論大屏幕拼接控制系統類(lèi)型解析

　　隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展和社會(huì )的進(jìn)步，大屏幕拼接方案越來(lái)越多的應用在能源、醫療、交通、軍警公安、智能樓宇、工廠(chǎng)自動(dòng)化等各行各業(yè)，大屏幕系統的核心——拼接控制系統，也隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，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)展到最新推出的分布式架構控制系統。

　　綜合整個(gè)大屏幕行業(yè)，拼接控制系統大致分為三種類(lèi)型：集中式、嵌入式、分布式。

　　集中式控制系統

　　集中式拼接控制系統是一種基于工業(yè)計算機架構的串行數據傳輸與處理服務(wù)系統，主要由以下系統構成：

　　工業(yè)計算機

　　· 主板

　　· CPU處理器

　　· 內存

　　· 硬盤(pán)

　　操作系統

　　· Microsoft Windows

　　· Unix/Linux

　　  圖形處理模塊

　　· 圖形輸出卡

　　· RGB信號采集卡

　　· 視頻信號采集卡

　　控制軟件

　　 · C/S架構

　　 · 安裝在工業(yè)計算機和控制端電腦上

　　集中式拼接控制系統的應用模式如上圖所示：所有信號源全部接入工業(yè)計算機采集，所有輸出也全部經(jīng)由工業(yè)計算機控制，其工作模式即是在工業(yè)計算機顯示輸出卡上模擬一個(gè)電腦桌面，然后將所需信號源在該電腦桌面上開(kāi)啟窗口;

　　嵌入式控制系統

　　目前，市面上的絕大多數嵌入式拼接控制系統是一種基于Crossport Switch或Fabric Switch架構的集中式控制系統，該架構與傳統PC架構集中式系統相比，擺脫了系統運行對操作系統的依賴(lài)，利用新一代開(kāi)關(guān)器件結合交叉分組技術(shù)實(shí)現的一種交叉開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )，系統中多個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的通信鏈路被組織在一起，最終能夠實(shí)現所有芯片或模塊間的任意互連和并發(fā)傳輸，系統帶寬從而成倍的增加;主要由以下系統構成：

　　· 標準工業(yè)級大功率電源

　　· 圖形輸出模塊

　　· 圖形采集模塊(數字/模擬RGB、標準視頻、高清視頻等)

　　· 背板交換模塊(負責整個(gè)系統所有數據的傳輸與處理，類(lèi)似于矩陣切換)

　　· 控制接口模塊

　　· C/S架構軟件，安裝于控制電腦上

　　下圖為目前市面上常見(jiàn)嵌入式控制系統所用技術(shù)的示意圖，由芯片系統框圖可以看出，嵌入式架構的主要功能集成在交換芯片上，從前端數據采集到后端顯示，都是由主芯片控制，在技術(shù)上比較容易實(shí)現。

　　分布式控制系統

　　分布式拼接控制系統是一種：基于網(wǎng)絡(luò )交換架構的并行數據傳輸與節點(diǎn)化、分散式處理的控制系統，主要由以下組件構成：

　　數據傳輸與交換系統：核心交換機

　　信號采集節點(diǎn)：獨立、模塊化的數字/模擬RGB、標清視頻、高清視頻、網(wǎng)絡(luò )信號等

　　信號輸出節點(diǎn)：獨立、模塊化的數字/模擬RGB輸出

　　管理服務(wù)系統：標準工業(yè)計算機，調度控制系統中所有節點(diǎn)，不進(jìn)行任何視頻數據處理

　　控制端：標準PC或手持式無(wú)線(xiàn)設備，進(jìn)行信號調度與系統管理

　　控制系統方案比較　　性能：

　　集中式拼接控制系統采用PCI總線(xiàn)串行通訊方式進(jìn)行視頻數據的傳輸與處理，按照目前硬件的最高配置——PCI-E 16x的理論最高帶寬為6.4GBps(參見(jiàn)下圖IBM提供的標準數據);根據實(shí)際情況測算，除去自身消耗和編碼損耗，其能提供的實(shí)際帶寬約為4GBps;

　　視頻數據量計算公式如下：

　　根據上述計算公式，計算出常用分辨率視頻數據量如下：

　　根據上述公式推算，基于工業(yè)計算機架構的集中式控制器，其最大極限狀態(tài)下，可以同時(shí)處理的視頻數據通道數為：

　　1024×768@60Hz情況下：4G/135M≈29路

　　1920×1080@60Hz情況下：4G/355.96M≈11路

　　基于以上推理和實(shí)際項目工程經(jīng)驗，集中式可應用的系統規模極其有限，一般情況下，用在3×3以下的大屏幕拼接墻上，基本可以滿(mǎn)足使用需求;一但系統規模擴大，就只能采用降低幀速率或者降低畫(huà)面質(zhì)量的方法來(lái)實(shí)現基本功能，且視頻流暢度和畫(huà)面質(zhì)量隨著(zhù)視頻數量的增加成倍下降;

　　分布式架構不再局限于PCI帶寬的限制，其每個(gè)處理器節點(diǎn)都采用獨立的處理芯片(DSP或DSP+FPGA架構)，在每個(gè)獨立節點(diǎn)上設計成一個(gè)獨立工作運行、獨立信號采集、獨立數據傳輸、獨立數據處理的模塊化架構，從硬件架構上滿(mǎn)足性能的最優(yōu)設計，一般分布式的設計應滿(mǎn)足：每個(gè)獨立模塊能夠完全實(shí)現1920×1080@60Hz的采集、傳輸與解碼顯示，其每個(gè)模塊都采用DSP+FPGA硬件架構設計，充分利用片上系統(SoC，System on Chip)工作模式的優(yōu)勢，徹底避免了傳統控制方式必須借助第三方系統(Windows/Unix等)進(jìn)行系統處理帶來(lái)的系統宕機、軟件崩潰等常見(jiàn)問(wèn)題。

　　小結：

　　穩定性：

　　系統擴展性：

　　分布式拼接控制系統，其數據的處理與傳輸都通過(guò)網(wǎng)絡(luò )交換機實(shí)現，且網(wǎng)絡(luò )架構傳輸采用并行處理模式，每路信號都單獨傳輸，互不影響，從而可以充分利用每路網(wǎng)絡(luò )的帶寬;網(wǎng)絡(luò )交換機的背板帶寬一般大于端口數量的兩倍，舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)48 口千兆網(wǎng)絡(luò )交換機，其標稱(chēng)背板帶寬一般為96Gbps ，即可以滿(mǎn)足上下行同時(shí)達到千兆的數據處理要求，從理論上來(lái)說(shuō)，分布式拼接控制系統采用網(wǎng)絡(luò )化傳輸與數據處理，已經(jīng)沒(méi)有了交換帶寬的瓶頸，可以使數據在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中暢通無(wú)阻;

　　下圖為某個(gè)大型網(wǎng)絡(luò )系統的實(shí)例框架圖，如圖所示，在現實(shí)生活中，成千上萬(wàn)路網(wǎng)絡(luò )信號的實(shí)時(shí)處理和傳輸已經(jīng)廣泛應用，例如：某國有大型企業(yè)的公共網(wǎng)絡(luò )平臺，或者集團公司總部與各地市子公司、分公司的VPN 網(wǎng)絡(luò )，都是成熟的應用;

　　作為分布式拼接控制系統的核心，網(wǎng)絡(luò )交換技術(shù)及其應用已經(jīng)非常成熟，而分布式拼接控制系統對于系統配置的唯一要求即是：隨處可達的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，基于上述觀(guān)點(diǎn)：我們可以得出以下結論：分布式系統在系統建設、系統擴展與規模能力上，具有傳統集中式，嵌入式等系統無(wú)法比擬的優(yōu)勢。