大屏幕拼接产品技术及应用分析

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　　摘要：大屏幕拼接产品分为显示设备和图像处理控制器，显示设备受限于核心显示部件制造商(例如DLP机芯、LCD面板等)的制约，各厂家之间已没有太大的差异，大屏幕拼接显示系统功能的最终差异越来越多的取决于图像处理控制器系统(包括硬件和软件)的性能。本文主要介绍中达电通几种图像控制器的技术特点及应用。

　　1. 引言

　　以往针对大屏幕拼接产品的探讨大多集中在显示设备上，比如DLP与LCD拼接的技术比较，DLP与PDP、LCD与PDP拼接的技术比较等，曾有人预言LCD窄边拼接的出现会对DLP拼接形成巨大威胁，事实上这种局面并没有像预想那样出现。其实无论从产品技术层面上还是应用层面上，这几种产品没有太多的可比性，各有各的优缺点，各有各的显示特点，可根据用户的实际应用需求选择。说到底，显示设备只是大屏幕拼接系统中的一个组成部分，而拼接系统整体显示功能的实现，更多的是依赖于系统中的图像处理和控制部分。

　　2. 大屏幕拼接显示设备的类型、特点、应用技术对比

　　大屏幕拼接显示设备历经近二十年的发展，从最初单一的DLP拼接，到如今的DLP、LCD、PDP拼接各分天下，再算上最新的OLED、小间距LED，可谓精彩纷呈。这里我们主要讨论在监控指挥中心领域应用最广泛的DLP、LCD、PDP拼接产品。

　　目前市场上DLP拼接显示设备分为两大类，UHP光源和LED光源，UHP光源又分为单灯和双灯，LED光源又分为3×1光源和3×6光源。至于激光光源，由于技术尚不成熟，各大光机制造商没有推出正规产品，目前市场上出现的激光光源DLP，是一些DLP单元厂家更换光源自行改造的，其稳定性、实用性尚待考证。DLP最大的优势在于无缝拼接，0.5mm的物理拼接是LCD、PDP拼接无法达到的。以往被认为是DLP最大缺点的寿命和色轮损耗，随着LED光源的使用已不再成为问题。

　　LCD拼接产品则全部来源于三星、LG、SHARP三家的液晶面板，技术上没有差别，各厂家不同的只是单元箱体设计和图像处理模块，LCD拼接目前最小物理拼缝是5.3mm，其最大的优势在于价格。

　　PDP拼接产品则是韩国欧丽安独一家，目前最大单元是60英寸，物理拼缝2mm。

　　这三种产品的特点对比用下面的对比表进行说明，从对比中用户就可以了解到，针对不同的应用环境应该如何加以选择。 DLPLCDPDP

　　类型UHPLED三星LGSHARP欧丽安

　　单屏尺寸(4:3)50、60、67、80英寸

　　(16:9)60、70(72)英寸(16:9)

　　46、55英寸(16:9)

　　47、55英寸(16:9)

　　60英寸(16:9)

　　42、60英寸

　　单屏分辨率1024*768，1400*1050，1920*10801366*768，1920*10801366*7681366*768853*480，1365*768

　　光源寿命6000-8000h60000-80000h50000h50000h50000h60000h

　　最小拼缝0.5mm5.3mm6.3mm6mm2mm

　　屏前亮度随光源及屏幕尺寸不同

　　250-1500cd/m2低亮450cd/m2，高亮700cd/m21700cd/m2

　　功耗最大375W最大350W最大470W

　　从上表中我们可以看出，三种产品的光源寿命不相上下，三星LCD分辨率有标清和高清，LG和SHARP只有标清，PDP的分辨率低于标清。单屏尺寸上DLP具有一定优势，这意味着相同的拼接面积，需要的DLP单元数量可以最少，拼缝线条最少，而且单屏尺寸大更有利于用户的监控观看。物理拼缝上DLP同样具有优势，≤0.5mm几乎无缝的拼接，使图像的放大显示，以及计算机数据信号的显示呈现更好的观看效果。而在这一点上，LCD则有很大不足，过宽的拼缝会使数据图像的线条被掩盖或混淆。PDP的分辨率太低，不适合计算机信号的显示。


　　DLP拼接数据图像显示


　　DLP拼接视频图像显示


　　LCD拼接数据图像显示


　　LCD拼接视频图像显示

　　从以上照片可以看出，LCD拼接上图像被放大后的显示呈现很严重的割裂感觉，并使监控人员不容易看出拼缝之处是否有数据线条。由此可见 LCD和PDP更适合单屏显示一个视频画面的应用环境，这也是LCD和PDP大多被应用于纯视频监控环境的原因。而DLP的无缝拼接适合所有信号源的任意显示，可应用于几乎全部监控应用环境。

　　而LCD和PDP最大的劣势在于不可恢复，一旦达到寿命，则意味着报废。DLP则不同，更换新光源或个别部件后就相当于一台新设备。

　　3. 大屏幕拼接控制器产品及市场发展

　　再来看看图像处理控制器产品，目前市场上有工控机PCI总线式、纯硬件嵌入式、分布式三种图像控制器。

　　工控机PCI总线式控制器的架构是工控机插入输入/输出板卡，工控机一般采用市场上成熟产品如研祥、研华等，图像处理板卡主要采用几个主流国外厂家产品。IPC的性能决定了系统支持的通道数和稳定性，图像处理板卡的性能决定了图像品质。其优点是基于Windows或Linux系统，可运行用户的应用程序，可直接作为底图机使用，实现超高分辨率信号显示;具有网络抓屏功能，可通过与用户计算机联网，安装拷屏客户端软件，抓取用户计算机屏幕上屏显示。缺点是PC加操作系统的架构使其稳定度有限，容易出现宕机和软件故障;受IPC性能及插槽限制能够支持的信号输入数量有限，支持的大屏拼接规模有限;受限于总线带宽致使信号处理能力有限，较多信号源同时处理时(特别是计算机信号源，及超高分辨率信号)很难达到全部信号实时显示。

　　嵌入式控制器采用全硬件设计，利用FPGA芯片作为影像处理的主要器件，利用底板交换方式进行数据交换，用嵌入式软件实现影像处理。图像品质取决于FPGA设计水平，尤其是视频信号处理(de-interlacing, Scaling，色彩等)，整体性能(单元开窗数、帧速率、拼接规模)取决于底板交换能力。其优点是不需运行Windows/Linux操作系统，不存在计算机软件病毒问题;数据处理实时性好于PCI总线式，图形处理板卡支持热插拔，意外断电不会造成数据损失，可经受频繁开关机。缺点是只能满足RGB/DVI信号、视频信号采集与处理的简单系统应用;无法处理网络计算机屏幕显示;无法处理超高分辨率信号显示，需要借助底图机。底图机可以是一台工控机或上述PCI总线式控制器，插入一定数量输出板卡，用户的应用程序在工控机或PC式控制器上运行，输出信号连接到嵌入式控制器的多个输入端口。这种控制器同样存在支持信号输入数量有限、支持拼接规模有限的问题。

　　分布式是一种全新架构的图像控制器，基于IP网络交换技术，信号采集输入和输出采用独立的处理器，所有信号处理器通过标准CAT6网线与交换机连接。图像品质和整体性能(单元开窗数、帧速率)取决于信号处理器芯片和编解码设计水平。其优点是所有信号被分散到各个独立通道处理及传输，突破了PCI总线带宽和底板交换能力有限的瓶颈，所有信号可达到实时显示;可接入的信号源数量、支持的大屏拼接规模几乎没有限制，只取决于交换机规模;信号可被远距离传输，实现异地远程分布式信号输入及输出显示，布线简单可靠。缺点是目前价格偏高。

　　随着用户监控信号源数量的增多、大屏拼接规模的大型化，以及显示功能的更高要求，工控机式和嵌入式控制器在一些应用环境就显得力不从心，而分布式图像控制器的优越性被越来越多的体现出来。例如在一些监控中心会同时建设指挥大厅和应急指挥室，以及其他的会议室、会商室等，每个地方都有各自的显示屏和各自的信号源，要求几个地方可以单独使用各自信号源和大屏，也可以共享所有信号源进行调用显示，甚至同步显示。针对这种应用环境，工控机式和嵌入式控制器配套的繁复切换、转换设备以及庞大的布线工程，会是令用户和集成商都很头疼的问题，网络化架构的分布式图像控制器无疑是最佳的选择方案。

　　4. 中达电通图像拼接控制器的技术优势

　　中达电通拥有以上三种图像控制器产品，产品规格系列很全面，可为各种不同应用环境的监控大屏提供相应的产品和解决方案。同时，中达电通是大屏幕拼接行业中最早推出分布式图像控制器的制造商之一。第一套DVCS分布式图像控制器系统2009年投入工程使用，至今运行稳定。到目前位置，已在国内外交通、能源、通讯、军队、武警、铁路、电力、公安等领域的近100个指挥调度中心、控制室得到成功应用。

　　中达电通DVCS分布式图像控制器系统是目前同类产品中功能最全面的，由RGB/DVI处理器、视频处理器、高清处理器、音频处理器、SRIS超高分处理器、IPSS流媒体处理器、显示处理器、控制服务器、网络交换机、控制管理软件组成，几乎涵盖了大屏幕拼接显示应用涉及的所有信号源种类，不仅可以处理显示常规计算机、复合视频、高清视频信号，同时可以处理显示超高分辨率动态信号和IP流媒体视频信号。系统应用拓扑图如下：


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