大屏顯示網(wǎng)絡(luò)化分布式圖像控制系統(tǒng)的技術(shù)對(duì)比

臺(tái)達(dá)電子

摘要：自從大約三年前有大屏幕行業(yè)廠家推出網(wǎng)絡(luò)化分布式圖像拼接控制系統(tǒng)以來(lái)，近兩年大屏幕市場(chǎng)上出現(xiàn)了很多類(lèi)似的分布式圖像控制器，本文主要介紹了臺(tái)達(dá)DVCS分布式圖像控制系統(tǒng)與其他控制器的不同技術(shù)特點(diǎn)及對(duì)比。

所謂網(wǎng)絡(luò)化分布式圖像控制系統(tǒng)，是以IP網(wǎng)絡(luò)作為信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，采用?shí)時(shí)影像處理技術(shù)，把各種視頻信號(hào)源（包括RGB信號(hào)，視頻信號(hào)，高清視頻，音頻信號(hào)等）進(jìn)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(hào)碼流并實(shí)時(shí)解碼還原成圖像進(jìn)行顯示。

分布式圖像控制器系統(tǒng)可應(yīng)用于各行業(yè)領(lǐng)域的DLP、LCD拼接顯示系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)海量高性能的信號(hào)接入處理和大規(guī)模的信號(hào)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)。

一、網(wǎng)絡(luò)化分布式圖像控制系統(tǒng)的組成

網(wǎng)絡(luò)化分布式圖像控制器系統(tǒng)通常由以下部分組成：

（1）信號(hào)輸入模塊：能夠?qū)⒏鞣N不同的視頻信號(hào)源（包括RGB信號(hào)，視頻信號(hào)，高清信號(hào)，音頻信號(hào)等）實(shí)時(shí)編碼成能夠在以太網(wǎng)上傳輸?shù)腎P碼流；

（2）顯示輸出模塊：能夠接收各種不同的信號(hào)源IP流，并實(shí)時(shí)解碼顯示；

（3）以太網(wǎng)交換機(jī)：根據(jù)IP地址把信號(hào)的IP碼流轉(zhuǎn)發(fā)給顯示處理器；

（4）控制管理軟件：用戶通過(guò)控制管理軟件能夠?qū)Ω鱾€(gè)處理器進(jìn)行控制和設(shè)置，對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)開(kāi)窗顯示。

二、網(wǎng)絡(luò)化分布式圖像控制系統(tǒng)的功能要求

作為DLP、LCD大屏拼接顯示系統(tǒng)中信號(hào)處理顯示的核心設(shè)備，分布式圖像控制器系統(tǒng)至少需要具備以下信號(hào)的接入及處理顯示功能，才能滿足在多種行業(yè)中應(yīng)用：

·計(jì)算機(jī)RGB/DVI信號(hào)：通常需要接入并處理顯示幾路至幾十路RGB/DVI信號(hào)，分辨率應(yīng)支持主流的1，024×768-1，920×1，200。

·模擬視頻信號(hào)：通常需要接入并處理顯示幾十路甚至上百路模擬視頻信號(hào)，例如來(lái)自CCTV監(jiān)控視頻矩陣的信號(hào)、其他攝像機(jī)信號(hào)等。

·高清視頻信號(hào)：通常需要接入并處理顯示幾路至幾十路高清視頻信號(hào)，例如來(lái)自視頻會(huì)議系統(tǒng)、DVD、高清攝像機(jī)信號(hào)等，應(yīng)支持主流1080i、1080p高清。

·IP數(shù)字視頻信號(hào)：在越來(lái)越多的行業(yè)應(yīng)用中，要求大屏幕系統(tǒng)可以直接接入并處理顯示來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的IP攝像頭信號(hào)，不需要借助第三方視頻解碼設(shè)備。應(yīng)支持主流的H.264、MJPEG、MPEG-2/4等編碼格式，支持CIF、4CIF（D1）、720p、1080p等分辨率解碼顯示。

·超高分辨率圖像信號(hào)：在某些特殊行業(yè)應(yīng)用中，要求大屏幕系統(tǒng)可以接入并處理顯示超高分辨率的動(dòng)態(tài)圖像，例如地理信息GIS、衛(wèi)星定位GPS、電力監(jiān)控SCADA、行車(chē)調(diào)度信號(hào)SIG等，應(yīng)滿足至少M(fèi)行×N列拼接的整屏分辨率像素大小的超高分圖像全面顯示。

·音頻信號(hào)：在一些指揮控制室的應(yīng)用中，要求大屏幕系統(tǒng)可以接入并處理視頻、音頻信號(hào)的同步播放，更好地滿足指揮調(diào)度、應(yīng)急指揮的需要。

上述信號(hào)基本就是目前大屏幕顯示行業(yè)應(yīng)用中涉及的主要信號(hào)源，只有能夠滿足上述信號(hào)接入顯示的控制器，才能算是合格的、滿足應(yīng)用需要的分布式圖像控制器，一些只能接入顯示最簡(jiǎn)單的RGB、視頻信號(hào)的控制器，使用范圍很有限，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)并不能算是真正的分布式圖像控制器系統(tǒng)。

三、網(wǎng)絡(luò)化分布式圖像控制系統(tǒng)的性能要求

一套真正的網(wǎng)絡(luò)化分布式圖像控制器系統(tǒng)，應(yīng)該具備以下性能：

·網(wǎng)絡(luò)分布式架構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)化分布式圖像處理的真正意義在于端到端的獨(dú)立通道，無(wú)論是前端的信號(hào)輸入模塊，還是后端的顯示輸出模塊，都應(yīng)該是相互獨(dú)立的設(shè)備，每一個(gè)信號(hào)輸入設(shè)備只對(duì)應(yīng)1個(gè)信號(hào)源，每一個(gè)顯示輸出設(shè)備只對(duì)應(yīng)1個(gè)顯示單元，這樣才能保證每一路信號(hào)的實(shí)時(shí)處理和顯示。

·網(wǎng)絡(luò)化影像傳輸：所有的視頻信號(hào)源，包括RGB信號(hào)，視頻信號(hào)，高清視頻信號(hào)，音頻信號(hào)等，均被編碼為統(tǒng)一的碼流格式，在以太網(wǎng)上傳輸，所有影像碼流通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與顯示輸出模塊靈活連接。

·采用高性能圖像處理：采用高性能DSP和FPGA作為圖像處理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)影像處理和顯示。采用嵌入式計(jì)算平臺(tái)，具有高性能、高可靠度、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，真正適合監(jiān)控大屏幕系統(tǒng)對(duì)安全性和可靠性的高要求。

·采用自主編碼算法：采用專(zhuān)為拼接顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自主專(zhuān)用編碼格式，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種視頻信號(hào)的全兼容和超低延遲影像顯示，實(shí)現(xiàn)精確的同步拼接顯示。

·所有信號(hào)實(shí)時(shí)顯示：所有信號(hào)窗口可任意大小、任意位置、任意疊加，單屏內(nèi)能夠同時(shí)處理顯示多路實(shí)時(shí)視頻/RGB信號(hào)，能同時(shí)顯示的信號(hào)越多，表明該產(chǎn)品的性能越強(qiáng)大。

·高性能與高可靠度：某個(gè)輸入/輸出設(shè)備出現(xiàn)故障并不影響其他設(shè)備信號(hào)顯示及控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所有輸入/輸出設(shè)備均支持現(xiàn)場(chǎng)快速更換，系統(tǒng)可自動(dòng)識(shí)別新的處理器設(shè)備并投入運(yùn)行，使故障維護(hù)時(shí)間縮到最短。

·管理軟件功能完備：支持多種信號(hào)源管理，支持多路信號(hào)實(shí)時(shí)預(yù)覽和大屏幕上所有視窗實(shí)時(shí)回顯，支持信號(hào)源組播，實(shí)現(xiàn)在多個(gè)拼接墻上同步實(shí)時(shí)播放，支持多級(jí)權(quán)限管理，支持多用戶操作控制等。

各廠家的分布式控制器系統(tǒng)由于采用的技術(shù)不同、碼流格式不同，在信號(hào)接入、處理顯示能力等性能方面存在較大差異。有些廠商用JPEG或H.264編解碼器制作的控制器，從本質(zhì)上來(lái)講不是真正的分布式圖像控制器系統(tǒng)，而只是一種網(wǎng)絡(luò)化信號(hào)傳輸顯示產(chǎn)品。

四、臺(tái)達(dá)DVCS分布式圖像控制系統(tǒng)與其他分布式控制器技術(shù)對(duì)比

項(xiàng)目 臺(tái)達(dá)DVCS分布式圖像控制系統(tǒng) 其他廠家分布式控制器

系統(tǒng)

架構(gòu) 基于以太網(wǎng)，由信號(hào)輸入處理器、顯示輸出處理器、控制管理服務(wù)器和交換機(jī)組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)線纜連接。

DVCS系統(tǒng)中所有輸入、輸出處理器具有通用性，系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)不需更換任何設(shè)備，只需增加數(shù)量即可。 基于以太網(wǎng)，由信號(hào)輸入服務(wù)器或采集盒、顯示服務(wù)器或多屏控制器、管理服務(wù)器和交換機(jī)組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)線纜連接。

系統(tǒng)中各種服務(wù)器分為多種不同規(guī)格，對(duì)應(yīng)于不同規(guī)模的拼接墻，系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)需要更換服務(wù)器設(shè)備。

信號(hào)輸

入模塊 信號(hào)輸入處理器：采用1U嵌入式系統(tǒng)。

特點(diǎn)：嵌入式處理器的特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、處理速度快、故障率低、功耗低；無(wú)常見(jiàn)PC故障。

高效壓縮，信號(hào)實(shí)時(shí)處理。

在用戶信號(hào)源處就近安裝；擴(kuò)展靈活。 信號(hào)輸入服務(wù)器：采用工控機(jī)架構(gòu)，通過(guò)插入RGB采集卡、視頻采集卡輸入信號(hào)，采集能力有限。

缺點(diǎn)：采用工控機(jī)架構(gòu)，本質(zhì)上是集中式處理，容易出現(xiàn)常見(jiàn)PC故障；所有信號(hào)通過(guò)PCI總線處理，當(dāng)輸入信號(hào)分辨率較大或數(shù)量多時(shí)，幀速率下降。

體積較大只能安裝在機(jī)柜中，需要較長(zhǎng)的RGB/DVI線纜連接。

信號(hào)輸

出模塊 顯示輸出處理器：采用1U嵌入式系統(tǒng)。

可內(nèi)置于單元，DVI線纜最短連接，信號(hào)質(zhì)量最佳。

特點(diǎn)：嵌入式處理器的特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、處理速度快、故障率低、功耗低。 顯示服務(wù)器或多屏控制器：采用工控機(jī)架構(gòu)，通過(guò)多屏顯卡輸出。

缺點(diǎn)：采用工控機(jī)架構(gòu)，本質(zhì)上是集中式處理，容易出現(xiàn)常見(jiàn)PC故障；所有信號(hào)通過(guò)PCI總線處理，當(dāng)信號(hào)分辨率高或通道多時(shí)，幀速率下降。

體積較大只能安裝在機(jī)柜中或底座中，需要較長(zhǎng)的RGB/DVI線纜連接，影響信號(hào)質(zhì)量。

超高分

圖像

信號(hào) 可實(shí)現(xiàn)超高分辨率圖像上屏顯示，支持1，0240×7，680分辨率。 特點(diǎn)：高效壓縮，信號(hào)實(shí)時(shí)處理顯示；支持Windows、Unix多種應(yīng)用平臺(tái)超高分辨率圖像信號(hào)處理顯示。 大部分廠家不具備；

有的采用軟件抓屏方式；缺點(diǎn)：須在用戶計(jì)算機(jī)上安裝客戶端軟件，耗費(fèi)計(jì)算機(jī)CPU資源，影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性；支持顯示的圖像分辨率有限。

IP視頻

信號(hào) 可支持H.264、MPEG-2/4等壓縮標(biāo)準(zhǔn)的IP視頻直接接入和處理顯示，兼容主流廠商IP攝像機(jī)；可提供720p、1080p、D1高清畫(huà)質(zhì)；IP視頻窗口可任意大小、位置、疊加顯示。 大部分廠家不具備。

有的廠家采用CCTV監(jiān)控行業(yè)流媒體軟件解碼，不具有自主編解碼；缺點(diǎn)：IP視頻只能在單屏內(nèi)以1、4、9或16畫(huà)面顯示，不能與RGB、視頻疊加。不支持1080p高清。

音頻

信號(hào) 可直接編解碼音頻信號(hào)，接入DVCS分布式控制系統(tǒng)，不用單獨(dú)布設(shè)音頻線纜。 不具備。

信號(hào)

共享

顯示 DVCS控制系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)多處異地顯示屏的信號(hào)互通共享顯示；多個(gè)DVCS系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)間信號(hào)的遠(yuǎn)程異地互通共享顯示。 不具備。

控制管

理軟件 只在一臺(tái)DVCS控制服務(wù)器中安裝軟件，故障可能性低；

同一控制界面統(tǒng)一操作，簡(jiǎn)捷直觀。 每臺(tái)信號(hào)輸入服務(wù)器和顯示服務(wù)器或多屏控制器均需安裝軟件，故障可能性高。

需要多種軟件配合工作，操作復(fù)雜度高。

冗余及

擴(kuò)展 信號(hào)輸入/輸出處理器采用嵌入式系統(tǒng)，可即插即用。

增加新的信號(hào)源或顯示輸出時(shí)只需添加相應(yīng)輸入/輸出處理器，不需更換任何已有設(shè)備，不需改動(dòng)軟件，擴(kuò)展成本低。 信號(hào)輸入服務(wù)器和顯示服務(wù)器或多屏控制器不支持即插即用。

系統(tǒng)擴(kuò)展需更換設(shè)備，需改動(dòng)軟件；擴(kuò)展成本相對(duì)較高。