浅谈拼接大屏幕系统中的图像拼接处理器

    目前图像处理器基本分为四类：即PCI总线架构、嵌入式纯硬件架构、分布式网络架构、混合架构。

    一、PCI总线架构：

    通常总线构架的拼接器都采用PCI Express技术，可用数据带宽也可高达上百GPBS，拼接器配备多种信号输入卡以应对不同信号的输入需求；拼接器配备多张高性能的图形输出卡、每张输出卡拥有超高的内部带宽及显存；但实际上总线架构的拼接器就是一台高性能的计算机，技术门槛很低，一台工控机、几张专业的多通道输出显卡就可以实现，其主要组建需要依赖各大硬件厂商和已经成熟的技术，比如CPU选用Inter，显卡选用英伟达，同时其必须要预装相应的操作系统（比如Windows等）以支持运行各种应用程序，实现信号的处理功能。经过这些了解，我们可以看出PCI-E总线拼接器先天的不足：如何设计一款直观又功能强大的控制软件、如何解决高带宽下数据传输的问题、如何解决系统各硬件配合的稳定性问题都使得PCI-E总线构架的拼接器无法适应目前高可靠性、高稳定性的视频系统要求。

    由于受到计算机CPU处理能力和PCI总线带宽资源的限制，当信号数量较多时，通常难以实时处理，不能满足信号实时处理显示的要求，不能满足复杂信号处理的要求。

    由于信号输入板卡类型所限，PCI-E构架的图像控制器通常只能采集处理RGB信号和模拟视频信号，对应用越来越广泛的HD高清视频、SDI、DP信号无法处理；不能适应越来越多的新型高清视频信号的处理需求。

    总线架构所采用的视频输出显卡一般属于定制的图像显卡，各个输出通道的分辨率符合VESA视频电子标准协会的标准，不能够自定义非标准分辨率，更不能够定义每个通道不同的分辨率，无法应用与如LED显示屏等场合，缺乏灵活性。

    PCI-E架构的图像控制器采用模拟电缆或模拟-数字转换方式进行信号传输，长距离传输或多次模数转换会带来严重的噪声干扰和信号衰减，导致图像显示质量下降，使得最终上屏的信号质量受损严重，大大影响了显示效果，无法获得令人满意的显示效果。

    目前总线架构的拼接器大多采用windows操作系统，容易受到病毒攻击，一旦手段病毒攻击致使系统瘫痪，将停止显示，无法保证良好的稳定性和可靠性。

    二、嵌入式纯硬件架构：

    嵌入式纯硬件架构可以看做“背板+信号采集板+主控板+信号输出板”，这种架构个处理板卡模块化设计、支持带电热插拔，易于更换，不需要安装windows等操作系统，避免了病毒的侵扰，诸多优点使得纯硬件构架迅速成为当今拼接器领域的主流产品之一，但各家使用的信号处理算法不一，二算法的优劣决定了一款拼接器处理效果的好坏，也决定了单机可带载的数量，间接影响了处理器的功耗及寿命寿命和故障率，如何对图像压缩算法进行优化以达到更好更清晰的显示效果，保证良好的传输带宽需求，已经成为判定纯硬件拼接器产品价值的重要指标；Voury卓华光电嵌入式纯硬件拼接器之所以在业界有良好的声誉，其采用的先进算法是关键；除此之外其灵活的控制方式（支持RS232串口及TCP/IP网络协议控制、本地控制及远程控制、多级及多机控制、可接入平板电脑控制）、超大的带宽支持、超多的信号输入能力、超强的模块化设计和系统扩展能力、高可靠性及高稳定性也是其获得业界认可的原因。

    三、分布式网络构架：

    分布式图像控制系统突破传统总线和纯硬件架构控制器固有的总线带宽受限、处理速度慢、故障率高等技术瓶颈，采用先进的网络分布式图像处理架构，由RGB处理模块、视频处理模块、高清处理模块、显示处理模块、音频处理模块、超高分图像处理模块、IP视频处理模块、控制服务器及数据交换机构成，信号输入/输出均采用各自独立的信号处理器并行处理模式，从而保证整个系统的信号实时处理能力。每个输入、输出模块独立分开，通过网线接入中心交换机，对数据进行交互传输。

    分布式网络架构的核心是一套先进的视频编解码技术，通过各种输入模块，将采集到DVI、VGA、HD、CVBS、3G-SDI等信号进行处理并编码，通过专业的网络传输通讯协议将编码后的视频音频流经中心交换机传输至输出模块解码，并转化为DVI数字信号输出到现实终端。

    输出模块的不同性成为了该构架应用的关键，一种办法是通过网络直接发送同步码，实现多台输出模块的同步输出，但由于网络传输误码率的存在，这种方式运行一段时间后还是会出现输出不同步现象。另一种办法就是勇敢SYNC接口将多台输出模块进行物理连接，就是所谓的外同步线缆，选择一台输出模块作为主机，主动发送同步码向其他输出模块，从而使得所有的输出模块同时接收到同步信号，实现真正的帧同步输出，确保现实图像完整；在信号输入模块方向上采用帧堆栈的技术方式，使得前端信号传输至输出模块时候达到同步一致，两个方向上一起应用，最终使得显示屏拼接处无撕裂，完美同步完美显示。

    除了以上优点，分布式网络构架的处理系统还具备超强的信号处理能力，可实现所有信号源的接入管理、上屏显示，任一信号源可实现在大屏幕墙以任意大小在任意位置进行开窗，可实现窗口的任意漫游、叠加显示。同时支持海量IPC信号直接接入上屏，比如Voury卓华光电的分布式处理系统就可实现标准格式IP Camera的接入和处理显示，不需要额外配置解码器等设备，支持CIF、D1、720P、1080i、1080P等各种类型IP摄像机，支持多路IP Camera视频窗口任意大小、任意位置、任意叠加方式实时显示；新型IP Camera可在一天内实现接入支持，支持矩阵输入输出切换，单台服务器支持256路IPC输出上屏，所有画面窗口可任意排布，随意移动、叠加显示。同时分布式处理系统还支持超高分辨率图像处理上屏，Voury卓华光电分布式处理系统就可以支持超高分辨率动态图像实时处理显示，最大图像分辨率支持102400×10800，一对一像素显示，可实现地理信息系统（GIS）、卫星定位系统（GPS）、电力监控系统（SCADA）、行车调度系统（SIG）等专业应用的超高分辨率动态图像信号在拼接墙上完整、实时显示，可支持多个超高分辨率图像同时显示与窗口叠加。并以集成国内外多家中控设备的支持，可使用无线中控、无线手持触摸设备等对系统进行拼接管理、视窗管理、预案调度、矩阵设备管理、本地回显等功能操作；基于网络的网络分布式处理器控制系统，接入模块数量不再受限，可支持任意规模的拼接墙设置与管理，各种类型的信号源可被任意添加、控制，具备超强的系统扩展能力。网络分布式处理器控制系统通过更加成熟的音视频编解码算法实现极低的码流处理与传输，在2M的家用网络内可实现视频、电脑RGB信号的传输与解码显示，在商用10M的网络内，可实现高清视频全球化Internet传输与显示，真正意义上实现大屏幕拼接控制领域的网络化、远程化与多地联动解决方案。特别要注意的亮点是，网络分布式架构处理系统所适配的控制软件不仅仅支持C/S架构，同时支持B/S架构，比如Voury卓华光电的网络分布式处理系统控制终端可以是网络上任意一台pc，只要通过IE浏览器就可对大屏幕进行控制管理，使得整个网络分布式控制系统具备更加便利多样的控制管理能力。

    目前分布式网络构架拼接系统的应用越来越多，由于之前所诉有点，便于整个建筑里的综合布线和不同区域的多个显示终端集中管理，配合先进的可视化软件的帮助，向用户提供了更加人性化、可视化、综合化的服务，分布式网络图像处理系统必将越来越多的得到用户的认可和应用。

    四、混合架构：

    所谓混合架构，一般至以上PCI-E总线架构、嵌入式纯硬件架构、分布式网络架构三种拼接技术之中两种或两种以上相结合的拼接器或拼接系统。

    举个例子：PCI总线+硬件背板总线架构就是PCI总线架构和纯硬件嵌入式架构的拼合，它的系统控制和图像处理分别独立实现。PCI总线负责系统控制，并在后台运行操作系统；硬件背板总线负责食品信号图像处理。

    通过混合构架，可以综合应用，取长补短，极大的增加了系统的稳定性，但在信号处理性能、系统稳定性和可靠性有待提高，总的来说在拼接器的领域里，混合构架拼接器在成本和性能上做了结合和权衡，赢得了一席之地。

    结束语：

    图像拼接器与大屏幕显示单元、大屏幕控制软件组成了大屏幕显示系统的核心部分，只有性能卓越的图像拼接器只能保证前端信号完美处理，要获得最终完美的上屏显示效果，选用与之兼容的大屏幕控制软件和显示单元不可不考虑，这就要求不仅仅是图像处理器，大屏幕显示单元和大屏幕控制软件需要采用同一品牌，并全部采用针对性兼容衔接设计，在保证系统兼容性同时提供可靠安全保障。显示单元、图像控制器和控制软件作为整套大屏幕系统的核心部分，如果采用不同厂家产品进行集成，很可能会产生技术兼容性问题，影响很多重要功能的实现，降低系统的可靠性和使用效率；另一方面因涉及到多个厂商，很可能出现售后维护时影响故障诊断和备品备件的及时供应等问题，同时可能对系统的升级无法保持一致，降低系统的扩展性。