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分布式拼接处理器养成记
编辑:雁枫 [ 2017-9-14 15:37:37 ] 文章来源:数字标牌网
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人类哲学上有三大终极命题:我是谁,我从哪里来,要到哪里去。要想深入了解一个产品,我们也需要沿着这个思路去探索。

近几年一种叫“分布式拼接处理器”的产品出现在了大屏拼接显示行业中,并且有越来越热的趋势,那这种产品究竟是何方神圣,真的是技术创新,还是又一只风口上的猪呢!让我们静下心来用批判性思维来分析一下,看看是否真的适合您的行业。

首先,我们来看看这种产品为什么会诞生,这个故事就有些长了,要先从为什么会有拼接的需求开始,这要从上世纪90年代说起,那时的还没有专用的监视器这种产品,都是用电视机来代替的,采用的是CRT技术,屏幕最大也只有20来寸,计算机还是386、486的,上网还是电话拨号的,互联网才刚刚兴起,弄个网站都觉得很牛,一切都处在信息化的萌芽状态。

第一代的安防监视器

当时人们通常只能使用一块小屏幕来工作,不过信息发展的速度太快,屏幕太小没有办法将信息在更大的范围全面呈现,比如军事指挥,视频监控等,聪明的人类就将很多个显示器摞在了一起,这就是最早的“拼接墙”了。在早期,虽说叫做拼接墙,但是摞在一起每块屏还是单独工作的,而且只能显示一路视频信号,屏幕之间没有办法协调工作,无法真正解决将屏幕变大的问题,(更不用说今天习以为常的信号跨屏、叠加、分割等显示功能),就是基于这个需求,终于诞生了”第一代拼接处理器”,它开启了屏幕拼接的时代。

现在大屏拼接方案已经普遍的被应用在了能源、医疗、交通、军警公安、智能楼宇、工厂自动化等各行各业。其作用是对接入系统的信号源进行统一调度管理,同时在拼接墙中显示,显示方式灵活多样,如开窗、漫游、缩放、跨屏、叠加、分割等。

在拼接方案中,虽然大家看到的是很多块拼接屏幕,但真正决定大屏幕显示效果和能力的其实是隐藏在后面的拼接处理器,按其发展脉络来看,拼接处理器经历了三代的变迁,即:PC式、集中式和分布式

第一代拼接处理器

第一代拼接处理器——PC式,名副其实,实质上就是一台性能不错的电脑,通过视频采集卡将模拟信号输入电脑,然后通过多输出显卡输出到每块屏幕上,可以简单地实现了信号的跨屏、叠加、分割显示。但由于是工控机架构,会存在如下的缺点:

(1)基于PCI总线结构,带宽受限 ,扩展性较差,一般用于小规模的拼接,项目较大时,会出现信号卡顿、延时等。

(2)稳定性差,系统一般是在Windows系统开发的,长期运行稳定性存在风险,一旦操作系统故障或宕机,将引起整个显示系统失效。

(3)难以实现多屏管理、信号源共享和远距离传输等功能

本世纪最初的十年,显示技术得到了突飞猛进的发展,从CRT到PDP、DLP再到LCD、LED,伴随着拼接系统规模的增大,第一代拼接处理器的不足日渐凸显,为了解决这些问题,便发展出了第二代拼接处理器。

第二代拼接处理器

第二代拼接处理器——集中式,所谓的“集中式”其实就是将输出接口板、输入接口板通过一块基板连接起来,将大量的输入和输出信号的数据交换集中在一起进行处理。这种方式创新地采用了以FPGA为核心的背板交换技术,由PCI总线结构转变为Fabric Switch结构,就是将原来PC机串行处理的工作方式变成了并行处理的工作方式,有效地解决了处理速度和带宽的问题,其核心技术在于“高性能的背板”。目前,单台集中式处理器可实现的拼接墙规模高达144个屏。此外,集中式处理器还有很多优点,比如:部署简单,开机迅速(≤3秒),纯硬件(嵌入式)架构,可靠性较高等,尤其适用于信号集中管理和上墙的场景。不过,它依然存在如下的缺点:

(1) 本质上仍继承了集中式处理器架构,具有相同劣势

(2) 多用于单一屏组大屏,信号规模固定,扩展性依然不佳,虽能多台级联但实际扩展受限,维护成本高

(3) 多屏管理依然需要依靠矩阵等外部设备才可实现

(4) 视频信号线缆传输距离有限,部署复杂,难以实现对分散信号源及多块拼接屏幕进行集中管理,难以突破地域限制,进行远程传输

(5) 接入信号多为模拟信号和数字音视频信号,IP Camera等标准设备难以接入,必须使用专用解码卡或解码服务器,成本增加。

(6) 由于受背板信号带宽的限制,屏幕开窗数量受到很大的限制,市面上常见为每屏2窗口或4窗口

(7) 受背板信号带宽的限制,屏组的规模受到限制,无法自由的扩展;

罗振宇说过“凡是新工具诞生,刚开始都是用于解决老问题,但是随着新工具应用的展开,它一定会带来前所未有的创新”。近些年,拼接墙的规模在不断增大,前端摄像头也逐渐高清化、IP化,应用更加复杂和多元化,无论是PC式还是集中式都已经远远无法满足需求了,于是在2010年之后发展出今天文章的主角——第三代拼接处理器,它采用了全新的架构模式,创造性的解决了前两代产品的不足。

第三代拼接处理器拓扑示意图

第三代拼接处理器——分布式(顾名思义,就是不再集中在一起来处理),简单来说就是采用了TCP/IP技术作为图像信号的载体,它将视频打包成IP码流通过网络进行传输,然后通过解码器直接接入屏幕,它允许输入节点和输出节点在地理上分散开来。这样做就可以有效的解决原来集中式处理器因为背板带宽限制所引发的系统瓶颈问题,将压力分散到各个处理单元,每个单元仅仅处理自己相关内容,极大提高处理效率,将背板交换变成标准的交换机,极大简化了技术难度。它的优点如下:

(1)海量IPC信号的同时、实时处理与显示

高清网络监控摄像机已广泛应用到生活的方方面面,大量IP视频数据的及时处理成了迫切的需求,集中式处理器需按IP信号的数量来配置对应数量的解码卡,解码卡价格较贵,缺乏成本优势,且无法接入4K摄像头的信号。而分布式处理器则天生兼容IPC摄像头,可以直接接入IP视频信号,且没有输入和输出的数量限制,成本较低,理论上可以无限扩展。

(2)多种信号的共享与集中管理

同一个客户,更多的信号源分散在不同区域,楼层之间、厂区间、地区间、甚至不同省市间,客户需要对所有这些信号进行共享和集中管理,集中式处理器需要借助多种设备的接入和级联,多种线缆的传输布设等,才能满足。实施复杂、成本昂贵,稳定性一般。而分布式处理器仅通过网线组建成局域网,就可实现所有接入系统的信号和设备全网络化的互联互通,布线简洁且节省预算(一条50米的网线仅需50元左右,而一条50米的DVI线缆价格通常在600元以上,是网线价格的10倍以上)。

(3)系统稳定性高

越来越多的大屏拼接系统应用在国计民生的有关行业和领域(比如:铁道运营监控、电力调度、交通指挥、移动通讯等),使客户对该系统稳定性的要求日益增加,集中式处理器所有信号都由一台处理器集中处理和显示,当其出现宕机、感染病毒或任何其它故障时,将影响大屏幕的正常显示,甚至黑屏,因此稳定度较差,风险性较高。而分布式处理器则采用网络式架构,将处理能力分散到各节点中,每个处理器都单独处理自己的信号,有效地分担了系统压力,即使有个别节点发生故障,也不会影响整个系统的运行,因此具备更好的稳定性。

不过,分布式虽好,但也不是完美的,他也存在如下几点不足:

(1) 对于非IP码流的视频信号,分布式处理器需要对其进行编解码,而集中式处理器则可直接输入和处理信号,实时性更优

(2) 分布式完全架构在网络的基础上的,虽然具备海量的接入能力、各种炫酷的应用和较低的布线成本,但对网络环境的要求较高。

如何识别市场上分布式处理器的好坏

自从丘比特将分布式处理器引入业界后,很多国内厂商争相效仿,这几年出现了不少公司做这个产品,但是质量可谓是良莠不齐、鱼龙混杂,那么,在实际项目使用中,应如何识别分布式处理器的好坏呢?

从分布式处理器的系统层面上来看,可以将这种技术的核心能力分解成3各层次,分别是:硬件基础能力、软件算法能力、应用扩展能力

其中硬件基础能力软件算法能力是分布式处理器一切功能的基础,应用扩展能力是系统扩展性和灵活性的保证。

衡量硬件基础能力一个最重要的指标就是“解码能力”,他是分布式实现开窗、漫游、缩放、跨屏、叠加、分割等众多能力的基础,一台最多可解16路1080P信号分布式节点,要比最多仅能解4路1080P信号的分布式节点具备更强的应用扩展性和稳定性,

衡量软件算法能力一个最重要的指标是屏与屏之间的同步性,是用户在使用中直观感觉最强的一项,一般建议屏间刷新同步在2ms以下才能算是一个好的分布式处理器。很多分布式处理器,在播放高清视频时,屏与屏之间的画面会出现严重撕裂和错开的现象。更有甚者,在视频会议场景中,如果与会人员的头部刚好处于多个屏间,会出现头部在这些屏间的位置是错开的。这样的系统屏间同步性很差,基础没有了,实现再多的应用也无济于事。

应用的扩展能力,有了好的硬件基础能力和软件算法能力,算是建立了一个可靠的基础保证,再加上对外灵活的接口,就可以扩展出各种各样炫酷的应用,如对应的云台控制,报警联动、大屏回显、超高分显示等。

世上没有完美的东西,新的问题也会不断地产生,但技术会不断的向前发展,随着分布式处理器的优点得到越来越多用户的认可,未来会有越来越多的大型拼接项目采用网络分布式处理器。同时也会吸引越来越多的厂商和资本加入到分布式处理器的研发当中,这两者将直接推动分布式处理器快速发展,未来也一定会随着信息化、网络化、智能化的发展,诞生更多更能满足用户需求和体验的好产品、好功能,让我们拭目以待!


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