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高清会议中心AV系统的设计简介

随着社会发展和技术进步,高清会议中心建设越来越多。其方案设计之前,首先要给高清会议室有个功能分析。目前还没有对高清会议给出个严格定义。我们只能用行业认同度大致的确认。高清主要在指视频部分,国际上高清是说图像的分辨率比现有的标准清晰度(720×576或720×480)更高的显示能力和显示模式。国际上公认的有两条:视频垂直分辨率超过720p或1080i;视频宽纵比为16:9。这里提请注意的是比现有的标准清晰度更高的显示能力和显示模式都是高清。这为技术发展留有较为科学的空间。

即然高清会议系统主要是视频的标准。大家都知道高清视频不只是终端设备能力的再现。而是端到端的全过程。它包括节目源及经过路由切换直至输出显示。下面是已经完成的某证券公司高清会议室方案设计思路的简介。

一、视频系统的设计

视频设计主要目的是使绝大多数人能够看得清楚,或是全部人看得舒服的主观感受。但是最终要看的信息是高清视频。这里有两层意思;首先是客观上要看的内容是720p以上分辨率(当然还有其他限定因素)的静止的或是连续的活动图像。其次是主观感受从看的清楚到看得舒服这个应用范围。主观的感受一定要转化成客观可描述的指标去度量,从而得以实现。

1)视频信号

这里的高清会议系统视频信号是从“头”到“尾”。现在常用的“头”无外乎高清电视电话会议终端、高清摄像、高清播放器,当然还包括不固定的各种格式计算机。“尾”从高清电视电话会议终端、高清记录器、各种形式的显示器等。视频设计往往是根据对“头”的应用分析,从“尾”做起。照顾“头”,保证“尾”。

常用视频信号规格及形式的比较(基于类型的参考性比较,不计品牌差别的因素)


  
所谓分辨率就是指画面的解析度,由多少象素构成数值越大,图像也就越清晰。分辨率不仅显示尺寸有关,还要受显视器点距、视频带宽等因素的影响。

另外,上述还有一个限定条件;在码率一定的情况下,分辨率在一定范围内取值都将是清晰的;同样地,在分辨率一定的情况下,码率在一定范围内取值都将是清晰的。比方说有的个别电视电话会议软件系统仍可达到一定分辨率,但码率较低的话就很难达到清晰的高清视频信号。分辨率和码率才是影响电影的清晰度,而祯速是影响影片的动作流畅度。每秒的帧数(fps)或者说帧率表示图形处理器场景时每秒钟能够刷新几次。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。一般来说30fps就是可以接受的,但是将性能提升至50fps、60fps则可以明显提有逼真感,所以高清摄像机会有1080p/59.94,1080p/50,1080i/59.94,1080i/50,1080p/29.97,1080p/25,720p/59.94,720p/50,720p/29.97,720p/25,640x480p/59.94格式。这里会看到它包含分辨率和帧数的表述。但是一般来说高帧率超过屏幕刷新率只会浪费图形处理的能力,因为显示器不能以这么快的速度更新,这样超过刷新率的帧率就浪费掉了。除非是作为120Hz的3D显示的特殊应用。

所以在高清视频会议中我们不仅考虑分辨率,同时关注帧数和码率。常常会在电视电话会议中看到如下表述;

1920×1080(1080p30/fps)或1280X720(720p60/fps)的高清视频分辨率,

视频分辨率
•1080p/30fps@≥1Mbps

•720p/60fps@≥832Kbps

•720p/30fpts@≥512Kbps

•4SIF/4CIF,60fpts@≥512Kbps
•4SIF/4CIF,30fpts@≥128Kbps

基于视频信号输入端可能应用格式的需求分析。选择输出端一定是非限制瓶颈的最大满足规格。也就是WUXGA和WXGA是我们常选择的高清两个基本格式。但是两者分辨率相差1.25倍,系统价格相差远远大于此倍数。一般会采用功能成本分析法去确定使用的价值。认为设备成本的高低,主要取决于设备用户对产品必要功能的需求。通过对功能成本的分析,并进行对比,分析功能变动和成本变动的趋势是否合理,以便控制设计方案的系统成本。

其公式:功能成本系数=功能系数÷系统成本系数。

功能系数=某项功能评分÷全部功能总分。

系统成本系数=关联设备成本÷设计设备总成本。

功能成本分析评价运用数理统计方法,进行比较、分析,确定最佳功能成本。该项目经过计算720p的系统成本系数是1080P的系统成本系数的一倍以上。但是这里前提是设备用户对产品必要功能的需要是决定因素。1080P的全高清230万像素在电视电话会议单屏幕双画面时,主观效果远远大于720p102万像素的画质效果。功能成本系数分析有助于我们对系统设计有一个全面合理的认识。而必要功能因素是系统设计的充要条件。

功能分析及初步设计后,是合理选择性能标准。同理采用上述法则进行性能成本分析。会很容易的确定采用1080P的3Lcos投影+辅助液晶显示器模式是性价比最高的选择。在经过现场勘查,确定空间位置及所处会议室朝向及预测屏幕环境光照度。试算投影机光输出流明值和选择屏幕增益,从观看位置确定屏幕半增益角的选择。从而追求观看的舒适度。对会议室座椅及观看位置提出合理化的建议。在屏前亮度计算中,我们更关心的是色彩投影显示亮度,而不仅仅是投影机给出的黑白九格检测的亮度值。通常说的亮度,是屏幕全白时的亮度,而当单芯片的DLP投影机投影彩色图像时,亮度会下降,影像会变暗。会议应用中很少使用只有黑白字的图像,实际真实应用都要追求投影有效色彩亮度。不是标称亮度能够等比衰耗到适当的有效色彩亮度。这个取决光路(包含镜头)的设计。如同汽车标称功率和实测的轮下功率有着较大差别一样,轮下功率可能要经过无级变速器的打滑损失和变速比的损失,以及其他配件合理选择。我们以往的思维误区是知道黑白亮度值低于彩色亮度值。但是不能正确估计基板投影技术不同的彩色亮度值衰耗的差异。总认为是一个等量下降关系。其实不然,下面真实的试验检测告诉我们,3Lcos要比单DLP彩色亮度下降比率要低得多。换句话说;就是高亮度值的单DLP投影机有可能会低于黑白亮度值低的Lcos投影机得彩色亮度值。

2)人体视觉工程学的应用

为了追求从看得见、看得清楚到看得舒服。设计中人们过多的是遵从人体工程学的原理;

试验表明,观看图像的最佳距离应当是画面高度的4倍至5倍,这时的总视角约为15度,在这种情况下,可以保证人眼不转动就能看到完整的画面。其比值宽高比为4∶3;在高清晰度现实中,普遍认为幅型比取16∶9左右更为适宜。人眼的水平视角约为24°,因此,摄影摄像中使用的各类镜头,凡是接近于这一视角的均称为该系列镜头中的标准镜头。

人眼察觉亮度变化的能力是有限的。根据人眼视觉特性,并不要求电视图象恢复原来景物的亮度,这就给确定图像的亮度较大的自由度;但是不同的环境亮度要求图像具有不同的平均亮度,以保证重显必需的对比度和亮度层次(灰度),使人们长时间观看时不会过分疲劳。

视敏角即人眼对被观察物体刚能分辨出它上面最紧邻两黑点或两白点的视角。人眼日间视觉下的视敏角约为视敏角为1'的眼,其视力为1.0;2'的视力对应于0.5,这与医学上是相对应的。

根据实际要求,图像的最大亮度应大于60~150尼特。根据人眼视觉特性,对主观感觉来说,重现图像应与实际景物具有相同的对比度和灰度,这样,就能给人以真实感觉。通常只要保证景物最大亮度Bmax和最小亮度Bmin的比值C不变;C=Bmin/Bmax称为对比度。

在白天环境亮度10,000特时,人眼大约能分辨的亮度范围为200~20,000尼特,低于200尼特的亮度同感觉为黑色。而夜间环境为30尼特时,可分辨的亮度范围为1~200尼特,这时100尼特的亮度就引起相当亮的感觉。只有低于1尼特的亮度才引起黑色感觉。

为了不产生闪烁感觉,其图像闪烁频率为fv=48Hz。电视中,采用隔行扫描方式,每帧(幅)画面用两场传送,使场频(fv=50Hz或60Hz)。

以上知识是指导我们正确计算屏前亮度,选择合适观看角度,选择合理投影显示屏幕尺寸以及合适的设备场频频率等的依据。这里特别要注意的是,如何正确认识及合理应用的问题。比如会是场地是固定的环境数据。如何选择最佳距离应当是画面高度的4倍至5倍。一般净高度2.7左右矩形会议室,短边设置主席台位置时,我们根据计算:

屏幕底高约为1米,适合选用16:10的120”显示屏幕。增益1.0以上时,屏幕显示亮度约300nit,选用LcosWUX4000色彩亮度差为+/-0,色彩亮度(sRGB/色彩优先模式)约计225nit。满足会议应用环境使用。

3)路由及切换控制

会议输入信号格式纷杂,比如;笔记本计算机信号源;高分宽屏16:101440×900(ThinkPadT4102518A27),台式机计算机信号源:高分宽屏16:91920×1080惠普Pavilions5335cn,高清摄像机:视频信号输出 HD1080i/59.94,1080i/50、720p/59.94SDPAL(CR)、PAL(SQ)、NTSC(CR)、NTSC(SQ)。SDVIDEO(复合视频)/SVIDEO(亮度、色度分离信号),HDYPBPR(高清视频分量信号)。虽然显示端存储了各种适应的显示模式,我们在路由中还是要选择数字、模拟的传输形式。就这样也不能保证日新月异的新端口格式的彻底应用。同时,现阶段在数字视频通信领域存在多种图像编码标准,这些标准除语法格式不同外,在压缩效率、输出码率、图像格式等方面也不完全相同,它们分别适用于不同的环境、解码器和监视器.当已有的压缩码流格式与当前的使用环境或客户端需要不同时,则要求能够将已有的码流无缝地转换成满足需要的格式,这就是视频转换编码,简称转码.。主要包括帧率变换转码、图像分辨率变换转码、不同编码标准之间变换的语法转码以及结合几种转码过程的联合转码技术。

我们常规会设计不同数字和模拟路由关系,同时确定模拟VGA/RGB/YPbPr/V信号,数字DVI/HDMID/HD-SDI信号的切换、分配转换等功能。新的需求必然会催生新的技术应用。这种路由切换、格式转换、音频、集中控制一体化智能会控系统是方案中一个比较使用的心选择。经济、灵活、实用是一个普遍高清会议系统的真实需求。有实力的企业不会放过市场的机会。美国AMX公司为此应景的生产出了该类产品,提供了整体的解决方案。推出最新多媒体环境综合智能控制器DVX-2100HD,它是一个综合环境的解决方案,不需要把设备分开,是一款集中控系统和多种信号处理于一体的高性能设备。大大减少了安装的时间和整合的时间,这些将大幅减少成本,简化安装节省了时间和金钱;工程施工化繁为简,由此带来系统的高度可靠性。

特别是目前主流设计的DVI-I全信号端口,通过模拟--数字分信号缆,可以将每个输入输出端口拆分成数字和模拟信号,分时同端口输入的应用模式,可以扩展了多端口数量,应用时通过界面确认端口号的输入格式就会自动切换到该格式应用。

AMXDVX-2100HD内含AMXNI-2100中控主机的的全部功能,具有3个RS232/RS422/RS485接口、4个IR/单向串行接口、4个I/O接口、4个Relay继电器接口1个Axlinkt和1个Ethernet接口来对环境和第3方设备进行控制。

2、其内置功能强大的6x2多格式视频矩阵,能够选择性地管理所有视频输入和输出信号。具有更高视频处理能力,6路输入中,4路DVI-I多格式输入接口可接入的信号类型包括HDMI、DVI、VGA、分量视频、S-Video、复合视频;2路双绞线输入可接入的信号类型包括VGA、分量视频、S-Video、复合视频。2路独立的输出端嵌入了带智能调节的视频格式转换器和解析度扫描转换器,每路输出都能同时输出模拟(VGA)和数字(DVI)的RGB信号。尤其重要的是,其具有智能调节到最高的分辨率,能够自动和连接的显示终端进行EDID通讯来确定本地设备的输出分辨率,而且能够把任何输入信号的分辨率转换为高达1920×1200的分辨率输出。

3、这款产品还具有音频处理功能,内置6x1立体声音频切换,嵌入4通道的音频混音、增益、均衡和限幅等数字信号处理、除了线路输出外,还内置高效D类功放,输出2路25瓦的功率到8欧姆的音箱。

4、简化线缆和安装的特点,整合了所有的高清视频会议室所需的所有功能到一个简单的2U设备当中,当然比使用许多分开的设备具有更强大的功能和更方便的连接的优势。

5、产品特征:
■自动输出显示设备的最佳分辨率、可处理任何分辨率的图像,并最高到1920*1200输出
■每一个多格式的DVI-I输入端口的可输入的信号类型包括DVI(HDMI)、RGB(VGA)、Yprpr(Ycbcr)、S-Video、Video。
■嵌入图像解析度转换和格式扫描转换器和智能调节,有选择地管理所有的视频输入和输出信号
■4路DVI-I接口视频输入,支持数字DVI/模拟RGBHV/S视频/复合视频多种信号输入
■2个RJ45双绞线输入接口,接收来自多种格式的UDM面板传过来的各种格式的音视频信号,提供50米远程的A/V连接。
■视频输出:2个DVI-I接口视频输出,提供数字或模拟视频输出;1个RJ45接口UMD双绞线输出,连接UMD格式VGA接收器,提供300米远程的A/V连接。
■高品质音频处理,内建话筒混音器和高效的D类功率2*25W/8Ω姆或75瓦/70/100伏功率放大器,并整合了一个7段均衡器
■4路平衡音频立体声输入,2路平衡话筒或线路输入,带幻象电源,
■1路平衡立体声线路输出,1路立体声功率输出,2*25W/8Ω;DVX-2100HD-T)1*75W/70.100V
■3个RS232/RS422/RS485、4个IR/单向串行、4个I/O、4个Relay继电器1个Axlinkt和Ethernet接口来对环境和第3方设备的控制
■前面板4个功能按键,操作液晶窗口,实现调节设置功能,看到改变的功能
■6个输入控制按键,分别或同时切换音视频信号源,,从4个本地信号到2个远端(双绞线)信号
■2个话筒选择按键,选择话筒输入的同时或分别混音通道输出
■液晶窗口显示当前音频电平,或视音频菜单和IP地址及版本
■1个RJ45网络端口,用于TCP/IP协议的通讯

当然,这也不是完全解决所有格式应用的最后方案。也许在特殊的视频图像显示应用中还需要EDID仿真的编辑应用,以面对实时发生的各种视频应用问题。

二、音频系统的设计

音频系统设计是依据用户需求,在特定的建筑声学环境下,根据功能要求、投资限定、设计计算电声参数,选取合适扩声形式及相应设备、优化安装位置、精选扩声单元数量。通过计算机模拟软件或是计算公式求证适用的扬声器指向性因数Q、扬声器灵敏度、扬声器最大声压级、扬声器数量。最终校验合格的声学特性指标。设计信号路由传输、控制系统。系统保障机制等各单元系统。

本扩声系统主要用于多媒体的会议室扩声。其配置为标准的配置。将会议室分为1-4个物理扩声区域。桌面话筒分为A、B、C、D四个话筒拾音编组区域。每组话筒进入一个八路自动调音台。每路接入声音反馈控制器的一路。然后进入经济实用的PEAVEYdigitool8X8的媒体矩阵。经过每路得均衡、压限、噪声们的数字处理。按照拾音区域不扩声的原理,经过矩阵切换和分区,尽可能的增加直接扩声音箱到话筒的距离。从而减少声音的回授,增大传声增益的指标。这些做法都是高端会议室的技术处理方法之一。同时也要求业主尽量采用对建筑声学有利的装饰材料和座椅。其他就是可以扩展配有无限领夹话筒便于流动式讲解,也可以留有USB口的录音系统。

声学设计关键因素包括:
1)最终用户所希望的需求
2)系统要素;同时开通传声器的数量、多种信号源、声学环境、清晰度的最大保证距离、听众区的响度。
3)系统的多种信号源

通过现场的考察、初步的计算、与用户的仔细探讨,将设计能力与客户的具体要求相结合的出完美的方案。扩声系统关注在授话者的声音对听话者进行了实时放大的系统。通常授话者和听话者是在一个声学环境中。

成功的扩声系统必须具备: 
1)足够的响度(足够的声增益)
2)足够的语言清晰度(较低的辅音清晰度损失率)
3)听众区均匀的声已覆盖,非听众区的不覆盖

而传声增益是会议系统扩声的第一难题。我们常规手段是采用动静结合的陷波器技术、自适应滤波模型法,移频手段去克服声反馈的发生。设计中保留工程中声音的压缩和限幅处理功能的实现手段以及声音谐波激励功能的实现。安装及音箱及话筒布置时,注意-6dB角应用限制。同时考虑同时打开话筒数量与传声增益的关系。

同样我们设计中,注重媒体矩阵中的会议功能的选用。如PEAVEYdigitoolMX8x8音频媒体矩阵中含有独特的自动调音台模块中,同时打开话筒数量模式设置。界面如下;

利用声音增益的降低=10LgNOM关系式。选择合适的增益应用模式。为系统工程调整提供技术手段上的储备。

用好设备不如把设备用好。任何合理的设计还需要完美的工程实施和调测的技术保障。所以良好的设计,同样需要具有技术含量的工程实施的完成。
 

关于企业:

北京力创昕业科技发展有限公司现为日本Canon(佳能)3片LCOS高清投影机中国区总代理、美国Christie(科视)LW系列高清投影机中国区总代理、美国Crestaudio(高峰)专业音响产品中国区总代理、美国AMX(安玛思)智能控制系统中国区核心代理商、美国AMX(安玛思)Autopatch系列矩阵北方区总代理、美国Peavey(百威)专业音响产品北京地区总代理。公司通过多年的经验积累和良好的商业信誉,与众多的厂商建立了良好的合作关系,使公司在新产品应用、技术能力、设计能力和服务能力上长期处于AV集成领域的最前列从强大的工程能力到新技术和新产品应用、推广,逐渐成为一家具丰富工程经验和营销实力的专业显示解决方案提供商。
 

作者: 来源: 点击数: 发布时间:2013年02月05日
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