分布式圖象拼接控制器技術(shù)解析

什么是分布式拼接控制器

    分布式圖像拼接控制器使用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)作為大屏幕信號(hào)傳輸載體，結(jié)構(gòu)上允許輸入、輸出節(jié)點(diǎn)在地理上分散開來，具備極大地靈活性和擴(kuò)展性。如圖1

    圖1

    分布式圖像拼接控制器采集端，采用實(shí)時(shí)影像數(shù)字采集技術(shù)，把各種視頻信號(hào)源（DVI/VGA信號(hào)，復(fù)合視頻信號(hào)，HDMI/SDI/YC 高清視頻等）變成統(tǒng)一的數(shù)字視頻信息。然后進(jìn)行高質(zhì)量的有損或者無損壓縮編碼，將視頻信息打包成能夠在以太網(wǎng)上傳輸?shù)腎P碼流。分布式控制器顯示端由一個(gè)個(gè)分離的解碼器組成，解碼器接收各種信號(hào)碼流并實(shí)時(shí)解碼，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖像層疊縮放顯示效果。分布式拼接系統(tǒng)具備圖像信號(hào)多點(diǎn)共享，網(wǎng)絡(luò)化圖像接入/輸出，移動(dòng)終端預(yù)覽控制等功能。

    作為對(duì)比的集中式處理器，采用了FPGA加矩陣交換芯片的技術(shù)結(jié)構(gòu)，所有輸入輸出信號(hào)以及數(shù)據(jù)交換，都必須在一個(gè)機(jī)箱里面完成。集中式處理器系統(tǒng)規(guī)模固定，多用于單一大屏、信號(hào)規(guī)模固定、簡(jiǎn)單顯示疊加的應(yīng)用場(chǎng)合。集中式處理器的核心在于各廠家自行設(shè)計(jì)制造的高速差分交換底板，該底板對(duì)于整個(gè)處理器的信號(hào)完整性、穩(wěn)定性至關(guān)重要，往往一點(diǎn)故障就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體崩潰。如圖2

    圖2

    分布式圖像拼接控制器由一個(gè)個(gè)獨(dú)立的功能模塊構(gòu)成：圖像采集節(jié)點(diǎn)盒、交換機(jī)、圖像顯示節(jié)點(diǎn)盒、控制服務(wù)器及界面軟體。每個(gè)節(jié)點(diǎn)盒對(duì)應(yīng)一至二路圖像信息，例如某大屏拼接應(yīng)用中，有3×5規(guī)模DLP 箱體輸出， 6路DVI信號(hào)輸入，10路Video信號(hào)輸入。該項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的設(shè)備清單是： 15個(gè)DVI輸出節(jié)點(diǎn)盒， 6個(gè)DVI輸入節(jié)點(diǎn)盒，5個(gè)雙路視頻輸入節(jié)點(diǎn)盒，一個(gè)48口千兆交換機(jī)。（如圖3）系統(tǒng)規(guī)模如果在前期設(shè)計(jì)或者實(shí)際使用中發(fā)生調(diào)整，只需要簡(jiǎn)單地增加或者更換某些節(jié)點(diǎn)盒即可，具備極大的整體靈活性和穩(wěn)定性。

    圖3

    適合分布式圖像拼接控制器應(yīng)用的領(lǐng)域通常具有以下特點(diǎn)：

    （1）拼接顯示屏規(guī)模龐大。（如圖4）隨著社會(huì)信息化的發(fā)展，人們需要更大的顯示墻綜合顯示多種多樣的信息，通常都在 24面屏以上，有的大系統(tǒng)可能是由多組屏幕和眾多單屏信號(hào)聯(lián)動(dòng)組成，總數(shù)高達(dá)幾百面屏。分布式圖像拼接控制器采用物理分布架構(gòu)，每個(gè)處理器單獨(dú)處理自己的信號(hào)，無論有多少信號(hào)需要顯示，相互之間沒有任何影響，從而能夠支撐超大規(guī)模的拼接顯示屏系統(tǒng)。傳統(tǒng)的集中式控制器則受限于插槽數(shù)目、處理能力、總線帶寬等因素，難以支撐大規(guī)模的拼接顯示墻。

    圖4

    （2）需要顯示的信號(hào)數(shù)量多。（如圖5）目前的大屏幕顯示系統(tǒng)中，通常需要同時(shí)顯示幾十路RGB信號(hào)，幾十路甚至上百路的視頻信號(hào)。在分布式圖像拼接控制器中，每路信號(hào)由一個(gè)單獨(dú)的處理器進(jìn)行處理，確保信號(hào)能夠被實(shí)時(shí)處理。在傳統(tǒng)的集中式控制器中，多路信號(hào)處理需要搶占CPU資源和系統(tǒng)總線帶寬，因此難以應(yīng)對(duì)多路RGB/視頻等信號(hào)的同時(shí)處理。

    圖5

    （3）需要高性能與高可靠度。（如圖6）大屏幕顯示墻主要應(yīng)用于涉及國(guó)計(jì)民生的國(guó)家重點(diǎn)行業(yè)，大屏系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著調(diào)度指揮、安全防范、事故預(yù)警和處理等重要職責(zé)，因此需要所有信號(hào)能夠?qū)崟r(shí)顯示，系統(tǒng)安全可靠，能夠7×24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。優(yōu)秀的分布式圖像拼接控制器采用高性能DSP或FPGA作為影像處理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)影像處理和顯示。系統(tǒng)具有高性能、高可靠度、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，比較適合對(duì)安全性和可靠性要求高的領(lǐng)域。

    圖6

    （4）漸進(jìn)擴(kuò)充式大屏應(yīng)用。（如圖7）現(xiàn)實(shí)的大屏工程中，越來越多的應(yīng)用方要求大屏項(xiàng)目采用漸進(jìn)式、分步驟的方式實(shí)施。例如，某大樓整體音視頻工程，一期實(shí)施指揮中心一個(gè)規(guī)模為5×10的DLP 大屏，二期實(shí)施兩個(gè)會(huì)議室規(guī)模為3×5的液晶拼墻，三期實(shí)施到中心大樓的聯(lián)動(dòng)交互。三期工程要求信息共享，實(shí)時(shí)互動(dòng)。對(duì)于這種應(yīng)用方式，首先要求大屏拼接控制系統(tǒng)支持物理上分離布局，然后支持系統(tǒng)規(guī)模靈活擴(kuò)充。網(wǎng)絡(luò)分布式拼接控制器在這種應(yīng)用中體現(xiàn)了集中式無法比擬的優(yōu)勢(shì)，對(duì)項(xiàng)目的分階段實(shí)施，項(xiàng)目款項(xiàng)的合理使用至關(guān)重要。

    圖7