臺達電子視訊研發(fā)中心 夏建濤

　　隨著臺達DVCS分布式圖像控制器系統(tǒng)的推出，市場出現(xiàn)了很多類似的分布式控制器。本文主要介紹了DVCS控制系統(tǒng)及其他控制器所采用的不同技術(shù)及特點分析。

　　1.什么是分布式圖像拼接控制器?它由哪些部分組成?

　　分布式圖像拼接控制器是以IP網(wǎng)絡(luò)作為信號傳輸的通道，采用實時影像處理技術(shù)，把各種視頻信號源(RGB信號，視頻信號，高清視頻，音頻信號等)進行壓縮編碼，把數(shù)據(jù)打包成能夠在以太網(wǎng)上傳輸?shù)腎P碼流，顯示端接收各種信號碼流并實時解碼，將IP碼流信號還原成視頻信號進行顯示。

　　分布式圖像拼接控制器通常由以下幾個部分組成：

　　信號源輸入處理器 ，能夠?qū)⒏鞣N不同的視頻信號(RGB信號，視頻信號，高清信號，音頻信號等)實時編碼成能夠在以太網(wǎng)上傳輸?shù)腎P碼流;

　　顯示輸出處理器 ，能夠接收各種不同的信號源IP流，并實時解碼顯示;

　　以太網(wǎng)交換機 ，根據(jù)IP地址把信號的IP碼流轉(zhuǎn)發(fā)給顯示處理器;

　　控制管理軟件 ，用戶通過控制管理軟件能夠?qū)崟r對各個處理器進行控制和設(shè)置;

　　2.大屏拼接市場為什么會發(fā)展出分布式圖像拼接控制器?

　　分布式圖像拼接控制器的出現(xiàn)是數(shù)字信號處理芯片(DSP)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、以及影像處理技術(shù)共同發(fā)展的結(jié)果。眾所周知，IC芯片的發(fā)展一直遵循著摩爾定律快速成長。今天，人們已經(jīng)能夠生產(chǎn)出性能非常強大的數(shù)字信號處理DSP芯片(例如TI C6000系列，F(xiàn)reescale StarCore DSP)和大規(guī)?？删幊踢壿嬓酒現(xiàn)PGA(Field-Programmable Gate Array)。利用DSP/FPGA強大的運算能力，人們可以實現(xiàn)對視頻信號實時處理，包括圖像增強，噪聲濾除，圖像縮放，De-interlacing，視頻CODEC等。近十幾年來，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)通訊帶寬已經(jīng)由早期的56Kbps，快速發(fā)展到10Mbps, 100Mbps，和1000Mbps帶寬.目前10Gbps以太網(wǎng)技術(shù)也已經(jīng)成熟，正在越來越多的被應(yīng)用到高速數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域。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。由于視頻信號數(shù)據(jù)量非常龐大(一路1080p@30fps的全高清視頻信號的原始數(shù)據(jù)流為949.2Mbps),為了能夠在網(wǎng)絡(luò)上有效傳輸多路視頻信號，則需要對視頻信號進行編碼，除去視頻信號中的冗余信息，從而減少視頻信號的數(shù)據(jù)帶寬占用。視頻編碼技術(shù)經(jīng)過近20年的發(fā)展，已經(jīng)在技術(shù)上取得了巨大的進步，人們能夠在保證畫面質(zhì)量的前提下把視頻信號的數(shù)據(jù)量壓縮幾倍到幾十倍。因此，分布式圖像拼接控制器的出現(xiàn)是綜合利用了高性能DSP/FPGA芯片技術(shù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、和高性能視頻編碼技術(shù)等多項高科技發(fā)展成果，有著明顯的時代背景。

　　3.分布式圖像拼接控制器主要適用于哪些領(lǐng)域?為什么?

　　分布式圖像拼接控制器非常適合應(yīng)用到大規(guī)模的DLP/LCD拼接顯示系統(tǒng)中，實現(xiàn)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(diào)度，公安，安防，煤炭，石化，電力，通訊，交通等行業(yè)。

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

　　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，有的高達幾百面屏. 真正的分布式圖像拼接控制器采用分散式架構(gòu)，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(shù)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。

　　需要顯示的信號數(shù)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(yīng)對多路RGB/視頻等信號的同時處理。

　　高性能與高可靠度 。DLP拼接顯示墻越來越多被用于關(guān)系到國計民生的國家重點行業(yè)，大屏系統(tǒng)擔負著調(diào)度指揮、安全防范、事故預(yù)警和處理等重要職責，因此需要所有信號能夠?qū)崟r顯示，系統(tǒng)安全可靠，能夠7x24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和FPGA作為影像處理平臺，實現(xiàn)了實時影像處理和顯示。嵌入式系統(tǒng)具有高性能、高可靠度、低功耗等優(yōu)點，非常適合對安全性和可靠性要求高的領(lǐng)域。

　　4.目前主流的分布式圖像拼接控制器具有哪些基本特點?

　　目前在市場最主流的分布式圖像拼接控制器是美國Jupiter公司的PixelNet和臺達電子的DVCS。這兩個公司的產(chǎn)品都具有以下特點：

　　(1)分布式架構(gòu) ，無論是前端的信號編碼器，還是后端的影像顯示處理器，相互獨立。一個信號編碼器只支持1個信號源，一個顯示處理器只支持1個顯示單元。

　　(2)網(wǎng)絡(luò)化影像傳輸 。所有的視頻信號，包括RGB信號，視頻信號，高清視頻信號，音頻信號等，均被編碼為統(tǒng)一的碼流格式，在以太網(wǎng)上傳輸。影像碼流通過交換機，實現(xiàn)與顯示處理器靈活連接。

　　(3)采用高性能DSP/FPGA 實現(xiàn)實時影像處理，具有高性能、高可靠度、低功耗和體積小巧等優(yōu)點。

　　(4)采用自主影像編碼算法 ，實現(xiàn)對各種視頻信號的全兼容和超低延遲影像顯示。

　　5.用戶選用分布式圖像拼接控制器需要注意哪些問題?

　　分布式圖像拼接控制器是近2年才出現(xiàn)的新型大屏拼接控制器，用戶在選購該類型產(chǎn)品的時候需要注意以下事項：

　　供應(yīng)商的規(guī)模和研發(fā)能力。

　　分布式大屏控制器屬于大屏控制器中的高端產(chǎn)品，技術(shù)復(fù)雜度非常高，只有實力雄厚的公司才能夠開發(fā)出真正意義上的、具有高可靠度的產(chǎn)品。

　　產(chǎn)品的性能和功能

　　各廠家的分布式大屏控制器的功能和性能差異很大，使用條件也很不相同。因此用戶需要事先做充分的比較和調(diào)研。下面是識別分布式圖像拼接控制器優(yōu)劣的幾個主要指標：

　　是否采用嵌入式計算平臺 ，只有采用嵌入式計算平臺的產(chǎn)品才具有高可靠度和低功耗的優(yōu)點。如果采用PC平臺，利用軟件實現(xiàn)影像處理，則處理性能有限，且功耗大，不穩(wěn)定。

　　碼流格式， 是否為面向拼接顯示系統(tǒng)設(shè)計的具有超低延遲的專用編碼格式。目前有些廠商用H.264編解碼器冒充分布式圖像拼接控制器。針對這種產(chǎn)品用戶可重點考察一下幾個指標加以辨別：

　　碼流格式為專用格式還是H.264，顯示延遲是多少;

　　主流的分布式圖像拼接控制器都采用自主知識產(chǎn)權(quán)的超低延遲編碼技術(shù)，顯示延遲小于200毫秒。而H.264編解碼器的延時在2-4秒。

　　解碼顯示器能夠同時處理多少路實時RGB/視頻信號的顯示;

　　主流的分布式圖像拼接控制器的一個顯示處理器至少可以處理9路以上的實時視頻/RGB信號的顯示。能夠處理的信號越多，則表明該產(chǎn)品的性能約強大。

　　H.264解碼器通常只能解1-2路實時視頻信號，且難以實現(xiàn)任意大小和位置的顯示。

　　每路信號是否能夠任意大小、任意位置、任意疊加;

　　真正的分布式圖像拼接控制器可以支持所有信號以任意大小、任意位置、任意疊加的方式顯示，不需要利用光機內(nèi)置處理器的功能。

　　H.264編解碼器產(chǎn)品不能實現(xiàn)信號的任意大小、任意位置、任意疊加的顯示方式，通常還需要利用光機內(nèi)置處理器的功能或集中式控制器來實現(xiàn)該顯示模式。

　　能夠支持的顯示屏規(guī)模是多少;

　　主流的分布式圖像拼接控制器能夠支持至少1000面屏以上的拼接顯示墻。

　　H.264編解碼器+集中式拼接控制器的組合難以支持大于64面屏的顯示系統(tǒng)，且性能低下。

　　產(chǎn)品性能：

　　RGB處理器能夠支持從800 x 600到1920 x 1200范圍內(nèi)所有VESA標準的分辨率，能夠達到30幀/秒的處理能力。

　　能夠?qū)崟r處理1080p高清視頻信號。

　　能處理音頻信號，且音視頻同步。

　　一個顯示處理器能同時處理不少于16路的實時視頻/RGB，多個顯示處理器之間畫面同步。

　　所有信號源的視窗可任意大小、任意位置、任意疊加。

　　管理軟件功能完備豐富：

　　B/S架構(gòu)管理軟件，無需在用戶計算機上安裝任何軟件，可通過瀏覽器對分布式大屏控制器進行控制;

　　支持多路信號實時預(yù)覽和大屏幕上所有視窗實時回顯

　　支持信號源組播，實現(xiàn)在多個屏幕上同步實時播放

　　支持觸控屏控制

　　產(chǎn)品的穩(wěn)定性

　　產(chǎn)品是否具有CCC/CE/UL等認證

　　產(chǎn)品的MTBF時間不少于50,000小時

　　需要的網(wǎng)絡(luò)資源

　　需要100M網(wǎng)絡(luò)還是1000M網(wǎng)絡(luò)

　　6.市場上分布式圖像拼接控制器技術(shù)解析：

　　目前市場上出現(xiàn)了一些所謂的“分布式圖像拼接控制器”，前端采用M-JPEG2000或H.264視頻壓縮芯片，后端采用M-JPEG2000或H.264解碼芯片對碼流解碼顯示。這種產(chǎn)品從本質(zhì)上來講不是分布式圖像拼接控制器，而是一個網(wǎng)絡(luò)化視頻信號傳輸產(chǎn)品，原因如下：

　　這種產(chǎn)品只能夠?qū)崿F(xiàn)一對一的信號傳輸與顯示。由于后端采用M-JPEG2000或H.264 ASIC解碼芯片(這些芯片是針對網(wǎng)絡(luò)攝像機、機頂盒等應(yīng)用設(shè)計的)，無法實現(xiàn)將視頻信號以任意大小、任意位置的方式顯示在拼接墻上。通常的解決辦法是在后端把M-JPEG2000解碼卡或H.264解碼卡插入一臺集中式控制器，實現(xiàn)大屏幕圖像的拼接控制。

　　M-JPEG2000是一種基于靜態(tài)圖像壓縮技術(shù)JPEG2000發(fā)展起來的圖像序列壓縮技術(shù)，可以生成序列化的運動圖像。M-JPEG2000采用小波變換對圖像進行壓縮，計算復(fù)雜，適合靜態(tài)圖像的壓縮編碼，難以實現(xiàn)每秒30幀的高清視頻壓縮(能夠?qū)崿F(xiàn)實時JPEG2000高清圖像壓縮的設(shè)備非常昂貴)。適用于某些只需要保證持續(xù)監(jiān)控，但對刷新率要求不高的產(chǎn)品，典型應(yīng)用如數(shù)字硬盤錄像機，醫(yī)療影像等。

　　H.264編碼算法是針對視頻信號設(shè)計的，采用多個幀進行運動估計，其典型特點是：高壓縮比和較大的影像編解碼延遲，H.264視頻編解碼的時間通常在2-4秒。另一個問題是H.264 編碼芯片通常不能很好支持各種計算機RGB信號的分辨率。