Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ НА СОСТАВНОМ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ ЭКРАНЕ

Изобретение относится к средствам отображения информации для коллективного пользования, которые позволяют отображать на составном экране одновременно несколько отдельных телевизионных и компьютерных изображений или с большей разрешающей способностью изображение одного из них. Видеоинформация может быть представлена в черно-белом, цветном или спектрозональном варианте в виде реальных изображений или изображений в условных цветах, отдельных данных, графиков, электронных карт и т.д.

Такие средства отображения информации имеют практическое применение для решения различных задачах видеонаблюдения и управления объектами в космонавтике, на транспорте (железные дороги, городской транспорт, судоходство, авиация), в промышленности (нефтяной, газовой, химической и др.), в телекоммуникационной отрасли, на атомных станциях, электроэнергетике и других отраслях.

Они могут быть использованы в специальных системах мониторинга, конференц-залах высокого представительского уровня, в центрах оперативного управления стратегическими объектами, в ситуационных центрах министерств и ведомств, для муниципального и государственного управления с проведением сеансов видеоконференцсвязи. Они необходимы в местах массового скопления людей на вокзалах и аэропортах, при проведении спортивных соревнований, в залах рекламирования торговой продукции, в диспетчерских пунктах, в выставочной деятельности, сфере досуга и индустрии развлечений, шоу-бизнесе и т.д.

Устройства отображения на большом составном экране могут быть различных типов, каждый из которых характеризуется используемой технологией отображения видеоинформации. Они включают отдельные устройства отображения видеоинформации (электронно-лучевые трубки, проекционные модули, жидкокристалические экраны, плазменные и светодиодные экраны и т.д.), объединенные с помощью системы их взаимного крепления в так называемый "видеокуб". Далее, несколько таких видеокубов стыкуются между собой с небольшими зазорами и образуют так называемые "видеостены" или набор видеокубов. Осуществляя стыковку в одну систему по горизонтали и вертикали несколько таких видеокубов - образуют матрицу вида (M-N), где фактически число отдельных модулей для реализации составного экрана по горизонтали и вертикали может принимать значения M,N=1,2,3,…S, где N - число рядов по вертикали, содержащих М-отдельных экранов по горизонтали.

При этом, общее число модулей может быть равным, например, 2×2, 3×3, 4×4, 1×3, 2×5 и т.д. Их число выбирается из условия обеспечения требуемой информационной емкости устройства и разрешения системы отображения информации, исходя из поставленных задач наблюдения, контроля и управления объектами.

Если для одиночного экрана однородность во всех его точках по яркости не так существенны для восприятия зрителем, как, скажем, качество цветопередачи, то для составного экрана большого размера они критически важны. Даже незначительные отклонения в этих характеристиках могут привести к тому, что полиэкранное изображение не будет восприниматься как единое целое.

На сегодня устройства отображения видеоинформации на большом составном экране, как правило, обеспечивают разрешение изображения со стандартной, повышенной и высокой четкостью, с диагональю отдельного экрана от 40 до 84 дюймов и более.

Устройство управления составным экраном (многоканальный видеопроцессор) может формировать единое информационное поле с разрешением, равным сумме разрешений отдельных экранов. Так, например,

суммарное разрешение составного экрана, собранного из модулей с разрешением 1920×1080 точек, организованных в матрицу M-N=2×2, составляет 3840×2160 точек (пикселей). Используя отдельные модули отображения с определенным разрешением и организуя их в единое пространство, можно создавать составные экраны (видеостену) со значительным разрешением до требуемой детализации (разрешения на местности) наблюдаемых объектов в изображении.

Следует отметить, что одним из главных недостатков устройств и средств отображения информации на составном большом экране является все же наличие видимого зазора между отдельными экранными модулями (в виде черных полос между экранами), что приводит к потере целостности визуального восприятия единого изображения. Важной задачей при проектировании и создании таких устройств отображения видеоинформации является обеспечение возможности уменьшения до минимального размера стыковки (видимого зазора) отдельных экранов в составном экране [1-4].

Известно проекционное устройство телевизионных и компьютерных изображений, согласно патенту РФ на изобретение за №2364907, МПК G03B 21/00 [5]. В данном устройстве достигается решение задачи по уменьшению величины зазора между фрагментами составного проекционного экрана до величины 0,1 мм.

Вместе с тем основным недостатком устройств данного типа стало проявляться то, что использование в каждом проекционном модуле отдельных источников света, которые обладают сроком службы всего от 2 до 3 тысяч часов, не эффективно. Используемые лампы весьма дороги, их стоимость составляет 20-35% от стоимости проектора, что весьма заметно сказывается при длительной эксплуатации таких проекторов. Кроме того, использование проекционных модулей для отображения видеоинформации требует относительно большого расстояние между отображающим составным просветным экраном и задней стенкой устройства, что сказывается при размещении таких устройств в помещениях. Это затрудняет широкое

распространение отображающих устройств данного типа, особенно при малых размерах помещений (конференц-залов), ввиду ограниченности свободного пространства, и в силу этого затрудняется обеспечение требуемых температурных режимов их работы, что ухудшает качественные и эксплуатационные характеристики всего проекционного устройства.

В последние годы все большее применение находят различные виды жидкокристаллических (ЖК) мониторов (дисплеев), к основным преимуществам которых можно отнести малую толщину и массу по сравнению с проекционными устройствами просветного типа. Сейчас технологии ЖК-дисплеев являются наиболее перспективными, и сектор рынка продаж таких мониторов является наиболее быстрорастущим. Принцип работы ЖК-дисплеев подробно описан в работе [6] и он основан на явлении поляризации светового потока.

Построение устройств отображения видеоинформации на большом составном экране с использованием некоторого числа ЖК-дисплеев, для образования видеостены, тормозилось из-за довольно толстых внешних рамок отдельных дисплеев (20-25 мм). Общее единое изображение на составном экране получалось клетчатым, и это значительно уменьшало сферу применения видеостен с использованием ЖК-дисплеев. В последние годы были разработаны ЖК-дисплеи с очень тонкой рамкой, в результате чего общий зазор между стыкуемыми экранами (изображениями) в видеостене может достигать величины от 5,0 до 7,3 мм. При этом следует отметить, что на сегодня некоторые дисплеи имеют размер 55" по диагонали и выше и с разрешением HD (1920×1080) [7, 8].

Наиболее близким по технической сущности является устройство отображения видеоинформации на составном жидкокристаллическом (ЖК) экране, включающее источник мультимедийных сигналов, в том числе сигналов телевизионных и компьютерных изображений, многоканальные коммутаторы и видеосервера, блоки управления автономной и совместной работой ЖК-дисплеев и их мониторинга, систему их взаимного крепления и

набор ЖК-дисплеев, отображающих на составном экране видеоизображения от разных источников видеосигналов или с большим разрешением одного из них составной экран, в котором зазор между отдельными экранами определяется выбираемым типом ЖК-дисплея [8]. Устройство отображения видеоинформации на составном жидкокристаллическом (ЖК) включает набор из (M-N) ЖК-дисплеев, где N - число рядов ЖК-дисплеев по вертикали, каждый ряд из которых содержит М ЖК-дисплеев по горизонтали, отображающий видеоизображения от разных источников видеосигналов или с большим разрешением одного из них. Недостатком известного решения по реализации большого составного экрана из (M-N) отдельных ЖК-дисплеев является то, что дальнейшее уменьшение общего зазора между стыкуемыми экранами в видеостене затруднительно. Наличие видимого зазора между отдельными ЖК экранами, в виде черных полос, приводит к ухудшению комфортности восприятия изображений и, прежде всего, проявляется, когда один источник видеосигнала отображается на всем составном экране (видеостене).

На фиг. 1 показано, для примера, реальное видеоизображение на составном ЖК экране размерностью 2×2. Как видно, присутствующие черные полоски в видеоизображении между соседними экранами ЖК-дисплеев ухудшают комфортность и качество восприятия изображения.

Технический результат- обеспечение повышения качества отображения и комфортности восприятия видеоинформации на составных ЖК экранах при отображении единого изображения.

Технический результат достигается тем, что в устройстве отображения видеоинформации на составном жидкокристаллическом (ЖК), включающем источник мультимедийных сигналов, в том числе сигналов телевизионных и компьютерных изображений, многоканальные коммутаторы и видеосервера, блоки управления автономной и совместной работой ЖК-дисплеев и их мониторинга, систему их взаимного крепления и набор ЖК-дисплеев отображающих на составном экране видеоизображения от разных источников видеосигналов или с большим разрешением одного из них, согласно изобретению, в устройство отображения видеоинформации на составном ЖК

экране введен блок коммутации и управления работой светодиодных панелей, соединенный с видеопроцессорами отдельных ЖК-дисплеев, а в зазорах между двумя отдельными смежными ЖК экранами по вертикали и горизонтали дополнительно на поверхности зазоров установлены светодиодные панели, содержащие трехцветные RGB светодиоды, излучение которые направленно в сторону зрительного восприятия изображения составного экрана, причем в зазорах по вертикали между двумя соседними экранами, число которых равно М-1, отображается видеоинформация последнего столбца предыдущего дисплея, где М - общее число ЖК-дисплеев, располагаемых по горизонтали, а в зазорах по горизонтали между двумя соседними экранами, число которых равно ЛМ, отображается видеоинформация последней строки предыдущего дисплея, где N - общее число рядов по вертикали горизонтально расположенных ЖК-дисплеев, при этом для составного ЖК экрана общее число используемых трехцветных светодиодов в зазорах по вертикали и горизонтали составляет величину

m=Y/d и n=X/d

где Y и Х - линейный размер отдельного ЖК экрана по кадру (вертикали) и строке (горизонтали), d - диаметр отдельного RGB светодиода.

Устройство может быть выполнено так, что блок коммутации и управления работой светодиодных панелей выполнен с возможностью передачи видеоинформации о распределении амплитудных значениях RGB видеосигналов последней строки и последнего столбца от видеопроцессоров отдельных ЖК-дисплеев.

На фиг. 2 представлена схема предлагаемого устройства отображения видеоинформации на составном ЖК экране.

Устройство отображения видеоинформации на составном ЖК экране, состоящее из нескольких отдельных экранов, образующих видеостену, содержит (фиг. 2) составной ЖК экран с системой их взаимного крепления который включает N·M отдельных ЖК-дисплеев 1₁, 1₂, 1₃ и 1₄ (для рассматриваемого случая отдельных ЖК экранов Э1_1; Э 1₂, Э 1₃, Э 1₄), блок многоканальных коммутаторов и видеопроцессоров 2, блок коммутации и управления работой светодиодных панелей 3, источник внутренних и внешних сигналов видеоизображений 4, блок управления и мониторинга 5. На фиг. 2 показано, что вертикальные зазоры (по кадру) образуются между

двумя ЖК экранами (Э1₁, Э1₂) и (Э1₃, Э1₄), а горизонтальные зазоры (по строке) между двумя ЖК экранами (Э1₁, Э1₃) и(Э1₂, Э1₄).

Устройство отображения видеоинформации на составном экране, согласно фиг. 2, включает отдельные ЖК-дисплеи 1₁, 1₂, 1₃ и 1₄, которые в зависимости от режима работы являются независимыми или общими модулями. Каждый ЖК-дисплей способен формировать в автономном режиме отдельные видеоизображения в видеостене, на основе сигналов, поступающих на их входы от источника внутренних и внешних сигналов видеоизображений 4. Кроме того, устройство может работать в режиме, когда составной экран с полным разрешением видеостены отражает изображение одного источника видеосигналов, для чего от блока 2 на входы ЖК-дисплеев 1₁, 1₂, 1₃ и 1₄ для этого режима работы поступают свои управляющие и информационные сигналы с формированием видеосигналов соответствующей части всего изображения.

Как известно, согласованная работа всех ЖК-дисплеев достигается за счет использования специальных контроллеров (видеопроцессоров) и программного обеспечения блока 2, которые являются своеобразным интерфейсом между источниками видеоинформации и видеостеной. Они предназначаются для приема, обработки, хранения и отображения на большом экране (видеостене) различной мультимедийной информации, их вывода на отдельные экраны, образованные несколькими ЖК-дисплеями. При этом для каждого ЖК-дисплея, в зависимости от его местоположения, контроллер синхронно формирует видеосигналы соответствующей части общего изображения. Кроме того, контроллеры видеостен имеют возможность выводить изображения на видеостену от различных внешних источников (видеокамер, компьютеров, плееров и т.д.). В зависимости от размерности видеостены, содержащей (M·N) ЖК-дисплеев, контроллеры могут поддерживать различные априорно известные варианты отображения видеоинформации на составном экране 2×2, 3×2, 2×3, 3×3 и т.д.

На фиг. 3 представлен общий вид составного ЖК экрана с общим числом отдельных экранов, равных величине (M·N=2×2=4), где в вертикальных и горизонтальных зазорах между отдельными ЖК экранами Э1_1, Э1₂, Э1₃, Э1₄ установлены трехцветные RGB светодиоды, имеющие определенный диаметр d, например, равный величине зазора между двумя соседними ЖК экранами Э1_1, Э1₂, Э1₃, Э1₄. Обозначения: составной ЖК экран с системой взаимного крепления (на фиг. 1, и фиг. 2 не обозначены отдельной позицией), вертикальная светодиодная панель 6, горизонтальная светодиодная панель 7, отдельный трехцветный RGB светодиод 8 в увеличенном масштабе. Для составного ЖК экрана общее число используемых RGB светодиодов 8 в зазорах по вертикали и горизонтали составляет величину

m=Y/d и n=X/d,

где Y и Х - линейный размер отдельного ЖК экрана Э1_1, Э1₂, Э1₃, Э1₄ по кадру и строке, d - диаметр трехцветных RGB светодиодов 8, М - общее число ЖК дисплеев, располагаемых по горизонтали (М =1,2,3,…,S), и TV - общее число рядов таких дисплеев по вертикали (N =1,2,3,…,K).

Интенсивность свечения трехцветных RGB светодиодов в зазорах составного экрана регулируется блоком коммутации 3. Для управления работой светодиодных панелей 6, 7, с выходов а, 6, в и с блока коммутации 3 поступают управляющие сигналы на соответствующие светодиодные панели 6, 7. С блока 2 многоканальных коммутаторов и видеопроцессоров на первый и второй входы блока 3 коммутации и управления работой светодиодных панелей поступает видеоинформация о распределении амплитудных значениях RGB видеосигнала последней строки ЖК-дисплеев 1₁ и 1₂. На третий и четвертый входы блока 3 поступает видеоинформация о распределении амплитудных значениях RGB видеосигнала последнего столбца ЖК-дисплеев 1₁ и 1₃.

Установка светодиодных панелей 6, 7 в зазорах между двумя соседними ЖК экранами по вертикали и горизонтали в местах их стыковки фактически убирает черные полосы в составном ЖК экране, за счет свечения в этих

зазорах трехцветных светодиодов 8 в соответствии с амплитудой видеосигнала изображения последней строки и последнего столбца. Такой принцип замены изображений черных полос на изображения светодиодных панелей отдельной строки и столбца основан на взаимной корреляции амплитуды сигналов изображений от элемента к элементу и от строки к строке (которые практически не изменяются). Этим самым достигается повышение качества отображения и комфортности зрительного восприятия видеоинформации.

Использование трехцветных RGB светодиодов 8 позволяют снизить шаг пикселов до 4 мм и даже меньше, повышая тем самым разрешение изображения светодиодных панелей 6, 7, располагаемых в зазорах составного экрана. Интенсивность свечения светодиодов в принципе можно регулировать двумя способами: аналоговым (чем ниже ток, тем меньше яркость) и цифровым широтно-импульсным. Однако первый имеет существенные недостатки, поскольку яркость и излучаемый цвет светодиода не пропорциональна току. Поэтому для управления яркостью светодиодов чаще всего используют широтно-импульсную модуляцию постоянного (номинального рабочего) тока, меняя коэффициент заполнения колебаний.

Принцип действия и описание работы отдельных блоков и узлов в части обработки и отображения информации на составном экране можно найти в следующих работах [1, 2, 5, 6, 7].

Источники информации

1. Садчихин А.В., Созинов С.Б., Морозов А. Программно-аппаратные комплексы на основе отечественных составных экранов. Электроника: Наука, Технология, Бизнес. М., 2005, вып.8.

2. Любимов Б.О. Проблема проектирования ситуационного центра и основные направления ее решения. М: ИНИОН РАН, 2005. - 112 с.

3. Патент ЕР 0650295, МКИ H04N 5/74,- опубл. 21.07. 1999.

4. Патент РФ №2257602 РФ, G03B 21/00. Проекционное устройство (варианты). - опубл. 27.07.2005 г., Бюл. 21.

5. Патент РФ №2364907, МПК G03B 21/00.Проекционное устройство телевизионных и компьютерных изображений / Вилкова Н.Н., Любимов Б.О., Губко В.Д., Любимов А.О., Сагдуллаев Ю.С. - опубл. 20.08.2009 г., Бюл. №23.

6. Мухин И.А. Развитие жидкокристаллических мониторов. Часть 1 и 2/ Broadcasting. Телевидение и радиовещание. М.: 2005, №2 и №4. С. 55-56 и С. 71-73.

7. Рыбка А. В целом и деталях/Мир автоматизации, №1(3), февраль 2006 г.

8. PC Week Review. Полиэкранные системы. Спец. выпуск, апрель 2010 г.