大屏拼接控制器的發(fā)展歷程與現狀分析

中國投影網背投拼接墻資訊　　2014-3-14 9:23:51　編輯：旺牛　[ 大中小 ]

在大屏幕拼接系統(tǒng)中，我們很容易將焦點聚集在拼接單元上，殊不知幕后還有一個英雄在默默的支持，這個英雄就是是拼接控制器。拼接控制器的優(yōu)劣直接決定著整個大屏幕顯示系統(tǒng)效果的好與壞，也決定了整套顯示系統(tǒng)的功能，當在應用中系統(tǒng)常出現死機、花屏、擴展性能不強、圖像拖尾、高清信號追趕、斜切紋、畫面抖動時，我們的用戶們才真正關注起問題的根源，最后將所有問題鎖定在拼接控制器上，才意識到拼接控制器的重要性。
　　大屏拼接控制器又稱畫面拼接器、電視墻控制器、電視墻拼接器、顯示墻拼接器、多屏處理器、多屏拼接處理器、顯示墻拼接器、大屏幕處理器、多屏圖象處理器、顯示墻處理器。主要功能是可以切換成整屏顯示，多路分屏和跨屏顯示，可以任意移動、縮放和漫游、可以支持多種視頻設備的同時接入,如:DVD、攝像機衛(wèi)星接收機、機頂盒、標準計算機信號等
　　拼接控制器在使用過程中分為兩種，分別是內置處理器與外置處理器，內置處理器又稱為嵌入式處理器，體積較小，功能較少，多數嵌入式處理器僅能實現全屏整顯與單屏單顯功能，目前嵌入式處理器功能最強大的是巨洋公司的SCUⅢ系列處理器，也僅能實現單屏幕四高清畫面漫游而已，所以通常內置處理器都是作為外置處理器備份而使用的。
　　目前市面上呈現的外置拼接控制器一共是四代，但是沒代都有自己獨有的特點，所以市面上常見的處理器也能看到四種，第一代為PCI工控式，第二代為FPGA純硬件式，第三代為雙系統(tǒng)拼接控制器，第四代的分布式圖形處理器。
　　第一代：PCI工控式拼接控制器
　　工控機的工作原理是通過PCI插卡式，利用多路PCI計算機主板，一部分PCI插槽插入視頻采集卡，另外一部分PCI插槽插入視頻輸出卡，輸入和輸出中間由CPU來構建一個運算和處理中心，這時就組建成了一臺工控式控制器。他的圖形處理原理是通過CPU運算后將母信號分割成M*N個子視頻信號后，再把每一個子信號都進行放大處理分別傳送給拼接幕墻上的各個對應單元，顯示單元將處理器傳送來的信號實現在大屏幕的每個顯示單元上，而分辨率和處理速度由計算機CPU及對應的PCI卡決定。如；1個720P處運算速度為350MHz/nS，而10個720P處運算速度則為3.5MHz/nS，這時CPU的運算能力大大下降，由于工控機的計算能力有限，一臺性能最好的工控式拼接器如巨洋公司的PRO6000系列單臺設備最大也只能實現9個卡，每個卡可支持的信號數量為RGB/DVI/VGA/HDMI/YPbPr：2路／輸入卡；Video：8路/輸入卡；DVI：4路/輸出卡；SDI：2進2出／卡；Dual-Link：1路／卡的插入的拼接，大大限制了大屏幕顯示系統(tǒng)的需求，如果數量超過單臺插槽的標準話，巨洋公司都需要級聯才可完成正常拼接，切系統(tǒng)相對復雜程度高。
　　PCI工控式拼接控制器優(yōu)點：
　　可支持各種應用軟件
　　PCI工控式拼接控制器缺點：
　　1、無法接收數量較大的輸入與輸出。
　　2、具有操作系統(tǒng)，相對穩(wěn)定性不高。
　　3、所有輸入與輸出均采用顯卡式的處理，價格較高。
　　第二代：FPGA純硬件式拼接控制器
　　FPGA(Field Programmable Gate Array)，稱為現場可編程邏輯陣列，是在PCI架構后發(fā)展的硬件技術。FPGA芯片具有速度快，并行處理，功能靈活的特點，但芯片本身只是一個空白的硬件平臺，不具備任何功能，需要技術人員根據自己的要求對其進行硬件編程。FPGA純硬件式拼接控制器系列的處理核心就是FPGA芯片陣列。
　　該系統(tǒng)具有高速信號處理技術，保證高分辨信號輸入輸出的實時處理。采用DDR技術作高速數據緩存，運用流水線技術，對高速信號進行分級順序處理，保證了信號的實時性。目前巨洋公司的FPGA純硬件式拼接控制器系統(tǒng)輸入標準分辨率可高達1920x1200x60Hz，而非標分辨率可以達到更高，即便在所有輸入信號都漫游疊加在一起的極限情況下，所有信號一樣保持動態(tài)實時性。
　　FPGA純硬件式拼接控制器采用基于輸入端口的信號并行處理技術，有效的增加了輸入信號個數。系統(tǒng)通過芯片陣列，對高速圖形數據流進行逐級處理，每一路信號輸入都對應一列處理器。這樣就相當于很多處理器同時工作，做到數據的并行處理，極大的提高了系統(tǒng)運算速度。有效的使用并行處理技術使得數據得到分散處理，沒有了工控機單處理器的速度瓶頸，從而使得系統(tǒng)對輸入信號個數不敏感。就是說增加信號輸入個數，并不增加系統(tǒng)的總體運算負擔，這樣系統(tǒng)就能夠接納多個高速信號。能夠有效的進行多路VGA/RGB信號輸入，是FPGA純硬件式拼接控制器系列與普通插卡式工控機相比，最大的性能優(yōu)勢。
　　FPGA純硬件式拼接控制器優(yōu)點：
　　免受病毒干擾，穩(wěn)定性高。
　　純硬件架構，啟動速度塊。
　　性價比高。
　　FPGA純硬件式拼接控制器缺點：
　　由于自身為純硬件，無操作系統(tǒng)，需要其他設備輔助才可實現其他應用軟件的功能。
　　第三代：雙系統(tǒng)拼接控制器
　　巨洋公司依托在加拿大溫哥華設立的全球研發(fā)中心，研發(fā)的了新一代的具有最新技術的雙系統(tǒng)拼接控制器圖像處理器。支持更高分辨率、更多單元數量、更強大的高清信號接入和多信號疊加處理能力，并支持多處理器級聯工作。
　　雙系統(tǒng)結合了PCI架構與純硬件式的優(yōu)點以第五代FPGA陣列為硬件基礎，采用并行高速圖形處理技術，實現了多路高速視頻信號的統(tǒng)一處理，從根本上解決了VGA信號輸入數量受到限制的問題。機器內部由多個硬件模塊陣列構成。
　　雙系統(tǒng)拼接控制器，兩套系統(tǒng)完全獨立，一套系統(tǒng)出現問題，另一套系統(tǒng)還可以正常運行，保證各種信號的正常顯示。
　　多屏處理器采用全交叉調度架構高速數據傳輸技術，底層數據傳輸由雙系統(tǒng)拼接控制器圖像處理器獨創(chuàng)的數據調度芯片技術控制，為每路信號動態(tài)設置點對點的專線數據通道，每路 RGB、視頻等圖像信號獨享各自的專用通道進行傳輸、保證包括RGB信號的所有信號圖像的完全實時顯示，RGB信號顯示速度達到60幀/秒。
　　雙系統(tǒng)拼接控制器優(yōu)點：
　　支持點對點底圖顯示。
　　擁有PCI架構與硬處理器架構的優(yōu)點。
　　雙系統(tǒng)相互備份，穩(wěn)定性提升。
　　擁有大量的信號采集與輸出功能。
　　雙系統(tǒng)拼接控制器缺點：
　　大批量的IP流監(jiān)控信號接入時，需要其他設備。
　　第四代：分布式拼接控制器
　　分布式是最近幾年新推出的拼接控制器
　　是一款全新的集群分布式純數字化處理的視訊產品：
　　通過對視頻、電腦信號的全數字化獲取，采用網絡傳輸，對信號源進行集中顯示。突破了傳統(tǒng)只靠硬件模擬采集卡的對信號源進行采集路的數以及同時顯示路數的限制，同時顯示信號數量高，窗口操作靈活性高。
　　降低對信號網絡傳輸帶寬的要求，顯著提高信號的展示質量以及展示的實時性。信號源的接入、傳輸、展示、調節(jié)等將變得更加智能化、高效化、網絡化、實時化。
　　系統(tǒng)采用模塊化架構，全網絡化的智能管理：不再受限于空間，擴展能力大幅增強。每個模塊都是獨立運行、不再相互影響。處理計算能力將是各模塊處理計算能力的總和。
　　目前的分布式拼接控制器分為兩類：
　　第一類是以丘比特、巨洋公司為主的無主服務器完全分布式架構。特點是采用無損壓縮算法（每秒壓縮幀率為30幀，電影常用的連貫性為24幀，每秒丟6個包都不會影響正常觀看）。沒有任何主控節(jié)點，任何節(jié)點宕機都不會影響系統(tǒng)里面其他的節(jié)點的正常使用。即插即配：任何節(jié)點均可以熱插拔，插入節(jié)點后僅需要0.5秒就可以被系統(tǒng)所識別
　　第二類是擁有額外控制服務架構的的控制器。采用H.264算法（占用帶寬小但如果出現一幀丟包則丟很多的數據）。有一個主控服務器，主控服務器一旦宕機則整個系統(tǒng)癱瘓，主控服務器使用操作系統(tǒng)，有被病毒干擾的可能性
分布式拼接控制器優(yōu)點：
信號輸出與輸出沒有數量限制，可以無線擴展。
方便支持大批量IP流監(jiān)控攝像信號的接入。
信號傳輸距離最遠可達200M，如使用光纖傳輸則可達更遠，靈活性強。
缺點：
4K高清信號的采集無法實現20幀以上。

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