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分布式图象拼接控制器技术解析

分布式拼接控制器与其他类型处理器对比分析
来源:投影时代 更新日期:2014-04-18 作者:佚名
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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,来实现大屏拼接,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 PCI/PCI-E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 Windows/Linux Linux
传输 数据结构 数据块 PCI/PCI-E每次传输都从图像中取出一块块进行突发传输 全帧切换图像的传输是以帧为单位 数据包输入节点将图像分解为标准的网络数据包 数据流 输入节点将图像封装为H.264视频码流
延迟 100MS 60MS 70MS 500MS 100MS
压缩 无压缩   无压缩或者无损压缩 H.264 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
图像质量 较好,在文字边缘有细小马赛克
分辨率 高清 高清
整屏同步性 一般
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(7×4) 一般 一般
信号预览 支持 需要配置预览卡 支持
超高分辨率 软件方式支持 硬件方式支持 通过软件/硬件方式支持 软件方式支持
网络摄像头解码 支持

    如果从数据处理角度来看,PC架构的集中式采用的方法是分散采集(通过采集卡采集到内存),分散显示(从内存到显卡), CPU集中计算(当然,这种架构也在发展,目前开始出现了CPU只负责调度,由PCI-E Switch芯片转发数据包,由显卡计算这种方式)。由CPU来集中处理的方式也就决定了PC架构的不稳定性,以及拼接路数的限制。

    PC架构的处理器平均功耗很高,主要原因是在PC上运行,功耗的百分之九十可以叫做静态功耗,被操作系统等软件消耗掉。

    集中式硬件架构其实是分散化实现数据处理的,它的图像处理在输出板卡完成,交换背板只负责数据分发。由于交换背板是各个厂家自行设计的,每路带宽可以达到几G带宽,但是交换背板的芯片是一种叫做高速串行总线交换开关的芯片,只能通过配置内部寄存器,作点对点传输,这样带来的一个结果就是无法进行图像分割,传输带宽是显示带宽的好几倍,所以一般而言,纯硬件集中式单屏开窗能力只能做到4路。同样的道理,交换芯片无法将采集内容数据化,也就不支持图像直接进入计算机预览的能力,所以纯硬件集中式处理的信号预览只能通过插入额外的预览卡,将图像转换成网络数据包。当然,这样做的好处是不需要做复杂的帧存控制,可以达到很低的延迟。

    分布式,尤其是嵌入式CPU分布式,利用嵌入式CPU 的解码能力和内嵌Linux操作的便利性,能够很方便的进行基于H.264码流的传输,做一些灵活的大屏控制。由于H.264码流无法进行图像切割,存在着计算带宽是显示带宽的好几倍的问题。这在做跨屏漫游时很容易突破计算能力而导致画面停顿。H.264码流还存在参考帧和关键帧的区别,每一幅画面的解码都依赖于前几幅(可到15幅)画面。所以延迟较大。

    纯硬件分布式由于可以作画面分割,完全按照所需带宽传输,所以可以实现单屏64路信号。纯硬件分布式没有依赖于第三方厂家的图像处理引擎(嵌入式CPU方式的图像处理引擎由芯片厂家提供),只能自主开发,由于通用图像处理引擎过于复杂,一般自主开发时会针对大屏应用舍弃许多不需要的功能,而对大屏应用需要的部分作强化,所以能够实现低功耗高性能。

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