ОСНОВЫ
Позиционирование и аппаратная база видеостен
В ряду представленных сегодня на рынке электронных средств отображения информации есть всего несколько категорий продуктов, к ключевым характеристикам которых можно в полной мере отнести такое понятие, как масштабируемость. Даже самые крупноформатные мониторы, включая плазменные и жидкокристаллические панели, имеют ограничения по размерам и разрешению, и хотя в некоторых случаях на их основе можно собирать составные экраны с распределением изображения по всей их поверхности, из-за очевидной клеточной структуры картинки подобные решения имеют ограниченные возможности применения. Фактически, если речь идет о формировании бесшовного изображения большой информационной емкости (т. е. с большим физическим разрешением), выбирать приходится всего из трех вариантов: стыковка нескольких прямых проекций, получаемых с помощью группы проекторов; применение наборных светодиодных (LED) панелей; построение стены из специально предназначенных для этого модулей обратной проекции - так называемых видеокубов. Впрочем, в каждом конкретном случае выбор из этих решений оказывается почти предопределенным, поскольку в силу присущих им особенностей области реального применения если и пересекаются, то в очень незначительной степени.
Проекторные сшивки позволяют получить изображение хорошего качества и произвольных размеров (вплоть до десятков метров по диагонали), причем формат изображения может быть изменен без изменения общего разрешения и компонентов системы (аппаратных и программных). Однако такому решению присущи все недостатки прямой проекции, главный из которых заключается в высокой зависимости контрастности изображения от внешнего освещения. Только с помощью сшивки прямых проекций можно, например, отобразить панорамную картину, использовав в качестве экрана фасад здания, однако увидеть такое изображение можно только в вечернее или ночное время.
Этого недостатка лишены LED-дисплеи, которые теперь нередко можно встретить на улицах разных городов. Яркое, сочное изображение, воспроизведенное с помощью тысяч светоизлучающих диодов, еще издали привлекает внимание пешеходов и водителей. По этой причине светодиодные дисплеи широко применяются для наружной рекламы, а также в качестве информационных табло, например, на спортивных стадионах. Вблизи, правда, картинка имеет хорошо различимую пиксельную структуру. Так что, за исключением отдельных недавно появившихся разработок с плотным расположением светодиодов для ограниченных по площади помещений, это, прямо скажем, мало подходящий вариант, к тому же сулящий значительные эксплуатационные расходы в связи с большим потреблением электроэнергии.
Видеостены на основе проекционных кубов можно позиционировать как промежуточное решение между двумя описанными выше. Они также обеспечивают практически бесшовное изображение, максимальные размеры и разрешение которого зависят лишь от конфигурации стены. При этом по своему качеству (даже при наблюдении с близкого расстояния) оно не уступает прямой проекции схожего размера, но гораздо менее зависимо от условий внешнего освещения. В отличие от LED-панелей такие видеостены непригодны для установки на улице, но зато хорошо вписываются в диспетчерские залы, командные пункты, ситуационные комнаты, телевизионные студии и т. д.
Именно этому классу устройств визуализации мы и уделим внимание в данном материале, осветив на сей раз наиболее общие моменты.
Компоненты видеостены
Стоит подчеркнуть, что современные видеостены представляют собой сложные комплексные системы, рассчитанные на длительную работу (для критически важных приложений поддерживается круглосуточный режим "24x7") и состоящие из множества компонентов. Конфигурация комплекса определяется требованиями конкретного проекта, но в большинстве случаев помимо составного графического экрана, собираемого из отдельных видеокубов, содержит также преобразователи и коммутаторы сигналов, связующие кабели, один или несколько графических контроллеров, формирующих из множества сигналов полиэкранное изображение, и т. д. Работа всей системы контролируется с помощью специального программного обеспечения, функциональные возможности которого вкупе с возможностями используемых контроллеров определяют допустимые сценарии и форматы вывода информации на полиэкран.
Большинство ведущих производителей оборудования для видеостен сегодня предлагают собственные наборы средств, позволяющих строить видеостены разных конфигураций, хотя это не является обязательным правилом. В частности, компания Mitsubishi Electric в настоящее время поставляет на европейский рынок только видеокубы, предоставляя партнерам-интеграторам возможность самим выбирать и включать в свои решения необходимое дополнительное оборудование сторонних поставщиков. У обоих подходов есть свои плюсы и минусы. Ставка на продукцию одного производителя гарантирует заказчику совместимость отдельных компонентов системы и техническую поддержку "из одних рук", и в случае ухода исполнителя проекта с рынка вся система может быть передана на дальнейшее сопровождение другому партнеру того же вендора. Однако такой подход не всегда обеспечивает оптимальное ценовое решение. Имея же свободу выбора компонентов, квалифицированный интегратор, в принципе, может снизить стоимость проекта, но тогда при возникновении каких-либо проблем в ходе эксплуатации системы у заказчика их преодоление может быть затруднено и целиком зависит от квалификации инженерного персонала интегратора.
Видеокубы. Проекционные модули являются одним из ключевых компонентов видеостены, поскольку их технические характеристики определяют качество полиэкранного изображения в целом. Если для обычной одиночной рир-проекционной системы (т. е. системы, построенной по принципу обратной проекции) точность позиционирования картинки на экране и однородность во всех его точках по яркости не так существенны для восприятия зрителем, как, скажем, качество цветопередачи, то для видеокубов они критически важны. Даже незначительные отклонения в этих характеристиках могут привести к тому, что полиэкранное изображение не будет восприниматься как единое целое, и выравнять картинку регулировочными средствами не удастся. Именно поэтому, например, показатель равномерности яркости у видеокубов, как правило, превышает 95%.
Видеокуб. Из таких модулей собирается полиэкран
Повышенные требования предъявляются и к механической конструкции видеокубов. Точность изготовления и способ крепления их экранов определяют величину зазора между отдельными модулями в видеостене. Если когда-то и сантиметровый зазор казался вполне допустимым, то теперь его типовое значение, как правило, не превышает 1 мм, а для многих модулей может быть и заметно меньше. (Например, применение разработанной компанией Barco технологии "сшивных" экранов, по данным производителя, позволяет удержать величину зазора в пределах 0,2 мм. Того же порядка зазор обещает и российская компания-производитель "АР Технологические Исследования", запатентовавшая собственную технологию крепления акриловых экранов.)
Видеостена Synelec в Центре телеавтоматического
управления движением транспорта УГИБДД Москвы
Специальные конструктивные меры принимаются для охлаждения встроенного в куб проекционного аппарата и защиты оптической системы от запыления. Как правило, охлаждающий воздух подается в куб через фильтрующий элемент, при этом внутри создается повышенное воздушное давление, препятствующее проникновению пыли во внутреннее пространство куба через неплотные соединения.
От конструкции видеокуба зависит и удобство его технического обслуживания, и место, занимаемое видеостеной в помещении. Так, традиционно доступ к внутренним элементам куба обеспечивался со стороны задней панели, что неизбежно приводило к необходимости оставлять за видеостеной технологическое пространство (проход шириной порядка 80 см). Между тем большинство ведущих производителей уже пополнили свои продуктовые ряды моделями с фронтальным доступом к обслуживаемым компонентам. Такие видеокубы допускается устанавливать в помещении вплотную к стене для экономии рабочего пространства.
Современные видеокубы заметно прибавили и в "интеллекте", уровень которого зависит от функциональных возможностей встроенного видеопроцессора. Его "мозгов" может оказаться вполне достаточно для построения видеостены простейшей конфигурации (2x2 или 3x3 куба) без использования внешних контроллеров. Если картинка должна быть показана на весь экран, встроенный видеопроцессор каждого куба самостоятельно вырезает из нее "свою" часть. Не вдаваясь в технические подробности, отметим также, что для обеспечения стабильности параметров и упрощения настройки видеостены после ее инсталляции или замены вышедших из строя компонентов разработчики видеокубов используют специальные технологии, позволяющие при замене оптических компонентов видеокуба на системном уровне компенсировать технологический разброс их параметров (правда, как утверждают специалисты, это не исключает необходимости в ручной регулировке для получения наилучшего результата).
Критическим элементом видеокуба с точки зрения его надежности оказывается ламповый модуль, срок службы которого составляет 6-10 тыс. часов. Для обеспечения непрерывного функционирования даже в случае выхода лампы из строя в последнее время применяются двухламповые световые модули, поддерживающие несколько режимов работы. Так, режим для наиболее ответственных приложений предполагает подачу напряжения на обе лампы, одна из которых обеспечивает работу проекционной системы, а вторая поддерживается в "разогретом" состоянии. При отказе рабочей лампы встроенная автоматика в считанные мгновения подменяет ее резервной.
В подавляющем большинстве видеокубов сегодня применяется либо жидкокристаллическая (LCD), либо микрозеркальная (DLP) проекционная технология, причем последняя к настоящему времени стала доминирующей. Фактически только Barco и Clarity Visual Systems сохраняют в своих модельных рядах LCD-кубы, но у обеих фирм это главным образом модели с разрешением 1600x1200 точек, пока не поддерживаемым DLP-технологией. Справедливости ради отметим, что подобная дискриминация жидкокристаллических решений объясняется не только достоинствами DLP, но и дефицитом крупных (по сравнению с используемыми в обычных мультимедиа-проекторах) ЖК-матриц, на основе которых строятся LCD-кубы.
Современные видеосистемы допускаются разные способы подключения источников сигнала
Наибольшее распространение в проектах получили видеокубы с экранами размером от 50 до 67 дюймов по диагонали, однако на заказ предлагаются и 120-дюймовые устройства. Оптическое разрешение куба никак не связано с размерами его экрана и определяется только возможностями встроенного проекционного модуля. В большинстве случаев оно составляет от 800x600 до 1280x1024 точки, хотя, как мы отметили выше, есть модули и на 1600x1200 точек. Глубина куба, напротив, обычно зависит от размеров экрана и обычно лежит в диапазоне от 60 до 100 см и более. Из общего ряда, пожалуй, стоит выделить разработанный Mitsubishi ультратонкий видеокуб Digital Signage DDP60 с фронтальным обслуживанием, глубина которого при 60-дюймовом экране составляет всего 26 см. Правда, на их основе можно строить только двухрядные (по вертикали) видеостены (две такие видеостены установлены в зале Центральной избирательной комиссии РФ).
Видеоконтроллеры и управляющее ПО. При всей сложности сборки и настройки полиэкрана сам по себе он представляет лишь инструмент воспроизведения поданных на его входы цифровых или аналоговых сигналов. Функциональные же возможности видеостены как системы, способной отображать информацию в произвольно задаваемой динамике (в этом и заключается основное преимущество видеостены перед статическими мнемощитами), определяются возможностями внешних контроллеров и применяемого для управления системой программного обеспечения.
Видеостена Mitsubishi дополняет мнемостенд
в диспетчерской энергетической компании
Суммарная информационная емкость видеостены пропорциональна числу установленных в ней кубов и, как правило, заметно превосходит разрешение подключаемых к ней источников сигналов (видеокамер, компьютеров, видеомагнитофонов, телевизионных и других каналов передачи информации). Задача преобразования этих сигналов в общий формат и их интеграции в единое изображение с разрешением видеостены и возлагается на внешние контроллеры. По сути это специализированные произвольно конфигурируемые графические станции. Например, популярный у проектировщиков видеостен контроллер Fusion 960 американской компании Jupiter Systems представляет собой двухпроцессорную систему на базе 2,4-ГГц кристаллов Intel Xeon с поддержкой технологии Hyper-Threading. Источниками видеоданных для этого контроллера (как, впрочем, и для многих других) могут служить локальные и удаленные сетевые приложения, а также напрямую подключенные цифровые (RGBHV, DVI) и аналоговые (composite video, S-Video) сигналы.
Видеостена Barco в центре управления
перевозками ОАО "Российские железные дороги"
Функциональность графических контроллеров можно менять с помощью опциональных плат расширения, которые и определяют допустимый набор входных и выходных сигналов. Например, к графическому контроллеру Eos компании Barco, который может работать и как рабочая станция Windows NT/2000, и как терминал X-11, предлагается пять различных опций, включая плату декодирования цифрового потокового видео форматов MPEG-1, MPEG-2 и MPEG-4.
Доступные администратору полиэкранной системы возможности по управлению отображением информации определяются не только конфигурацией графических контроллеров, но и функционалом поставляемого с ними специализированного программного обеспечения. Как правило, оно имеет клиент-серверную архитектуру, при этом серверная часть устанавливается на графический контроллер, а клиентская - на связанный с ним по сети операторский ПК. Собственно клиентская часть обеспечивает пользовательский интерфейс для мониторинга видеостены, управления коммутацией входных сигналов, а также запуска, позиционирования на полиэкране и изменения размеров окон приложений. Хотя реализованные в ПО функции могут поддерживать самые разнообразные сценарии вывода информации и режимы управления видеостеной, важно, чтобы в нем была предусмотрена возможность адаптации интерфейса и интеграции дополнительных программных модулей, создаваемых проектировщиком видеостены, под конкретные задачи заказчика.
В целом можно констатировать, что разработка сценариев вывода информации на видеостену, оптимизация коммутирующего и управляющего оборудования, настройка программного обеспечения и интеграция всего полиэкранного комплекса в ИТ-инфрастурктуру заказчика - это сложная техническая задача, требующая специальных инженерных знаний и практического опыта, а также наличия у подрядчика лицензий на выполнение проектных, строительных и монтажных работ. На сегодняшний день перечень фирм (см. статью "От единичных инсталляций к зрелому рынку" в данном обзоре), способных выполнять подобные проекты, в России сравнительно невелик.
