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、嵌入式純硬件架構、分布式網絡架構、混合架構。

    一、PCI總線架構：

    通�？偩�構架的拼接器都采用PCI Express技術，可用數據帶寬也可高達上百GPBS，拼接器配備多種信號輸入卡以應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部帶寬及顯存；但實際上總線架構的拼接器就是一臺高性能的計算機，技術門檻很低，一臺工控機、幾張專業(yè)的多通道輸出顯卡就可以實現，其主要組建需要依賴各大硬件廠商和已經成熟的技術，比如CPU選用Inter，顯卡選用英偉達，同時其必須要預裝相應的操作系統(tǒng)（比如Windows等）以支持運行各種應用程序，實現信號的處理功能。經過這些了解，我們可以看出PCI-E總線拼接器先天的不足：如何設計一款直觀又功能強大的控制軟件、如何解決高帶寬下數據傳輸的問題、如何解決系統(tǒng)各硬件配合的穩(wěn)定性問題都使得PCI-E總線構架的拼接器無法適應目前高可靠性、高穩(wěn)定性的視頻系統(tǒng)要求。

    由于受到計算機CPU處理能力和PCI總線帶寬資源的限制，當信號數量較多時，通常難以實時處理，不能滿足信號實時處理顯示的要求，不能滿足復雜信號處理的要求。

    由于信號輸入板卡類型所限，PCI-E構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，對應用越來越廣泛的HD高清視頻、SDI、DP信號無法處理；不能適應越來越多的新型高清視頻信號的處理需求。

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

    PCI-E架構的圖像控制器采用模擬電纜或模擬-數字轉換方式進行信號傳輸，長距離傳輸或多次模數轉換會帶來嚴重的噪聲干擾和信號衰減，導致圖像顯示質量下降，使得最終上屏的信號質量受損嚴重，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：

    嵌入式純硬件架構可以看做“背板+信號采集板+主控板+信號輸出板”，這種架構個處理板卡模塊化設計、支持帶電熱插拔，易于更換，不需要安裝windows等操作系統(tǒng)，避免了病毒的侵擾，諸多優(yōu)點使得純硬件構架迅速成為當今拼接器領域的主流產品之一，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，也決定了單機可帶載的數量，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行優(yōu)化以達到更好更清晰的顯示效果，保證良好的傳輸帶寬需求，已經成為判定純硬件拼接器產品價值的重要指標；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，其采用的先進算法是關鍵；除此之外其靈活的控制方式（支持RS232串口及TCP/IP網絡協(xié)議控制、本地控制及遠程控制、多級及多機控制、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、超強的模塊化設計和系統(tǒng)擴展能力、高可靠性及高穩(wěn)定性也是其獲得業(yè)界認可的原因。

    三、分布式網絡構架：

    分布式圖像控制系統(tǒng)突破傳統(tǒng)總線和純硬件架構控制器固有的總線帶寬受限、處理速度慢、故障率高等技術瓶頸，采用先進的網絡分布式圖像處理架構，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、控制服務器及數據交換機構成，信號輸入/輸出均采用各自獨立的信號處理器并行處理模式，從而保證整個系統(tǒng)的信號實時處理能力。每個輸入、輸出模塊獨立分開，通過網線接入中心交換機，對數據進行交互傳輸。

    分布式網絡架構的核心是一套先進的視頻編解碼技術，通過各種輸入模塊，將采集到DVI、VGA、HD、CVBS、3G-SDI等信號進行處理并編碼，通過專業(yè)的網絡傳輸通訊協(xié)議將編碼后的視頻音頻流經中心交換機傳輸至輸出模塊解碼，并轉化為DVI數字信號輸出到現實終端。

    輸出模塊的不同性成為了該構架應用的關鍵，一種辦法是通過網絡直接發(fā)送同步碼，實現多臺輸出模塊的同步輸出，但由于網絡傳輸誤碼率的存在，這種方式運行一段時間后還是會出現輸出不同步現象。另一種辦法就是勇敢SYNC接口將多臺輸出模塊進行物理連接，就是所謂的外同步線纜，選擇一臺輸出模塊作為主機，主動發(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接收到同步信號，實現真正的幀同步輸出，確�，F實圖像完整；在信號輸入模塊方向上采用幀堆棧的技術方式，使得前端信號傳輸至輸出模塊時候達到同步一致，兩個方向上一起應用，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，分布式網絡構架的處理系統(tǒng)還具備超強的信號處理能力，可實現所有信號源的接入管理、上屏顯示，任一信號源可實現在大屏幕墻以任意大小在任意位置進行開窗，可實現窗口的任意漫游、疊加顯示。同時支持海量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)就可實現標準格式IP Camera的接入和處理顯示，不需要額外配置解碼器等設備，支持CIF、D1、720P、1080i、1080P等各種類型IP攝像機，支持多路IP Camera視頻窗口任意大小、任意位置、任意疊加方式實時顯示；新型IP Camera可在一天內實現接入支持，支持矩陣輸入輸出切換，單臺服務器支持256路IPC輸出上屏，所有畫面窗口可任意排布，隨意移動、疊加顯示。同時分布式處理系統(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態(tài)圖像實時處理顯示，最大圖像分辨率支持102400×10800，一對一像素顯示，可實現地理信息系統(tǒng)（GIS）、衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、行車調度系統(tǒng)（SIG）等專業(yè)應用的超高分辨率動態(tài)圖像信號在拼接墻上完整、實時顯示，可支持多個超高分辨率圖像同時顯示與窗口疊加。并以集成國內外多家中控設備的支持，可使用無線中控、無線手持觸摸設備等對系統(tǒng)進行拼接管理、視窗管理、預案調度、矩陣設備管理、本地回顯等功能操作；基于網絡的網絡分布式處理器控制系統(tǒng)，接入模塊數量不再受限，可支持任意規(guī)模的拼接墻設置與管理，各種類型的信號源可被任意添加、控制，具備超強的系統(tǒng)擴展能力。網絡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現極低的碼流處理與傳輸，在2M的家用網絡內可實現視頻、電腦RGB信號的傳輸與解碼顯示，在商用10M的網絡內，可實現高清視頻全球化Internet傳輸與顯示，真正意義上實現大屏幕拼接控制領域的網絡化、遠程化與多地聯(lián)動解決方案。特別要注意的亮點是，網絡分布式架構處理系統(tǒng)所適配的控制軟件不僅僅支持C/S架構，同時支持B/S架構，比如Voury卓華光電的網絡分布式處理系統(tǒng)控制終端可以是網絡上任意一臺pc，只要通過IE瀏覽器就可對大屏幕進行控制管理，使得整個網絡分布式控制系統(tǒng)具備更加便利多樣的控制管理能力。

    目前分布式網絡構架拼接系統(tǒng)的應用越來越多，由于之前所訴有點，便于整個建筑里的綜合布線和不同區(qū)域的多個顯示終端集中管理，配合先進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，分布式網絡圖像處理系統(tǒng)必將越來越多的得到用戶的認可和應用。

    四、混合架構：

    所謂混合架構，一般至以上PCI-E總線架構、嵌入式純硬件架構、分布式網絡架構三種拼接技術之中兩種或兩種以上相結合的拼接器或拼接系統(tǒng)。

    舉個例子：PCI總線+硬件背板總線架構就是PCI總線架構和純硬件嵌入式架構的拼合，它的系統(tǒng)控制和圖像處理分別獨立實現。PCI總線負責系統(tǒng)控制，并在后臺運行操作系統(tǒng)；硬件背板總線負責食品信號圖像處理。

    通過混合構架，可以綜合應用，取長補短，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域里，混合構架拼接器在成本和性能上做了結合和權衡，贏得了一席之地。

    結束語：

    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計，在保證系統(tǒng)兼容性同時提供可靠安全保障。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品進行集成，很可能會產生技術兼容性問題，影響很多重要功能的實現，降低系統(tǒng)的可靠性和使用效率；另一方面因涉及到多個廠商，很可能出現售后維護時影響故障診斷和備品備件的及時供應等問題，同時可能對系統(tǒng)的升級無法保持一致，降低系統(tǒng)的擴展性。