2020-04-07 0
小間距LED顯示屏憑借著(zhu)真(zhen)正(zheng)的無縫拼接、高性價(jia)比、出(chu)眾的顯示效(xiao)果等優點，已經被越來越多地應用在控制室、指揮大(da)廳、會(hui)議中心等關(guan)鍵場(chang)合(he)。
1、圖像拼接處理器(qi)的要求
隨著LED顯示屏像素間距(ju)不斷變小，觀看(kan)距(ju)離不斷拉近(jin)，為了達到出色的(de)顯示(shi)效果(guo)，不但(dan)要(yao)求LED顯示(shi)屏本(ben)身(shen)在圖(tu)像處理(li)和拼裝工藝上精益求精，對(dui)LED顯示(shi)屏前端的(de)圖(tu)像拼接(jie)處理(li)器(qi)(以下(xia)簡稱拼接(jie)器(qi))也提出了更高的(de)要(yao)求：
(1)證(zheng)輸(shu)出同(tong)步性，避免拼接(jie)畫面不同(tong)步現象(xiang);
(2)優化(hua)圖像處(chu)理(li)算法，使(shi)經過縮放處(chu)理(li)的圖像保持高清(qing)晰度;
(3)自定義(yi)輸出分(fen)辨率，應對LED顯示屏物理分(fen)辨率不(bu)規則(ze)的(de)特點。
2、應用于小間距LED顯(xian)示屏的拼接處(chu)理技術
2.1 拼接器與(yu)小間距LED顯示屏的配合(he)使用
拼(pin)接器(qi)的(de)一個關鍵應用是可(ke)以輸出多(duo)路DVI信號(hao)，對矩(ju)陣排列的(de)多(duo)個顯(xian)示屏進行(xing)拼(pin)接顯(xian)示，使之(zhi)成為邏輯上的(de)一個完整的(de)顯(xian)示區(qu)域。
對(dui)于(yu)LED顯(xian)示(shi)(shi)屏(ping)而言，我們可以將一(yi)臺LED控制器(qi)所驅動(dong)的(de)(de)顯(xian)示(shi)(shi)區域定義為一(yi)個獨(du)立的(de)(de)LED顯(xian)示(shi)(shi)屏(ping)，當(dang)前的(de)(de)LED控制器(qi)采用(yong)DVI/HDMI作為信號輸(shu)(shu)入接口，支持最大(da)的(de)(de)輸(shu)(shu)入分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率為1920×1200@60Hz，最大(da)帶寬為165MHz，所驅動(dong)的(de)(de)LED顯(xian)示(shi)(shi)屏(ping)最大(da)物理(li)分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率為1920×1200。
隨著LED小間距(ju)產品的(de)(de)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)面積越(yue)來越(yue)大，幾十平方米的(de)(de)項目屢見不鮮，LED顯(xian)(xian)示(shi)(shi)屏的(de)(de)物(wu)理分辨率往往會超過1920×1200，即每一塊(kuai)超大規模的(de)(de)LED顯(xian)(xian)示(shi)(shi)屏，都是由若(ruo)干個(ge)LED控制器(qi)所驅動(dong)的(de)(de)若(ruo)干個(ge)獨立的(de)(de)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)區域(yu)組成的(de)(de)，對(dui)(dui)于拼接(jie)器(qi)的(de)(de)應用而言，只需要(yao)對(dui)(dui)應LED控制器(qi)的(de)(de)數量(liang)提(ti)供若(ruo)干個(ge)DVI輸出接(jie)口，并對(dui)(dui)整個(ge)LED屏幕進行(xing)拼接(jie)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)即可。
拼接器在小間(jian)距LED顯示(shi)屏的應用中(zhong)，有幾個(ge)關鍵(jian)技術值(zhi)得關注：
(1)信(xin)號的輸出同(tong)步性
拼接(jie)器(qi)的(de)多路DVI信號(hao)輸出，必然存在信號(hao)的(de)同(tong)步性(xing)問(wen)題。不同(tong)步的(de)信號(hao)輸出到LED顯示屏上，在拼接(jie)處就會出現(xian)畫面撕裂現(xian)象(xiang)，在播放高(gao)速運動的(de)圖像(xiang)時尤為(wei)明顯。如何保證信號(hao)的(de)輸出同(tong)步性(xing)，成為(wei)衡量(liang)一個拼接(jie)系統成敗的(de)關鍵(jian)。
(2)圖形處理算法
我們(men)知道(dao)，點對點的(de)(de)圖(tu)(tu)(tu)像顯(xian)示效(xiao)果(guo)是最(zui)好的(de)(de)，經過縮小處(chu)理(li)后的(de)(de)圖(tu)(tu)(tu)像，如果(guo)僅采用(yong)普(pu)通的(de)(de)圖(tu)(tu)(tu)形處(chu)理(li)技(ji)術(shu)或通用(yong)的(de)(de)FPGA圖(tu)(tu)(tu)形處(chu)理(li)算法(fa)(fa)，圖(tu)(tu)(tu)像的(de)(de)邊緣(yuan)會出(chu)(chu)現鋸(ju)齒，甚至會出(chu)(chu)現像素缺(que)失(shi)，圖(tu)(tu)(tu)像的(de)(de)亮度也(ye)會下(xia)降。而高端的(de)(de)圖(tu)(tu)(tu)像處(chu)理(li)芯片(pian)或利用(yong)復雜圖(tu)(tu)(tu)形處(chu)理(li)算法(fa)(fa)的(de)(de)FPGA系統(tong)會最(zui)大限度的(de)(de)保證縮小后圖(tu)(tu)(tu)像的(de)(de)顯(xian)示效(xiao)果(guo)。因此(ci)，好的(de)(de)圖(tu)(tu)(tu)形處(chu)理(li)算法(fa)(fa)是一款應用(yong)于小間距(ju)LED顯(xian)示屏(ping)的(de)(de)拼接(jie)器的(de)(de)關鍵技(ji)術(shu)。
(3)非標準分辨率的輸出
小間(jian)距LED顯(xian)示(shi)屏是(shi)(shi)由一(yi)塊一(yi)塊相(xiang)同規(gui)格的(de)(de)顯(xian)示(shi)單(dan)元矩(ju)陣(zhen)拼接(jie)而成，每個顯(xian)示(shi)單(dan)元尺寸和(he)(he)物(wu)(wu)理(li)分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)是(shi)(shi)固(gu)定的(de)(de)，但是(shi)(shi)拼接(jie)起來的(de)(de)整個大屏幕，往(wang)往(wang)不是(shi)(shi)一(yi)個標(biao)準(zhun)(zhun)的(de)(de)物(wu)(wu)理(li)分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)。比如，顯(xian)示(shi)單(dan)元的(de)(de)分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)為128×96，只能拼成1920×1152，卻(que)拼不出1920×1080。在超大規(gui)模的(de)(de)拼接(jie)系統(tong)里，每臺LED控(kong)制(zhi)器所驅(qu)動的(de)(de)LED顯(xian)示(shi)區域可(ke)能不是(shi)(shi)標(biao)準(zhun)(zhun)的(de)(de)分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)，這個時候，拼接(jie)器具有(you)(you)非標(biao)準(zhun)(zhun)分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)輸(shu)出就(jiu)顯(xian)得關(guan)鍵，它(ta)可(ke)以(yi)幫助我們快速找到合適(shi)的(de)(de)拼接(jie)方式，從而合理(li)的(de)(de)分(fen)(fen)配資源，有(you)(you)效節約(yue)LED控(kong)制(zhi)器和(he)(he)傳輸(shu)設(she)備的(de)(de)使用數量。
2.2 應用于小間距LED顯(xian)示(shi)屏的拼接(jie)器
目前拼接器可分為(wei)四類，即嵌入式(shi)純硬件架(jia)(jia)構、PCI-E總線(xian)架(jia)(jia)構、分布式(shi)網絡(luo)架(jia)(jia)構、混合架(jia)(jia)構。
(1)嵌入(ru)式(shi)純(chun)硬(ying)件架構
整機結構通(tong)(tong)常會采用“背(bei)板(ban)+信(xin)(xin)號(hao)采集(ji)(ji)板(ban)+主控(kong)板(ban)+信(xin)(xin)號(hao)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)板(ban)”的(de)設計，信(xin)(xin)號(hao)采集(ji)(ji)板(ban)進行諸如視頻采集(ji)(ji)、縮放、疊(die)加、格式轉(zhuan)換等信(xin)(xin)號(hao)處(chu)理工作(zuo)，通(tong)(tong)過(guo)(guo)背(bei)板(ban)總線將(jiang)經過(guo)(guo)處(chu)理的(de)信(xin)(xin)號(hao)傳(chuan)送(song)給(gei)主控(kong)板(ban)的(de)FPGA信(xin)(xin)號(hao)處(chu)理系(xi)統，通(tong)(tong)過(guo)(guo)嵌入式ARM系(xi)統實現(xian)對主控(kong)FPGA配(pei)置(zhi)、與上位PC機通(tong)(tong)信(xin)(xin)、系(xi)統間的(de)數據(ju)交換等功能，通(tong)(tong)過(guo)(guo)信(xin)(xin)號(hao)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)板(ban)將(jiang)信(xin)(xin)號(hao)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)給(gei)顯(xian)示終(zhong)端。
純硬件(jian)架構拼(pin)接(jie)器的(de)結構相對簡單(dan)、不容易出(chu)現(xian)系統(tong)故(gu)障;采集板(ban)和輸出(chu)板(ban)可熱插拔(ba)，易于更換(huan);可實現(xian)多(duo)(duo)(duo)路、多(duo)(duo)(duo)格(ge)式信號的(de)采集和處理;背(bei)板(ban)交換(huan)式技(ji)術和輸出(chu)板(ban)卡統(tong)一時鐘技(ji)術確(que)保了多(duo)(duo)(duo)路信號輸出(chu)的(de)同(tong)步性;每一路DVI輸出(chu)信號的(de)分辨(bian)率均(jun)可自定義，符合LED顯示屏的(de)拼(pin)接(jie)特點。
諸多特點使純(chun)硬(ying)件架構迅(xun)速成(cheng)為當今拼(pin)接(jie)器領域的(de)(de)主(zhu)流產(chan)(chan)品之一(yi)(yi)。但是，由于(yu)采用了(le)FPGA作為核心的(de)(de)圖像(xiang)處理單元，算法(fa)的(de)(de)優劣決定了(le)一(yi)(yi)款拼(pin)接(jie)器處理效(xiao)果的(de)(de)好壞，尤(you)其是圖像(xiang)縮(suo)放的(de)(de)算法(fa)，如何進行(xing)優化以達到(dao)更清晰的(de)(de)顯示效(xiao)果，已經(jing)成(cheng)為判定純(chun)硬(ying)件拼(pin)接(jie)器產(chan)(chan)品價值的(de)(de)重要(yao)指標。
(2)PCI-E總(zong)線架構
通常總線架構的(de)(de)(de)拼(pin)接(jie)器(qi)(qi)采用(yong)PCIExpress技術，可(ke)用(yong)數據(ju)帶(dai)寬(kuan)高(gao)達上百(bai)Gbps。主機配(pei)備高(gao)性能(neng)的(de)(de)(de)CPU及(ji)大容(rong)量內存，可(ke)根據(ju)應用(yong)領域(yu)的(de)(de)(de)不同預(yu)裝不同的(de)(de)(de)操作系統(如64位的(de)(de)(de)Windows7)，并可(ke)直(zhi)接(jie)運行(xing)(xing)各(ge)種(zhong)(zhong)應用(yong)程(cheng)序。拼(pin)接(jie)器(qi)(qi)配(pei)備多(duo)張高(gao)性能(neng)的(de)(de)(de)圖(tu)(tu)形輸(shu)出(chu)卡(ka)(ka)，每張輸(shu)出(chu)卡(ka)(ka)擁有超高(gao)的(de)(de)(de)內部帶(dai)寬(kuan)及(ji)顯存，并且所有的(de)(de)(de)輸(shu)出(chu)圖(tu)(tu)像(xiang)都被(bei)同步以消(xiao)除顯示單元間的(de)(de)(de)圖(tu)(tu)像(xiang)撕裂。同時還配(pei)有多(duo)張輸(shu)入(ru)卡(ka)(ka)，支持多(duo)種(zhong)(zhong)信號格式(shi)，并能(neng)夠對輸(shu)入(ru)信號進(jin)行(xing)(xing)圖(tu)(tu)像(xiang)處理。
PCI-E總(zong)線架構拼接器就是一(yi)臺高(gao)性(xing)能的(de)(de)計算機(ji)，所有組件(jian)都選(xuan)用各大硬件(jian)廠商最先進(jin)和成熟的(de)(de)技(ji)術，比(bi)如(ru)CPU可選(xuan)用Intel，顯卡可選(xuan)用英偉(wei)達。所有計算機(ji)領域的(de)(de)高(gao)新技(ji)術也能夠被快速的(de)(de)融合(he)進(jin)來。這(zhe)使得PCI-E總(zong)線架構拼接器在(zai)運算速度、圖像處(chu)理、操作方(fang)式等方(fang)面具(ju)有無法比(bi)擬的(de)(de)優(you)勢。
PCI-E總線(xian)架構拼接(jie)器門(men)檻很低，對于簡單的應用，一臺(tai)工控機，加上一個專業(ye)的多通(tong)道輸出顯(xian)卡(ka)即可實現。
另一方面，如(ru)(ru)何解決系統穩定(ding)性問題，如(ru)(ru)何設計一款直觀(guan)且功能強(qiang)大的(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)軟件，如(ru)(ru)何解決高總線(xian)帶寬下數(shu)據傳輸(shu)的(de)(de)(de)(de)各種問題等(deng)，都需(xu)(xu)要(yao)強(qiang)大的(de)(de)(de)(de)研發(fa)團隊和雄(xiong)厚的(de)(de)(de)(de)資金基(ji)礎，同時需(xu)(xu)要(yao)經(jing)驗(yan)的(de)(de)(de)(de)積累(lei)。就是說，高端(duan)的(de)(de)(de)(de)PCI-E總線(xian)架構拼接(jie)器(qi)不但需(xu)(xu)要(yao)滿足(zu)信(xin)號采集、處理、拼接(jie)等(deng)最基(ji)本(ben)的(de)(de)(de)(de)應用，在系統穩定(ding)性、軟件易用性等(deng)方面的(de)(de)(de)(de)設計等(deng)方面都需(xu)(xu)要(yao)更多的(de)(de)(de)(de)投(tou)入，才能使拼接(jie)器(qi)滿足(zu)各種嚴苛的(de)(de)(de)(de)應用環境。
但(dan)是要注意，總線架構拼(pin)接器大多采用Windows操作系(xi)統，一旦受到病(bing)毒攻擊可(ke)能(neng)致使系(xi)統癱瘓，停止顯(xian)示(shi)。而且，由于(yu)采用了(le)定(ding)制的(de)圖形顯(xian)卡，各(ge)輸出(chu)通道(dao)的(de)分辨率一般需要符合VESA(視頻電子標準(zhun)協(xie)會)標準(zhun)，不能(neng)定(ding)義非標準(zhun)的(de)分辨率輸出(chu)，也不能(neng)定(ding)義每個通道(dao)不同的(de)分辨率。
(3)分布式網絡架構
分布式(shi)網絡(luo)架構拼(pin)接器通(tong)(tong)常采用節(jie)點式(shi)硬件結構，每個輸(shu)入(ru)、輸(shu)出節(jie)點獨立分開，通(tong)(tong)過雙絞線接入(ru)中(zhong)心交換機(ji)，對(dui)數(shu)據進行交互傳輸(shu)。
其核心(xin)是(shi)一套先(xian)進的視頻編(bian)(bian)解碼(ma)技術，通(tong)過(guo)各種信號(hao)輸入(ru)節點(dian)，將采集到(dao)的DVI、VGA、YPbPr、CVBS、3G-SDI等信號(hao)進行(xing)處理和(he)編(bian)(bian)碼(ma)，通(tong)過(guo)專用的網(wang)絡通(tong)訊協議(yi)，將編(bian)(bian)碼(ma)后(hou)的視頻流經中(zhong)心(xin)交換(huan)(huan)機(ji)傳輸到(dao)輸出節點(dian)解碼(ma)，并(bing)轉換(huan)(huan)為DVI數字信號(hao)輸出到(dao)顯(xian)示(shi)終端。
輸(shu)(shu)出(chu)(chu)節(jie)點的(de)同步(bu)(bu)性成為了該系統應(ying)用的(de)關鍵。一(yi)(yi)(yi)種(zhong)辦(ban)法(fa)是通過網絡直(zhi)接(jie)發送同步(bu)(bu)碼(ma)，實(shi)現(xian)多臺(tai)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)節(jie)點的(de)同步(bu)(bu)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)。但(dan)是由(you)于網絡誤(wu)碼(ma)率的(de)存在，這(zhe)種(zhong)方式運(yun)行一(yi)(yi)(yi)段時間后，還是會出(chu)(chu)現(xian)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)不同步(bu)(bu)現(xian)象。另(ling)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)辦(ban)法(fa)是通過SYNC接(jie)口將多臺(tai)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)節(jie)點進行物理連(lian)接(jie)，選(xuan)擇一(yi)(yi)(yi)臺(tai)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)節(jie)點作為主(zhu)機，向其他輸(shu)(shu)出(chu)(chu)節(jie)點主(zhu)動(dong)發送同步(bu)(bu)碼(ma)，從而(er)使所有輸(shu)(shu)出(chu)(chu)節(jie)點同時接(jie)收到(dao)同步(bu)(bu)信號，實(shi)現(xian)真正的(de)幀同步(bu)(bu)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)，確保顯示圖像完整，屏幕(mu)拼接(jie)處(chu)無撕(si)裂。
目(mu)前分布(bu)式網(wang)絡架構拼接系統的(de)(de)應(ying)用(yong)越來(lai)越多，由于其分布(bu)式的(de)(de)特點，便于整(zheng)個(ge)建筑里的(de)(de)綜合(he)布(bu)線和不同(tong)區域的(de)(de)多個(ge)顯(xian)示終(zhong)端(duan)集中管理。配合(he)先進(jin)的(de)(de)可(ke)視化(hua)軟件的(de)(de)幫助，可(ke)向(xiang)用(yong)戶提供人性化(hua)、可(ke)視化(hua)、綜合(he)化(hua)的(de)(de)服(fu)務。
但是，受(shou)限于帶寬和編解碼(ma)(ma)技術，分(fen)(fen)布式網絡架(jia)構目前還不(bu)支持雙鏈路DVI數字信(xin)號(hao)和HDMI信(xin)號(hao)的(de)接入。同(tong)時(shi)，由(you)于編碼(ma)(ma)、處理、解碼(ma)(ma)、信(xin)號(hao)同(tong)步(bu)輸出(chu)等環節均需要幀緩存，因此在數據的(de)實時(shi)性方面與其它幾種拼接技術相比存在差距(ju)。另外，在需要顯示的(de)點(dian)(dian)對點(dian)(dian)數超過1920×1200分(fen)(fen)辨率的(de)圖像時(shi)(需要兩(liang)臺(tai)以上的(de)信(xin)號(hao)輸入節點(dian)(dian))，無法(fa)保證多路同(tong)步(bu)源輸入信(xin)號(hao)的(de)再同(tong)步(bu)輸出(chu)。
(4)混合(he)架構
混(hun)合(he)架(jia)構，一般指以上三種(zhong)拼接技術之(zhi)中的(de)兩種(zhong)或兩種(zhong)以上相結合(he)的(de)拼接器或拼接系統。
比(bi)如PCI+硬件背板(ban)總線(xian)(xian)架(jia)構拼接器，它的(de)(de)(de)系統(tong)(tong)控制和圖(tu)(tu)像(xiang)處理(li)分別獨(du)立(li)實現。PCI總線(xian)(xian)負責系統(tong)(tong)控制，并(bing)在(zai)后臺(tai)運(yun)行操作系統(tong)(tong);硬件背板(ban)總線(xian)(xian)負責視(shi)頻圖(tu)(tu)像(xiang)處理(li)，系統(tong)(tong)允許對(dui)大量的(de)(de)(de)高分辨率輸入信(xin)號進行同步(bu)處理(li)，同時(shi)仍能在(zai)全幀速下(xia)保持實時(shi)的(de)(de)(de)操作性能和最佳的(de)(de)(de)圖(tu)(tu)像(xiang)質量，同時(shi)確(que)保輸出(chu)信(xin)號的(de)(de)(de)同步(bu)性。針(zhen)對(dui)重要(yao)應(ying)急場(chang)所(suo)，可以確(que)保永不黑屏，即便PCI總線(xian)(xian)負責的(de)(de)(de)操作系統(tong)(tong)發(fa)生(sheng)故障(zhang)或病毒感染，通過專用的(de)(de)(de)背板(ban)圖(tu)(tu)形處理(li)總線(xian)(xian)，也能夠(gou)確(que)保任何時(shi)刻顯示(shi)外來視(shi)頻圖(tu)(tu)像(xiang)。
通過混合架構，可(ke)以綜合應用，取長補短(duan)，極(ji)大地增加了系(xi)統的穩定(ding)性。這也(ye)是今后拼接技術的發展方向，具(ju)有更(geng)為廣闊(kuo)的應用空間。
3、小間距LED顯示屏的(de)應用
目前，小間距LED顯示屏的應用很廣泛(fan)，它(ta)包括但不限于：
·軍隊演習(xi)指揮系統
·公共安(an)全顯示指(zhi)揮系統
·電力調(diao)度系(xi)統
·交(jiao)通路(lu)網及航(hang)空監控(kong)顯示系統
·能源行(xing)業生產調(diao)度(du)系統
·政(zheng)府及企事業單位會議(yi)顯示系統
·廣播電視傳媒顯示系統
·公共場(chang)所信息發布系統
作為新一代背景墻顯示終端，小間距LED顯示屏正在為各(ge)行各(ge)業的(de)關鍵系(xi)統提供優(you)質的(de)服(fu)務。（來源：慧(hui)聰LED屏(ping)網）
