分布式圖象拼接控制器技術解析

    從系統(tǒng)架構看，目前市場上存在的分布式處理器主要有四種類別，分別是純硬件，嵌入式CPU，純硬件混合式，PC架構。下面一一剖析：

    一、純硬件（如圖13）

    圖13

    系統(tǒng)由三部分構成，采集節(jié)點，交換機，輸出節(jié)點

    采集節(jié)點負責圖像采集，然后將圖像分解成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包，通過交換機發(fā)送到輸出節(jié)點，輸出節(jié)點再將數(shù)據(jù)包混合為圖像，在輸出端進行圖像處理和顯示。

    純硬件的特點是把采集到的內(nèi)容當做圖像數(shù)據(jù)包，而不是視頻流來傳輸。以圖像區(qū)域元為傳輸單元，為圖像的切割，分發(fā)，幀存控制提供了高效的基礎。切割和分發(fā)是為了滿足帶寬需要而設的，秉承量入為出的設計宗旨，需要多少傳輸多少，圖像疊加后被遮蓋的區(qū)域不傳，重復的區(qū)域不傳。（如圖14）

    圖14

    這樣帶來的一個好處就是傳輸要求的帶寬不需要根據(jù)疊加區(qū)域和重復區(qū)域而增加，無論怎么拼接和疊加都可以滿足帶寬要求。得利于基于圖像的傳輸方式，幀存控制變得更加容易，能夠保證整屏同步，低延遲。

    純硬件處理器使用的核心器件是大規(guī)�？删幊屉娐罚‵PGA）。FPGA的特點是沒有CPU，不存在程序跑飛，死機的問題。即使環(huán)境電源出現(xiàn)故障，F(xiàn)PGA失效后也能快速恢復。

    純硬件的弱點就是不能解碼網(wǎng)絡攝像頭和圖像的遠程傳輸（由于傳輸無損圖像，導致帶寬很高，無法通過公網(wǎng)傳輸）。

    二、嵌入式CPU（如圖15）

    圖15

    系統(tǒng)由三部分構成，采集節(jié)點，交換機，輸出節(jié)點

    采集節(jié)點負責圖像采集，然后將圖像壓縮成視頻壓縮流，通過交換機發(fā)送到輸出節(jié)點，輸出節(jié)點再將壓縮碼流解壓成視頻，在輸出端進行圖像處理和顯示。

    嵌入式CPU方案一般來說都是采用ARM+編解碼模塊的方式完成，ARM上面運行Linux操作系統(tǒng)負責事務管理，圖像的縮放，網(wǎng)絡連接，編解碼模塊負責圖像的壓縮和解壓。另一種方式是ARM+DSP的方案，和 ARM+編解碼模塊類似，由DSP完成編解碼，所不同的是DSP能夠自定義壓縮算法，更加靈活。

    由于采用H.264編解碼的方式，最大的優(yōu)點是天生具備網(wǎng)絡攝像頭解碼，和圖像遠程傳輸(通過公網(wǎng)傳輸)。同時，該結構也帶來了其它問題，壓縮后圖像質(zhì)量不佳，把圖像當作視頻流傳輸后，只能對視頻進行完整的處理，不能做類似于純硬件方式的切割傳輸，當單屏解碼多路時，導致圖像卡頓，整屏同步性不佳，延遲較大。

    此外，由于使用了CPU，也就存在死機的風險。雖然能夠通過添加看門狗自動復位，但是由于操作系統(tǒng)的啟動時間在20秒到30秒之間，這個過程顯示屏存在黑屏和花屏的問題。

    三、純硬件混合式（如圖16）

    圖16

    該方案其實就是純硬件和嵌入式CPU的結合。純硬件部分負責拼接，嵌入式部分負責網(wǎng)絡解碼和遠程傳輸。該方案帶來的好處是既能保證本地視頻(采集本地的VGA，DVI，視頻)高質(zhì)量，完全無損、低延遲，又能實現(xiàn)解碼網(wǎng)絡攝像頭和遠程傳輸。

    由于采用混合結構，當嵌入式CPU部分死機復位時，純硬件部分能夠?qū)D像凍結保存，不會出現(xiàn)花屏和黑屏現(xiàn)象。

    該方案最大程度的結合了前兩者的優(yōu)點，又彌補了兩者的弱點，出現(xiàn)1+1>2的現(xiàn)象，這種混合結構是純硬件和嵌入式CPU兩大陣營的發(fā)展目標，預計未來幾年內(nèi)將會是分布式處理器的主流。

    四、PC架構（如圖17）

    圖17

    PC架構由輸入節(jié)點機和輸出節(jié)點機以及交換機組成。輸入節(jié)點機是由一臺工控機，采集卡和壓縮軟件組成。輸出節(jié)點機由工控機，顯卡和解壓縮軟件組成。

    輸入節(jié)點機通過采集卡采集圖像，計算機將其壓縮成H.264碼流送入交換機，輸出節(jié)點機將碼流解壓縮，后處理，最后經(jīng)顯卡顯示。

    該方案出現(xiàn)在10年前，由網(wǎng)絡抓屏發(fā)展而來，不過受計算機性能的限制，一個輸入或者一個輸出就需要一臺電腦，導致成本居高，穩(wěn)定性不佳。近幾年由于PC性能提升，顯卡加速的原因，圖像的效果不錯，在一些展覽展示項目有一席之地，但是受到PC架構本身的影響，導致穩(wěn)定性有所下降，不太適合7×24小時開機使用。