论大屏幕拼接控制系统类型解析

    随着经济的发展和社会的进步，大屏幕拼接方案越来越多的应用在能源、医疗、交通、军警公安、智能楼宇、工厂自动化等各行各业，大屏幕系统的核心——拼接控制系统，也随着技术的不断进步，从早期的基于工业PC架构的传统集中式控制器，逐步发展到*新推出的分布式架构控制系统。

　　综合整个大屏幕行业，拼接控制系统大致分为三种类型：集中式、嵌入式、分布式。

　　集中式控制系统

　　集中式拼接控制系统是一种基于工业计算机架构的串行数据传输与处理服务系统，主要由以下系统构成：

　　工业计算机
　　·主板
　　·CPU处理器
　　·内存
　　·硬盘

　　操作系统
　　·Microsoft Windows
　　·Unix/Linux

　　图形处理模块
 ·图形输出卡
 ·RGB信号采集卡
 ·视频信号采集卡

　　控制软件
 ·C/S架构
 ·安装在工业计算机和控制端电脑上

　　集中式拼接控制系统的应用模式如上图所示：所有信号源全部接入工业计算机采集，所有输出也全部经由工业计算机控制，其工作模式即是在工业计算机显示输出卡上模拟一个电脑桌面，然后将所需信号源在该电脑桌面上开启窗口；

　　嵌入式控制系统

　　目前，市面上的绝大多数嵌入式拼接控制系统是一种基于Crossport Switch或Fabric Switch架构的集中式控制系统，该架构与传统PC架构集中式系统相比，摆脱了系统运行对操作系统的依赖，利用新一代开关器件结合交叉分组技术实现的一种交叉开关网络，系统中多个点到点的通信链路被组织在一起，最终能够实现所有芯片或模块间的任意互连和并发传输，系统带宽从而成倍的增加；主要由以下系统构成：

 ·标准工业级大功率电源
 ·图形输出模块
 ·图形采集模块（数字/模拟RGB、标准视频、高清视频等）
 ·背板交换模块（负责整个系统所有数据的传输与处理，类似于矩阵切换）
 ·控制接口模块
 ·C/S架构软件，安装于控制电脑上

　　下图为目前市面上常见嵌入式控制系统所用技术的示意图，由芯片系统框图可以看出，嵌入式架构的主要功能集成在交换芯片上，从前端数据采集到后端显示，都是由主芯片控制，在技术上比较容易实现。

　　分布式控制系统

　　分布式拼接控制系统是一种：基于网络交换架构的并行数据传输与节点化、分散式处理的控制系统，主要由以下组件构成：

　　数据传输与交换系统：核心交换机
　　信号采集节点：独立、模块化的数字/模拟RGB、标清视频、高清视频、网络信号等
　　信号输出节点：独立、模块化的数字/模拟RGB输出
　　管理服务系统：标准工业计算机，调度控制系统中所有节点，不进行任何视频数据处理
　　控制端：标准PC或手持式无线设备，进行信号调度与系统管理

　　控制系统方案比较
　　性能：

　　集中式拼接控制系统采用PCI总线串行通讯方式进行视频数据的传输与处理，按照目前硬件的*高配置——PCI-E 16x的理论*高带宽为6.4GBps（参见下图IBM提供的标准数据）；根据实际情况测算，除去自身消耗和编码损耗，其能提供的实际带宽约为4GBps；

　　视频数据量计算公式如下：

　　根据上述计算公式，计算出常用分辨率视频数据量如下：

　　根据上述公式推算，基于工业计算机架构的集中式控制器，其最大极限状态下，可以同时处理的视频数据通道数为：

　　1024×768@60Hz情况下：4G/135M≈29路
　　1920×1080@60Hz情况下：4G/355.96M≈11路

　　基于以上推理和实际项目工程经验，集中式可应用的系统规模极其有限，一般情况下，用在3×3以下的大屏幕拼接墙上，基本可以满足使用需求；一但系统规模扩大，就只能采用降低帧速率或者降低画面质量的方法来实现基本功能，且视频流畅度和画面质量随着视频数量的增加成倍下降；

　　分布式架构不再局限于PCI带宽的限制，其每个处理器节点都采用独立的处理芯片（DSP或DSP+FPGA架构），在每个独立节点上设计成一个独立工作运行、独立信号采集、独立数据传输、独立数据处理的模块化架构，从硬件架构上满足性能的最优设计，一般分布式的设计应满足：每个独立模块能够完全实现1920×1080@60Hz的采集、传输与解码显示，其每个模块都采用DSP+FPGA硬件架构设计，充分利用片上系统（SoC，System on Chip）工作模式的优势，彻底避免了传统控制方式必须借助第三方系统(Windows/Unix等)进行系统处理带来的系统宕机、软件崩溃等常见问题。

　　小结：

　　稳定性：

　　系统扩展性：

　　分布式拼接控制系统，其数据的处理与传输都通过网络交换机实现，且网络架构传输采用并行处理模式，每路信号都单独传输，互不影响，从而可以充分利用每路网络的带宽；网络交换机的背板带宽一般大于端口数量的两倍，举例来说，一个48口千兆网络交换机，其标称背板带宽一般为96Gbps，即可以满足上下行同时达到千兆的数据处理要求，从理论上来说，分布式拼接控制系统采用网络化传输与数据处理，已经没有了交换带宽的瓶颈，可以使数据在整个网络中畅通无阻；

　　下图为某个大型网络系统的实例框架图，如图所示，在现实生活中，成千上万路网络信号的实时处理和传输已经广泛应用，例如：某国有大型企业的公共网络平台，或者集团公司总部与各地市子公司、分公司的VPN网络，都是成熟的应用；

　　作为分布式拼接控制系统的核心，网络交换技术及其应用已经非常成熟，而分布式拼接控制系统对于系统配置的唯*要求即是：随处可达的网络环境，基于上述观点：我们可以得出以下结论：分布式系统在系统建设、系统扩展与规模能力上，具有传统集中式，嵌入式等系统无法比拟的优势。