大屏拼接控制器的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀分析
中國投影網(wǎng)背投拼接墻資訊
2014-3-14 9:23:51
編輯：旺牛
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在大屏幕拼接系統(tǒng)中，我們很容易將焦點(diǎn)聚集在拼接單元上，殊不知幕后還有一個(gè)英雄在默默的支持，這個(gè)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(gè)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(dāng)在應(yīng)用中系統(tǒng)常出現(xiàn)死機(jī)、花屏、擴(kuò)展性能不強(qiáng)、圖像拖尾、高清信號(hào)追趕、斜切紋、畫面抖動(dòng)時(shí)，我們的用戶們才真正關(guān)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(shí)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(dòng)、縮放和漫游、可以支持多種視頻設(shè)備的同時(shí)接入,如:DVD、攝像機(jī)衛(wèi)星接收機(jī)、機(jī)頂盒、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)信號(hào)等
拼接控制器在使用過程中分為兩種，分別是內(nèi)置處理器與外置處理器，內(nèi)置處理器又稱為嵌入式處理器，體積較小，功能較少，多數(shù)嵌入式處理器僅能實(shí)現(xiàn)全屏整顯與單屏單顯功能，目前嵌入式處理器功能最強(qiáng)大的是巨洋公司的SCUⅢ系列處理器，也僅能實(shí)現(xiàn)單屏幕四高清畫面漫游而已，所以通常內(nèi)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(xiàn)的外置拼接控制器一共是四代，但是沒代都有自己獨(dú)有的特點(diǎn)，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(jī)的工作原理是通過PCI插卡式，利用多路PCI計(jì)算機(jī)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(gòu)建一個(gè)運(yùn)算和處理中心，這時(shí)就組建成了一臺(tái)工控式控制器。他的圖形處理原理是通過CPU運(yùn)算后將母信號(hào)分割成M*N個(gè)子視頻信號(hào)后，再把每一個(gè)子信號(hào)都進(jìn)行放大處理分別傳送給拼接幕墻上的各個(gè)對(duì)應(yīng)單元，顯示單元將處理器傳送來的信號(hào)實(shí)現(xiàn)在大屏幕的每個(gè)顯示單元上，而分辨率和處理速度由計(jì)算機(jī)CPU及對(duì)應(yīng)的PCI卡決定。如；1個(gè)720P處運(yùn)算速度為350MHz/nS，而10個(gè)720P處運(yùn)算速度則為3.5MHz/nS，這時(shí)CPU的運(yùn)算能力大大下降，由于工控機(jī)的計(jì)算能力有限，一臺(tái)性能最好的工控式拼接器如巨洋公司的PRO6000系列單臺(tái)設(shè)備最大也只能實(shí)現(xiàn)9個(gè)卡，每個(gè)卡可支持的信號(hào)數(shù)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(jìn)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(shù)量超過單臺(tái)插槽的標(biāo)準(zhǔn)話，巨洋公司都需要級(jí)聯(lián)才可完成正常拼接，切系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜程度高。
PCI工控式拼接控制器優(yōu)點(diǎn)：
可支持各種應(yīng)用軟件
PCI工控式拼接控制器缺點(diǎn)：
1、無法接收數(shù)量較大的輸入與輸出。
2、具有操作系統(tǒng)，相對(duì)穩(wěn)定性不高。
3、所有輸入與輸出均采用顯卡式的處理，價(jià)格較高。
第二代：FPGA純硬件式拼接控制器
FPGA(Field Programmable Gate Array)，稱為現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列，是在PCI架構(gòu)后發(fā)展的硬件技術(shù)。FPGA芯片具有速度快，并行處理，功能靈活的特點(diǎn)，但芯片本身只是一個(gè)空白的硬件平臺(tái)，不具備任何功能，需要技術(shù)人員根據(jù)自己的要求對(duì)其進(jìn)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(hào)處理技術(shù)，保證高分辨信號(hào)輸入輸出的實(shí)時(shí)處理。采用DDR技術(shù)作高速數(shù)據(jù)緩存，運(yùn)用流水線技術(shù)，對(duì)高速信號(hào)進(jìn)行分級(jí)順序處理，保證了信號(hào)的實(shí)時(shí)性。目前巨洋公司的FPGA純硬件式拼接控制器系統(tǒng)輸入標(biāo)準(zhǔn)分辨率可高達(dá)1920x1200x60Hz，而非標(biāo)分辨率可以達(dá)到更高，即便在所有輸入信號(hào)都漫游疊加在一起的極限情況下，所有信號(hào)一樣保持動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性。
FPGA純硬件式拼接控制器采用基于輸入端口的信號(hào)并行處理技術(shù)，有效的增加了輸入信號(hào)個(gè)數(shù)。系統(tǒng)通過芯片陣列，對(duì)高速圖形數(shù)據(jù)流進(jìn)行逐級(jí)處理，每一路信號(hào)輸入都對(duì)應(yīng)一列處理器。這樣就相當(dāng)于很多處理器同時(shí)工作，做到數(shù)據(jù)的并行處理，極大的提高了系統(tǒng)運(yùn)算速度。有效的使用并行處理技術(shù)使得數(shù)據(jù)得到分散處理，沒有了工控機(jī)單處理器的速度瓶頸，從而使得系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)個(gè)數(shù)不敏感。就是說增加信號(hào)輸入個(gè)數(shù)，并不增加系統(tǒng)的總體運(yùn)算負(fù)擔(dān)，這樣系統(tǒng)就能夠接納多個(gè)高速信號(hào)。能夠有效的進(jìn)行多路VGA/RGB信號(hào)輸入，是FPGA純硬件式拼接控制器系列與普通插卡式工控機(jī)相比，最大的性能優(yōu)勢(shì)。
FPGA純硬件式拼接控制器優(yōu)點(diǎn)：
免受病毒干擾，穩(wěn)定性高。
純硬件架構(gòu)，啟動(dòng)速度塊。
性價(jià)比高。
FPGA純硬件式拼接控制器缺點(diǎn)：
由于自身為純硬件，無操作系統(tǒng)，需要其他設(shè)備輔助才可實(shí)現(xiàn)其他應(yīng)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(shè)立的全球研發(fā)中心，研發(fā)的了新一代的具有最新技術(shù)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(shù)量、更強(qiáng)大的高清信號(hào)接入和多信號(hào)疊加處理能力，并支持多處理器級(jí)聯(lián)工作。
雙系統(tǒng)結(jié)合了PCI架構(gòu)與純硬件式的優(yōu)點(diǎn)以第五代FPGA陣列為硬件基礎(chǔ)，采用并行高速圖形處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多路高速視頻信號(hào)的統(tǒng)一處理，從根本上解決了VGA信號(hào)輸入數(shù)量受到限制的問題。機(jī)器內(nèi)部由多個(gè)硬件模塊陣列構(gòu)成。
雙系統(tǒng)拼接控制器，兩套系統(tǒng)完全獨(dú)立，一套系統(tǒng)出現(xiàn)問題，另一套系統(tǒng)還可以正常運(yùn)行，保證各種信號(hào)的正常顯示。
多屏處理器采用全交叉調(diào)度架構(gòu)高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，底層數(shù)據(jù)傳輸由雙系統(tǒng)拼接控制器圖像處理器獨(dú)創(chuàng)的數(shù)據(jù)調(diào)度芯片技術(shù)控制，為每路信號(hào)動(dòng)態(tài)設(shè)置點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的專線數(shù)據(jù)通道，每路 RGB、視頻等圖像信號(hào)獨(dú)享各自的專用通道進(jìn)行傳輸、保證包括RGB信號(hào)的所有信號(hào)圖像的完全實(shí)時(shí)顯示，RGB信號(hào)顯示速度達(dá)到60幀/秒。
雙系統(tǒng)拼接控制器優(yōu)點(diǎn)：
支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)底圖顯示。
擁有PCI架構(gòu)與硬處理器架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。
雙系統(tǒng)相互備份，穩(wěn)定性提升。
擁有大量的信號(hào)采集與輸出功能。
雙系統(tǒng)拼接控制器缺點(diǎn)：
大批量的IP流監(jiān)控信號(hào)接入時(shí)，需要其他設(shè)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(shù)字化處理的視訊產(chǎn)品：
通過對(duì)視頻、電腦信號(hào)的全數(shù)字化獲取，采用網(wǎng)絡(luò)傳輸，對(duì)信號(hào)源進(jìn)行集中顯示。突破了傳統(tǒng)只靠硬件模擬采集卡的對(duì)信號(hào)源進(jìn)行采集路的數(shù)以及同時(shí)顯示路數(shù)的限制，同時(shí)顯示信號(hào)數(shù)量高，窗口操作靈活性高。
降低對(duì)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的要求，顯著提高信號(hào)的展示質(zhì)量以及展示的實(shí)時(shí)性。信號(hào)源的接入、傳輸、展示、調(diào)節(jié)等將變得更加智能化、高效化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)化。
系統(tǒng)采用模塊化架構(gòu)，全網(wǎng)絡(luò)化的智能管理：不再受限于空間，擴(kuò)展能力大幅增強(qiáng)。每個(gè)模塊都是獨(dú)立運(yùn)行、不再相互影響。處理計(jì)算能力將是各模塊處理計(jì)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(wù)器完全分布式架構(gòu)。特點(diǎn)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(gè)包都不會(huì)影響正常觀看）。沒有任何主控節(jié)點(diǎn)，任何節(jié)點(diǎn)宕機(jī)都不會(huì)影響系統(tǒng)里面其他的節(jié)點(diǎn)的正常使用。即插即配：任何節(jié)點(diǎn)均可以熱插拔，插入節(jié)點(diǎn)后僅需要0.5秒就可以被系統(tǒng)所識(shí)別
第二類是擁有額外控制服務(wù)架構(gòu)的的控制器。采用H.264算法（占用帶寬小但如果出現(xiàn)一幀丟包則丟很多的數(shù)據(jù)）。有一個(gè)主控服務(wù)器，主控服務(wù)器一旦宕機(jī)則整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，主控服務(wù)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(diǎn)：
信號(hào)輸出與輸出沒有數(shù)量限制，可以無線擴(kuò)展。
方便支持大批量IP流監(jiān)控?cái)z像信號(hào)的接入。
信號(hào)傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)200M，如使用光纖傳輸則可達(dá)更遠(yuǎn)，靈活性強(qiáng)。
缺點(diǎn)：
4K高清信號(hào)的采集無法實(shí)現(xiàn)20幀以上。
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