大屏拼接控制器的发展历程与现状
中国投影网    2013-1-25 14:23:00    关键字:大屏拼接控制器 安防监控      浏览量:

  在大屏幕拼接系统中,我们很容易将焦点聚集在拼接单元上,殊不知真正的幕后英雄是拼接控制器。拼接控制器的优劣直接决定着整个大屏幕显示系统效果的好与坏,当在应用中系统常出现死机、花屏、扩展性能不强、图像拖尾、高清信号追赶、斜切纹、画面抖动时,我们的用户们才真正关注起问题的根源,最后将所有问题锁定在拼接控制器上,才意识到拼接控制器的重要性。

  目前市面上呈现四种拼接控制器,第一代为PCI工控式,第二代为嵌入式,第三代为FPGA纯硬件式,第四代为刀片式数字拼接控制器。

  第一代:PCI工控式拼接控制器

  PCI插卡式的工作原理是通过工控机,利用多路PCI计算机主板,一部分PCI插槽插入视频采集卡,另外一部分PCI插槽插入视频输出卡,输入和输出中间由CPU来构建一个运算和处理中心,这时就组建成了一台工控式控制器。他的图形处理原理是通过CPU运算后将母信号分割成M*N个子视频信号后,再把每一个子信号都进行放大处理分别传送给拼接幕墙上的各个对应单元,显示单元将处理器传送来的信号实现在大屏幕的每个显示单元上,而分辨率和处理速度由计算机CPU及对应的PCI卡决定。如;1个720P处运算速度为350MHz/nS,而10个720P处运算速度则为3.5MHz/nS,这时CPU的运算能力大大下降,由于工控机的计算能力有限,一台性能最好的工控式拼接器在1024*768的情况下最大也只能实现4Х4的拼接,大大限制了拼接的单元数。

  最早,尽管美国RGB公司推出有纯硬件的2*2拼接控制处理器,通过级联也能进行一定的单元扩展,但扩展能力有限,操作不便,价格过于昂贵,流行的还是用双(多)通道输出卡加计算机来做拼接,后来为了解决多窗口显示问题,美国COLORGRAHIC公司推出多屏多窗口拼接技术的EVOLUTION控制卡,为了解决窗口速度问题,英国Datapath公司带图形加速的为专业视频墙控制器定身制作多屏卡、RGB采集卡、视频切换卡,英国Datapath多屏卡加工控机方式流行了很多年,如当年有代表性的海普威的拼接控制器。为了突破PCI插槽数据交换瓶颈,有出现了底层专用总线交换技术,将数据带宽提高到每槽8Gb/s,但第一代为PCI工控式拼接控制器CPU处理能力严重制约拼接规模,于是还出现分布式处理系统,及用多台处理器,通用网络连接,让每台处理器负责不多的拼接单元,再通过网络将整体连接起来。

  第二代:嵌入式拼接控制器

  嵌入式拼接器也称"内拼式拼接器"他是基于液晶屏信号驱动板上增加的运算分割技术,其工作原理先将一个完整的母画面传送至信号运算处理器,运算处理器以ID地址编码器的方式开始锁定各自在母画面中的位置,以二进制BCD码顺序排列(BCD水平坐标:从左至右,和BCD垂直坐标:从上至下)开始运算切割成多个子画面,处理器将各自运算好的数据直接输送给液晶驱动板,驱动板将色彩、亮度、对比度等参数调校后以LVDS方式传送至LCDIC成像器形成图像。由于嵌入式拼接器采用硬件架构数字图形处理技术每次只处理一种类型信号,所以不需要强大的CPU核心来运算多通道信号。简单的单画面拼接功能为一些只需要大画面显示的客户提供了非常灵活的方便,曾经一度被受市场青睐。

  但这种内拼式拼接器只是单元内部显示像素的处理,结果是合成显示图像,不能解决信号高分辨率拼接和任意位置任意大小多窗口信号处理,更多的应用是在单一信号的宣传显示屏和按单元或相邻单元拼接的简单多画面处理应用上使用,在高端多窗口信号的控制室,还是与一代的PCI工控式拼接控制器结合使用。

  第三代:FPGA纯硬件式拼接控制器

  FPGA(FieldProgrammableGateArray)是现场可编程门阵列,FPGA既具有门阵列器件的高集成度和通用性,又有可编程逻辑器件用户可编程的灵活性。基于FPGA技术的新型高速图像采集,通过视频信号的A/D转化,基于DSP的图像处理技术也得到了应用,充分发挥了DSP的硬件结构和具有特色的编程指令。提高了处理速度,解决了图像处理过程中由于图像识别速度慢而影响整个图像的处理流程,解决了实际问题,收到了良好的效果。在拼接系统中采用纯硬件处理器FPGA阵列式处理构架,全硬件设计,无CPU和操作系统。控制器集超宽带视频信号采集、实时高分辨率数字图像处理、二维高阶数字滤波等高端图像处理技术于一身,具有强大的处理能力。控制器采用多总线并行处理机制,能从根本上保证对所有输入视频进行全实时处理,图像没有延迟,无丢桢现象,由于从结构上就超出了前两代的机器的设计理念,采用纯硬件的处理器运算技术,所以启动时间快,工作非常稳定。但第三代拼接技术只停留在720P的信号上,而真正的高清和1080P以上的信号处理只能是望而生畏。

  第四代:刀片式数字拼接控制器

  第四代刀片式数字拼接控制器由阔步电子(中国)有限公司研发,是一款数字化高清图形处理设备,是基于FPGA纯硬件列阵技术之上,采用大规模FPGA阵列式处理构架和高速数据库自建两大核心技术。刀片式数字拼接控制器与传统控制器区别:A/D转换效能由输入模块实现,虚窗技术由输出模块实现,每组输入和输出组建成一个独立的运算核心,多个运算核心组建成一个强大的高速数据库,数据库内的内容由控制模块发送来的指令实现数据列阵输出,最后输出模块将数字信号转换成光信号输出。

  SEEKOO刀片式数字拼接控制器由于每路均采用独立高速运算技术,使带宽和运算速度大大提高,强大的数据库自建平台为处理多个HD1080P超高清动态信号处理时提供了高速保证。而大规模FPGA阵列处理构架系统为处理超高清和超多类型信号提供了强大的交换处理平台。控制器还配备可冗余并机通信电源,预留多套备用电源插槽,50000小时断电保护功能,热拔插技术,输入输出模块任意扩展空间和RS-232本地控制、并同时可以实现多台处理器在TCP/IP远程统一界面管理控制功能,等众多核心技术而成为数字拼接领域的引导者。

  就液晶拼接行业来说,大多数的生产厂家都还停留在解决模拟信号的技术上时,也有一部分厂家已经开始在解决数字高清技术了。液晶显示技术凭借着高清、高效、高寿、高亮等优点,已经在显示领域里夺得头把交椅已经毋庸置疑。而在大屏显示系统中显示单元作为最终的显示载体,它是整个系统搭配是否优越,处理技术是否高效一一呈现在我们眼前,但在很大一部分大屏项目中经常出现杂波干扰、斜切纹、画面抖动、相位偏移、色差不准等严重问题时都束手无策。

  SEEKOO阔步技术总监万总认为;一是处理设备本身的抗干扰技术不过关,二为传输过程中受到外界磁场和杂波干扰,三是显示器等级不同造成的色差不一,四是A/D、D/A转换运算时产生的效能偏差率,就形成了棘手的“金四角”问题。要想彻底改变大屏拼接显示系统中“金四角”问题,那就是将系统全数字化,那么在前端不管是进入的模拟信号和数字信号,统统都的转换成数字信号,以光纤数字方式传输到显示器,但目前市场上还没有具备光纤接口的显示器,一般情况下又的转成模/数(VGA或者DVI)J接口来上显示器,这样一大堆的模数设备转来转去也大大增加了系统的成本和复杂程度,同时也为以后的售后带来了后遗症。