隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，大屏幕拼接方案越來(lái)越多的應(yīng)用在能源、醫(yī)療、交通、軍警公安、智能樓宇、工廠自動(dòng)化等各行各業(yè)，大屏幕系統(tǒng)的核心——拼接控制系統(tǒng)，也隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，從早期的基于工業(yè)PC架構(gòu)的傳統(tǒng)集中式控制器，逐步發(fā)展到最新推出的分布式架構(gòu)控制系統(tǒng)；
綜合整個(gè)大屏幕行業(yè)，拼接控制系統(tǒng)大致分為三種類型：集中式、嵌入式、分布式；
集中式控制系統(tǒng)
集中式拼接控制系統(tǒng)是一種基于工業(yè)計(jì)算機(jī)架構(gòu)的串行數(shù)據(jù)傳輸與處理服務(wù)系統(tǒng)，主要由以下系統(tǒng)構(gòu)成：
工業(yè)計(jì)算機(jī)
主板
CPU處理器
內(nèi)存
硬盤(pán)
操作系統(tǒng)
Microsoft Windows
Unix/Linux
圖形處理模塊
圖形輸出卡
RGB信號(hào)采集卡
視頻信號(hào)采集卡
控制軟件
C/S架構(gòu)
安裝在工業(yè)計(jì)算機(jī)和控制端電腦上
集中式拼接控制系統(tǒng)的應(yīng)用模式如上圖所示：所有信號(hào)源全部接入工業(yè)計(jì)算機(jī)采集，所有輸出也全部經(jīng)由工業(yè)計(jì)算機(jī)控制，其工作模式即是在工業(yè)計(jì)算機(jī)顯示輸出卡上模擬一個(gè)電腦桌面，然后將所需信號(hào)源在該電腦桌面上開(kāi)啟窗口；
嵌入式控制系統(tǒng)
目前，市面上的絕大多數(shù)嵌入式拼接控制系統(tǒng)是一種基于Crossport Switch或Fabric Switch架構(gòu)的集中式控制系統(tǒng)，該架構(gòu)與傳統(tǒng)PC架構(gòu)集中式系統(tǒng)相比，擺脫了系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)操作系統(tǒng)的依賴，利用新一代開(kāi)關(guān)器件結(jié)合交叉分組技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種交叉開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中多個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的通信鏈路被組織在一起，最終能夠?qū)崿F(xiàn)所有芯片或模塊間的任意互連和并發(fā)傳輸，系統(tǒng)帶寬從而成倍的增加；主要由以下系統(tǒng)構(gòu)成：
標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級(jí)大功率電源
圖形輸出模塊
圖形采集模塊（數(shù)字/模擬RGB、標(biāo)準(zhǔn)視頻、高清視頻等）
背板交換模塊（負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的傳輸與處理，類似于矩陣切換）
控制接口模塊
C/S架構(gòu)軟件，安裝于控制電腦上
下圖為目前市面上常見(jiàn)嵌入式控制系統(tǒng)所用技術(shù)的示意圖，由芯片系統(tǒng)框圖可以看出，嵌入式架構(gòu)的主要功能集成在交換芯片上，從前端數(shù)據(jù)采集到后端顯示，都是由主芯片控制，在技術(shù)上比較容易實(shí)現(xiàn)。
分布式控制系統(tǒng)
分布式拼接控制系統(tǒng)是一種：基于網(wǎng)絡(luò)交換架構(gòu)的并行數(shù)據(jù)傳輸與節(jié)點(diǎn)化、分散式處理的控制系統(tǒng)，主要由以下組件構(gòu)成：
數(shù)據(jù)傳輸與交換系統(tǒng)：核心交換機(jī)
信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)：獨(dú)立、模塊化的數(shù)字/模擬RGB、標(biāo)清視頻、高清視頻、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)等
信號(hào)輸出節(jié)點(diǎn)：獨(dú)立、模塊化的數(shù)字/模擬RGB輸出
管理服務(wù)系統(tǒng)：標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)計(jì)算機(jī)，調(diào)度控制系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)，不進(jìn)行任何視頻數(shù)據(jù)處理
控制端：標(biāo)準(zhǔn)PC或手持式無(wú)線設(shè)備，進(jìn)行信號(hào)調(diào)度與系統(tǒng)管理
控制系統(tǒng)方案比較
性能
集中式拼接控制系統(tǒng)采用PCI總線串行通訊方式進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的傳輸與處理，按照目前硬件的最高配置——PCI-E 16x的理論最高帶寬為6.4GBps（參見(jiàn)下圖IBM提供的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)）；根據(jù)實(shí)際情況測(cè)算，除去自身消耗和編碼損耗，其能提供的實(shí)際帶寬約為4GBps；
視頻數(shù)據(jù)量計(jì)算公式如下：
根據(jù)上述計(jì)算公式，計(jì)算出常用分辨率視頻數(shù)據(jù)量如下：
1024×768@60Hz：
根據(jù)上述公式推算，基于工業(yè)計(jì)算機(jī)架構(gòu)的集中式控制器，其最大極限狀態(tài)下，可以同時(shí)處理的視頻數(shù)據(jù)通道數(shù)為：
1024×768@60Hz情況下：4G/135M≈29路
1920×1080@60Hz情況下：4G/355.96M≈11路
基于以上推理和實(shí)際項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)，集中式可應(yīng)用的系統(tǒng)規(guī)模極其有限，一般情況下，用在3×3以下的大屏幕拼接墻上，基本可以滿足使用需求；一但系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大，就只能采用降低幀速率或者降低畫(huà)面質(zhì)量的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)基本功能，且視頻流暢度和畫(huà)面質(zhì)量隨著視頻數(shù)量的增加成倍下降；
分布式架構(gòu)不再局限于PCI帶寬的限制，其每個(gè)處理器節(jié)點(diǎn)都采用獨(dú)立的處理芯片（DSP或DSP+FPGA架構(gòu)），在每個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)上設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立工作運(yùn)行、獨(dú)立信號(hào)采集、獨(dú)立數(shù)據(jù)傳輸、獨(dú)立數(shù)據(jù)處理的模塊化架構(gòu)，從硬件架構(gòu)上滿足性能的最優(yōu)設(shè)計(jì)，一般分布式的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：每個(gè)獨(dú)立模塊能夠完全實(shí)現(xiàn)1920×1080@60Hz的采集、傳輸與解碼顯示，其每個(gè)模塊都采用DSP+FPGA硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)，充分利用片上系統(tǒng)（SoC，System on Chip）工作模式的優(yōu)勢(shì)，徹底避免了傳統(tǒng)控制方式必須借助第三方系統(tǒng)(Windows/Unix等)進(jìn)行系統(tǒng)處理帶來(lái)的系統(tǒng)宕機(jī)、軟件崩潰等常見(jiàn)問(wèn)題
小結(jié)：
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描述 類型 |
性能比較 |
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集中式 |
較差，受限于工業(yè)計(jì)算機(jī)PCI-E帶寬和計(jì)算機(jī)性能 |
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嵌入式 |
一般，受限于矩陣切換芯片支持的處理規(guī)模和性能 |
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分布式 |
優(yōu)，獨(dú)立模塊設(shè)計(jì)，性能無(wú)瓶頸 |
穩(wěn)定性
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描述 類型 |
系統(tǒng)穩(wěn)定性對(duì)比 |
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集中式 |
1. 受限于硬件架構(gòu)，常常出現(xiàn)工業(yè)計(jì)算機(jī)與其他板卡的兼容性問(wèn)題 2. OS問(wèn)題，由于采用第三方操作平臺(tái)，Windows或其他OS的固有漏洞及系統(tǒng)故障無(wú)法避免 3. 集中式大功率供電、一體化運(yùn)行，系統(tǒng)任何一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障、大屏幕系統(tǒng)完全無(wú)法運(yùn)行 |
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嵌入式 |
1. 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)取決了單顆主芯片的性能和穩(wěn)定性，將系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)集中到一個(gè)點(diǎn)上，出現(xiàn)系統(tǒng)整體宕機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)很大 2. 集中式大功率供電，風(fēng)險(xiǎn)極大 3. 一體化運(yùn)行，數(shù)據(jù)交換模塊出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致大屏幕系統(tǒng)黑屏，信號(hào)采集模塊出現(xiàn)問(wèn)題，則會(huì)導(dǎo)致控制操作混亂，經(jīng)常出現(xiàn)需要客戶系統(tǒng)重新上電的問(wèn)題 |
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分布式 |
1. 分散式、獨(dú)立供電模式，無(wú)需擔(dān)心供電系統(tǒng)故障，一個(gè)節(jié)點(diǎn)斷電不影響系統(tǒng)運(yùn)行 2. 節(jié)點(diǎn)化處理，每個(gè)模塊只處理與其相關(guān)的數(shù)據(jù)，模塊間互不影響 3. SoC工作模式，無(wú)操作系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn) 4. 系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單，方便快速系統(tǒng)維護(hù) |
系統(tǒng)擴(kuò)展性
分布式拼接控制系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)的處理與傳輸都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)，且網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)傳輸采用并行處理模式，每路信號(hào)都單獨(dú)傳輸，互不影響，從而可以充分利用每路網(wǎng)絡(luò)的帶寬；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的背板帶寬一般大于端口數(shù)量的兩倍，舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)48口千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，其標(biāo)稱背板帶寬一般為96Gbps，即可以滿足上下行同時(shí)達(dá)到千兆的數(shù)據(jù)處理要求，從理論上來(lái)說(shuō)，分布式拼接控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化傳輸與數(shù)據(jù)處理，已經(jīng)沒(méi)有了交換帶寬的瓶頸，可以使數(shù)據(jù)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中暢通無(wú)阻；
下圖為某個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)例框架圖，如圖所示，在現(xiàn)實(shí)生活中，成千上萬(wàn)路網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的實(shí)時(shí)處理和傳輸已經(jīng)廣泛應(yīng)用，例如：某國(guó)有大型企業(yè)的公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，或者集團(tuán)公司總部與各地市子公司、分公司的VPN網(wǎng)絡(luò)，都是成熟的應(yīng)用；
作為分布式拼接控制系統(tǒng)的核心，網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)及其應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，而分布式拼接控制系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)配置的唯一要求即是：隨處可達(dá)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，基于上述觀點(diǎn)：我們可以得出以下結(jié)論：分布式系統(tǒng)在系統(tǒng)建設(shè)、系統(tǒng)擴(kuò)展與規(guī)模能力上，具有傳統(tǒng)集中式，嵌入式等系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。
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