分布式拼接處理器技術全解析
來源:數字音視工程網 編輯:鐘詩倩 2017-06-14 14:20:44 加入收藏
當前,大屏拼接產品的應用市場越來越廣泛。在這種態(tài)勢下,大屏幕系統(tǒng)的核心——拼接控制系統(tǒng),也伴隨著技術的不斷進步和用戶需求的不斷提高,從早期的基于工業(yè)PC架構的傳統(tǒng)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(tǒng)。
與前兩代產品相比,分布式架構控制系統(tǒng)最大的特點是將圖像采集、圖像傳輸和圖像顯示都通過數字化網絡連接起來。使用網絡作為大屏幕信號傳輸載體,結構上允許輸入、輸出節(jié)點在地理上分散開來,具備極大地的靈活性和擴展性。分布式架構的系統(tǒng)具備圖像信號多點共享,網絡化圖像接入/輸出,移動終端預覽控制等功能。
因為其物理結構的分散,分布式處理器產品的推出使工程的靈活性有了質的飛越,既可以運用在小規(guī)模項目快速搭建整套系統(tǒng),并使其擁有可升級擴展的能力,也可以直接應用在大規(guī)模復雜工程中,降低工程難度,豐富功能特點。甚至可以將一個復雜工程拆分為多期分段施工,從而解決了施工中的經費問題。
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網絡作為大屏幕信號傳輸載體,結構上允許輸入、輸出節(jié)點在地理上分散開來,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,采用實時影像數字采集技術,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(tǒng)一的數字視頻信息。然后進行高質量的有損或者無損壓縮編碼,將視頻信息打包成能夠在以太網上傳輸的IP碼流。分布式控制器顯示端由一個個分離的解碼器組成,解碼器接收各種信號碼流并實時解碼,實現復雜的圖像層疊縮放顯示效果。分布式拼接系統(tǒng)具備圖像信號多點共享,網絡化圖像接入/輸出,移動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結構,所有輸入輸出信號以及數據交換,都必須在一個機箱里面完成。集中式處理器系統(tǒng)規(guī)模固定,多用于單一大屏、信號規(guī)模固定、簡單顯示疊加的應用場合。集中式處理器的核心在于各廠家自行設計制造的高速差分交換底板,該底板對于整個處理器的信號完整性、穩(wěn)定性至關重要,往往一點故障就會導致系統(tǒng)整體崩潰
分布式圖像拼接控制器由一個個獨立的功能模塊構成:圖像采集節(jié)點盒、交換機、圖像顯示節(jié)點盒、控制服務器及界面軟體。每個節(jié)點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(guī)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DVI輸出節(jié)點盒, 6個DVI輸入節(jié)點盒,5個雙路視頻輸入節(jié)點盒,一個48口千兆交換機。(如圖3)系統(tǒng)規(guī)模如果在前期設計或者實際使用中發(fā)生調整,只需要簡單地增加或者更換某些節(jié)點盒即可,具備極大的整體靈活性和穩(wěn)定性。
適合分布式圖像拼接控制器應用的領域通常具有以下特點:
(1)拼接顯示屏規(guī)模龐大。隨著社會信息化的發(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(tǒng)可能是由多組屏幕和眾多單屏信號聯動組成,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,每個處理器單獨處理自己的信號,無論有多少信號需要顯示,相互之間沒有任何影響,從而能夠支撐超大規(guī)模的拼接顯示屏系統(tǒng)。傳統(tǒng)的集中式控制器則受限于插槽數目、處理能力、總線帶寬等因素,難以支撐大規(guī)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(tǒng)中,通常需要同時顯示幾十路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,每路信號由一個單獨的處理器進行處理,確保信號能夠被實時處理。在傳統(tǒng)的集中式控制器中,多路信號處理需要搶占CPU資源和系統(tǒng)總線帶寬,因此難以應對多路RGB/視頻等信號的同時處理。
(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行業(yè),大屏系統(tǒng)擔負著調度指揮、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時顯示,系統(tǒng)安全可靠,能夠7×24小時連續(xù)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,實現了實時影像處理和顯示。系統(tǒng)具有高性能、高可靠度、低功耗等優(yōu)點,比較適合對安全性和可靠性要求高的領域。
(4)漸進擴充式大屏應用?,F實的大屏工程中,越來越多的應用方要求大屏項目采用漸進式、分步驟的方式實施。例如,某大樓整體音視頻工程,一期實施指揮中心一個規(guī)模為5×10的DLP 大屏,二期實施兩個會議室規(guī)模為3×5的液晶拼墻,三期實施到中心大樓的聯動交互。三期工程要求信息共享,實時互動。對于這種應用方式,首先要求大屏拼接控制系統(tǒng)支持物理上分離布局,然后支持系統(tǒng)規(guī)模靈活擴充。網絡分布式拼接控制器在這種應用中體現了集中式無法比擬的優(yōu)勢,對項目的分階段實施,項目款項的合理使用至關重要。
分布式拼接控制器產生的歷史背景
在大屏幕拼接系統(tǒng)中,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,隨著大屏幕拼接墻應用的更為廣泛,拼接技術也在不斷地發(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自己的特點。
第一代,第二代控制器其核心技術都是基于底板交換技術,都是集中式的控制器,都有很多難以克服的缺點。
集中式控制器遇到的問題:
1.所有輸入輸出信號都集中連到控制器上,各種DVI ,RGB線纜連接到控制器,傳輸距離受限,布線困難。
2. 硬件系統(tǒng)交換帶寬有限,無法滿足特大規(guī)模信號管理。
3. 系統(tǒng)升級困難,硬件規(guī)模一旦選定,其系統(tǒng)容量確定,就無法提升。
4. 無法實現多顯示墻信號共享,實現多屏聯動。
5. 維修成本高,系統(tǒng)故障需更換板卡或整機。
隨著信息化,網絡化的不斷發(fā)展,大屏幕拼接系統(tǒng)迫切需要新的技術的出現。第三代分布式拼接控制器正是在這種環(huán)境下產生的。
分布式圖像拼接控制器是基于改進傳統(tǒng)集中式處理器的缺點,及新的市場應用發(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)靠硬件模擬采集卡對采集路數和顯示路數的限制,具有同時顯示信號數量高,窗口操作靈活的特點。
近年來,網絡帶寬的提升為高品質視頻信號流網絡化傳輸提供了保障;而視頻編碼技術的發(fā)展則可在保證畫面質量的前提下把視頻信號的數據量壓縮幾倍到幾十倍。大大降低對信號網絡傳輸帶寬的要求。
網絡通訊技術、以及視頻編碼技術的共同發(fā)展顯著提高了分布式拼接控制器信號的展示質量以及展示的實時性。讓信號源的接入、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。
另外,由于分布式拼接控制器系統(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。
分布式拼接控制器優(yōu)點:
1.信號輸入與輸出沒有數量限制,可以無限擴展;
2.模塊化設計,即插即配,自動識別使用系統(tǒng)中交換機上增加減少的節(jié)點;
3.支持多顯示墻,實現多屏信號共享,多屏聯動,多屏內容相互瀏覽;
4.方便支持大批量IP流監(jiān)控攝像信號的接入;
5.網絡布線,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(jié),我們將為你詳細介紹分布式拼接控制器的優(yōu)點。
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。
首先,分布式架構,組網靈活。
分布式圖像拼接控制器的組成部分:采集節(jié)點盒、交換機、顯示節(jié)點盒、控制服務器及界面軟體,幾大部件都可以實現物理上分離布局。滿足了越來越多的智能信息化大樓的綜合實施及管理要求。
例如,三個會議室,有一個主會場,兩個分會場,都有顯示大屏,位置分開,距離數百米。其中主會場采用3×8的DLP大屏,兩個分會場采用兩個1×3的投影融合。三個會場要求既可以分開獨立應用,又可以同步會議,分享內容,如圖8。這個案例,三個獨立的顯示墻模塊,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輸入輸出節(jié)點結構。兩個分會場交換機分別使用一根萬兆光纖,經過小于 1000米布線,連接到主會場交換機??梢灾С肿疃嗖怀^10G的視頻數據共享帶寬。
其二,網絡是分布式拼接控制器的基石。如圖9,如今是移動互聯網時代,海量的信息通過移動互聯終端(手機、PAD)進行交互。作為誕生自網絡技術的分布式控制器,天生具備海量網絡信息接入能力,幾乎所有的信息設備都有網絡接口,無論是大型主機、用戶電腦、手持移動互聯網終端、IP攝像頭、NVR存儲設備、網絡管理設備,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提供了包括無線預覽、觸屏控制、多用戶接入、多區(qū)域大屏管理等多種多樣的交互體驗。
其三,圖像數據的網絡化帶來了眾多實惠。
網線代替了VGA、DVI、視頻屏蔽線,施工、費用、抗射頻干擾、穩(wěn)定性、輕量維護……,優(yōu)點多多。
網絡分布式處理器同時具備網絡矩陣功能,輕松實現分布的雙向信號分享能力。
IP攝像頭無需解碼器,直接接入大屏顯示。
模塊化結構,故障便于控制,也方便排查。
網絡化系統(tǒng)良好的擴展性、可維護性。
大項目風險可控,不會出現規(guī)模困難癥。
同步回顯、錄播、網絡抓屏、超清底圖、虛擬桌面、單屏64圖層、信號組播無限復制……
其四,分布式拼接處理器可以實現高清虛擬桌面上屏。
分布式控制器的網絡接口,完美地結合了虛擬桌面技術和網絡發(fā)包加網絡拼接顯示技術。使用一臺筆記本,就可以實現256個 1080p畫面的顯示。對于不要求動態(tài)顯示的超大畫面圖片顯示應用,分布式控制器是最優(yōu)的顯示方案。
通過普通的電腦千兆網口,安裝一個虛擬網絡顯卡驅動,則可以將電腦中的超大分辨率圖像輕松送到大屏幕上,實現點到點的超清畫面震撼顯示。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(tǒng)(GIS)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、電力監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)、行車調度信號系統(tǒng)(SIG)等。也可顯示各種矢量圖形系統(tǒng),如 Cadence畫圖、AutoCAD制圖、UG/ProE制圖、3Dmax等。相對傳統(tǒng)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(wěn)定性和經濟性。
其五,分布式拼接處理器支持多模式圖像預覽功能。
傳統(tǒng)大屏控制器通常不具備節(jié)點信息預覽回顯功能,用戶在信號列表里面只看到一列數字符號和框圖,不能直觀地觀察到希望上屏顯示的實時內容。
對于一些重要應用場合,需要預先知道信號內容,才能發(fā)布到會議大廳的大屏幕上。已經多次發(fā)生過把錯誤的、不合適的視頻信號發(fā)布到公開場合大屏幕進行顯示的事故。這與傳統(tǒng)處理器缺乏預覽控制能力,有著直接關聯。
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(jié)點,可以在一個單屏上實時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、無線平板、智能手機上回顯任意一路或者多路組合的信號內容。支持多用戶分權限預覽,支持Web 模式廣域網信號預覽。
C:使用自采集雙碼流節(jié)點,在信號采集端,用戶可以硬件實時回顯任意一路或者多路組合的信號內容。
其六,分布式意味著高穩(wěn)定性,高可靠度
硬件分布式拼接處理器意味著穩(wěn)定可靠。純硬件 FPGA核心,無CPU,無操作系統(tǒng);
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,長久保固;
即插即用,自動識別,主動偵錯,維護簡便。
分布式拼接控制器與其他類型處理器對比分析
集中式 | 分布式 | ||||||||
PC架構 | 純硬件 | 純硬件 | 嵌入式CPU | PC架構 | |||||
原理 | 以計算機系統(tǒng)作為主體,通過插入多塊采集卡和顯卡,來實現大屏拼接,圖像處理主要由CPU完成 | 通過硬件電路將采集到的圖像高速串行化,然后通過背板上的高速串行芯片將圖像分發(fā)到各個輸出板卡顯示 | 在采集節(jié)點端,將圖像分解成網絡數據包,在輸出節(jié)點,將網絡包合并成圖像 | 在采集端將圖像轉換成H.264碼流,在圖像輸出端將H.264碼流轉換成視頻輸出 | 輸入節(jié)點機通過插入采集卡采集圖像,通過VNC方式分發(fā)到各個輸出節(jié)點機顯示 | ||||
系統(tǒng)構成 | 采集端 | PCI/PCI-E采集卡 | 采集板 | 圖像采集節(jié)點 | 輸入節(jié)點機 | ||||
顯示端 | 顯卡,多屏卡 | 輸出板 | 圖像輸出節(jié)點 | 輸出節(jié)點機 | |||||
數據交換設備 | 電腦主板 | 自定義高速串行總線交換板 | 通用交換機 | ||||||
操作系統(tǒng) | Windows/Linux | 無 | 無 | Linux | |||||
傳輸 | 數據結構 | 數據塊 PCI/PCI-E每次傳輸都從圖像中取出一塊塊進行突發(fā)傳輸 | 全幀切換圖像的傳輸是以幀為單位 | 數據包輸入節(jié)點將圖像分解為標準的網絡數據包 | 數據流 輸入節(jié)點將圖像封裝為H.264視頻碼流 | ||||
延遲 | 100MS | 60MS | 70MS | 500MS | 100MS | ||||
壓縮 | 無壓縮 | 無壓縮或者無損壓縮 | H.264 | H.264 | |||||
性能 | 拼接路數 | 一般不超過16進16出 | 一般不超過72入72出 | 取決于交換機能力,目前單臺通用千兆交換最大為576口,通過級聯方式能支持更大的拼接 | |||||
圖像質量 | 好 | 好 | 好 | 較好,在文字邊緣有細小馬賽克 | 好 | ||||
分辨率 | 高清 | 高清 | |||||||
整屏同步性 | 好 | 好 | 好 | 一般 | |||||
功耗 | 50W/ 每路 | 20W/ 每路 | 5W/ 每路 | 10W/ 每路 | 60W/ 每路 | ||||
單屏開窗數 | 無限制 | 2路到4路 | 4路到64路不等 | ||||||
穩(wěn)定性 | 一般 | 高(7×24) | 高(7×4) | 一般 | 一般 | ||||
信號預覽 | 支持 | 需要配置預覽卡 | 支持 | ||||||
超高分辨率 | 軟件方式支持 | 硬件方式支持 | 通過軟件/硬件方式支持 | 軟件方式支持 | |||||
網絡攝像頭解碼 | 支持 |
如果從數據處理角度來看,PC架構的集中式采用的方法是分散采集(通過采集卡采集到內存),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來集中處理的方式也就決定了PC架構的不穩(wěn)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(tǒng)等軟件消耗掉。
集中式硬件架構其實是分散化實現數據處理的,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廠家自行設計的,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交換開關的芯片,只能通過配置內部寄存器,作點對點傳輸,這樣帶來的一個結果就是無法進行圖像分割,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窗能力只能做到4路。同樣的道理,交換芯片無法將采集內容數據化,也就不支持圖像直接進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插入額外的預覽卡,將圖像轉換成網絡數據包。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碼流無法進行圖像切割,存在著計算帶寬是顯示帶寬的好幾倍的問題。這在做跨屏漫游時很容易突破計算能力而導致畫面停頓。H.264碼流還存在參考幀和關鍵幀的區(qū)別,每一幅畫面的解碼都依賴于前幾幅(可到15幅)畫面。所以延遲較大。
純硬件分布式由于可以作畫面分割,完全按照所需帶寬傳輸,所以可以實現單屏64路信號。純硬件分布式沒有依賴于第三方廠家的圖像處理引擎(嵌入式CPU方式的圖像處理引擎由芯片廠家提供),只能自主開發(fā),由于通用圖像處理引擎過于復雜,一般自主開發(fā)時會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,所以能夠實現低功耗高性能。
分布式拼接控制系統(tǒng)的組成
網絡分布式拼接系統(tǒng)與之前兩代系統(tǒng)的最大差異就在于它的系統(tǒng)構成上,整個系統(tǒng)在物理結構上進行分散配置,這樣看似好像增加了系統(tǒng)的復雜程度,但其實大大增強了系統(tǒng)的靈活性和可操作性。
網絡分布式拼接系統(tǒng)采用網絡星型拓撲模式構建系統(tǒng),如下圖所示:
在星型拓撲結構中,網絡中的各節(jié)點通過點到點的方式連接到一個中央節(jié)點(又稱中央轉接站,一般是集線器或交換機)上,由該中央節(jié)點向目的節(jié)點傳送信息。中央節(jié)點執(zhí)行集中式通信控制策略,因此中央節(jié)點相當復雜,其負擔比各節(jié)點重得多。在星型網中任何兩個節(jié)點要進行通信都必須經過中央節(jié)點控制。
分布式拼接控制系統(tǒng)通常由以下四個部分組成:
1、信號源輸入處理節(jié)點:其負責采集各種接口方式的信號并進行信號預處理,然后進行數據編碼生成在以太網上傳輸的IP碼流;
2、顯示輸出處理節(jié)點:其進行數據解碼和圖像最終顯示效果的處理;
3、以太網交換機:它是整套系統(tǒng)的中心,起數據交互作用;
4、控制管理軟件,用戶通過安裝在控制服務器上的控制管理軟件對各個處理器進行實時控制和管理;
具體系統(tǒng)結構如下圖所示:
網絡分布式拼接系統(tǒng),顧名思義,全套系統(tǒng)以網絡模式分布。我們先看圖中央,為一個通用全千兆網絡交換機,它是整套系統(tǒng)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(tǒng)的中心,使用的是最為穩(wěn)定的工業(yè)交換機,也可以說明這個系統(tǒng)方案的穩(wěn)定性。
然后就是紅色區(qū)域的采集節(jié)點,其作用是采集各種接口方式的圖像信號,然后進行圖像預處理和數據編碼工作。每個節(jié)點相對獨立,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(jié)點不會影響其他節(jié)點工作。節(jié)點通過網線和網絡交換機相連。
最上方的藍色區(qū)域為輸出部分,每一塊單屏對應一個輸出節(jié)點,由DVI或HDMI等視頻數據線相連,一組拼接屏包含多少個單屏就需要多少個輸出節(jié)點。輸出節(jié)點的作用是進行數據解碼和圖像最終顯示效果的處理。同一個系統(tǒng)可以包含多個不同地點的拼接屏。增加或者減少節(jié)點不會影響其他節(jié)點工作。節(jié)點通過網線和網絡交換機相連。
另外,系統(tǒng)還需要一臺控制服務器,向系統(tǒng)中各個輸入或者輸出節(jié)點發(fā)布拼接命令,命令發(fā)布后在各節(jié)點中保存,工作時可以不再與控制服務器應答??刂品掌饔梢粭l網線與網絡交換機相連,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合,系統(tǒng)可以脫離控制服務器連續(xù)運行,實現分布式全硬件穩(wěn)定運行。
根據行業(yè)要求,在系統(tǒng)中還可以加入一些輔助設備,例如網絡硬盤錄像機NVR進行全屏錄像,高清底圖服務器可以在屏幕上加載地理信息軟件GIS,預覽及回顯服務器可以使用戶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及其技術原理
從系統(tǒng)架構看,目前市場上存在的分布式處理器主要有四種類別,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(tǒng)由三部分構成,采集節(jié)點,交換機,輸出節(jié)點
采集節(jié)點負責圖像采集,然后將圖像分解成網絡數據包,通過交換機發(fā)送到輸出節(jié)點,輸出節(jié)點再將數據包混合為圖像,在輸出端進行圖像處理和顯示。
純硬件的特點是把采集到的內容當做圖像數據包,而不是視頻流來傳輸。以圖像區(qū)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(qū)域不傳,重復的區(qū)域不傳。
這樣帶來的一個好處就是傳輸要求的帶寬不需要根據疊加區(qū)域和重復區(qū)域而增加,無論怎么拼接和疊加都可以滿足帶寬要求。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(guī)??删幊屉娐?FPGA)。FPGA的特點是沒有CPU,不存在程序跑飛,死機的問題。即使環(huán)境電源出現故障,FPGA失效后也能快速恢復。
純硬件的弱點就是不能解碼網絡攝像頭和圖像的遠程傳輸(由于傳輸無損圖像,導致帶寬很高,無法通過公網傳輸)。
二、嵌入式CPU
系統(tǒng)由三部分構成,采集節(jié)點,交換機,輸出節(jié)點
采集節(jié)點負責圖像采集,然后將圖像壓縮成視頻壓縮流,通過交換機發(fā)送到輸出節(jié)點,輸出節(jié)點再將壓縮碼流解壓成視頻,在輸出端進行圖像處理和顯示。
嵌入式CPU方案一般來說都是采用ARM+編解碼模塊的方式完成,ARM上面運行Linux操作系統(tǒng)負責事務管理,圖像的縮放,網絡連接,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)點是天生具備網絡攝像頭解碼,和圖像遠程傳輸(通過公網傳輸)。同時,該結構也帶來了其它問題,壓縮后圖像質量不佳,把圖像當作視頻流傳輸后,只能對視頻進行完整的處理,不能做類似于純硬件方式的切割傳輸,當單屏解碼多路時,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,也就存在死機的風險。雖然能夠通過添加看門狗自動復位,但是由于操作系統(tǒng)的啟動時間在20秒到30秒之間,這個過程顯示屏存在黑屏和花屏的問題。
三、純硬件混合式
該方案其實就是純硬件和嵌入式CPU的結合。純硬件部分負責拼接,嵌入式部分負責網絡解碼和遠程傳輸。該方案帶來的好處是既能保證本地視頻(采集本地的VGA,DVI,視頻)高質量,完全無損、低延遲,又能實現解碼網絡攝像頭和遠程傳輸。
由于采用混合結構,當嵌入式CPU部分死機復位時,純硬件部分能夠將圖像凍結保存,不會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,又彌補了兩者的弱點,出現1+1>2的現象,這種混合結構是純硬件和嵌入式CPU兩大陣營的發(fā)展目標,預計未來幾年內將會是分布式處理器的主流。
四、PC架構
PC架構由輸入節(jié)點機和輸出節(jié)點機以及交換機組成。輸入節(jié)點機是由一臺工控機,采集卡和壓縮軟件組成。輸出節(jié)點機由工控機,顯卡和解壓縮軟件組成。
輸入節(jié)點機通過采集卡采集圖像,計算機將其壓縮成H.264碼流送入交換機,輸出節(jié)點機將碼流解壓縮,后處理,最后經顯卡顯示。
該方案出現在10年前,由網絡抓屏發(fā)展而來,不過受計算機性能的限制,一個輸入或者一個輸出就需要一臺電腦,導致成本居高,穩(wěn)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(wěn)定性有所下降,不太適合7×24小時開機使用。
分布式拼接處理器器主要適用于哪些領域?
分布式拼接處理器非常適合應用到大規(guī)模的DLP/LCD拼接顯示系統(tǒng)中,實現海量高性能的影像處理和大規(guī)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)。
評論comment