分布式图像拼接控制器技术解析

本文主要介绍了DVCS控制系统及其他控制器所采用的不同技术及特点分析。

1. 什么是分布式图像拼接控制器？它由哪些部分组成？

分布式图像拼接控制器是以IP网络作为信号传输的通道，采用实时影像处理技术，把各种视频信号源（RGB信号，视频信号，高清视频，音频信号等）进行压缩编码，把数据打包成能够在以太网上传输的IP码流，显示端接收各种信号码流并实时解码，将IP码流信号还原成视频信号进行显示。

分布式图像拼接控制器通常由以下几个部分组成：

（1） 信号源输入处理器，能够将各种不同的视频信号（RGB信号，视频信号，高清信号，音频信号等）实时编码成能够在以太网上传输的IP码流；

（2） 显示输出处理器，能够接收各种不同的信号源IP流，并实时解码显示；

（3） 以太网交换机，根据IP地址把信号的IP码流转发给显示处理器；

（4） 控制管理软件，用户通过控制管理软件能够实时对各个处理器进行控制和设置；

2. 大屏拼接市场为什么会发展出分布式图像拼接控制器？

分布式图像拼接控制器的出现是数字信号处理芯片（DSP）技术、网络通讯技术、以及影像处理技术共同发展的结果。众所周知，IC芯片的发展一直遵循着摩尔定律快速成长。今天，人们已经能够生产出性能非常强大的数字信号处理DSP芯片（例如TI C6000系列， Freescale StarCore DSP）和大规模可编程逻辑芯片FPGA（Field－Programmable Gate Array）。利用DSP/FPGA强大的运算能力，人们可以实现对视频信号实时处理，包括图像增强，噪声滤除，图像缩放，De-interlacing，视频CODEC等。近十几年来，网络技术飞速发展。网络通讯带宽已经由早期的56Kbps，快速发展到10Mbps, 100Mbps，和1000Mbps带宽.目前10Gbps以太网技术也已经成熟，正在越来越多的被应用到高速数据通讯领域。网络带宽的提升，为高品质视频信号流网络化传输提供了保障。由于视频信号数据量非常庞大（一路1080p@30fps的全高清视频信号的原始数据流为949.2Mbps）,为了能够在网络上有效传输多路视频信号，则需要对视频信号进行编码，除去视频信号中的冗余信息，从而减少视频信号的数据带宽占用。视频编码技术经过近20年的发展，已经在技术上取得了巨大的进步，人们能够在保证画面质量的前提下把视频信号的数据量压缩几倍到几十倍。因此，分布式图像拼接控制器的出现是综合利用了高性能DSP/FPGA芯片技术、宽带网络通讯技术、和高性能视频编码技术等多项高科技发展成果，有着明显的时代背景。

3. 分布式图像拼接控制器主要适用于哪些领域？为什么？

分布式图像拼接控制器非常适合应用到大规模的DLP/LCD拼接显示系统中，实现海量高性能的影像处理和大规模的信号显示，包括铁道指挥调度，公安，安防，煤炭，石化，电力，通讯，交通等行业。

适合分布式图像拼接控制器应用的领域通常具有以下特点：

（1） 拼接显示屏规模庞大。随着社会信息化的发展，人们需要更大的显示墙综合显示多种多样的信息，通常都在24面屏以上，有的高达几百面屏. 真正的分布式图像拼接控制器采用分散式架构，每个处理器单独处理自己的信号，无论有多少信号需要显示，相互之间没有任何影响，从而能够支撑超大规模的拼接显示屏系统。传统的集中式控制器则受限于插槽数目、处理能力、总线带宽等因素，难以支撑大规模的拼接显示墙。

（2） 需要显示的信号数量多。目前的大屏幕显示系统中，通常需要同时显示几十路RGB信号，几十路甚至上百路的视频信号。在分布式图像拼接控制器中，每路信号由一个单独的处理器进行处理，确保信号能够被实时处理。在传统的集中式控制器中，多路信号处理需要抢占CPU资源和系统总线带宽，因此难以应对多路RGB/视频等信号的同时处理。

（3） 高性能与高可靠度。DLP拼接显示墙越来越多被用于关系到国计民生的国家重点行业，大屏系统担负着调度指挥、安全防范、事故预警和处理等重要职责，因此需要所有信号能够实时显示，系统安全可靠，能够7x24小时连续运行。优秀的分布式图像拼接控制器采用高性能DSP和FPGA作为影像处理平台，实现了实时影像处理和显示。嵌入式系统具有高性能、高可靠度、低功耗等优点，非常适合对安全性和可靠性要求高的领域。

4. 目前主流的分布式图像拼接控制器具有哪些基本特点？

目前在市场最主流的分布式图像拼接控制器是美国Jupiter公司的PixelNet和台达电子的DVCS。这两个公司的产品都具有以下特点：

（1）分布式架构，无论是前端的信号编码器，还是后端的影像显示处理器，相互独立。一个信号编码器只支持1个信号源，一个显示处理器只支持1个显示单元。

（2）网络化影像传输。所有的视频信号，包括RGB信号，视频信号，高清视频信号，音频信号等，均被编码为统一的码流格式，在以太网上传输。影像码流通过交换机，实现与显示处理器灵活连接。

（3）采用高性能DSP/FPGA实现实时影像处理，具有高性能、高可靠度、低功耗和体积小巧等优点。

（4）采用自主影像编码算法，实现对各种视频信号的全兼容和超低延迟影像显示。

5. 用户选用分布式图像拼接控制器需要注意哪些问题？

分布式图像拼接控制器是近2年才出现的新型大屏拼接控制器，用户在选购该类型产品的时候需要注意以下事项：

（1） 供应商的规模和研发能力。

分布式大屏控制器属于大屏控制器中的高端产品，技术复杂度非常高，只有实力雄厚的公司才能够开发出真正意义上的、具有高可靠度的产品。

（2） 产品的性能和功能

各厂家的分布式大屏控制器的功能和性能差异很大，使用条件也很不相同。因此用户需要事先做充分的比较和调研。下面是识别分布式图像拼接控制器优劣的几个主要指标：

. 是否采用嵌入式计算平台，只有采用嵌入式计算平台的产品才具有高可靠度和低功耗的优点。如果采用PC平台，利用软件实现影像处理，则处理性能有限，且功耗大，不稳定。

. 码流格式，是否为面向拼接显示系统设计的具有超低延迟的专用编码格式。目前有些厂商用H.264编解码器冒充分布式图像拼接控制器。针对这种产品用户可重点考察一下几个指标加以辨别：

a) 码流格式为专用格式还是H.264，显示延迟是多少;

主流的分布式图像拼接控制器都采用自主知识产权的超低延迟编码技术，显示延迟小于200毫秒。而H.264编解码器的延时在2-4秒。

b) 解码显示器能够同时处理多少路实时RGB/视频信号的显示；

主流的分布式图像拼接控制器的一个显示处理器至少可以处理9路以上的实时视频/RGB信号的显示。能够处理的信号越多，则表明该产品的性能约强大。

H.264解码器通常只能解1-2路实时视频信号，且难以实现任意大小和位置的显示。

c) 每路信号是否能够任意大小、任意位置、任意叠加；

真正的分布式图像拼接控制器可以支持所有信号以任意大小、任意位置、任意叠加的方式显示，不需要利用光机内置处理器的功能。

H.264编解码器产品不能实现信号的任意大小、任意位置、任意叠加的显示方式，通常还需要利用光机内置处理器的功能或集中式控制器来实现该显示模式。

d) 能够支持的显示屏规模是多少；

主流的分布式图像拼接控制器能够支持至少1000面屏以上的拼接显示墙。

H.264编解码器+集中式拼接控制器的组合难以支持大于64面屏的显示系统，且性能低下。

.  产品性能：

e) RGB处理器能够支持从800 x 600到1920 x 1200范围内所有VESA标准的分辨率，能够达到30帧/秒的处理能力。

f) 能够实时处理1080p高清视频信号。

g) 能处理音频信号，且音视频同步。

h) 一个显示处理器能同时处理不少于16路的实时视频/RGB，多个显示处理器之间画面同步。

i) 所有信号源的视窗可任意大小、任意位置、任意叠加。

. 管理软件功能完备丰富：

j) B/S架构管理软件，无需在用户计算机上安装任何软件，可通过浏览器对分布式大屏控制器进行控制；

k) 支持多路信号实时预览和大屏幕上所有视窗实时回显

l ) 支持信号源组播，实现在多个屏幕上同步实时播放

m) 支持触控屏控制

（3） 产品的稳定性

. 产品是否具有CCC/CE/UL等认证

. 产品的MTBF时间不少于50,000小时

（4）需要的网络资源

. 需要100M网络还是1000M网络

6. 市场上分布式图像拼接控制器技术解析：

目前市场上出现了一些所谓的“分布式图像拼接控制器”，前端采用M-JPEG2000或H.264视频压缩芯片，后端采用M-JPEG2000或H.264解码芯片对码流解码显示。这种产品从本质上来讲不是分布式图像拼接控制器，而是一个网络化视频信号传输产品，原因如下：

（1） 这种产品只能够实现一对一的信号传输与显示。由于后端采用M-JPEG2000或H.264 ASIC解码芯片（这些芯片是针对网络摄像机、机顶盒等应用设计的），无法实现将视频信号以任意大小、任意位置的方式显示在拼接墙上。通常的解决办法是在后端把M-JPEG2000解码卡或H.264解码卡插入一台集中式控制器，实现大屏幕图像的拼接控制。

（2） M-JPEG2000是一种基于静态图像压缩技术JPEG2000发展起来的图像序列压缩技术，可以生成序列化的运动图像。M-JPEG2000采用小波变换对图像进行压缩，计算复杂，适合静态图像的压缩编码，难以实现每秒30帧的高清视频压缩（能够实现实时JPEG2000高清图像压缩的设备非常昂贵）。适用于某些只需要保证持续监控，但对刷新率要求不高的产品，典型应用如数字硬盘录像机，医疗影像等。

（3） H.264编码算法是针对视频信号设计的，采用多个帧进行运动估计，其典型特点是：高压缩比和较大的影像编解码延迟，H.264视频编解码的时间通常在2-4秒。另一个问题是H.264 编码芯片通常不能很好支持各种计算机RGB信号的分辨率。