大屏拼接控制器的发展历程与现状分析

中国投影网背投拼接墙资讯　　2014-3-14 9:23:51　编辑：旺牛　[ 大中小 ]

在大屏幕拼接系统中，我们很容易将焦点聚集在拼接单元上，殊不知幕后还有一个英雄在默默的支持，这个英雄就是是拼接控制器。拼接控制器的优劣直接决定着整个大屏幕显示系统效果的好与坏，也决定了整套显示系统的功能，当在应用中系统常出现死机、花屏、扩展性能不强、图像拖尾、高清信号追赶、斜切纹、画面抖动时，我们的用户们才真正关注起问题的根源，最后将所有问题锁定在拼接控制器上，才意识到拼接控制器的重要性。
　　大屏拼接控制器又称画面拼接器、电视墙控制器、电视墙拼接器、显示墙拼接器、多屏处理器、多屏拼接处理器、显示墙拼接器、大屏幕处理器、多屏图象处理器、显示墙处理器。主要功能是可以切换成整屏显示，多路分屏和跨屏显示，可以任意移动、缩放和漫游、可以支持多种视频设备的同时接入,如:DVD、摄像机卫星接收机、机顶盒、标准计算机信号等
　　拼接控制器在使用过程中分为两种，分别是内置处理器与外置处理器，内置处理器又称为嵌入式处理器，体积较小，功能较少，多数嵌入式处理器仅能实现全屏整显与单屏单显功能，目前嵌入式处理器功能最强大的是巨洋公司的SCUⅢ系列处理器，也仅能实现单屏幕四高清画面漫游而已，所以通常内置处理器都是作为外置处理器备份而使用的。
　　目前市面上呈现的外置拼接控制器一共是四代，但是没代都有自己独有的特点，所以市面上常见的处理器也能看到四种，第一代为PCI工控式，第二代为FPGA纯硬件式，第三代为双系统拼接控制器，第四代的分布式图形处理器。
　　第一代：PCI工控式拼接控制器
　　工控机的工作原理是通过PCI插卡式，利用多路PCI计算机主板，一部分PCI插槽插入视频采集卡，另外一部分PCI插槽插入视频输出卡，输入和输出中间由CPU来构建一个运算和处理中心，这时就组建成了一台工控式控制器。他的图形处理原理是通过CPU运算后将母信号分割成M*N个子视频信号后，再把每一个子信号都进行放大处理分别传送给拼接幕墙上的各个对应单元，显示单元将处理器传送来的信号实现在大屏幕的每个显示单元上，而分辨率和处理速度由计算机CPU及对应的PCI卡决定。如；1个720P处运算速度为350MHz/nS，而10个720P处运算速度则为3.5MHz/nS，这时CPU的运算能力大大下降，由于工控机的计算能力有限，一台性能最好的工控式拼接器如巨洋公司的PRO6000系列单台设备最大也只能实现9个卡，每个卡可支持的信号数量为RGB/DVI/VGA/HDMI/YPbPr：2路／输入卡；Video：8路/输入卡；DVI：4路/输出卡；SDI：2进2出／卡；Dual-Link：1路／卡的插入的拼接，大大限制了大屏幕显示系统的需求，如果数量超过单台插槽的标准话，巨洋公司都需要级联才可完成正常拼接，切系统相对复杂程度高。
　　PCI工控式拼接控制器优点：
　　可支持各种应用软件
　　PCI工控式拼接控制器缺点：
　　1、无法接收数量较大的输入与输出。
　　2、具有操作系统，相对稳定性不高。
　　3、所有输入与输出均采用显卡式的处理，价格较高。
　　第二代：FPGA纯硬件式拼接控制器
　　FPGA(Field Programmable Gate Array)，称为现场可编程逻辑阵列，是在PCI架构后发展的硬件技术。FPGA芯片具有速度快，并行处理，功能灵活的特点，但芯片本身只是一个空白的硬件平台，不具备任何功能，需要技术人员根据自己的要求对其进行硬件编程。FPGA纯硬件式拼接控制器系列的处理核心就是FPGA芯片阵列。
　　该系统具有高速信号处理技术，保证高分辨信号输入输出的实时处理。采用DDR技术作高速数据缓存，运用流水线技术，对高速信号进行分级顺序处理，保证了信号的实时性。目前巨洋公司的FPGA纯硬件式拼接控制器系统输入标准分辨率可高达1920x1200x60Hz，而非标分辨率可以达到更高，即便在所有输入信号都漫游叠加在一起的极限情况下，所有信号一样保持动态实时性。
　　FPGA纯硬件式拼接控制器采用基于输入端口的信号并行处理技术，有效的增加了输入信号个数。系统通过芯片阵列，对高速图形数据流进行逐级处理，每一路信号输入都对应一列处理器。这样就相当于很多处理器同时工作，做到数据的并行处理，极大的提高了系统运算速度。有效的使用并行处理技术使得数据得到分散处理，没有了工控机单处理器的速度瓶颈，从而使得系统对输入信号个数不敏感。就是说增加信号输入个数，并不增加系统的总体运算负担，这样系统就能够接纳多个高速信号。能够有效的进行多路VGA/RGB信号输入，是FPGA纯硬件式拼接控制器系列与普通插卡式工控机相比，最大的性能优势。
　　FPGA纯硬件式拼接控制器优点：
　　免受病毒干扰，稳定性高。
　　纯硬件架构，启动速度块。
　　性价比高。
　　FPGA纯硬件式拼接控制器缺点：
　　由于自身为纯硬件，无操作系统，需要其他设备辅助才可实现其他应用软件的功能。
　　第三代：双系统拼接控制器
　　巨洋公司依托在加拿大温哥华设立的全球研发中心，研发的了新一代的具有最新技术的双系统拼接控制器图像处理器。支持更高分辨率、更多单元数量、更强大的高清信号接入和多信号叠加处理能力，并支持多处理器级联工作。
　　双系统结合了PCI架构与纯硬件式的优点以第五代FPGA阵列为硬件基础，采用并行高速图形处理技术，实现了多路高速视频信号的统一处理，从根本上解决了VGA信号输入数量受到限制的问题。机器内部由多个硬件模块阵列构成。
　　双系统拼接控制器，两套系统完全独立，一套系统出现问题，另一套系统还可以正常运行，保证各种信号的正常显示。
　　多屏处理器采用全交叉调度架构高速数据传输技术，底层数据传输由双系统拼接控制器图像处理器独创的数据调度芯片技术控制，为每路信号动态设置点对点的专线数据通道，每路 RGB、视频等图像信号独享各自的专用通道进行传输、保证包括RGB信号的所有信号图像的完全实时显示，RGB信号显示速度达到60帧/秒。
　　双系统拼接控制器优点：
　　支持点对点底图显示。
　　拥有PCI架构与硬处理器架构的优点。
　　双系统相互备份，稳定性提升。
　　拥有大量的信号采集与输出功能。
　　双系统拼接控制器缺点：
　　大批量的IP流监控信号接入时，需要其他设备。
　　第四代：分布式拼接控制器
　　分布式是最近几年新推出的拼接控制器
　　是一款全新的集群分布式纯数字化处理的视讯产品：
　　通过对视频、电脑信号的全数字化获取，采用网络传输，对信号源进行集中显示。突破了传统只靠硬件模拟采集卡的对信号源进行采集路的数以及同时显示路数的限制，同时显示信号数量高，窗口操作灵活性高。
　　降低对信号网络传输带宽的要求，显著提高信号的展示质量以及展示的实时性。信号源的接入、传输、展示、调节等将变得更加智能化、高效化、网络化、实时化。
　　系统采用模块化架构，全网络化的智能管理：不再受限于空间，扩展能力大幅增强。每个模块都是独立运行、不再相互影响。处理计算能力将是各模块处理计算能力的总和。
　　目前的分布式拼接控制器分为两类：
　　第一类是以丘比特、巨洋公司为主的无主服务器完全分布式架构。特点是采用无损压缩算法（每秒压缩帧率为30帧，电影常用的连贯性为24帧，每秒丢6个包都不会影响正常观看）。没有任何主控节点，任何节点宕机都不会影响系统里面其他的节点的正常使用。即插即配：任何节点均可以热插拔，插入节点后仅需要0.5秒就可以被系统所识别
　　第二类是拥有额外控制服务架构的的控制器。采用H.264算法（占用带宽小但如果出现一帧丢包则丢很多的数据）。有一个主控服务器，主控服务器一旦宕机则整个系统瘫痪，主控服务器使用操作系统，有被病毒干扰的可能性
分布式拼接控制器优点：
信号输出与输出没有数量限制，可以无线扩展。
方便支持大批量IP流监控摄像信号的接入。
信号传输距离最远可达200M，如使用光纤传输则可达更远，灵活性强。
缺点：
4K高清信号的采集无法实现20帧以上。

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