少故障的发生。
并从线路辐射、设备安装、系统调试以及对甲方人员的技术培训等方面，都满足可靠性的要求。
总之，在系统设计过程中我们坚持实用性与适用性相结合,保持设备档次性能的一致性。
做到：
选系统：
系统性能配套、性能价格比合理、具有当前水平。
选产品：
设备性能易配接、可靠性高、安全性好。
在可靠性高的条件下，选用高性能的产品。
选用有信誉、售后服务好的厂家或代理商的名牌产品。
选用在国内外大型、重点工程中经常被选用的产品。
二、系统详细设计
、系统组成
指挥中心系统由许多子系统组合而成，包括液晶大屏幕系统、LED大屏幕系统、网络系统、信号传输系统、综合布线系统。
、系统结构
系统组织结构如下图所示：
三、液晶大屏幕显示系统
经过对液晶拼接幕墙的建设目标、使用要求和物理环境情况的了解，我们设计了这套液晶拼接幕墙系统方案。
本系统将国际最卓越的高清晰度数码显示技术、投影墙拼接技术、多屏图像处理技术、多路信号切换技术、集中控制技术等的应用集合为一体，使整套系统成为一个拥有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法最先进的大屏幕显示系统。
、液晶拼接幕墙系统组成
控制室液晶拼接幕墙由纵向8列，横向3行组成，全部采用三星46’DIDTFTLCD单元组成，拼接成大屏幕显示墙，并配以拼接控制子系统。
液晶拼接幕墙系统组成：
1）46’83投影拼墙墙体
46’单屏尺寸为:
1026mm（宽）580mm（高）
46’8x3液晶拼接幕墙全屏显示尺寸为：
1026mmX8（宽）X580mmX3（高）
=8208mm（宽）X1740mm（高）
2）多屏拼接控制器
3）大屏幕应用管理系统（软件）
4）DVI传输线缆
液晶拼接系统系统结构图
、系统主要技术指标
大屏幕显示系统的主要指标如下：
液晶显示单元尺寸
单屏显示面积为1026mmX580mm，总的显示面积为4104mmX1740mm
显示通道数量
24路，24块46寸液晶显示单元拼接成一幅超大的完整图像。
计算机显示通道数
同时显示多路路实时的计算机图像。
复合视频显示通道数
同时显示多路实时的计算机图像。
系统能确保24小时连续运行，系统操作简单，维护方便，使用寿命长；
整个投影屏幕具有高分辨率、高亮度、高清晰度和对比度范围宽等特点，色彩还原真实，图像失真小，亮度均匀一致，显示清晰，单屏周边无眩光。
完全能在室内正常的办公环境下能显示清晰明亮的图形、图像效果；
支持多屏图像拼接，画面可整屏显示，也可分屏显示，全屏范围内显示无非线性失真效果，整个屏幕亮度均匀，无暗角或亮角等现象，画面稳定无闪烁，画面能够自由缩放、移动、漫游，不受物理拼缝的限制；
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汉字和图像的正确显示；
网络环境下计算机的各种应用程序的窗口可以在投影屏上任意开窗口显示，自由的跨屏移动、打开、改变大小；
网络视频图像、网络RGB信号、模拟视频、RGB信号可以开窗方式显示，窗口可任意缩放、漫游、拖拽、切换显示具备图像漫游、缩放等显示功能，画面的移动且不以屏为界；
、系统设备功能及技术参数
大屏幕显示系统硬件设备包括：
46寸液晶拼接幕墙、拼接控制器,VGA16*8信号切换矩阵。
3.3.1.46寸液晶拼接幕墙
选择显示单元主要考虑屋内空间、色彩、分辩率、对比度、使用寿命等指标，还要考虑设备的稳定性及与系统配套能力。
DIDTFTLCD的特征
DID（DigitalInfomationDisplay）TFT（Thin-FilmTransistor）LCD（LiquidCrystalDisplay）是专用产品液晶屏。
它是根据应用于安防、广播电视、医疗、工业及公共媒体发布等领域转业监视器的技术要求而设计和生产的，是继NB、PC以TV之后的第四代LCD产品。
其以卓越的显示性能，已经成为人们认同的当前最高端、最理想的液晶监视器显示屏。
DIDTFTLCD液晶屏具有高亮度、高对比度、更好的彩色饱和度、更宽的视角、可靠性更好、纯平面显示、亮度均匀、影像稳定不闪烁、120HZ倍频刷新频率、更长使用寿命等特征。
下面让我们具体介绍一下这些突出特征：
高亮度
与TV和PC液晶屏相比，DID液晶屏拥有更高的亮度。
TV或PC液晶屏的亮度一般只有250~300cd/m2（≤20.1”）和400~500cd/m2（≥26”），而DID液晶屏的亮度可以达到300~500cd/m2（≤20.1”）和700~800cd/m2（≥26”）。
高对比度
DID液晶屏具有1000：
1（<=20.1”）1500：
1（≥26”）对比度，比传统PC或TV液晶屏要高出一倍以上，是一般背投的三倍。
更好的彩色饱和度
目前普通LCD和CRT的彩色饱和度只有72％，而DIDLCD可以达到92%的高彩色饱和度，这得益于DID新开发的色彩校准技术，通过这个技术，除了对静止画面进行色彩校准外，还能对动态画面进行色彩的校准，这样才能确保画面输出的精确和稳定。
更宽的视角
PVA（PatternedVerticalAlignment）技术即“图像垂直调整技术”，利用这种技术，可视角度可达双170°以上（横向和纵向）。
可靠性更好
普通液晶屏为电视，PC显示器设计，不支持日夜连续使用；DID液晶屏为监视器、广告牌设计，支持在公众场合日夜连续使用。
纯平面显示
LCD是平板显示设备的代表，是真正的纯平显示器，完全无曲率大画面，无变形失真。
亮度均匀，影像稳定不闪烁
由于LCD每一个点在接收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，而不像CRT那样需要不断刷新亮点。
因此，LCD亮度均匀、画质高而且绝对不会闪烁。
120HZ倍频刷新频率
专利的120Hz倍频液晶显示技术，能有效解决图像快速运动过程中的拖尾和模糊，增强图像的清晰度和对比度，使画面更清澈，人眼长时间观看也不易疲劳。
更长使用寿命
普通的NB、PC及TV使用的LCD液晶屏其背光源的使用寿命为1万至3万小时，而DIDLCD液晶屏背光源的使用寿命均可达5万小时以上，这就确保了拼接幕墙使用的每片液晶屏在长时间使用后的亮度、对比度和色度的一致性并且确保幕墙的使用寿命不低于5万小时。
超薄窄边设计
DID液晶屏在拥有超大显示面积的同时，还有厚度薄，重量轻等优势，可以方便地拼接、安装。
一般46英寸的DIDLCD，其重量只有15KG，厚度不到10公分，拼接专用的液晶屏，其优秀的窄边设计，使其边缘只有2.4mm-4.2mm，相对于46寸的大屏幕来说，这么小的边缘完全不影响幕墙的整体显示效果。
系统的可用性
46寸液晶拼接幕墙具有很大的组合空间：
既可以采用小屏拼接、也可以采用大屏拼接；既可以一对一单屏拼接，也可以一对mХn整屏拼接；还可以大小屏混合拼装。
我们将根据客户对46寸液晶拼接幕墙系统提出的系统规模和应用要求，选择合适的产品和拼接方式，提出具体实施方案，满足系统的应用需求。
我们将根据客户对输入信号的要求，选择不同的视频处理系统（监视器专用视频处理系统），实现VGA、复合视频、S-VIDEO（可选）、YPBPR/YCBCR（可选）或DVI（可选）信号输入，满足不同使用场合，不同信号输入的需求。
通过控制软件，实现各种信号的切换、拼接成全屏显示、任意组合显示、图像拉伸显示、图像漫游显示、图像叠加显示等。
我们因应客户的不同需求，打造个性化系统，提供不同的实施方案和技术支持。
系统的先进性
据赛诺平板电视第3季度季报显示，2009年前3季度国内平板电视内销出货共计336万台，其中液晶电视内销出货280万台，同比增长209%；等离子电视内销出货万台，同比增长28%。
相对内销市场，2009年平板电视出口市场的增长速度更为迅速。
据海关数据，2009年前3季度我国平板电视出口量共计约982万台。
其中液晶电视出口933万台，同比增长103%；等离子电视出口49万台，同比增长302%。
据赛诺监测数据，至2009年9月，40英寸以上（含40英寸）平板电视市场，等离子的销量份额已被液晶电视压至27%。
由此可见，在平板显示领域，液晶具有绝对的优势，并从以往的小尺寸向大尺寸发展，全面领先其它平面显示技术。
监视器所采用的液晶屏是DID液晶显示屏，它是当今世界上最新技术的液晶显示屏，是专用的监视器、广告类液晶屏。
拼接幕墙采用自主研发的嵌入式拼接系统，突破了传统PCI插卡式系统复杂、分时处理、故障率高等缺陷，实现了功能强大、系统稳定、操作简单的新一代46寸液晶拼接幕墙。
系统的可靠性
监视器、拼接幕墙一般要求一天24小时，一年365天连续工作，这就要求监视器、拼接幕墙具有可靠性、稳定性高等特点，以保证系统稳定可靠地运行。
影响系统可靠性主要包括温升、结构、干扰、以及系统本身的使用寿命等。
系统的发热量大，将大大减少系统器件的使用寿命，而如果设备很重，则不利于安装和使机构不堪重负。
此外，系统的抗干扰能力也直接影响系统的可靠性。
拼接幕墙液晶屏选用高可靠性的DID液晶屏，其中46寸重量只有15KG，为目前同尺寸平板显示设备中最轻的，功耗300W，如此低的能耗，使其发热量非常小，以至于站在拼接幕墙前面，也感觉不到它的温升。
液晶独特的显示原理、全数字化的驱动系统，以及利用工程流体力学设计的空气涡流散热方法，确保幕墙的高可靠性和稳定性，同时全钢的幕墙机架和合理的工艺设计，使幕墙既无辐射也不受外界电磁场的干扰，稳定可靠。
由于低功耗、重量轻、寿命长，无辐射等特点，使46寸液晶拼接幕墙可靠性极高，一般可正常工作5万小时以上。
系统的经济性
考虑系统的经济性，就不能不提性价比，只有在高性能、高质量的前提下，系统的经济性才有意义。
目前市面上也有等离子（PDP）的拼接幕墙，但其价格较高，一般一平方米的价格高达十几万，并且由于存在等离子烙印问题，也不适宜在一些显示静态图像（安防、道路交通、港口码头等）的场合使用，总体性价比低。
而DLP电视墙虽然价格比较低，但一年光灯泡的更换费用就高达几千块每块屏，一个幕墙加起少则几万，多则十几万，几年下来，其费用惊人。
46寸液晶拼接幕墙，以其优异的性能，合理的价格在国内外受到了广泛的欢迎。
其高达5万小时的使用寿命，质量稳定，维护费用低，是明智的不二选择。
技术指标：
面板类型：
46寸TFTLCD真彩液晶屏
屏幕比例：
16：
9
亮度:
700cd/㎡
对比度：
1700：
1
响应时间：
8ms
分辨率：
1366×768
象素尺寸：
0.7455mm×0.7455mm
色彩数：
16.7M
有效面积:
1018.00mm×572.00mm
可视角度（左右/上下）：
178°/178°
输入信号：
YPbPr/HDMI/BNC/VGA/S端子/音频
电源：
输入电压AC90-250V
工作环境：
温度：
0℃～40℃ 湿度：
10%～85%
寿命：
50000小时
外型尺寸：
1026.0mm×580.0mm×59.0mm（W×H×D）
重量：
15kg
3.3.2.拼接控制器
拼接控制器，是一款高性能、高端图像处理设备，能够在多个显示屏上同时显示多个动态画面，主要用于多屏幕拼接显示控制，是大屏幕显示系统的核心显示控制设备。
对于要求多个视频显示，要求高质量画面效果的场合，例如，指挥控制中心、视频会议、多媒体多功能厅、礼堂，它是理想的现实解决方案。
拼接控制器集图像自由缩放、画中画动态显示、多RGB信号实时数字处理技术与一身，所有的输入信号可以自由的显示在显示墙窗口中，全面支持图像的跨屏、漫游、画中画、叠加、缩放等高端显示功能。
使用拼接控制器显示效果震撼，模式灵活多样，用户操作方便，维护简单。
拼接控制器支持多种视频输入方法，包括复合视频，即DVD或摄像头信号，计算机视频，即电脑信号等。
其中，复合视频，支持N、P制自适应；计算机视频，支持从640x480到1600x1200的分辨率，其中，1024x768、1280x1024、1366x768等标准档，支持60Hz，70Hz，75Hz等多种刷新频率；数字视频，是将图像信号进行高速数字传输的一种方式，系统支持1920x1080等高端显示模式。
拼接控制器支持RGB/DVI输出方式，包括多种视频输出格式和分辨率。
拼接控制器提供了多种强大的多视频并行处理功能，包括画中画窗口的位置、大小、缩放比例、叠加优先级、画面冻结等。
针对每一个在屏幕上显示的画面，所有算法、操作均并行进行，图像没有延迟、没有丢桢现象。
系统能够按照用户设计，实现输入信号根本上的实时显示和最好的图像缩放还原效果。
拼接控制器拥有多种控制方式，包括面板按键、红外遥控、RS232串口、网络等。
随机附带画面分割器控制软件，可以方便的安装在Windows操作系统上，也可以通过网络远程控制
3.3.2.1.拼接控制器特性
拼接控制器VP2000系列的处理器是最新技术产品，产品以FPGA阵列为硬件基础，采用并行高速图形处理技术，实现了多路高速视频信号的统一处理，从根本上解决了VGA信号输入数量受到限制的问题。
机器内部由多个硬件模块阵列构成，基本硬件全部外国进口，产品主要特点如下：
独创的FPGA硬件图形并行处理技术
FPGA（FieldProgrammableGateArray），称为现场可编程逻辑阵列，是最近新发展的硬件技术。
FPGA芯片具有速度快，并行处理，功能灵活的特点，但芯片本身只是一个空白的硬件平台，不具备任何功能，需要技术人员根据自己的要求对其进行硬件编程。
VP2000系列处理器的处理核心就是FPGA芯片阵列。
系统具有高速信号处理技术，保证高分辨信号输入输出的实时处理。
VP2000系列的处理器采用DDR技术作高速数据缓存，运用流水线技术，对高速信号进行分级顺序处理，保证了信号的实时性。
系统输入标准分辨率可高达1600x1200x60Hz（需要预定），非标分辨率可以达到更高，并且保证每一祯都能够实时的处理完毕，输入与输出之间没有时间拖延。
在多单元显示一路信号、一单元显示多路信号、多单元多信号漫游叠加等情况下，显示信号均无延迟。
即便在所有输入信号都漫游叠加在一起的极限情况下，所有信号一样保持动态实时性。
系统采用基于输入端口的信号并行处理技术，有效的增加了输入信号个数。
系统通过芯片阵列，对高速图形数据流进行逐级处理，每一路信号输入都对应一列处理器。
这样就相当于很多处理器同时工作，做到数据的并行处理，极大的提高了系统运算速度。
有效的使用并行处理技术使得数据得到分散处理，没有了工控机单处理器的速度瓶颈，从而使得系统对输入信号个数不敏感。
就是说增加信号输入个数，并不增加系统的总体运算负担，这样系统就能够接纳多个高速信号。
能够有效的进行多路VGA/RGB信号输入，是VP2000系列的处理器与普通插卡式工控机相比，最大的性能优势。
系统属于纯硬件数据处理，没有运行Windows和Linux操作系统，不是一台计算机，不需要硬盘、光驱、显卡等辅助设备。
最新的基于LVDS高速数字信号交换体系
VP2000系列的处理器采用所有输入通道并行方式进入核心处理模块，每条总线使用4个高速LVDS信号，这与工控机拼接控制器的PIC总线有本质上的区别。
普通工控机的PCI总线，基本结构是多个PCI插卡使用同一组总线，一般是32个数据位。
如下图所示，6个卡使用同一PCI总线，实际上进入核心处理器的数据只能是其中的一个卡上的信号，PCI总线要分时复用。
由于CPU核心处理器同一时间只能处理一个信号，这样的总线结构对于这样的CPU正好适合。
VP2000系列的处理器采用并行处理结构，这样的总线是远远达不到处理器速度需求的。
工控机的PCI总线结构
为适应核心并行数据处理要求，VP2000系列的处理器采用并行总线接入方式，就是说每个通道都有独自的总线接入核心处理系统。
多个通道采用并行的方式可以实时的将数据送入核心的FPGA处理阵列。
如果每个输入通道都使用PCI总线，那么最终形成的输入线数量会多得惊人。
在FPGA核心处理部分中，也许要多组信号进行实时交换。
如果也采用并行总线结构，那么系统间的连线数量会成几何上升，使得系统最终无发实际使用。
为解决此结构问题，我们采用超高速LVDS进行信号传输。
LVDS，是低电平数字信号的简称，其特点是用两根线差分传输一个数字状态，线间电压低，信号传输速度快，本系统中使用的LVDS信号速度为2.5G/S，信号额定最高速度可以达到4G/S以上。
使用LVDS进行图像传输，4组线即可传送超高频的显示信号。
是用高速串行信号，极大的减少了系统连线的，使得每个输入输出通道只使用4组线与系统核心计算单元连接。
LVDS信号与并行总线信号，最常见的体现是硬盘ATA的并行排线接口和新型硬盘SATA的LVDS接口。
下图为VP2000系列的处理器基本系统节构图。
多通道并行总线结构及串行通信方式
最新的NIOSII硬件控制系统
VP2000系列的处理器系统采用并行硬件系统，这样很大程度提高了系统数据处理速度，但并行处理，就意味着很多器件同时工作，增加了系统元件个数，这样，所有器件的同时统一控制，就成为重要问题。
对于工控机而言，只有一个CPU进行核心运算，数据是串行处理的，因此配置一套接口，就可以控制所有的设备，而VP2000系列的处理器需要用一个高速控制器同时控制多于32个其他部件，同时又要能灵活的协调各部分顺序运行。
为解决此问题，我们选用了基于FPGA的高速软内核NiosII。
NiosII处理器是Altera公司为其FPGA产品配套开发的软核CPU。
在逻辑功能上，它们是32位的精简指令集CPU；在实现方式上，它们是在FPGA上通过编程的方式实现的，这也是与传统的CPU的一个根本的差别。
NiosII的总线采用了哈佛结构，在很大程度上提高了系统的处理速度。
由于系统的总线控制器是在FPGA中实现的，可以进行灵活的配置，在某些外设需要具有冯诺依曼特性时又可以把两套总线合二为一，从而在局部实现冯诺依曼结构，这样就使得系统总线兼有哈佛结的高效率与冯诺依曼结构的灵活性。
NiosII系统总线自动对不同时钟域进行协调，可以使挂在总线上的组件工作在不同的主频下，使系统更为灵活。
VP2000系列的处理器使用一片FPGA，内嵌NiosII软内核，成为系统核心控制器。
在这片FPGA上，还编程实现了64个外围通信控制模块，为系统提供64个可同时工作的基于LVDS的高速接口，与全部系统其他器件进行高速通信。
系统工作时，数据计算FPGA阵列、输入输出端口、系统面板、红外接收器、网络端口、RS232控制口等元件向主控FPGA发送状态信息和请求指令。
软核的外围通信控制模块先预处理这些信息，将其最主要的内容交给内核，其他附属信息不需要经过主控制程序，由外围器件自行应答。
主控程序是在内核上运行的并行流水线流程控制程序，它负责整台机器的正常顺序工作和非常状态处理。
程序根据用户指令和系统当前状态，向外围模块批量发送简单控制指令。
由外围模块编译指令，通过LVDS高速串行口发送给系统其他设备。
VP2000系列的处理器使用基于FPGA的NiosII软核和并行外围通信控制模块，提高了整台机器的信息处理性能，将复杂的并行控制简单化；用一个芯片实现全部控制，编程调试简单方便，易于升级。
四、VP2000系列的处理器与普通工控机拼接卡系统的性能比较
目前使用的图像拼接控制器，大体分为两种。
一种是组装的工控机，需要从国外购买显示处理卡进行组装，另一种就是硬件拼接处理器。
用工控机组装拼接控制器，需要插多个显示卡，多卡使用同一组PCI总线，占用PCI总线资源，使用同一个CPU计算，分时占用CPU资源，其结果是机器性能很大程度上取决于工控机CPU计算速度和PCI总线传输速度。
以普通InterCoreII，2.4G的CPU为例，可以接受4路VGA/RGB1024x768信号和8路或9路Video信号，可以支持16路输出。
一台普通插卡式拼接控制器的性能如下：
系统结构：
计算机结构；
计算核心：
一个CPU，分时计算全部信号
数据传输：
8-12个PCI插槽；266-533MHz系统总线，各信号分时占用总线；
输出通道：
数量2-32个；输出通道分辨率640x480到1280x1024像素；
输入视频：
个数1-8个；格式NTSC或PAL自适应；8路Video卡，视频信号不能叠加；
输入RGB：
个数1-4路；时钟速度123M；采样颜色深度16bpp；
系统支持：
WindowsXP/2000
软件支持：
设备提供上自开发软件
控制：
本地键盘鼠标、远程鼠标键盘
需要注意的是：
当VGA/RGB信号多于2路时，系统分配给每路VGA信号的处理时间不足，导致信号实时性降低，基本现象就是鼠标和动态图
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