拼接處理器作為操作者和大屏幕系統交互的一個重要平臺,在大屏幕顯示系統中顯示出來的各種效果,都是由圖像拼接處理器來完成的。拼接控制器的優劣直接決定著整個大屏幕顯示系統效果的好與壞,也決定了整套顯示系統的功能。
拼接控制器的發展大致可分為三代
大屏幕拼接墻廣泛應用,推動了拼接技術不斷地發展。從90年代出現的第一代PCI工控機架構,到2000年出現第二代FPGA純硬件式架構,以及最新出現的第三代分布式架構的處理器,每一次技術的推進,都為拼接處理器帶來新的功能、新的體驗,但是相對于前一代的產品,即使是最新出現的分布式架構處理器,也不能絕對的淘汰前二代產品中的任何一個。
首先從第一代——PC式處理器產品說起,PC式處理器 使用PCI或PCI-E采集卡接入各種視頻信號,使用多頭顯卡,加上多屏卡輔助,來完成多屏輸出,是最早一代的大屏拼接方案。PC式處理器的物理結構是一臺高性能的PC主機,性能處決PC機的處理能力,但早期受計算機主板規模和功耗的限制,處理能力有限,為第二代拼接處理器的出現提供了機會。
第二代拼接處理器基于硬件構架,處理核心是FPGA芯片陣列,具有速度快,并行處理,功能靈活的特點,極大的提高了系統運算速度。有效的使用并行處理技術使得數據得到分散處理,沒有了第一代處理器的速度瓶頸,從而可以同時接納多個高速信號。這是集中式處理器拼接控制器系列與第一代相比,最大的性能優勢。
第二代拼接處理器技術原理簡單穩定,多用于單一大屏的工程。但是隨著大屏拼接技術的發展,大屏拼接系統工程的規模越來越大,在一個大規模信號顯示拼接項目上,拼接處理器底板規模過大成了整個系統的薄弱點,另外,由于自身為純硬件,無操作系統,不具備任何軟件的功能,因此面對當今越來越復雜的拼接環境,在增值應用開發方面,第二代拼接處理器受到其技術結構的限制,困難較多。
第三代網絡分布式處理器結合了前兩代處理器的優缺點,以全分散的結構進行工作,同時其通過網絡進行數據傳輸。由輸入節點,輸出節點和網絡交換機組成。輸入輸出節點的物理位置可以分散在各個地點,數據的處理也分散在各個節點之中,通過網絡進行數據的交互,交互機再將這個網絡有機的連接,從而實現大屏幕拼接功能。分布式拼接處理器因為使用的是網絡的碼流打包傳輸方式,即使其采用和第二代相同的FPGA硬件結構,但因為處理對象由原來的整幀圖像變為現在的一個數據包形式,對數據傳輸和處理的對象也會更加準確和高效,從而方便實現最優化的遠距離圖像分享和綜合顯示。
分布式拼接處理器因為其物理結構的分散,從而使工程的靈活性有了質的飛越,既可以運用在小規模項目快速搭建整套系統,并使其擁有可升級擴展的能力,也可以直接應用在大規模復雜工程中,降低工程難度,豐富功能特點。甚至可以將一個復雜工程拆分為多期分段施工,從而解決了施工中的經費問題。
不同拼接處理技術各有優勢
以上介紹的三個處理器技術類型,雖然出現的時間有先后,但是至少到目前為止,尚無絕對的淘汰機制,再從第一代PC處理器產品說起,不可否認,當年的選擇是PCI,PCI-X總線,單卡最大的采集能力也僅限于兩路1080p。不過隨著IT技術的發展,現在使用PCI-E,使性能得到了較大幅度的提升,PCI-E-X16單卡可以獲得理論上20Gbit帶寬,具備采集10路1080p能力,有的主板可以支持多達16個PCI-E-X16插槽,性能十分強勁。同時又因具有操作系統,可以進行后續的應用開發,在一些小規模拼接項目中,具有優勢。如藍寶AMD FirePro W9100專業顯卡,采用了目前頂級的28nmGCN架構GPU核心,總計2816渲染單元,核心頻率高達930MHz可以實現多達6屏4K輸出,震撼表現引領高端風潮。另外,由于融合項目規模一般較小,因此,PC式處理器在融合應用中應用較多。
雖然,分布式拼接處理器的優勢讓眾多的拼接處理器廠商把目光與焦點都投向了它,但是從廠商的產品推出情況以及產品的應用情況上我們仍可以看到,第二代拼接處理器仍有很大的市場,基于FPGA芯片陣列的處理器仍是不少處理器廠商的主打產品,除了新型的專門從事分布式處理架構的處理器廠商,傳統的廠商,大都把分布式拼接處理器作為一個技術分支,是對現有的產品線的補充。
無論是第二代拼接處理器還是分布式拼接處理器它們的優勢都只是相對的。分布式拼接處理器信號輸入與輸出沒有數量限制,可以無限擴展,并支持多顯示墻,實現多屏信號共享,多屏聯動,多屏內容相互瀏覽,同時支持網絡布線,可以方便的支持大批量IP流監控攝像信號的接入,在新型的安防市場以及位置分散的數字標牌市場優勢十分明顯。而第二代拼接處理器的純硬件結構對于分布式拼接處理器即是劣勢又是優勢,硬件架構限制了其靈活性與規模的擴展,但是卻能讓它從根本上保證對所有輸入視頻進行全實時處理和數據一致性,圖像沒有延遲,無離散化,不丟幀。不僅圖像質量出色,還可以避免病毒以及意外斷電等帶來的風險,在一些對安全有著嚴格要求且對互動交流要求相對較少的行業與應用里,硬件式拼接處理器仍占主導地位。
多元的拼接顯示技術推動處理器多元化發展
現階段,大屏幕拼接市場包括DLP背投影拼接、前投影邊緣融合、LCD液晶技術、PDP等離子技術和LED大屏技術等不同的陣營,這些技術具有各自獨特的競爭優勢,在應用上也有相對的針對性,這種優勢導致大屏廠商如果想要全面滿足不同客戶的多樣需求,就需要適時的推出其它技術類型的產品。而其中最典型的莫過于大屏巨頭--巴可、科視了。巴可、科視單拼接產品這一條線就涉及前投影邊緣融合、DLP背投影拼接、LCD液晶技術以及LED大屏技術等多個技術門類,幾乎可以滿足不同用戶的所有需求。又如威創、GQY作為傳統背投廠商產品線也相繼增加了LCD液晶技術與小間距LED技術,還有如彩訊、豐信達等既有DLP背投影拼接產品,也有LCD液晶拼接產品?梢姡喾N顯示技術不光共存在整個行業發展過程中,還共存于單個的企業中,“多元化”成了大屏顯示行業發展的一大特色。
對于處理器,不同的顯示技術對于拼接器的要求也不同。如與DLP背投不同,LCD液晶拼接單元大都內置了拼接控制板卡,如無特殊的要求一般不需要用到外接拼接處理器;而前投影邊緣融合需要用到具有邊緣融合功能的拼接處理器;LED大屏要用到LED視頻處理器,多元化的顯示技術為多種拼接處理技術存在提供了生存的土壤。
現在,拼接處理器行業有純硬件架構、DSP架構、X86架構、ARM架構,集中式和分布式多種產品形態,針對不同的顯示技術,都有各有的優勢。如PC式圖像效果出眾,在投影融合應用中占有主導地位。集中式處理器,采用了FPGA加矩陣交換芯片的技術結構,是目前市場銷售較多的處理器結構。分布式拼接處理器更多的被用在平板,尤其是液晶拼接產品上;X86架構是中小拼接墻企業最愛的產品;ARM架構的拼接處理器主要應用在分布式系統,其次是小型安防工程上。
此外,細化到每一顯示技術陣營內部,無論是對于DLP背投影拼接、LCD液晶技術還是前投影邊緣融合等技術類型的廠商來說大都還沒有能力掌控前端顯示設備的核心技術,因此如果廠商想要體現自己的與眾不同,做出差異化的拼接顯示系統,就必須從拼接處理器方面著手,采用不同技術類型的處理器產品不僅可以為顯示廠商搶占更多的應用市場提供條件,也是區別于其它品牌,擴大差異化的重要手段。
可見,在沒有形成決對淘汰機制的情況下,無論是選擇哪種拼接處理器技術,對于廠商來說都不能形成絕對的領先優勢;但是不同技術之間的差異性又不能從根本上消失,因此,現在的拼接處理器廠商往往推出兩種或兩種以上的技術架構產品來滿足不同的客戶群體--多元技術共生、或為補充,形成了目前拼接處理器產品多元化繁榮的局面。