淺談拼接大屏幕系統(tǒng)中的圖像拼接處理器

    目前圖像處理器基本分為四類：即PCI總線架構(gòu)、嵌入式純硬件架構(gòu)、分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、混合架構(gòu)。

    一、PCI總線架構(gòu)：

    通�？偩�構(gòu)架的拼接器都采用PCI Express技術(shù)，可用數(shù)據(jù)帶寬也可高達(dá)上百GPBS，拼接器配備多種信號輸入卡以應(yīng)對不同信號的輸入需求；拼接器配備多張高性能的圖形輸出卡、每張輸出卡擁有超高的內(nèi)部帶寬及顯存；但實(shí)際上總線架構(gòu)的拼接器就是一臺高性能的計(jì)算機(jī)，技術(shù)門檻很低，一臺工控機(jī)、幾張專業(yè)的多通道輸出顯卡就可以實(shí)現(xiàn)，其主要組建需要依賴各大硬件廠商和已經(jīng)成熟的技術(shù)，比如CPU選用Inter，顯卡選用英偉達(dá)，同時(shí)其必須要預(yù)裝相應(yīng)的操作系統(tǒng)（比如Windows等）以支持運(yùn)行各種應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)信號的處理功能。經(jīng)過這些了解，我們可以看出PCI-E總線拼接器先天的不足：如何設(shè)計(jì)一款直觀又功能強(qiáng)大的控制軟件、如何解決高帶寬下數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}、如何解決系統(tǒng)各硬件配合的穩(wěn)定性問題都使得PCI-E總線構(gòu)架的拼接器無法適應(yīng)目前高可靠性、高穩(wěn)定性的視頻系統(tǒng)要求。

    由于受到計(jì)算機(jī)CPU處理能力和PCI總線帶寬資源的限制，當(dāng)信號數(shù)量較多時(shí)，通常難以實(shí)時(shí)處理，不能滿足信號實(shí)時(shí)處理顯示的要求，不能滿足復(fù)雜信號處理的要求。

    由于信號輸入板卡類型所限，PCI-E構(gòu)架的圖像控制器通常只能采集處理RGB信號和模擬視頻信號，對應(yīng)用越來越廣泛的HD高清視頻、SDI、DP信號無法處理；不能適應(yīng)越來越多的新型高清視頻信號的處理需求。

    總線架構(gòu)所采用的視頻輸出顯卡一般屬于定制的圖像顯卡，各個(gè)輸出通道的分辨率符合VESA視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，不能夠自定義非標(biāo)準(zhǔn)分辨率，更不能夠定義每個(gè)通道不同的分辨率，無法應(yīng)用與如LED顯示屏等場合，缺乏靈活性。

    PCI-E架構(gòu)的圖像控制器采用模擬電纜或模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行信號傳輸，長距離傳輸或多次模數(shù)轉(zhuǎn)換會(huì)帶來嚴(yán)重的噪聲干擾和信號衰減，導(dǎo)致圖像顯示質(zhì)量下降，使得最終上屏的信號質(zhì)量受損嚴(yán)重，大大影響了顯示效果，無法獲得令人滿意的顯示效果。

    目前總線架構(gòu)的拼接器大多采用windows操作系統(tǒng)，容易受到病毒攻擊，一旦手段病毒攻擊致使系統(tǒng)癱瘓，將停止顯示，無法保證良好的穩(wěn)定性和可靠性。

    二、嵌入式純硬件架構(gòu)：

    嵌入式純硬件架構(gòu)可以看做“背板+信號采集板+主控板+信號輸出板”，這種架構(gòu)個(gè)處理板卡模塊化設(shè)計(jì)、支持帶電熱插拔，易于更換，不需要安裝windows等操作系統(tǒng)，避免了病毒的侵?jǐn)_，諸多優(yōu)點(diǎn)使得純硬件構(gòu)架迅速成為當(dāng)今拼接器領(lǐng)域的主流產(chǎn)品之一，但各家使用的信號處理算法不一，二算法的優(yōu)劣決定了一款拼接器處理效果的好壞，也決定了單機(jī)可帶載的數(shù)量，間接影響了處理器的功耗及壽命壽命和故障率，如何對圖像壓縮算法進(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到更好更清晰的顯示效果，保證良好的傳輸帶寬需求，已經(jīng)成為判定純硬件拼接器產(chǎn)品價(jià)值的重要指標(biāo)；Voury卓華光電嵌入式純硬件拼接器之所以在業(yè)界有良好的聲譽(yù)，其采用的先進(jìn)算法是關(guān)鍵；除此之外其靈活的控制方式（支持RS232串口及TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制、本地控制及遠(yuǎn)程控制、多級及多機(jī)控制、可接入平板電腦控制）、超大的帶寬支持、超多的信號輸入能力、超強(qiáng)的模塊化設(shè)計(jì)和系統(tǒng)擴(kuò)展能力、高可靠性及高穩(wěn)定性也是其獲得業(yè)界認(rèn)可的原因。

    三、分布式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架：

    分布式圖像控制系統(tǒng)突破傳統(tǒng)總線和純硬件架構(gòu)控制器固有的總線帶寬受限、處理速度慢、故障率高等技術(shù)瓶頸，采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)分布式圖像處理架構(gòu)，由RGB處理模塊、視頻處理模塊、高清處理模塊、顯示處理模塊、音頻處理模塊、超高分圖像處理模塊、IP視頻處理模塊、控制服務(wù)器及數(shù)據(jù)交換機(jī)構(gòu)成，信號輸入/輸出均采用各自獨(dú)立的信號處理器并行處理模式，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的信號實(shí)時(shí)處理能力。每個(gè)輸入、輸出模塊獨(dú)立分開，通過網(wǎng)線接入中心交換機(jī)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行交互傳輸。

    分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的核心是一套先進(jìn)的視頻編解碼技術(shù)，通過各種輸入模塊，將采集到DVI、VGA、HD、CVBS、3G-SDI等信號進(jìn)行處理并編碼，通過專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)傳輸通訊協(xié)議將編碼后的視頻音頻流經(jīng)中心交換機(jī)傳輸至輸出模塊解碼，并轉(zhuǎn)化為DVI數(shù)字信號輸出到現(xiàn)實(shí)終端。

    輸出模塊的不同性成為了該構(gòu)架應(yīng)用的關(guān)鍵，一種辦法是通過網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送同步碼，實(shí)現(xiàn)多臺輸出模塊的同步輸出，但由于網(wǎng)絡(luò)傳輸誤碼率的存在，這種方式運(yùn)行一段時(shí)間后還是會(huì)出現(xiàn)輸出不同步現(xiàn)象。另一種辦法就是勇敢SYNC接口將多臺輸出模塊進(jìn)行物理連接，就是所謂的外同步線纜，選擇一臺輸出模塊作為主機(jī)，主動(dòng)發(fā)送同步碼向其他輸出模塊，從而使得所有的輸出模塊同時(shí)接收到同步信號，實(shí)現(xiàn)真正的幀同步輸出，確�，F(xiàn)實(shí)圖像完整；在信號輸入模塊方向上采用幀堆棧的技術(shù)方式，使得前端信號傳輸至輸出模塊時(shí)候達(dá)到同步一致，兩個(gè)方向上一起應(yīng)用，最終使得顯示屏拼接處無撕裂，完美同步完美顯示。

    除了以上優(yōu)點(diǎn)，分布式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的處理系統(tǒng)還具備超強(qiáng)的信號處理能力，可實(shí)現(xiàn)所有信號源的接入管理、上屏顯示，任一信號源可實(shí)現(xiàn)在大屏幕墻以任意大小在任意位置進(jìn)行開窗，可實(shí)現(xiàn)窗口的任意漫游、疊加顯示。同時(shí)支持海量IPC信號直接接入上屏，比如Voury卓華光電的分布式處理系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格式IP Camera的接入和處理顯示，不需要額外配置解碼器等設(shè)備，支持CIF、D1、720P、1080i、1080P等各種類型IP攝像機(jī)，支持多路IP Camera視頻窗口任意大小、任意位置、任意疊加方式實(shí)時(shí)顯示；新型IP Camera可在一天內(nèi)實(shí)現(xiàn)接入支持，支持矩陣輸入輸出切換，單臺服務(wù)器支持256路IPC輸出上屏，所有畫面窗口可任意排布，隨意移動(dòng)、疊加顯示。同時(shí)分布式處理系統(tǒng)還支持超高分辨率圖像處理上屏，Voury卓華光電分布式處理系統(tǒng)就可以支持超高分辨率動(dòng)態(tài)圖像實(shí)時(shí)處理顯示，最大圖像分辨率支持102400×10800，一對一像素顯示，可實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)（GIS）、衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、行車調(diào)度系統(tǒng)（SIG）等專業(yè)應(yīng)用的超高分辨率動(dòng)態(tài)圖像信號在拼接墻上完整、實(shí)時(shí)顯示，可支持多個(gè)超高分辨率圖像同時(shí)顯示與窗口疊加。并以集成國內(nèi)外多家中控設(shè)備的支持，可使用無線中控、無線手持觸摸設(shè)備等對系統(tǒng)進(jìn)行拼接管理、視窗管理、預(yù)案調(diào)度、矩陣設(shè)備管理、本地回顯等功能操作；基于網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)分布式處理器控制系統(tǒng)，接入模塊數(shù)量不再受限，可支持任意規(guī)模的拼接墻設(shè)置與管理，各種類型的信號源可被任意添加、控制，具備超強(qiáng)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力。網(wǎng)絡(luò)分布式處理器控制系統(tǒng)通過更加成熟的音視頻編解碼算法實(shí)現(xiàn)極低的碼流處理與傳輸，在2M的家用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)視頻、電腦RGB信號的傳輸與解碼顯示，在商用10M的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)高清視頻全球化Internet傳輸與顯示，真正意義上實(shí)現(xiàn)大屏幕拼接控制領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程化與多地聯(lián)動(dòng)解決方案。特別要注意的亮點(diǎn)是，網(wǎng)絡(luò)分布式架構(gòu)處理系統(tǒng)所適配的控制軟件不僅僅支持C/S架構(gòu)，同時(shí)支持B/S架構(gòu)，比如Voury卓華光電的網(wǎng)絡(luò)分布式處理系統(tǒng)控制終端可以是網(wǎng)絡(luò)上任意一臺pc，只要通過IE瀏覽器就可對大屏幕進(jìn)行控制管理，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分布式控制系統(tǒng)具備更加便利多樣的控制管理能力。

    目前分布式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架拼接系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多，由于之前所訴有點(diǎn)，便于整個(gè)建筑里的綜合布線和不同區(qū)域的多個(gè)顯示終端集中管理，配合先進(jìn)的可視化軟件的幫助，向用戶提供了更加人性化、可視化、綜合化的服務(wù)，分布式網(wǎng)絡(luò)圖像處理系統(tǒng)必將越來越多的得到用戶的認(rèn)可和應(yīng)用。

    四、混合架構(gòu)：

    所謂混合架構(gòu)，一般至以上PCI-E總線架構(gòu)、嵌入式純硬件架構(gòu)、分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)三種拼接技術(shù)之中兩種或兩種以上相結(jié)合的拼接器或拼接系統(tǒng)。

    舉個(gè)例子：PCI總線+硬件背板總線架構(gòu)就是PCI總線架構(gòu)和純硬件嵌入式架構(gòu)的拼合，它的系統(tǒng)控制和圖像處理分別獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。PCI總線負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制，并在后臺運(yùn)行操作系統(tǒng)；硬件背板總線負(fù)責(zé)食品信號圖像處理。

    通過混合構(gòu)架，可以綜合應(yīng)用，取長補(bǔ)短，極大的增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但在信號處理性能、系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性有待提高，總的來說在拼接器的領(lǐng)域里，混合構(gòu)架拼接器在成本和性能上做了結(jié)合和權(quán)衡，贏得了一席之地。

    結(jié)束語：

    圖像拼接器與大屏幕顯示單元、大屏幕控制軟件組成了大屏幕顯示系統(tǒng)的核心部分，只有性能卓越的圖像拼接器只能保證前端信號完美處理，要獲得最終完美的上屏顯示效果，選用與之兼容的大屏幕控制軟件和顯示單元不可不考慮，這就要求不僅僅是圖像處理器，大屏幕顯示單元和大屏幕控制軟件需要采用同一品牌，并全部采用針對性兼容銜接設(shè)計(jì)，在保證系統(tǒng)兼容性同時(shí)提供可靠安全保障。顯示單元、圖像控制器和控制軟件作為整套大屏幕系統(tǒng)的核心部分，如果采用不同廠家產(chǎn)品進(jìn)行集成，很可能會(huì)產(chǎn)生技術(shù)兼容性問題，影響很多重要功能的實(shí)現(xiàn)，降低系統(tǒng)的可靠性和使用效率；另一方面因涉及到多個(gè)廠商，很可能出現(xiàn)售后維護(hù)時(shí)影響故障診斷和備品備件的及時(shí)供應(yīng)等問題，同時(shí)可能對系統(tǒng)的升級無法保持一致，降低系統(tǒng)的擴(kuò)展性。