大屏幕拼接产品技术及应用分析

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。

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：

具有以下独特技术优势：

• 超强信号处理显示能力

DVCS控制系统可以实现所有输入信号源在不同地点的任意显示屏终端上（包括DLP拼接墙、LCD拼接墙、投影机、液晶电视等）任意窗口、任意缩放、任意跨屏、漫游、叠加显示，任意一个显示单元内可开启多达64个全实时活动视窗。支持控制室大厅和远程应急指挥中心多个大屏幕的统一控制、信号源共享显示。

• 超高分辨率信号处理显示

DVCS控制系统可实现地理信息（GIS）、卫星定位（GPS）、电力监控（SCADA）、行车调度（SIG）等专业应用的超高分辨率动态图像信号在拼接墙上完整、实时显示，可支持多个超高分辨率动态图像同时显示。

• IP流媒体视频信号处理显示

DVCS控制系统可实现H.264、MJPEG、JPEG-2/4等格式IP流媒体视频直接接入和处理显示，不需要额外配置解码器或流媒体服务器等设备，支持CIF、D1、720P、1080P等IP摄像机。支持多路IP视频以任意大小、任意位置、任意叠加方式多画面实时显示。

• 显示墙互相镜像功能

DVCS控制系统可实现调度指挥中心显示墙与决策室/会商室显示墙之间的全屏信息同步镜像显示，有利于决策室领导决策指挥、同模观演，有助于指挥中心人员接受指令、准确判断。

DVCS分布式图像控制系统中每一个信号源采用一个单独的处理器，每一路信号都是独立通道处理及传输。处理器采用高性能嵌入式设计，无PC常见故障，即插即用，可靠性高、功耗低、节能环保。某一个信号处理器故障只影响该路信号或单元显示，更换某个处理器不影响系统正常运行。

中达电通的MiNiCON系列嵌入式图像拼接控制器同样具有优于同类其他产品的技术优势，采用Fabric Switch无阻塞式全交换底板架构，采用无压缩、无失真信号实时处理技术，每通道10G bps数据带宽，是其他产品的2倍。支持 RGB、视频、高清视频、3G-SDI信号输入，所有信号都以60帧/秒速度处理，也是其他产品的2倍，无画面丢帧，达到更流程的显示效果。MiNiCON控制器具有分布式通道管理功能，可以按照任意顺序排列处理卡，输出通道与显示单元可以任意连接，不需要像其他控制器那样遵循一一对应的连接次序。同时具有信号自动检测识别功能，新增加信号时只需要用软件自动检测一次，系统可保存此信号参数。支持所有开窗信号实时回显，支持信号源实时预览，支持信号窗口文字标注，支持静态、自动显示预案，支持远程网络控制、多用户控制。具有智能监测功能，可实时监测各部件运行状态，具有电源、风扇故障报警，温度感应报警功能，可根据故障等级给出信息提示甚至关断电源，实现产品自我保护。

MiNiCON控制器的以上独特优势都远优于其他同类产品，非常适合对信号显示质量要求比较高的用户应用环境。

5.大屏幕拼接产品的技术发展趋势

大屏幕拼接行业经过多年的发展，显示技术已日趋成熟，同时还有许多新产品不断进入这个领域，像前面提到的激光光源、OLED、小间距LED全彩等，也许不久的将来还会有其他不同类型的新产品推出。作为专业的大屏幕拼接系统制造商，其实力应该不仅仅是用最新的显示技术部件组装个显示单元、攒个控制器的水准，真正的实力应该体现在核心技术的掌握，体现在系统显示和控制功能的不断提高完善方面，应该具有自主软硬件产品研发的能力，具有为用户提供整体解决方案的能力。这是用户对大屏拼接系统制造商的要求，也是未来大屏拼接技术发展的趋势。

随着各行业用户监控技术的不断发展、智能化信息化水平不断提高，各种专业监控系统被应用到各行各业工作中，丰富了信号监视、设备监视、过程监视的手段。面对越来越多的监控对象和监控信息，对大屏幕的信息显示也提出了功能实用性更高、实时仿真能力更强、业务导向更明确等要求。要求解除监控人员整天面对着一大堆数字、图表、符号信息的疲劳，和面对一长串信号源列表的繁琐操作，用更加直观的图形化控制界面和形象化画面呈现，使监控人员更轻松、更高效的工作。

中达电通已经在这方面开始积极探索研究，并取得初步成果。iPEMS系统是中达电通最新推出的大型物联网应用管理系统，可通过实时的模拟/数字信号获取、网络化数据传输、海量数据存储、多源数据融合与大数据分析、数据可视化等技术，实现公安交通、能源管理、通信调度等多行业的可视化监控。iPEMS系统可以把大量底层数据转变为监控人员可直观感知的图像信息，并显示在大屏幕上，通过形象的柱状图、仪表盘等使各项监控信息一目了然，在发生紧急事件时抓住当前最关键的告警信息，对事故的类型、程度和等级进行准确定位，提高指挥调度决策的有效性。同时为监控人员提供直观的全仿真操作界面。

6.结语

中达电通作为国内最大的专业大屏幕拼接系统制造商之一，多年来专注于显示技术及产品的研究开发，关注显示技术的发展和进步，不断推出最新的显示产品和图像控制器产品，分布式图像控制器系统和嵌入式控制器产品均达到行业内领先技术水平。同时中达电通时刻关注用户实际应用需求，持续进行大屏幕拼接系统解决方案的研发，力争更好的服务于用户监控显示。