體育場館LED大屏的種類和特點

    摘要：第10屆全國運動會主賽場南京奧體中心具有世界一流水平。各場館配備許多LED 顯示屏，作者作為一個懂技術的觀眾觀看這些屏幕，談出自己的觀點，希望對于2008北京奧運會的LED 顯示屏的建設有參考價值

關鍵詞：體育場館    LED 顯示屏
  
（一）
    去年10月在南京LED 舉行了第10屆全國運動會。這是2008北京奧運會之前的一次規模最大的國內體育盛會。江蘇省南京市都投入大量的人力物力，建設了具有一流水平的南京奧林匹克體育中心。十運會是對我國體育運動水平和大型體育盛會的組織能力的考驗，也是對于體育設施的考驗。在奧體中心各場館，使用了大量的LED  顯示屏。同樣也經受了考驗，對于2008北京奧運會的場館建設和LED顯示屏的配備選型也是一次實戰演練。

    LED顯示屏已經成為現代化大型體育場館的必備設施，在重大的體育賽事中使用大量的LED 顯示屏，特別是如奧運會等世界頂級的體育盛會中更是不可缺少的設備。從其使用的角度可以分為兩類，一是全彩色視頻大屏幕，用于在比賽現場播放賽場上（包括其他賽場）的精彩場面，或慢動作回放活精彩的特寫鏡頭等，或者是用三維動畫方式表現賽會和某一賽事等，總之就是一臺巨型的彩色電視機。奧運會和大型國際賽事，由于有大量的游客光臨，許多人不能到賽場，也可以在城市中的公共場所樹立全彩色大屏對賽場上的實況進行轉播，使得更多的人也能如身臨其境一樣的參與。不過這不屬于場館建設的范圍。

    另一種是計時計分顯示屏，它與比賽的計時計分系統相連接，播放選手的比賽成績和相關資料，從比賽的意義上來說，計時計分屏幕是更為重要，有的賽場可以沒有視頻大屏，但也不能沒有用于計時計分的屏幕。計時記分屏幕，關鍵是實時準確清晰可*，并在這個基礎上盡量做到生動和更強的表現力（如動畫等）。計分顯示屏主要以文字或文字加圖形動畫的方式顯示選手的比賽成績，資料，或其它信息。其顏色可以使單色，多色，或全色。文本信息應當有英文和本國文字，圖形主要是顯示選手的國家的國旗（世界上200多個參賽的國家和地區的旗幟多種多樣，必須有全彩能力才能正確顯示其國旗，如果不能準確顯示，不如不顯示，也沒有問題，雅典奧運會有的賽場就用了單色的，而以前的奧運會也沒有在記分牌上顯示選手的國旗）動畫則適用于顯示該項賽事或者是精彩場面如破紀錄，進球等。

    此外還有用于做商業廣告的大屏。形式就多種多樣了，最常見的是賽場周圍和看臺上的大屏。但是奧運會不允許商業廣告。

（二）南京奧體中心主體育場館LED顯示屏

（二） 南京奧體中心主體育場館LED顯示屏
南京奧體中心是第10屆全運會主會場，主體育場是開幕式和田徑等項目的賽場，觀眾席有6萬多個。主體育館的坐席有約11000個，舉行體操，短道滑冰等項目比賽，閉幕式也在那里舉行。
（1）主體育場。LED大屏（照片：南大屏4，北大屏夜景1）
點間距：28mm
象素組成：2R2G1B
總象素點數：1081344
物理分辨率：28mm
視覺分辨率：14mm
亮度：6500cd/m²
使用象素倍增技術
箱體大小：32X24
屏體行列數：384X704=270336
屏幕尺寸：10.752m X 19.712m = 211.94m²

北側多色屏技術參數：
象素間距：20mm
箱體組成：64 X 48
屏幕行列數：528 X 1024 = 540672
屏幕尺寸：10.560m X 20.48m = 216.27 m

（2）主體育館的室內大屏共有三套，其中全彩色視頻屏一套，單紅色文本屏兩塊，全彩色視頻屏基本參數如下  （照片：
象素：三合一SMDLED
點間距：12mm
亮度：1800cd/m² 校正到6500K 為1500 cd/m²
箱體構成：36X36（432X432mm）
箱體尺寸：448X 448 mm
顏色處理位數：12bit/色 （687 億/色）
灰度處理位級：8bit /色 
刷新頻率：400hz
大屏行列數：972 X 540 = 524880
大屏箱體數：27 X 15 = 405
大屏面積：12.096m X 6.72 m = 81.28m²

（3）南京奧體中心體育場和體育館全彩視頻屏的評述

    在第十屆全運會期間，上述大屏工作正常，廠家也有技術人員自始至終在現場保駕，偶爾有過故障，也能迅速排除解決。筆者也多次去觀看比賽和關注各個大屏的工作和效果，作為一個有興趣較深入地了解大屏的觀眾來看這些大屏，從而有一些想法，提出來供有關方面參考，特別是2008北京奧運會的場館建設中的參考主場大屏效果相當好，從體育場觀眾席上觀看，除了同一側很少的座位因偏角太大無法看好之外，各個看臺（該體育場看臺有四層）都能很好的看到，亮度，灰度，層次感，圖像穩定性等都很好。比較其他大型體育場（如九運會廣州奧體中心或八運會上海八萬人體育場，以及申奧時的北京工人體育場等）要好得多。

    但是認真地研究一下，就可以看出，這塊大屏的選型值得推敲，關鍵是性能價格比的比較。

    大屏實際上的物理點間距是 28mm，通過象素倍增術可以獲得14mm 的視覺分辨率，但是大屏已經有1024 X 528 倍增以后可以達到 2048 X 1056， 如果真有如此高的視覺分辨率當然效果十分理想，可惜，目前的視頻源并沒有這么高的分辨率，即使是高清電視1080p 也只有1920 X 1080，相反，如果真的使用象素倍增的話，將出現不滿屏的現象，所以在實際的使用中，并沒有使用象素倍增，因而圖像的分辨率還是 28mm

    我們設想如果不用動態象素技術，可以采用什么樣的象素結構和屏幕控制。下表列出的是一個點間距22mm的方案。簡單的比較就可以看到兩者的差別。

方案一 方案二
象素組成 1R1G1B 2R2G1B
點間距 22.4 28
物理分辨率 1991/m² 1275/m²
視覺分辨率 1991/m² 5098/m²
單位面積LED數 5973/m² 6377/m²
控制方式 RGB  R-R-G-G-B
驅動單元/象素 3  5
亮度 6500cd/m² 6500cd/m²
校正亮度（6500K） 5000cd/m² 5000cd/m²

    其余的光電學指標是完全相同的。顯然方案二 單位面積的LED管子數比方案一多6%，驅動單元多60%，成本高的多也就理所當然了。

    可以設想，如果做成兩塊448X288 ( 每個面積101.12 m²，總面積202.24 m²，比現在的還小一點 ) 使用動態象素技術達到896X576的視覺分辨率。觀看距離減為一半，沒有死角。其效果應該比現在的要好，還可以省去一個雙基色屏的造價。事實上在國外的許多大型體育場，包括雅典奧運會和歐洲錦標賽的大賽場上就有這樣的例子。

（4）體育館全彩大屏情況要好些，在比賽過程中一直很好，美中不足的是，仍然看得出箱體間的拼縫，以至于在畫面上好像有黑色的網格罩在上面一樣。這可能與箱體結構有關，也有可能是別的結構性原因。
南京奧體中心體育館是為數不多的有人造冰場的南方體育館，是運會的短道滑冰就在這里舉行。因此顯示屏工作環境的溫度和濕度的也復雜的多，但是顯示屏的工作沒有發生問題。
體育館除了進行體育比賽之外還要舉行各種集會或文體活動，十運會的閉幕式就在這里進行。文藝演出對于全彩大屏也有要求，要求它能適合演出的編導的意圖，最常見的就是亮度要能大范圍的調整，例如文藝演出的時候，常常是只有舞臺上有燈光，這跟體育比賽完全不同，許多體育館的大屏不能滿足這個要求，會造成刺眼的側光，干擾演出的效果，導致導演會把大屏關掉。南京奧體中心體育館的大屏的亮度調節范圍看起來也還不能滿足要求。值得今后設計的時候考慮。

（三）南京奧體中心游泳館LED顯示屏

（三） 南京奧體中心游泳館LED顯示屏 （照片：游泳館）

南京奧體中心游泳館大屏有全彩色視頻屏和雙基色圖文屏各一塊，大屏采用密封膠灌封方法。此屏可謂國內同類產品的代表，即代表了國內廠商的一般水平。
視頻屏 面積24平米，
點間距12mm，
像素組成：1R1G1B，
1/4 掃描，
亮度1600cd/m²
防護處理：灌膠密封和涂三防漆。

    游泳館由于環境惡劣，是顯示屏制造中的難點。游泳館另一個特點是觀眾都是在大屏的偏角位置來觀看的，因為正前方是泳池，而且距離屏幕很近，所以對視角要求很大，南京奧體中心游泳館只有一側有觀眾席，僅有約2千個座席。

    該顯示屏一致性較差，在整個看臺的各個位置都能明顯的看出有許多亮度差別很大的散點，這是因為LED 燈管在偏角的方向上的亮度差別比起在法線方向上要大得多，在正前方觀看常常會觀察到的模塊間的亮度差相對要好一些，如果采用SMDLED 這個問題會好得很多，但是SMDLED 屏的三防工藝要難得多。雖然國內廠商在產品介紹中常常提到的用海用雷達或其他艦載電子設備的三防工藝進行三防處理，實際上真正嚴格采用這種方法的幾乎沒有，戶外屏多是在顯示陣面上用灌膠密封工藝，內部的電路并未作任何處理，處理好的情況下，屏幕的前面可以達到IP56~66，屏幕對于潮濕和有害氣體的防護未能解決，游泳館不會有如風雨直接沖刷屏幕的情況，而是處于高溫高濕的環境中，因此陣面的密封并不能解決問題，整體的密封如BARCO和 PANASONIC 的方法才是最徹底的辦法，但是成本過高。實際上最佳的方法是采用SMDLED 真正嚴格地采用海用電子設備如艦載雷達的三防處理，則其電氣性能和可*性指標都會非常令人滿意。而成本大大低于全密封結構的顯示屏�，F在國外知名公司已經有SMD 的戶外大屏產品。

    該大屏灰度等級明顯不足，因而層次感差，亮度有余而柔和不足，特別是在暗畫面的時候噪聲很大，層次感很差。這也是國內大多數屏幕的通病，關鍵在于數字處理的位數不夠，量化噪聲和舍尾噪聲大，線性灰度等級不夠。目前國外知名廠商的視頻處理位數在12~16位，甚至還有19位的。這樣使得量化噪聲很低，同時在亮度改變的時候其線性灰度等級保持不變，也就是說在低亮度的情況下還能保持灰度等級，當然要達到這樣的處理能力，處理器的要求要高得多，成本也高得多。

    游泳的雙基色屏專門用于顯示文本信息，與OMEGA 計時系統接口是成功的，在比賽的過程中沒有發生問題，這也說明接口問題是可以解決的。問題是當計時記分系統是外國廠商負責的時候，如何協調。

    跳水比賽更需要全彩色視頻屏，因為跳水的過程太快，必須通過慢動作回放來觀看細節。但跳水場地的限制會使得大屏的安放位置成為大的難題。我們曾經使用過的可移動式的大屏也許是一個不錯的辦法。

（四） 南京奧體中心其它LED顯示屏 （照片：網球場2，自行車1，跆拳道1，馬術1，賽艇1）

    南京奧體中心還有多個雙基色戶外大屏，在訓練場和網球場都是雙基色大屏，這些大屏也能顯示視頻，不過因為缺少藍色基色，效果差些，全運會比賽期間訓練場主要顯示運動員檢錄信息，網球場顯示比賽數據。全運會期間，中心東門的奧林匹克廣場上還租用了兩套戶外雙基色大屏，面積約30平米。這些屏幕工作都沒有問題。

    比賽場地上有許多小型的顯示屏，主要是給運動員和裁判員提供相關信息的。看臺上的觀眾不完全看得清顯示的內容。例如體操比賽的各個器械場地旁，有三面顯示的文字屏，田徑場上有可移動的雙面屏等，這些顯示屏有雙色和單色的，工作都正常。拆收也很方便，看起來體育比賽中這類顯示屏為數還不少。由于比賽的項目很多，需要顯示的信息差異也很大，所以，這類顯示屏的軟件和接口會是主要的難點。
（照片：廣告全彩）

    環繞體育場還有條形的全彩屏，利用它做賽場廣告媒體，顯示的廣告是全彩色的廠商LOGO 和標語，在國內體育賽場上可能是第一次使用如此大量的LED 廣告牌。從效果上看，應是不錯的，這種條形屏由于長度近百米，因此視角差所造成的色差是不可避免的，只要保證一個廣告的距離上沒有明顯的色差就可以了，從全運會的條形廣告屏的工作來看，可*性尚有問題，筆者就多次觀察到有故障點存在，還有較大區域不亮的現象。不過總體來看還是令人鼓舞的，奧運會不允許廣告出現，當然也不會用這類屏，但對于其他的體育比賽應該是有相當大的商機的。

    十運會賽場上的環繞廣告屏看來是利用了戶外全彩屏的設計和部件。但是，實際上環繞體育場的LED 廣告屏需要特殊的設計，有兩個主要的問題，第一，是要能耐受可能發生的沖擊，例如足球踢到屏上的情況是時常會發生的，第二是防止傷害事故，這類屏幕安放在運動場地周圍，運動員甚至觀眾都可能直接碰到，比賽中運動員沖到廣告牌上的事情非常普遍，不能發生傷人的情況，為此，面罩要使用軟材料，箱體邊緣不能有尖銳的突出物，更不能發生觸電事故，等等。此外還要便于布設和拆收。

（五）十運會閉幕式演出采用的LED顯示屏

（五） 十運會閉幕式演出采用的LED顯示屏（照片：6幅）

    值得一提的是十運會閉幕式演出采用了在舞臺地面下的全彩色LED 顯示屏，閉幕式租用了三套全彩色顯示屏，立式安裝的兩套，表演場地（舞臺）下的一套面積達到近400平米，由160 個單元構成，每個單元128行x48列，面積2.45m² 。點間距20mm ，像素組成為2R1G1B，利用LED 的表現能力，使得閉幕式表演的“江河湖海”的創意得到了非常好的體現，通常舞臺是用燈光從上方和側面打的，會在地面投射出影子，現在用LED大屏在地面上直接顯示各種背景，沒有遮擋，可以產生燈光無法實現的效果。特別是體育場館觀眾是在看臺上，從上向下看，所以效果極佳。對于LED顯示屏來說，因為演員要在屏幕上方表演，震動沖擊等比起豎立的大屏要厲害得多。對于屏幕的結構抗震性能要求很高，可喜的是在整個閉幕式表演過程中沒有發生故障。

    不足之處是顯示模塊的色差相當嚴重，據了解使用了兩個廠家的顯示單元，而這兩家單元所用的LED管的視角不同。原創意中豎立安裝的兩塊大屏的圖像與地面的大屏的圖像還有銜接，這當然是用軟件來實現的，不過沒有能實現，否則會更加精彩。

    與環繞運動場的廣告屏類似，作為舞臺地面的全彩屏其實也需要特殊的設計，直接把戶外大屏用在這種情況下，難免有一些問題。最主要的是視角和混色效果問題。例如多數戶外大屏采用橢圓管，其水平和垂直的視角不相同，而在體育館內各個方向上都有觀眾，會造成某些方向的觀看效果不佳。遮陽板同樣會影響混色效果。這方面的經驗和資料還太少。十運閉幕式是一個非常成功的嘗試。

（六）觀感

    1， 筆者不過是一個觀眾，觀看了這些屏幕后談一些觀感，根本談不上是評價�？偟母惺苁鞘�運成功，場館一流，顯示屏勝利完成任務。視頻屏，雙色屏，圖文屏，賽事專用屏，廣告屏品種齊全，再加上閉幕式舞美屏，可謂豐富多彩。是歷次全運會所沒有的，應該也是北京2008奧運的預演。不足的地方前面也討論過，我們純粹是從技術的角度來談論問題。關鍵是在規劃和設計選型的時候要做縝密全面地論證工作，顯示屏特別是視頻大屏作為固定設施，影響大投資大，一般情況下不會做第二個，常常會出現做好以后才發現有些問題，或不是最佳的情形，電影導演常說電影是“遺憾的藝術”，大屏也有類似的情形。所以工作盡量深入一點，規劃更縝密一點，方案選擇更細致一點，應當是有好處的。

     2， 通過南京奧體中的這些屏幕，可以看到國內廠商的顯示屏的狀況和有關信息，也可與國際知名品牌相比較，給我們一些思考。

    我國LED 產業起步于上世紀80年代末九十年代初，到現在已經有近二十年的歷史，與國外相比，可以說起步時比較早的，業界的眼光也是相當長遠的，在LED 藍色尚未商品化之前已經在研制全彩屏了，適應于我國經濟的高速發展，LED 在各個領域的應用也很早。九十年代中期，曾經有過一個低谷，但很快恢復而且理性化，因此發展更為健康迅速。經過十幾年的發展，我國LED產業已經形成相當大的規模，出現了不少著名的廠商，產品質量和技術水平也大幅度提高，工藝和可*性也有長足進步�，F在國產顯示屏在許多方面可以與國外產品媲美。也有相當數量的出口，（不過很少是以自己的品牌出口的）但是隨著國外知名廠家開始進入LED領域，我們在高端產品也就是高性能優質畫面，高可*性等方面的產品與國外最先進的水平的差距實際上在加大，這與電子行業的其他產品有相似的情況，從技術上來說，還是受制于基礎工業和基礎研究特別是大規模集成電路技術微電子技術和數字信號處理技術等的制約，從產業發展來說，主要是投入不足，從市場競爭來說則是因為無序競爭導致的浮躁心態的影響。目前的情況是，在一般的顯示屏如戶外商業廣告屏，信號燈，圖文匯率屏等于國外產品差別不大，在顯示中文漢字方面還有優勢，用作戶外視頻廣告的LED顯示屏，水平參差不齊，但總的來說可以穩定工作，畫面質量雖比國外好的產品相比有一定的差距，但也有的比國外知名廠商的產品相差無幾。而在加工工藝方面還有相當明顯的差距，目前國內產品的價格一般僅為國外產品的50%左右，甚至還要低，假如能在結構工藝方面下一些功夫，完全可能達到國外知名廠家的同類產品的水平

3， 概括地在以下三個方面我們還存在差距
1）光電學指標的進一步提高
全數字處理，視頻處理的位數更長，力求處理損失更小，如達到19位，這里主要是濾波處理，實現如縮放，運動檢測和補償，降噪等
灰度等級更高，如位數為14位，（4.3 T 色）說明ADC 的位數至少在14位。
刷新頻率更高，普遍達1000hz
逐點修正
色域校正
智能化模塊
一致性修正能力，相應的測試手段和控制能力
在線和現場修正和調整的能力，特別是對指標衰減和性能退化的現場校正能力
2）創新能力
系統性設計
專業設計和專業生產，針對性的設計和產品
硬件與軟件的結合設計，如曲面和任意形狀外形，特殊造型“顯示屏”
品牌，專利的，知識產權
3）大規模生產方式的體現
形成產品線，是產品成熟的標志
專用的大規模集成電路芯片，將設計思想和算法固化在芯片中
實現可以上超市貨架上的水平，代理商或用戶可以自行安裝調試
4）高可*性，
現場工作量減少到最低，可以在投入運行前的最短時間進行架設調試
MTBF，MTTR，修復時間減少到最短

4， 對北京奧運會顯示屏建設的建議
    為奧運出力是我們的責任和光榮。為什么關心南京奧體顯示屏，就是因為它是北京2008前的一次大檢閱。筆者通過觀察比較，收集了很多資料，進行計算比較也確實有些想法，有的也和北京奧組委談過。總的來說，有以下幾點

    1）對于場館的大屏幕總體配置要有縝密的論證，某個場館需要什么樣的大屏，永久性的還是臨時性的，固定的還是移動式的，根據總體規劃決定。既保證比賽使得需要，又要兼顧賽事結束以后的用途。

    2）對于場館大屏的具體指標要有恰當的選擇，最重要的功能要求，觀看距離，環境和防護要求等
關于顯示內容，要滿足國際正式比賽的規定的要求，還要考慮國際慣例和觀看習慣。最適合使用的就是最好的。例如選用多大的面積，并不一定要世界最大，面積最大固然有沖擊力，但未必有好的效果�？傊�，要做最好的屏，但不一定是最大的屏。

    在選定了屏幕的類型，面積，結構等基本框架后要對具體的產品指標進行論證，這些會涉及到比較專業的技術問題，通常廠商的產品系列很多，有一定的適用范圍，要進行比較和選擇，以獲得最佳的性能價格比。

    3）北京奧運會的顯示屏和計時計分系統分別是松下公司和OMEGA 贊助，使得具體操作有許多特殊性，特別是對于國外的產品的技術指標的把握，檢驗和驗收等需要下更多的功夫。