大屏顯示網絡化分布式圖像控制系統的技術對比

臺達電子

摘要：自從大約三年前有大屏幕行業廠家推出網絡化分布式圖像拼接控制系統以來，近兩年大屏幕市場上出現了很多類似的分布式圖像控制器，本文主要介紹了臺達DVCS分布式圖像控制系統與其他控制器的不同技術特點及對比。

所謂網絡化分布式圖像控制系統，是以IP網絡作為信號傳輸的通道，采用實時影像處理技術，把各種視頻信號源（包括RGB信號，視頻信號，高清視頻，音頻信號等）進行壓縮編碼，把數據打包成能夠在以太網上傳輸的IP碼流，顯示端接收各種信號碼流并實時解碼還原成圖像進行顯示。

分布式圖像控制器系統可應用于各行業領域的DLP、LCD拼接顯示系統中，實現海量高性能的信號接入處理和大規模的信號顯示，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。

一、網絡化分布式圖像控制系統的組成

網絡化分布式圖像控制器系統通常由以下部分組成：

（1）信號輸入模塊：能夠將各種不同的視頻信號源（包括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上傳輸的IP碼流；

（2）顯示輸出模塊：能夠接收各種不同的信號源IP流，并實時解碼顯示；

（3）以太網交換機：根據IP地址把信號的IP碼流轉發給顯示處理器；

（4）控制管理軟件：用戶通過控制管理軟件能夠對各個處理器進行控制和設置，對各種信號進行實時開窗顯示。

二、網絡化分布式圖像控制系統的功能要求

作為DLP、LCD大屏拼接顯示系統中信號處理顯示的核心設備，分布式圖像控制器系統至少需要具備以下信號的接入及處理顯示功能，才能滿足在多種行業中應用：

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

·模擬視頻信號：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，例如來自CCTV監控視頻矩陣的信號、其他攝像機信號等。

·高清視頻信號：通常需要接入并處理顯示幾路至幾十路高清視頻信號，例如來自視頻會議系統、DVD、高清攝像機信號等，應支持主流1080i、1080p高清。

·IP數字視頻信號：在越來越多的行業應用中，要求大屏幕系統可以直接接入并處理顯示來自網絡的IP攝像頭信號，不需要借助第三方視頻解碼設備。應支持主流的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：在某些特殊行業應用中，要求大屏幕系統可以接入并處理顯示超高分辨率的動態圖像，例如地理信息GIS、衛星定位GPS、電力監控SCADA、行車調度信號SIG等，應滿足至少M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：在一些指揮控制室的應用中，要求大屏幕系統可以接入并處理視頻、音頻信號的同步播放，更好地滿足指揮調度、應急指揮的需要。

上述信號基本就是目前大屏幕顯示行業應用中涉及的主要信號源，只有能夠滿足上述信號接入顯示的控制器，才能算是合格的、滿足應用需要的分布式圖像控制器，一些只能接入顯示最簡單的RGB、視頻信號的控制器，使用范圍很有限，嚴格意義上來說并不能算是真正的分布式圖像控制器系統。

三、網絡化分布式圖像控制系統的性能要求

一套真正的網絡化分布式圖像控制器系統，應該具備以下性能：

·網絡分布式架構：網絡化分布式圖像處理的真正意義在于端到端的獨立通道，無論是前端的信號輸入模塊，還是后端的顯示輸出模塊，都應該是相互獨立的設備，每一個信號輸入設備只對應1個信號源，每一個顯示輸出設備只對應1個顯示單元，這樣才能保證每一路信號的實時處理和顯示。

·網絡化影像傳輸：所有的視頻信號源，包括RGB信號，視頻信號，高清視頻信號，音頻信號等，均被編碼為統一的碼流格式，在以太網上傳輸，所有影像碼流通過以太網交換機實現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，實現實時影像處理和顯示。采用嵌入式計算平臺，具有高性能、高可靠度、低功耗等優點，真正適合監控大屏幕系統對安全性和可靠性的高要求。

·采用自主編碼算法：采用專為拼接顯示系統設計的自主專用編碼格式，實現對各種視頻信號的全兼容和超低延遲影像顯示，實現精確的同步拼接顯示。

·所有信號實時顯示：所有信號窗口可任意大小、任意位置、任意疊加，單屏內能夠同時處理顯示多路實時視頻/RGB信號，能同時顯示的信號越多，表明該產品的性能越強大。

·高性能與高可靠度：某個輸入/輸出設備出現故障并不影響其他設備信號顯示及控制系統的正常運行，所有輸入/輸出設備均支持現場快速更換，系統可自動識別新的處理器設備并投入運行，使故障維護時間縮到最短。

·管理軟件功能完備：支持多種信號源管理，支持多路信號實時預覽和大屏幕上所有視窗實時回顯，支持信號源組播，實現在多個拼接墻上同步實時播放，支持多級權限管理，支持多用戶操作控制等。

各廠家的分布式控制器系統由于采用的技術不同、碼流格式不同，在信號接入、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，從本質上來講不是真正的分布式圖像控制器系統，而只是一種網絡化信號傳輸顯示產品。

四、臺達DVCS分布式圖像控制系統與其他分布式控制器技術對比

項目 臺達DVCS分布式圖像控制系統 其他廠家分布式控制器

系統

架構 基于以太網，由信號輸入處理器、顯示輸出處理器、控制管理服務器和交換機組成，通過網絡線纜連接。

DVCS系統中所有輸入、輸出處理器具有通用性，系統擴展時不需更換任何設備，只需增加數量即可。 基于以太網，由信號輸入服務器或采集盒、顯示服務器或多屏控制器、管理服務器和交換機組成，通過網絡線纜連接。

系統中各種服務器分為多種不同規格，對應于不同規模的拼接墻，系統擴展時需要更換服務器設備。

信號輸

入模塊 信號輸入處理器：采用1U嵌入式系統。

特點：嵌入式處理器的特點是性能穩定、處理速度快、故障率低、功耗低；無常見PC故障。

高效壓縮，信號實時處理。

在用戶信號源處就近安裝；擴展靈活。 信號輸入服務器：采用工控機架構，通過插入RGB采集卡、視頻采集卡輸入信號，采集能力有限。

缺點：采用工控機架構，本質上是集中式處理，容易出現常見PC故障；所有信號通過PCI總線處理，當輸入信號分辨率較大或數量多時，幀速率下降。

體積較大只能安裝在機柜中，需要較長的RGB/DVI線纜連接。

信號輸

出模塊 顯示輸出處理器：采用1U嵌入式系統。

可內置于單元，DVI線纜最短連接，信號質量最佳。

特點：嵌入式處理器的特點是性能穩定、處理速度快、故障率低、功耗低。 顯示服務器或多屏控制器：采用工控機架構，通過多屏顯卡輸出。

缺點：采用工控機架構，本質上是集中式處理，容易出現常見PC故障；所有信號通過PCI總線處理，當信號分辨率高或通道多時，幀速率下降。

體積較大只能安裝在機柜中或底座中，需要較長的RGB/DVI線纜連接，影響信號質量。

超高分

圖像

信號 可實現超高分辨率圖像上屏顯示，支持1，0240×7，680分辨率。 特點：高效壓縮，信號實時處理顯示；支持Windows、Unix多種應用平臺超高分辨率圖像信號處理顯示。 大部分廠家不具備；

有的采用軟件抓屏方式；缺點：須在用戶計算機上安裝客戶端軟件，耗費計算機CPU資源，影響計算機系統性能和穩定性；支持顯示的圖像分辨率有限。

IP視頻

信號 可支持H.264、MPEG-2/4等壓縮標準的IP視頻直接接入和處理顯示，兼容主流廠商IP攝像機；可提供720p、1080p、D1高清畫質；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監控行業流媒體軟件解碼，不具有自主編解碼；缺點：IP視頻只能在單屏內以1、4、9或16畫面顯示，不能與RGB、視頻疊加。不支持1080p高清。

音頻

信號 可直接編解碼音頻信號，接入DVCS分布式控制系統，不用單獨布設音頻線纜。 不具備。

信號

共享

顯示 DVCS控制系統內信號可以遠距離傳輸，實現多處異地顯示屏的信號互通共享顯示；多個DVCS系統之間通過網絡連接，可以實現多個系統間信號的遠程異地互通共享顯示。 不具備。

控制管

理軟件 只在一臺DVCS控制服務器中安裝軟件，故障可能性低；

同一控制界面統一操作，簡捷直觀。 每臺信號輸入服務器和顯示服務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，操作復雜度高。

冗余及

擴展 信號輸入/輸出處理器采用嵌入式系統，可即插即用。

增加新的信號源或顯示輸出時只需添加相應輸入/輸出處理器，不需更換任何已有設備，不需改動軟件，擴展成本低。 信號輸入服務器和顯示服務器或多屏控制器不支持即插即用。

系統擴展需更換設備，需改動軟件；擴展成本相對較高。