分布式拼接處理器技術(shù)全解析

　　當前，大屏拼接產(chǎn)品的應用市場(chǎng)越來(lái)越廣泛。在這種態(tài)勢下，大屏幕系統的核心——拼接控制系統，也伴隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和用戶(hù)需求的不斷提高，從早期的基于工業(yè)PC架構的傳統集中式控制器，逐步發(fā)展到現在流行的分布式拼接控制系統。

　　與前兩代產(chǎn)品相比，分布式架構控制系統最大的特點(diǎn)是將圖像采集、圖像傳輸和圖像顯示都通過(guò)數字化網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)。使用網(wǎng)絡(luò )作為大屏幕信號傳輸載體，結構上允許輸入、輸出節點(diǎn)在地理上分散開(kāi)來(lái)，具備極大地的靈活性和擴展性。分布式架構的系統具備圖像信號多點(diǎn)共享，網(wǎng)絡(luò )化圖像接入/輸出，移動(dòng)終端預覽控制等功能。

　　因為其物理結構的分散，分布式處理器產(chǎn)品的推出使工程的靈活性有了質(zhì)的飛越，既可以運用在小規模項目快速搭建整套系統，并使其擁有可升級擴展的能力，也可以直接應用在大規模復雜工程中，降低工程難度，豐富功能特點(diǎn)。甚至可以將一個(gè)復雜工程拆分為多期分段施工，從而解決了施工中的經(jīng)費問(wèn)題。

　　什么是分布式拼接控制器

　　分布式圖像拼接控制器使用TCP/IP網(wǎng)絡(luò )作為大屏幕信號傳輸載體，結構上允許輸入、輸出節點(diǎn)在地理上分散開(kāi)來(lái)，具備極大地靈活性和擴展性。

　　分布式圖像拼接控制器采集端，采用實(shí)時(shí)影像數字采集技術(shù)，把各種視頻信號源(DVI/VGA信號，復合視頻信號，HDMI/SDI/YC 高清視頻等)變成統一的數字視頻信息。然后進(jìn)行高質(zhì)量的有損或者無(wú)損壓縮編碼，將視頻信息打包成能夠在以太網(wǎng)上傳輸的IP碼流。分布式控制器顯示端由一個(gè)個(gè)分離的解碼器組成，解碼器接收各種信號碼流并實(shí)時(shí)解碼，實(shí)現復雜的圖像層疊縮放顯示效果。分布式拼接系統具備圖像信號多點(diǎn)共享，網(wǎng)絡(luò )化圖像接入/輸出，移動(dòng)終端預覽控制等功能。

　　作為對比的集中式處理器，采用了FPGA加矩陣交換芯片的技術(shù)結構，所有輸入輸出信號以及數據交換，都必須在一個(gè)機箱里面完成。集中式處理器系統規模固定，多用于單一大屏、信號規模固定、簡(jiǎn)單顯示疊加的應用場(chǎng)合。集中式處理器的核心在于各廠(chǎng)家自行設計制造的高速差分交換底板，該底板對于整個(gè)處理器的信號完整性、穩定性至關(guān)重要，往往一點(diǎn)故障就會(huì )導致系統整體崩潰

　　分布式圖像拼接控制器由一個(gè)個(gè)獨立的功能模塊構成：圖像采集節點(diǎn)盒、交換機、圖像顯示節點(diǎn)盒、控制服務(wù)器及界面軟體。每個(gè)節點(diǎn)盒對應一至二路圖像信息，例如某大屏拼接應用中，有3×5規模DLP 箱體輸出， 6路DVI信號輸入，10路Video信號輸入。該項目對應的設備清單是： 15個(gè)DVI輸出節點(diǎn)盒， 6個(gè)DVI輸入節點(diǎn)盒，5個(gè)雙路視頻輸入節點(diǎn)盒，一個(gè)48口千兆交換機。(如圖3)系統規模如果在前期設計或者實(shí)際使用中發(fā)生調整，只需要簡(jiǎn)單地增加或者更換某些節點(diǎn)盒即可，具備極大的整體靈活性和穩定性。

　　適合分布式圖像拼接控制器應用的領(lǐng)域通常具有以下特點(diǎn)：

　　(1)拼接顯示屏規模龐大。隨著(zhù)社會(huì )信息化的發(fā)展，人們需要更大的顯示墻綜合顯示多種多樣的信息，通常都在 24面屏以上，有的大系統可能是由多組屏幕和眾多單屏信號聯(lián)動(dòng)組成，總數高達幾百面屏。分布式圖像拼接控制器采用物理分布架構，每個(gè)處理器單獨處理自己的信號，無(wú)論有多少信號需要顯示，相互之間沒(méi)有任何影響，從而能夠支撐超大規模的拼接顯示屏系統。傳統的集中式控制器則受限于插槽數目、處理能力、總線(xiàn)帶寬等因素，難以支撐大規模的拼接顯示墻。

　　(2)需要顯示的信號數量多。目前的大屏幕顯示系統中，通常需要同時(shí)顯示幾十路RGB信號，幾十路甚至上百路的視頻信號。在分布式圖像拼接控制器中，每路信號由一個(gè)單獨的處理器進(jìn)行處理，確保信號能夠被實(shí)時(shí)處理。在傳統的集中式控制器中，多路信號處理需要搶占CPU資源和系統總線(xiàn)帶寬，因此難以應對多路RGB/視頻等信號的同時(shí)處理。

　　(3)需要高性能與高可靠度。大屏幕顯示墻主要應用于涉及國計民生的國家重點(diǎn)行業(yè)，大屏系統擔負著(zhù)調度指揮、安全防范、事故預警和處理等重要職責，因此需要所有信號能夠實(shí)時(shí)顯示，系統安全可靠，能夠7×24小時(shí)連續運行。優(yōu)秀的分布式圖像拼接控制器采用高性能DSP或FPGA作為影像處理平臺，實(shí)現了實(shí)時(shí)影像處理和顯示。系統具有高性能、高可靠度、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，比較適合對安全性和可靠性要求高的領(lǐng)域。

　　(4)漸進(jìn)擴充式大屏應用?，F實(shí)的大屏工程中，越來(lái)越多的應用方要求大屏項目采用漸進(jìn)式、分步驟的方式實(shí)施。例如，某大樓整體音視頻工程，一期實(shí)施指揮中心一個(gè)規模為5×10的DLP 大屏，二期實(shí)施兩個(gè)會(huì )議室規模為3×5的液晶拼墻，三期實(shí)施到中心大樓的聯(lián)動(dòng)交互。三期工程要求信息共享，實(shí)時(shí)互動(dòng)。對于這種應用方式，首先要求大屏拼接控制系統支持物理上分離布局，然后支持系統規模靈活擴充。網(wǎng)絡(luò )分布式拼接控制器在這種應用中體現了集中式無(wú)法比擬的優(yōu)勢，對項目的分階段實(shí)施，項目款項的合理使用至關(guān)重要。

　　分布式拼接控制器產(chǎn)生的歷史背景

　　在大屏幕拼接系統中，拼接控制器的優(yōu)劣直接決定著(zhù)整個(gè)大屏幕顯示系統效果的好與壞，也決定了整套顯示系統的功能，隨著(zhù)大屏幕拼接墻應用的更為廣泛，拼接技術(shù)也在不斷地發(fā)展。

　　90年代出現的第一代為PCI工控機架構，第二代為 2000年出現的FPGA純硬件式架構，以及最新出現的第三代分布式架構，每一代控制器都有著(zhù)自己的特點(diǎn)。

　　第一代，第二代控制器其核心技術(shù)都是基于底板交換技術(shù)，都是集中式的控制器，都有很多難以克服的缺點(diǎn)。

　　集中式控制器遇到的問(wèn)題：

　　1.所有輸入輸出信號都集中連到控制器上，各種DVI ，RGB線(xiàn)纜連接到控制器，傳輸距離受限，布線(xiàn)困難。

　　2. 硬件系統交換帶寬有限，無(wú)法滿(mǎn)足特大規模信號管理。

　　3. 系統升級困難，硬件規模一旦選定，其系統容量確定，就無(wú)法提升。

　　4. 無(wú)法實(shí)現多顯示墻信號共享，實(shí)現多屏聯(lián)動(dòng)。

　　5. 維修成本高，系統故障需更換板卡或整機。

　　隨著(zhù)信息化，網(wǎng)絡(luò )化的不斷發(fā)展，大屏幕拼接系統迫切需要新的技術(shù)的出現。第三代分布式拼接控制器正是在這種環(huán)境下產(chǎn)生的。

　　分布式圖像拼接控制器是基于改進(jìn)傳統集中式處理器的缺點(diǎn)，及新的市場(chǎng)應用發(fā)展趨勢而出現的一種新的拼接處理器。

　　第三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(chǎn)品。通過(guò)對視頻、電腦信號的全數字化獲取，采用網(wǎng)絡(luò )傳輸，對信號源進(jìn)行集中顯示。突破了傳統靠硬件模擬采集卡對采集路數和顯示路數的限制，具有同時(shí)顯示信號數量高，窗口操作靈活的特點(diǎn)。

　　近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò )帶寬的提升為高品質(zhì)視頻信號流網(wǎng)絡(luò )化傳輸提供了保障;而視頻編碼技術(shù)的發(fā)展則可在保證畫(huà)面質(zhì)量的前提下把視頻信號的數據量壓縮幾倍到幾十倍。大大降低對信號網(wǎng)絡(luò )傳輸帶寬的要求。

　　網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)、以及視頻編碼技術(shù)的共同發(fā)展顯著(zhù)提高了分布式拼接控制器信號的展示質(zhì)量以及展示的實(shí)時(shí)性。讓信號源的接入、傳輸、展示、調節等將變得更加智能化、高效化、網(wǎng)絡(luò )化、實(shí)時(shí)化。

　　另外，由于分布式拼接控制器系統采用模塊化架構，全網(wǎng)絡(luò )化的智能管理：不再受限于空間，擴展能力大幅增強。每個(gè)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。

　　分布式拼接控制器優(yōu)點(diǎn)：

　　1.信號輸入與輸出沒(méi)有數量限制，可以無(wú)限擴展;

　　2.模塊化設計，即插即配，自動(dòng)識別使用系統中交換機上增加減少的節點(diǎn);

　　3.支持多顯示墻，實(shí)現多屏信號共享，多屏聯(lián)動(dòng)，多屏內容相互瀏覽;

　　4.方便支持大批量IP流監控攝像信號的接入;

　　5.網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)，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。

　　下一節，我們將為你詳細介紹分布式拼接控制器的優(yōu)點(diǎn)。

　　為什么使用分布式拼接控制器

　　分布式圖像拼接控制器具有眾多優(yōu)點(diǎn)。

　　首先，分布式架構，組網(wǎng)靈活。

　　分布式圖像拼接控制器的組成部分：采集節點(diǎn)盒、交換機、顯示節點(diǎn)盒、控制服務(wù)器及界面軟體，幾大部件都可以實(shí)現物理上分離布局。滿(mǎn)足了越來(lái)越多的智能信息化大樓的綜合實(shí)施及管理要求。

　　例如，三個(gè)會(huì )議室，有一個(gè)主會(huì )場(chǎng)，兩個(gè)分會(huì )場(chǎng)，都有顯示大屏，位置分開(kāi)，距離數百米。其中主會(huì )場(chǎng)采用3×8的DLP大屏，兩個(gè)分會(huì )場(chǎng)采用兩個(gè)1×3的投影融合。三個(gè)會(huì )場(chǎng)要求既可以分開(kāi)獨立應用，又可以同步會(huì )議，分享內容，如圖8。這個(gè)案例，三個(gè)獨立的顯示墻模塊，要求互相調度視頻數據。三組大屏各自使用自己的交換機， 獨立構建自己的現場(chǎng)輸入輸出節點(diǎn)結構。兩個(gè)分會(huì )場(chǎng)交換機分別使用一根萬(wàn)兆光纖，經(jīng)過(guò)小于 1000米布線(xiàn)，連接到主會(huì )場(chǎng)交換機?？梢灾С肿疃嗖怀^(guò)10G的視頻數據共享帶寬。

　　其二，網(wǎng)絡(luò )是分布式拼接控制器的基石。如圖9，如今是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，海量的信息通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)終端(手機、PAD)進(jìn)行交互。作為誕生自網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的分布式控制器，天生具備海量網(wǎng)絡(luò )信息接入能力，幾乎所有的信息設備都有網(wǎng)絡(luò )接口，無(wú)論是大型主機、用戶(hù)電腦、手持移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端、IP攝像頭、NVR存儲設備、網(wǎng)絡(luò )管理設備，都可以方便的接入到分布式拼接平臺。另外，多數分布式處理器為用戶(hù)提供了包括無(wú)線(xiàn)預覽、觸屏控制、多用戶(hù)接入、多區域大屏管理等多種多樣的交互體驗。

　　其三，圖像數據的網(wǎng)絡(luò )化帶來(lái)了眾多實(shí)惠。

　　網(wǎng)線(xiàn)代替了VGA、DVI、視頻屏蔽線(xiàn)，施工、費用、抗射頻干擾、穩定性、輕量維護……，優(yōu)點(diǎn)多多。

　　網(wǎng)絡(luò )分布式處理器同時(shí)具備網(wǎng)絡(luò )矩陣功能，輕松實(shí)現分布的雙向信號分享能力。

　　IP攝像頭無(wú)需解碼器，直接接入大屏顯示。

　　模塊化結構，故障便于控制，也方便排查。

　　網(wǎng)絡(luò )化系統良好的擴展性、可維護性。

　　大項目風(fēng)險可控，不會(huì )出現規模困難癥。

　　同步回顯、錄播、網(wǎng)絡(luò )抓屏、超清底圖、虛擬桌面、單屏64圖層、信號組播無(wú)限復制……

　　其四，分布式拼接處理器可以實(shí)現高清虛擬桌面上屏。

　　分布式控制器的網(wǎng)絡(luò )接口，完美地結合了虛擬桌面技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )發(fā)包加網(wǎng)絡(luò )拼接顯示技術(shù)。使用一臺筆記本，就可以實(shí)現256個(gè) 1080p畫(huà)面的顯示。對于不要求動(dòng)態(tài)顯示的超大畫(huà)面圖片顯示應用，分布式控制器是最優(yōu)的顯示方案。

　　通過(guò)普通的電腦千兆網(wǎng)口，安裝一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò )顯卡驅動(dòng)，則可以將電腦中的超大分辨率圖像輕松送到大屏幕上，實(shí)現點(diǎn)到點(diǎn)的超清畫(huà)面震撼顯示。并可以靈活配置分辨率，直接與第三方高清圖像數據軟件對接，例如地理信息系統(GIS)、衛星定位系統(GPS)、電力監控系統(SCADA)、行車(chē)調度信號系統(SIG)等。也可顯示各種矢量圖形系統，如 Cadence畫(huà)圖、AutoCAD制圖、UG/ProE制圖、3Dmax等。相對傳統控制器的圖像采集卡的方式，基于分布式處理的高清底圖軟件表現出強大的靈活性、穩定性和經(jīng)濟性。

　　其五，分布式拼接處理器支持多模式圖像預覽功能。

　　傳統大屏控制器通常不具備節點(diǎn)信息預覽回顯功能，用戶(hù)在信號列表里面只看到一列數字符號和框圖，不能直觀(guān)地觀(guān)察到希望上屏顯示的實(shí)時(shí)內容。

　　對于一些重要應用場(chǎng)合，需要預先知道信號內容，才能發(fā)布到會(huì )議大廳的大屏幕上。已經(jīng)多次發(fā)生過(guò)把錯誤的、不合適的視頻信號發(fā)布到公開(kāi)場(chǎng)合大屏幕進(jìn)行顯示的事故。這與傳統處理器缺乏預覽控制能力，有著(zhù)直接關(guān)聯(lián)。

　　一般分布式處理器可支持多種模式的信號預覽回顯：

　　A:使用硬件節點(diǎn)，可以在一個(gè)單屏上實(shí)時(shí)回顯任意一路或者多路組合的信號內容。

　　B:使用軟件預覽，可以在PC、無(wú)線(xiàn)平板、智能手機上回顯任意一路或者多路組合的信號內容。支持多用戶(hù)分權限預覽，支持Web 模式廣域網(wǎng)信號預覽。

　　C:使用自采集雙碼流節點(diǎn)，在信號采集端，用戶(hù)可以硬件實(shí)時(shí)回顯任意一路或者多路組合的信號內容。

　　其六，分布式意味著(zhù)高穩定性，高可靠度

　　硬件分布式拼接處理器意味著(zhù)穩定可靠。純硬件 FPGA核心，無(wú)CPU，無(wú)操作系統;

　　模塊化功能設計，算法復雜度與載荷分布均衡;

　　全鋁外殼設計，5V供電，低功耗，可靠散熱，工業(yè)化結構設計，長(cháng)久保固;

　　即插即用，自動(dòng)識別，主動(dòng)偵錯，維護簡(jiǎn)便。

　　分布式拼接控制器與其他類(lèi)型處理器對比分析

　　如果從數據處理角度來(lái)看，PC架構的集中式采用的方法是分散采集(通過(guò)采集卡采集到內存)，分散顯示(從內存到顯卡)， CPU集中計算(當然，這種架構也在發(fā)展，目前開(kāi)始出現了CPU只負責調度，由PCI-E Switch芯片轉發(fā)數據包，由顯卡計算這種方式)。由CPU來(lái)集中處理的方式也就決定了PC架構的不穩定性，以及拼接路數的限制。

　　PC架構的處理器平均功耗很高，主要原因是在PC上運行，功耗的百分之九十可以叫做靜態(tài)功耗，被操作系統等軟件消耗掉。

　　集中式硬件架構其實(shí)是分散化實(shí)現數據處理的，它的圖像處理在輸出板卡完成，交換背板只負責數據分發(fā)。由于交換背板是各個(gè)廠(chǎng)家自行設計的，每路帶寬可以達到幾G帶寬，但是交換背板的芯片是一種叫做高速串行總線(xiàn)交換開(kāi)關(guān)的芯片，只能通過(guò)配置內部寄存器，作點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，這樣帶來(lái)的一個(gè)結果就是無(wú)法進(jìn)行圖像分割，傳輸帶寬是顯示帶寬的好幾倍，所以一般而言，純硬件集中式單屏開(kāi)窗能力只能做到4路。同樣的道理，交換芯片無(wú)法將采集內容數據化，也就不支持圖像直接進(jìn)入計算機預覽的能力，所以純硬件集中式處理的信號預覽只能通過(guò)插入額外的預覽卡，將圖像轉換成網(wǎng)絡(luò )數據包。當然，這樣做的好處是不需要做復雜的幀存控制，可以達到很低的延遲。

　　分布式，尤其是嵌入式CPU分布式，利用嵌入式CPU 的解碼能力和內嵌Linux操作的便利性，能夠很方便的進(jìn)行基于H.264碼流的傳輸，做一些靈活的大屏控制。由于H.264碼流無(wú)法進(jìn)行圖像切割，存在著(zhù)計算帶寬是顯示帶寬的好幾倍的問(wèn)題。這在做跨屏漫游時(shí)很容易突破計算能力而導致畫(huà)面停頓。H.264碼流還存在參考幀和關(guān)鍵幀的區別，每一幅畫(huà)面的解碼都依賴(lài)于前幾幅(可到15幅)畫(huà)面。所以延遲較大。

　　純硬件分布式由于可以作畫(huà)面分割，完全按照所需帶寬傳輸，所以可以實(shí)現單屏64路信號。純硬件分布式?jīng)]有依賴(lài)于第三方廠(chǎng)家的圖像處理引擎(嵌入式CPU方式的圖像處理引擎由芯片廠(chǎng)家提供)，只能自主開(kāi)發(fā)，由于通用圖像處理引擎過(guò)于復雜，一般自主開(kāi)發(fā)時(shí)會(huì )針對大屏應用舍棄許多不需要的功能，而對大屏應用需要的部分作強化，所以能夠實(shí)現低功耗高性能。

　　分布式拼接控制系統的組成

　　網(wǎng)絡(luò )分布式拼接系統與之前兩代系統的最大差異就在于它的系統構成上，整個(gè)系統在物理結構上進(jìn)行分散配置，這樣看似好像增加了系統的復雜程度，但其實(shí)大大增強了系統的靈活性和可操作性。

　　網(wǎng)絡(luò )分布式拼接系統采用網(wǎng)絡(luò )星型拓撲模式構建系統，如下圖所示：

　　在星型拓撲結構中，網(wǎng)絡(luò )中的各節點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的方式連接到一個(gè)中央節點(diǎn)(又稱(chēng)中央轉接站，一般是集線(xiàn)器或交換機)上，由該中央節點(diǎn)向目的節點(diǎn)傳送信息。中央節點(diǎn)執行集中式通信控制策略，因此中央節點(diǎn)相當復雜，其負擔比各節點(diǎn)重得多。在星型網(wǎng)中任何兩個(gè)節點(diǎn)要進(jìn)行通信都必須經(jīng)過(guò)中央節點(diǎn)控制。

　　分布式拼接控制系統通常由以下四個(gè)部分組成：

　　1、信號源輸入處理節點(diǎn)：其負責采集各種接口方式的信號并進(jìn)行信號預處理，然后進(jìn)行數據編碼生成在以太網(wǎng)上傳輸的IP碼流;

　　2、顯示輸出處理節點(diǎn)：其進(jìn)行數據解碼和圖像最終顯示效果的處理;

　　3、以太網(wǎng)交換機：它是整套系統的中心，起數據交互作用;

　　4、控制管理軟件，用戶(hù)通過(guò)安裝在控制服務(wù)器上的控制管理軟件對各個(gè)處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和管理;

　　具體系統結構如下圖所示：

　　網(wǎng)絡(luò )分布式拼接系統，顧名思義，全套系統以網(wǎng)絡(luò )模式分布。我們先看圖中央，為一個(gè)通用全千兆網(wǎng)絡(luò )交換機，它是整套系統的中心，它只起到數據交互的作用，不做任何數據處理。作為整套系統的中心，使用的是最為穩定的工業(yè)交換機，也可以說(shuō)明這個(gè)系統方案的穩定性。

　　然后就是紅色區域的采集節點(diǎn)，其作用是采集各種接口方式的圖像信號，然后進(jìn)行圖像預處理和數據編碼工作。每個(gè)節點(diǎn)相對獨立，只負責自己所采集到的一路信號的計算工作。增加或者減少節點(diǎn)不會(huì )影響其他節點(diǎn)工作。節點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )交換機相連。

　　最上方的藍色區域為輸出部分，每一塊單屏對應一個(gè)輸出節點(diǎn)，由DVI或HDMI等視頻數據線(xiàn)相連，一組拼接屏包含多少個(gè)單屏就需要多少個(gè)輸出節點(diǎn)。輸出節點(diǎn)的作用是進(jìn)行數據解碼和圖像最終顯示效果的處理。同一個(gè)系統可以包含多個(gè)不同地點(diǎn)的拼接屏。增加或者減少節點(diǎn)不會(huì )影響其他節點(diǎn)工作。節點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )交換機相連。

　　另外，系統還需要一臺控制服務(wù)器，向系統中各個(gè)輸入或者輸出節點(diǎn)發(fā)布拼接命令，命令發(fā)布后在各節點(diǎn)中保存，工作時(shí)可以不再與控制服務(wù)器應答?？刂品?wù)器由一條網(wǎng)線(xiàn)與網(wǎng)絡(luò )交換機相連，所有命令由IP地址指向。在不需要頻繁發(fā)布控制策略的應用場(chǎng)合，系統可以脫離控制服務(wù)器連續運行，實(shí)現分布式全硬件穩定運行。

　　根據行業(yè)要求，在系統中還可以加入一些輔助設備，例如網(wǎng)絡(luò )硬盤(pán)錄像機NVR進(jìn)行全屏錄像，高清底圖服務(wù)器可以在屏幕上加載地理信息軟件GIS，預覽及回顯服務(wù)器可以使用戶(hù)在控制終端上預覽未上屏的視頻源圖像和回看大屏上已有視頻的擺放效果。

　　分布式拼接控制器的分類(lèi)及其技術(shù)原理

　　從系統架構看，目前市場(chǎng)上存在的分布式處理器主要有四種類(lèi)別，分別是純硬件，嵌入式CPU，純硬件混合式，PC架構。下面一一剖析：

　　一、純硬件

　　系統由三部分構成，采集節點(diǎn)，交換機，輸出節點(diǎn)

　　采集節點(diǎn)負責圖像采集，然后將圖像分解成網(wǎng)絡(luò )數據包，通過(guò)交換機發(fā)送到輸出節點(diǎn)，輸出節點(diǎn)再將數據包混合為圖像，在輸出端進(jìn)行圖像處理和顯示。

　　純硬件的特點(diǎn)是把采集到的內容當做圖像數據包，而不是視頻流來(lái)傳輸。以圖像區域元為傳輸單元，為圖像的切割，分發(fā)，幀存控制提供了高效的基礎。切割和分發(fā)是為了滿(mǎn)足帶寬需要而設的，秉承量入為出的設計宗旨，需要多少傳輸多少，圖像疊加后被遮蓋的區域不傳，重復的區域不傳。

　　這樣帶來(lái)的一個(gè)好處就是傳輸要求的帶寬不需要根據疊加區域和重復區域而增加，無(wú)論怎么拼接和疊加都可以滿(mǎn)足帶寬要求。得利于基于圖像的傳輸方式，幀存控制變得更加容易，能夠保證整屏同步，低延遲。

　　純硬件處理器使用的核心器件是大規?？删幊屉娐?FPGA)。FPGA的特點(diǎn)是沒(méi)有CPU，不存在程序跑飛，死機的問(wèn)題。即使環(huán)境電源出現故障，FPGA失效后也能快速恢復。

　　純硬件的弱點(diǎn)就是不能解碼網(wǎng)絡(luò )攝像頭和圖像的遠程傳輸(由于傳輸無(wú)損圖像，導致帶寬很高，無(wú)法通過(guò)公網(wǎng)傳輸)。

　　二、嵌入式CPU

　　系統由三部分構成，采集節點(diǎn)，交換機，輸出節點(diǎn)

　　采集節點(diǎn)負責圖像采集，然后將圖像壓縮成視頻壓縮流，通過(guò)交換機發(fā)送到輸出節點(diǎn)，輸出節點(diǎn)再將壓縮碼流解壓成視頻，在輸出端進(jìn)行圖像處理和顯示。

　　嵌入式CPU方案一般來(lái)說(shuō)都是采用ARM+編解碼模塊的方式完成，ARM上面運行Linux操作系統負責事務(wù)管理，圖像的縮放，網(wǎng)絡(luò )連接，編解碼模塊負責圖像的壓縮和解壓。另一種方式是ARM+DSP的方案，和 ARM+編解碼模塊類(lèi)似，由DSP完成編解碼，所不同的是DSP能夠自定義壓縮算法，更加靈活。

　　由于采用H.264編解碼的方式，最大的優(yōu)點(diǎn)是天生具備網(wǎng)絡(luò )攝像頭解碼，和圖像遠程傳輸(通過(guò)公網(wǎng)傳輸)。同時(shí)，該結構也帶來(lái)了其它問(wèn)題，壓縮后圖像質(zhì)量不佳，把圖像當作視頻流傳輸后，只能對視頻進(jìn)行完整的處理，不能做類(lèi)似于純硬件方式的切割傳輸，當單屏解碼多路時(shí)，導致圖像卡頓，整屏同步性不佳，延遲較大。

　　此外，由于使用了CPU，也就存在死機的風(fēng)險。雖然能夠通過(guò)添加看門(mén)狗自動(dòng)復位，但是由于操作系統的啟動(dòng)時(shí)間在20秒到30秒之間，這個(gè)過(guò)程顯示屏存在黑屏和花屏的問(wèn)題。

　　三、純硬件混合式

　　該方案其實(shí)就是純硬件和嵌入式CPU的結合。純硬件部分負責拼接，嵌入式部分負責網(wǎng)絡(luò )解碼和遠程傳輸。該方案帶來(lái)的好處是既能保證本地視頻(采集本地的VGA，DVI，視頻)高質(zhì)量，完全無(wú)損、低延遲，又能實(shí)現解碼網(wǎng)絡(luò )攝像頭和遠程傳輸。

　　由于采用混合結構，當嵌入式CPU部分死機復位時(shí)，純硬件部分能夠將圖像凍結保存，不會(huì )出現花屏和黑屏現象。

　　該方案最大程度的結合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，又彌補了兩者的弱點(diǎn)，出現1+1>2的現象，這種混合結構是純硬件和嵌入式CPU兩大陣營(yíng)的發(fā)展目標，預計未來(lái)幾年內將會(huì )是分布式處理器的主流。

　　四、PC架構

　　PC架構由輸入節點(diǎn)機和輸出節點(diǎn)機以及交換機組成。輸入節點(diǎn)機是由一臺工控機，采集卡和壓縮軟件組成。輸出節點(diǎn)機由工控機，顯卡和解壓縮軟件組成。

　　輸入節點(diǎn)機通過(guò)采集卡采集圖像，計算機將其壓縮成H.264碼流送入交換機，輸出節點(diǎn)機將碼流解壓縮，后處理，最后經(jīng)顯卡顯示。

　　該方案出現在10年前，由網(wǎng)絡(luò )抓屏發(fā)展而來(lái)，不過(guò)受計算機性能的限制，一個(gè)輸入或者一個(gè)輸出就需要一臺電腦，導致成本居高，穩定性不佳。近幾年由于PC性能提升，顯卡加速的原因，圖像的效果不錯，在一些展覽展示項目有一席之地，但是受到PC架構本身的影響，導致穩定性有所下降，不太適合7×24小時(shí)開(kāi)機使用。

　　分布式拼接處理器器主要適用于哪些領(lǐng)域？

　　分布式拼接處理器非常適合應用到大規模的DLP/LCD拼接顯示系統中，實(shí)現海量高性能的影像處理和大規模的信號顯示，包括鐵道指揮調度，公安，安防，煤炭，石化，電力，通訊，交通等行業(yè)。