小鸟科技嵌入式、模块化多屏幕拼接处理器在专业视听领域的应用

　　前言

　　随着拼接显示技术的发展，人们对超大显示面积和超高清的影音体验的需求越来越大。人们在关注显示效果的同时，也注意到如何把信息准确、安全、及时有效的呈现在显示终端上供决策者判断，这成了一项非常重要的内容。

　　拼接处理器作为操作者和大屏幕系统交互的一个重要平台，在大屏幕显示系统中显示出来的各种效果，都是由图像拼接处理器来完成的。在大屏幕拼接系统中，往往显示设备容易成为整个系统好坏聚集的焦点，殊不知真正的幕后英雄是拼接控制器;拼接控制器的优劣直接决定着整个大屏幕显示效果的好与坏，当在应用中系统频繁出现死机、干扰、斜切纹、画面抖动、相位偏移、色差不准时，用户们才真正关注起问题的根源。

　　目前，市面上呈现三种拼接控制器，第一代为PCI工控式，第二代为嵌入式，第三代为FPGA纯硬件刀片式;

　　第一代：PCI工控式拼接处理器

　　PCI插卡式的工作原理是通过工控机，利用多路PCI计算机主板，一部分PCI插槽插入视频采集卡，另外一部分PCI插槽插入视频输出卡，输入和输出中间由CPU来构建一个运算和处理中心，这就组成了一台工控式拼接处理器，他的图像处理原理是通过CPU运算后将母信号分割成M*N个子视频信号，再把每一个视频信号进行放大处理，分别传送给拼接墙上对应的单元，显示单元上的分辨率和处理速度由CPU性能和对应的PCI卡插槽决定;由于计算机的能力有限，一台性能好的工控式拼接处理器最大情况也只能实现16块屏幕的拼接显示，大大限制了拼接的规模;

　　第二代：嵌入式拼接处理器

　　嵌入式拼接处理器也称为“内嵌式拼接处理器”他基于液晶屏信号驱动板上增加的运算分割技术，其工作原理先将一个完整的母画面信号传送至信号运算处理器，运算处理器以ID地址编码器的方式开始锁定各自的画面位置，并以二进制码顺序排列运算并切割成多个子画面，处理器各自运算好的数据直接输送给液晶驱动板，驱动板将色彩、亮度以及对比度等参数调节矫正后以LVDS方式传送给成像器形成图像。由于嵌入式拼接处理器采用硬件架构图形处理技术每次只处理一种类型信号，所以不需要强大的CPU核心来运算。简单的画面拼接功能一度受到市场青睐。但这种内置拼接处理器指示单元内部处理结合成的显示图像，不能解决高分辨率拼接和任意位置及大小的多窗口信号处理，更多的应用在单一信号的宣传显示屏等简单的多画面处理中，在高端多窗口、多信号源、多显示模式的控制室的应用相对较少。

　　第三代：FPGA纯硬件刀片式拼接处理器

　　由北京小鸟科技发展有限责任公司研发的第三代DIGIBIRD-T系列刀片式拼接处理器是一款数字化全高清图形处理设备，基于FPGA阵列式、纯硬件技术之上，采用模块化处理，刀片式架构，较传统拼接处理器的区别在规范：A/D转换效能由输入模块实现，虚拟开窗由输出模块实现，每组输入输出构建一个独立自定义的独立运算核心;多个运算核心构成一个强大的高速数据库，并且通道与通道之间独立传输互不影响;

　　DIGIBIRD-T系列多屏幕拼接处理器采用FPGA的视频处理技术与数字信号处理技术(DSP)，以先进的背板交换总线技术为构架，刀片式模块化的设计提供了无可挑剔的灵活性和可维护性。保证了无论在怎样复杂的情况下每路信号都有足够的独享带宽(输入槽位10GB、输出槽位40GB)保证低延迟、全实时与全同步。即使在144屏幕拼接情况下先进的总线设计也能够保证高达144路不同的高清输入信号(或572路标清输入信号)在大屏幕上同时显示，并且所有图像流畅、同步、低延迟、无卡顿。同时可支持多组大屏幕不同分辨率显示，具有大屏回显功能，在控制室即可实时查看大屏幕显示状态，配合交互式可视化管理客户端，给用户带来一种全新的应用体验。

　　DIGIBIRD-T系列多屏幕拼接处理器特性优势

　　1、纯硬件架构

　　采用大规模FPGA陈列式纯硬件技术架构，无硬盘，免维护，无操作系统避免了工控式系统的死机、硬件冲突、蓝屏以及计算机病毒侵入等问题;启动快( <5秒)，稳定可靠，系统数据出厂前已固化，意外断电不会造成设备受损，可以频繁开关机。

　　纯硬件无操作系统，免维护，稳定可靠

　　2、模块化设计，并支持热拔插

　　整个系统采用模块化设计，包括输入卡、输出卡、切换卡、控制卡、风扇、电源等，并支持热拔插。模块化的设计为日常使用和维修带来极大的方便，当系统出现故障时，无需拆开机箱就能实现在现场替换有故障的模块，快速恢复系统正常运行。输入模块和输出模块的热插拔特性使得系统可在不断电的情况下更换、升级输入输出模块，不影响系统的正常工作，保证了系统的稳定、灵活、可靠。

　　模块化设计，支持热拔插

　　3、先进的背板交换架构

　　系统采用先进的背板交换架构，有别于传统的PCI总线结构，为它的每个外围槽位提供了高达10Gb/s的传输带宽，外围的板卡通过先进的背板交换架构进行数据的极速交换，从而确保数据可靠传输，提供快速的优质图像资源被所有的外围设备分享，从而使系统环境下大量的数据和图像传输不再受到PCI总线结构的带宽制约。基于交换架构的专用总线设计可以保证每个输出屏幕都有独立的专用带宽，无论系统处理多少路高清信号，拼接多少个单元，都能保证图像信号清晰、流畅、不丢帧。

　　4、强大的处理能力

　　系统支持多种信号格式输入，包括复合视频、VGA、DVI、IP流媒体、HDMI、SDI/HD-SDI等。对复合视频，能兼容NTSC/PAL/SECAM等模拟制式，多达672路视频信号实时处理;对计算机视频信号，能兼容支持各种常见分辨率，并可实现自定义非常规分辨率，多达168路计算机信号实时处理。系统可输出DVI-I信号或双绞线数字信号，支持RGB(模拟)/DVI(数字)同时输出，单个输出通道最高支持分辨率1920×1200@60Hz，多达144路高清输出，更多输出可通过系统级联。

　　丰富的输入信号格式

　　5、全新的同步技术和双缓冲技术

　　为保证高速运动的画面在虚拟墙的各个物理显示器上能达到同帧播放的效果，避免不同步造成的不同屏运动、画面错位和追赶现象造成的横切纹问题，系统自有的全同步技术和双缓冲技术，保证了全屏图像的帧同步和无追赶，为用户提供流畅、连贯、实时的高清运动画面。

　　6、带倍线和运动补偿的视频采集

　　视频采集带有倍线和运动补偿功能。输入的复合视频经过基于每点的运动补偿(MADI)和高级色彩管理(3D ACM)引擎进行倍线和运动补偿后进入处理器，达到清晰亮丽流畅的视频效果，升级为高清视频的视频信号并能够任意开窗、移动、缩放、叠加。

　　7、灵活多样的显示模式

　　系统中任意信号可在拼接屏的任意位置开多个窗口，无公共区域的限制，可任意叠加、缩放、拉伸、画中画显示，为用户提供灵活的应用。

　　信号任意开窗显示

　　8、底图功能

　　系统的底图功能提供超高分辨率大底图显示解决方案，可作为开机画面使用，信号可在大底图上任意开窗，丰富了显示内容，尤其解决了在系统中间开窗两边黑屏的问题。通过选配SD卡输入卡就可为系统提供一个高清底图。SD卡中的图片，用户可根据现场情况自定义制作，以适合现场需要。系统可以动态读取SD卡中的图片，动态更换底图，底图轮循。

　　9、网络采集

　　DIGIBIRD多屏幕拼接处理器的网络采集功能有网络抓屏、网络底图、IP流信号直接采集等。

　　网络抓屏：系统能自动识别网内任意一台PC信号，切换抓取网内任意PC的桌面在系统上快速显示。这种通过网络采集的信号，相比VGA信号，避免了模拟信号的抖动、重影等复杂问题;相比DVI信号，解决了传输距离的问题。安全备份、矩阵故障时也能通过网络实现矩阵的功能。

　　网络底图：客户端PC虚拟出一个大分辨率的桌面，系统通过网络采集这个大分辨率桌面在大屏上显示，成功地解决了高分辨率显示问题，为行业组态图、地理信息系统、平安城市等应用提供理想的解决方案。

　　IP流信号：IP流信号可直接解码输入。

　　10、多组分辨率输出

　　系统的输出通道可自定义多个独立的组，每个组输出的分辨率可以相同或不同。用户根据现场需要配置相应的分辨率，为系统控制及管理多组分辨率提供解决方案。

　　11、输出通道映射

　　系统输出通道可任意映射，输出通道可以任意排序，为行业应用提供异形拼接的完美解决方案。

　　12、IP流媒体解码

　　系统基于DSP纯硬件架构开发，采用H.264/MPGE-4AVC解码技术，对于前端的IP网络摄像头信号可定制化直接解码并在大屏幕上实时显示。

　　13、DVI双链路采集

　　系统配置DVI双链路采集卡，单口实现高达4K×4K超高清分辨率采集。使用多个DVI双链路采集卡，即可轻松实现更大分辨的显示。DVI双链路采集卡可定制分辨率，实现在屏幕上点对点的显示，图像无拉伸变形，显示效果清晰细腻，为拼接大屏实现分辨率点对点显示提供解决方案。

　　超高分点对点显示

　　14、预案保存调用

　　系统具有设备工作状态、窗口显示模式、信号采集端口的预案自定义保存功能，并可根据显示的要求对预案进行模式化调用，并且可根据需求进行时间、顺序进行自动循环调用。

　　15、冗余电源设计

　　系统采用多电源冗余供电方式，共同承担负荷，当系统某一个电源出现故障时，系统自动切换到备用电源供电，保证设备运行的不间断性;同时系统具备自动监测功能，方便用户查看设备的工作状态;

　　双电源配置

　　16、多样化控制方式

　　通过RS-232 串口，可方便的把处理器与计算机、中控相连用户不仅可以通过配套的软件进行控制，还可以将系统集中到中控系统实现集中控制，接口完全开放。控制客户端在满足所有PC操作系统应用的同时还支持移动终端例如IOS\Andriod以及windowsphone等操作系统下使用，人性化简易操作界面，分级、分权用户安全管理。

　　技术参数：

　　拓扑图：

　　DIGIBIRD-T系列多屏幕拼接处理器具有的功能特性，适应于各种不同的行业应用，例如：安防监控中心、城市指挥中心、交通监管调度、电力行业多媒体显示、水利石油等能源调度检测中心，以及军事指挥、银行多媒体显示等不同行业;DIGIBIRD-T系列多屏幕拼接处理器以其具有的优秀特性得到了用户的广泛好评;

　　北京小鸟科技发展有限责任公司依托强有力的研发实力，秉承以自主创新为根本，以技术领先为目标，凭借众多核心技术已经屹立于拼接领域的领导地位。未来小鸟科技将精益求精，不断创新和强化企业的经营管理，不断提高产品技术含量与质量，开拓国内及国际市场。持续秉承“杰出设计、优异品质、服务至上”的理念，扎根专业视听(AV)、监控系统(CCTV)等行业，在赢得自身发展的同时，为行业发展贡献一份力量。