走进分布式拼接时代-用分布式拼接技术组建大屏幕拼接工程指南--投影时代网分布式拼接专题

网络分布式图像处理器是基础通信和计算技术进步、大屏行业应用市场日益发展、客户需求和行业参与者充分多元化趋势的必然产物，是大屏行业重要的产品创新、技术壮举和产业革新。其具有将最新型的半导体、多媒体、信息网络技术、最新的信息化理念（云概念、物联网、移动互联网、实时信息网络）与传统的大屏专业视听系统完美融合的特征。

网络分布式图像处理器，采用分布式拓扑结构、标准IP信息传输体系、基于IP的全系统控管平台；在系统稳定性、容错性、可扩展性、异构系统联网兼容能力、海量数据和信息管理能力、多样化显示控制等方面获得了极大的性能提升。

为了让大家对网络分布式图像处理器的产生历史背景、组成原理、性能优势、应用场合、如何选购等有个全面了解，我们特制作本专题。

拼接控制器的发展历史

第一代——PC式处理器
在上世纪九十年代，随着计算机的普及，以及更多监视监控的应用，单一监视器已不能满足日常需要，多屏幕监控应运而生，第一代PC式处理器开始应用。其使用采集卡接入各种视频信号，使用多头显卡，加上多屏卡辅助，来完成多屏输出，物理结构是一台高性能的PC主机。PC式处理器一般适应于小规模拼接

第二代——集中式处理器
采用了FPGA加矩阵交换芯片的技术结构，由一个基板和输入接口板与输出接口板组成一个共通的箱体，其所有输入输出信号以及数据交换，都在一个机箱里面完成。通过有效的使用并行处理技术使得数据得到分散处理，没有了工控机单处理器的速度瓶颈，从而可以同时接纳多个高速信号。这是集中式处理器拼接控制器与普通插卡式工控机相比，最大的性能优势。集中式处理器系统规模固定，多用于单一大屏的工程。

第三代——网络分布式处理器
结合前两代处理器的优缺点，以及工程中的实际需求，第三代网络分布式处理器应运而生，它弥补了上两代处理器的缺陷，以全新的架构模式为拼接行业打开了一扇通往更高殿堂的大门[详情]

分布式拼接控制器分类、技术原理、优点

分布式图像拼接控制器使用TCP/IP网络作为大屏幕信号传输载体，结构上允许输入、输出节点在地理上分散开来，具备极大地灵活性和扩展性[详情]

从系统架构看，目前市场上存在的分布式处理器主要有四种类别，分别是纯硬件，嵌入式CPU，纯硬件混合式，PC架构[详情]

分布式拼接系统的组成部分：信号源输入处理节点、显示输出处理节点、以太网交换机、控制服务器及管理软件，整个系统在物理结构上进行分散配置[详情]

分布式架构,组网灵活；网络是分布式拼接控制器的基石；图像数据的网络化带来了众多实惠；可以实现高清虚拟桌面上屏；支持多模式图像预览功能；分布式意味着高稳定性，高可靠度[详情]

分布式控制器产生的历史背景

第一代，第二代控制器其核心技术都是基于底板交换技术，都是集中式的控制器，都有很多难以克服的缺点。
1.所有输入输出信号都集中连到控制器上，各种DVI，RGB线缆连接到控制器，传输距离受限，布线困难。
2. 硬件系统交换带宽有限，无法满足特大规模信号管理。
3. 系统升级困难，硬件规模一旦选定，其系统容量确定，就无法提升。
4. 无法实现多显示墙信号共享，实现多屏联动。
5. 维修成本高，系统故障需更换板卡或整机。

随着信息化，网络化的不断发展，大屏幕拼接系统迫切需要新的技术的出现。第三代分布式拼接控制器正是在这种环境下产生的。分布式图像拼接控制器是基于改进传统集中式处理器的缺点，及新的市场应用发展趋势而出现的一种新的拼接处理器。[详情]

　分布式拼接控制器与其他类型处理器对比分析

		集中式		分布式
		PC架构	纯硬件	纯硬件	嵌入式CPU	PC架构
原理		以计算机系统作为主体，通过插入多块采集卡和显卡，来实现拼接，图像处理主要由CPU完成	通过硬件电路将采集到的图像高速串行化，然后通过背板上的高速串行芯片将图像分发到各个输出板卡显示	在采集节点端，将图像分解成网络数据包，在输出节点，将网络包合并成图像	在采集端将图像转换成H.264码流，在图像输出端将H.264码流转换成视频输出	输入节点机通过插入采集卡采集图像，通过VNC方式分发到各个输出节点机显示
系统构成	采集端	采集卡	采集板	图像采集节点		输入节点机
	显示端	显卡，多屏卡	输出板	图像输出节点		输出节点机
	数据交换设备	电脑主板	自定义高速串行总线交换板	通用交换机
	操作系统	Win/Linux	无	无	Linux
传输	数据结构	数据块	全帧切换	数据包	数据流
	延迟	100MS	60MS	70MS	500MS	100MS
	压缩	无压缩		无压缩或无损压缩	H.264
性能	拼接路数	一般不超过16进16出	一般不超过72入72出	取决于交换机能力，目前单台通用千兆交换最大为576口，通过级联方式能支持更大的拼接
	功耗	50W/ 每路	20W/ 每路	5W/ 每路	10W/ 每路	60W/ 每路
	单屏开窗数	无限制	2路到4路	4路到64路不等
	稳定性	一般	高（7×24）	高（7×24）	一般	一般

以上仅列出了主要的指标差异，详细表格和说明请点击[分布式拼接控制器与其他类型处理器对比分析]…

　分布式处理器常用三种码流的区别

网络分布式拼接处理器最核心的改变，在于数据的传输方式变为网络码流形式，从而使其继承了网络的所有特点。所以网络码流的结构是其核心关键所在，采用不同码流的处理器，其网络信号接入能力、安全性、带宽资源占有等性能也会有很大差别。目前市面上的分布式处理器主要有压缩码流、无压缩码流、混合码流三中形式：	压缩码流，码流低，适合远程传输，方便布线和施工此类分布式处理器是由最早的视频编解码器以及网络抓屏演变而来，采用的压缩方式基本上是H.264或者MJPEG，其中H.264为主。缺点是对彩色文字边缘将会出现马赛克现象。延迟大。优点是码流低，适合远程传输，方便布线和施工。
	无压缩码流，由于采用了FPGA作为主要模块，所以稳定性非常高，没有死机和病毒的风险无压缩码流是顺应网络带宽发展，骨干网（千兆）交换机价格合理之后才出现的产物，网络进入千兆以后，利用千兆网传输无压缩图像才成为可能。无压缩图像不会出现压缩图像出现的颜色畸变，边缘马赛克现象。由于减少了压缩码流的帧间压缩，所以延迟很低。但无压缩码流的码率非常高，通常不适合远程传输。比较适合要求低延迟的会议系统，指挥系统。
	混合码流，是技术融合背景下的必然产物，在未来的市场具备生命力，分布式的主流结构混合码流可以说是伴随技术发展和新的市场需求应运而生的一种产品，既然压缩码流适合远程传输，而且SOC开发便利。同时压缩码流图像质量高，FPGA稳定性高。何不将其有机的结合起来，在一个产品中同时使用SOC和FPGA，它们各负责自己擅长的事情，同时又去弥补各自的不足。从前端网络摄像头过来的信号都是压缩码流，而VGA和DVI信号都是本地信号，不需要远程传输，适合用无压缩码流。

　哪些领域更加适合用分布式图像拼接控制器

1.系统规模大

系统支持输入输出信号数量大，海量信号管理，这就要求拼接处理器有足够大的带宽，传统的处理器带宽有限，做起来非常费劲，甚至不能做。网络分布式控制器无限带宽，正是大显身手的时候。

2.多屏管理

整个系统需要管理多组大屏，一栋楼里的多组屏，异地的多组屏，需要实现信号共享，多屏联动控制。网络分布式控制器处理得心应手。

3.系统扩容

未来系统可能会升级，扩大规模，或者需要接入别的系统，网络分布式控制器可以轻松实现，无需更换硬件，没有浪费，而传统的处理器几乎要全部更换硬件，成本巨大。

4.云端触控

标准 TCP/IP 网络格式，数据可灵活接入到电脑、iPAD、手机等智能终端，随时随地预览及操控大屏。

5.维护成本低

分布式系统每个节点独立运行，节点故障不会影响整个系统，节点启动迅速，更换方便，即插即用，不影响系统运行，最高保障整个系统的安全性，且维护成本低，而传统集中式处理器故障可能会替换底板涉及整个系统，导致系统不能运行，且需要全部替换，维护成本高。

6.布线简单

系统采用六类网线传输，长距离的无损信号采集和传输，信号端到端传输可达300米，光纤传输则可达更远。网络布线使施工简单，费用降低。

　分布式图像拼接控制器主要应用场合案例分析

政府、公共服务行业
分布式系统的高稳定性和分布架构更加适合该行业的7×24小时的工作环境，大大降低和分散了原来集中式控制系统的潜在风险。同时分散架构更容易统一管理或分区管理多套大屏幕系统，可以方便的扩容原有大屏幕系统[详细]
军事行业
应用要求高清晰度、可视操作、高度实时和严格的权限管理，这些技术要求符合分布式的处理器固有的特点。超高清画面的显示可以更好的表现电子沙盘的内容，网络化可以更好的采集各种数据并实时显示到屏幕上，并保证了[详细]
展览展示行业
展览展示通常受到场地限制，工程布线和设备放置会非常不便。而分布式的网络化布线就相对大大降低了布线难度，同时设备也只是小的交换机和终端节点，可以方便放置、任意组合。另外，分布式系统能够提供异形拼接、触控[详细]
商场、娱乐行业
使用纯硬件FPGA架构的分布式处理器则可以轻松实现7×24小时工作。另外，信息发布系统只支持单一屏幕应用，对于多屏幕的拼接显示或者4K超清画面显示没有合适方案。分布式图像拼接系统可以利用交换机的组播功能[详细]

　分布式图像处理器选购指南

在选购分布式处理器前，我们首先要清楚自己要什么，也就是我们最关心的是什么参数指标。现在的分布式控制器产品还没有一个公认的参数指标，各家都有自己的优劣，认清自己最在意的是什么，就可以扬长避短。我们通过下表列举一些工程中关注的性能特点，和与其对应的分布式拼接器的性能指标，来让您选型时有目的性的提出问题，不会在繁杂的性能指标中找不到头绪。

大屏工程要求与处理器的性能指标对照表
工程中的要求	需要注意的参数项	解答
是否要7×24 连续工作	节点的硬件结构开机上电速度功耗散热性能	如抛开生产工艺造成的产品质量，需停机检修次数，纯硬件最少，嵌入式次之，PC式较多。开机速度一般纯硬件最优，嵌入式次之，PC式较差。分布式节点都相对功耗较低，基本在5~20W，越小发热量越小，能耗越低。硬件产品的工作温度会影响产品性能，也就影响了产品的检修次数。
稳定性	节点的硬件结构散热性能	PC式和嵌入式都要运行操作系统，易死机，稳定性一般。而纯硬件，无操作系统，稳定性高。硬件产品的工作温度会影响产品性能，散热越好，工作越稳定。
网络信号接入能力	图像传输方式使用的码流	分布式节点现在基本为百兆网和千兆网两种传输方式，使用百兆网的分布式节点，基本采用标准协议进行数据传输，在网络接入能力上更强。分布式节点使用的码流主要分三种，压缩码流，无压缩码流和混合码流。压缩码流其实就可以理解为网络标准协议码流（H.264码流），无压缩码流都是各家自己的协议码流。混合码流包含之前的两种。所以压缩码流和混合码流网络信号的接入能力更强。
安全性	使用的码流	安全性还是表现在分布式节点所用的码流上，与其接入能力成反比。最好的安全方式莫过于物理隔离，不将任何网络信号直接接入系统中。所以无压缩码流最好，混合码流有一点保护，而使用标准协议的压缩码流要对系统再进行其它保护措施。
图像质量	图像传输方式图像的压缩处理	当今图像的分辨率已经进入高清时代，其数据量十分庞大。百兆网进行传输一定是经过压缩处理，图像数据会有一定损失。而千兆网传输的带宽可以满足高清图像的数据量。图像在传输前是否进行过压缩算法，压缩算法是有损压缩还是无损压缩，决定了图像质量的好坏。现在的无损压缩算法，基本可以保证肉眼无法与无压缩图像进行分辨。而有损压缩图像数据丢失较严重。
系统容量	分布式节点的网络接口数量	分布式拼接系统的中心数据交互为一台工业网络交换机，其接口数量决定了这个系统的容量，一个节点如果使用更少的网络接口，将会提高整个系统的容量。
同步性	各显示屏幕内容的同步时间差异	分布式系统的一个重要工作，就是保持分配到不同显示屏的同一数据源的时间同步性。如果同步性不好，比如同步差异>60ms，对于运动图像人眼会感觉明显撕裂，长时间观看会令人眩晕和视觉疲劳。基于FPGA的优秀分布式系统可以做到小于30ms同步差异。
实时性	显示图像的帧率	好的分布式系统应用能够实时播放实时视频，至少达到30帧/秒的输出能力才能满足运动视频播放，最佳的刷新能力应该达到60帧/秒。
系统延迟	图像从采集节点到输出节点的延迟	系统延迟是一个重要指标，尤其对于存在交互操作的应用，比如数据中心，大屏用户需要远程操作机房的电脑终端，如果系统整体延迟大于100ms，鼠标操作无法执行。基于FPGA的优秀分布式系统可以做到小于30ms系统延迟。
策略响应延迟	用户操作策略响应时间	策略响应延迟同样是一个重要指标。大屏用户执行了策略控制之后，比如执行窗口移动，或者增减信号通路，到大屏显示得以响应，两者之间的延迟应该小于200ms。基于FPGA的优秀分布式系统可以做到小于60ms策略响应延迟。

　分布式图像处理器未来发展趋势

一.自适应全网互联

互联网络包含以下几种：音视频专用网、办公局域网、无线互联网、广域网。分布式图像平台会针对不同的应用需求，提供多格式的音视频码流。并依托不同的网络媒介，提供自适应的音视频互联接入。

2.跨区域联动管理

随着社会信息化程度的提高，政府对于各级机构的联动协同能力提出了更高要求。各级指挥中心和信息平台需要实时共享数据，实现双向访问交互。作为信息化设施中的重要环节，音视频数据网络应该具备更为高效、安全的跨区域联动能力。。

3.移动互联网终端接入

手机和平板已经取代电脑，成为个人数据中心。分布式图像平台出现了众多新的移动终端，并要求能实现图像显示，设备管理。使用平板电脑，授权在任意地点的用户，可以实时观看大屏信息，回看会议视频录像。

4.自由拼接

随着显示技术的不断进步，80寸，100寸的大画面单体屏幕会很常见，单屏可以显示4K×2K分辨率，也要求更多的显示素材。在分布式图像平台中，更多的单屏内部画面拼接应用会普及，尤其是多媒体教室

5.多模式交互

分布式网络图像平台支持双向分享，每个图像节点，可以选配单向的输入或者输出能力配置，比如传统的VGA采集节点，或者DVI输出节点，也可以选配双向节点，同时支持一路VGA采集，也支持一路DVI回显输出。

6.虚拟桌面应用

通过网络接口，结合虚拟桌面技术和网络发包拼接显示，使用一台笔记本，或者普通配置的服务器，就可以实现256个1080p画面的显示。使用DLNA技术，将大屏使用人员手机上的图片，推送到底图服务器上

网络分布式拼接处理器最核心的改变，在于数据的传输方式变为网络码流形式，从而使其继承了网络的所有特点。所以网络码流的结构是其核心关键所在，采用不同码流的处理器，其网络信号接入能力、安全性、带宽资源占有等性能也会有很大差别。目前市面上的分布式处理器主要有压缩码流、无压缩码流、混合码流三中形式：	压缩码流，码流低，适合远程传输，方便布线和施工此类分布式处理器是由最早的视频编解码器以及网络抓屏演变而来，采用的压缩方式基本上是H.264或者MJPEG，其中H.264为主。缺点是对彩色文字边缘将会出现马赛克现象。延迟大。优点是码流低，适合远程传输，方便布线和施工。
	无压缩码流，由于采用了FPGA作为主要模块，所以稳定性非常高，没有死机和病毒的风险无压缩码流是顺应网络带宽发展，骨干网（千兆）交换机价格合理之后才出现的产物，网络进入千兆以后，利用千兆网传输无压缩图像才成为可能。无压缩图像不会出现压缩图像出现的颜色畸变，边缘马赛克现象。由于减少了压缩码流的帧间压缩，所以延迟很低。但无压缩码流的码率非常高，通常不适合远程传输。比较适合要求低延迟的会议系统，指挥系统。
	混合码流，是技术融合背景下的必然产物，在未来的市场具备生命力，分布式的主流结构混合码流可以说是伴随技术发展和新的市场需求应运而生的一种产品，既然压缩码流适合远程传输，而且SOC开发便利。同时压缩码流图像质量高，FPGA稳定性高。何不将其有机的结合起来，在一个产品中同时使用SOC和FPGA，它们各负责自己擅长的事情，同时又去弥补各自的不足。从前端网络摄像头过来的信号都是压缩码流，而VGA和DVI信号都是本地信号，不需要远程传输，适合用无压缩码流。