隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，大屏幕拼接方案越來越多的應用在能源、醫(yī)療、交通、軍警公安、智能樓宇、工廠自動化等各行各業(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)計算機架構(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)計算機
主板
CPU處理器
內(nèi)存
硬盤
操作系統(tǒng)
Microsoft Windows
Unix/Linux
圖形處理模塊
圖形輸出卡
RGB信號采集卡
視頻信號采集卡
控制軟件
C/S架構(gòu)
安裝在工業(yè)計算機和控制端電腦上
集中式拼接控制系統(tǒng)的應用模式如上圖所示：所有信號源全部接入工業(yè)計算機采集，所有輸出也全部經(jīng)由工業(yè)計算機控制，其工作模式即是在工業(yè)計算機顯示輸出卡上模擬一個電腦桌面，然后將所需信號源在該電腦桌面上開啟窗口；
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)運行對操作系統(tǒng)的依賴，利用新一代開關(guān)器件結(jié)合交叉分組技術(shù)實現(xiàn)的一種交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中多個點到點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：
標準工業(yè)級大功率電源
圖形輸出模塊
圖形采集模塊（數(shù)字/模擬RGB、標準視頻、高清視頻等）
背板交換模塊（負責整個系統(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
信號采集節(jié)點：獨立、模塊化的數(shù)字/模擬RGB、標清視頻、高清視頻、網(wǎng)絡(luò)信號等
信號輸出節(jié)點：獨立、模塊化的數(shù)字/模擬RGB輸出
管理服務(wù)系統(tǒng)：標準工業(yè)計算機，調(diào)度控制系統(tǒng)中所有節(jié)點，不進行任何視頻數(shù)據(jù)處理
控制端：標準PC或手持式無線設(shè)備，進行信號調(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（參見下圖IBM提供的標準數(shù)據(jù)）；根據(jù)實際情況測算，除去自身消耗和編碼損耗，其能提供的實際帶寬約為4GBps；
視頻數(shù)據(jù)量計算公式如下：
根據(jù)上述計算公式，計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)計算機架構(gòu)的集中式控制器，其最大極限狀態(tài)下，可以同時處理的視頻數(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
基于以上推理和實際項目工程經(jīng)驗，集中式可應用的系統(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)模擴大，就只能采用降低幀速率或者降低畫面質(zhì)量的方法來實現(xiàn)基本功能，且視頻流暢度和畫面質(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，其每個處理器節(jié)點都采用獨立的處理芯片（DSP或DSP+FPGA架構(gòu)），在每個獨立節(jié)點上設(shè)計成一個獨立工作運行、獨立信號采集、獨立數(shù)據(jù)傳輸、獨立數(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，一般分布式的設(shè)計應滿足：每個獨立模塊能夠完全實現(xiàn)1920×1080@60Hz的采集、傳輸與解碼顯示，其每個模塊都采用DSP+FPGA硬件架構(gòu)設(shè)計，充分利用片上系統(tǒng)（SoC，System on Chip）工作模式的優(yōu)勢，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)進行系統(tǒng)處理帶來的系統(tǒng)宕機、軟件崩潰等常見問題
小結(jié)：
|
描述 類型 |
性能比較 |
|
集中式 |
較差，受限于工業(yè)計算機PCI-E帶寬和計算機性能 |
|
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 |
|
分布式 |
優(yōu)，獨立模塊設(shè)計，性能無瓶頸 |
穩(wěn)定性
|
描述 類型 |
系統(tǒng)穩(wěn)定性對比 |
|
集中式 |
1. 受限于硬件架構(gòu)，常常出現(xiàn)工業(yè)計算機與其他板卡的兼容性問題 2. OS問題，由于采用第三方操作平臺，Windows或其他OS的固有漏洞及系統(tǒng)故障無法避免 3. 集中式大功率供電、一體化運行，系統(tǒng)任何一個點出現(xiàn)問題，都會導致整個系統(tǒng)出現(xiàn)故障、大屏幕系統(tǒng)完全無法運行 |
|
嵌入式 |
1. 系統(tǒng)運行狀態(tài)取決了單顆主芯片的性能和穩(wěn)定性，將系統(tǒng)風險集中到一個點上，出現(xiàn)系統(tǒng)整體宕機的風險很大 2. 集中式大功率供電，風險極大 3. 一體化運行，數(shù)據(jù)交換模塊出現(xiàn)問題會導致大屏幕系統(tǒng)黑屏，信號采集模塊出現(xiàn)問題，則會導致控制操作混亂，經(jīng)常出現(xiàn)需要客戶系統(tǒng)重新上電的問題 |
|
分布式 |
1. 分散式、獨立供電模式，無需擔心供電系統(tǒng)故障，一個節(jié)點斷電不影響系統(tǒng)運行 2. 節(jié)點化處理，每個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，無操作系統(tǒng)風險 4. 系統(tǒng)架構(gòu)簡單，方便快速系統(tǒng)維護 |
系統(tǒng)擴展性
分布式拼接控制系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)的處理與傳輸都通過網(wǎng)絡(luò)交換機實現(xiàn)，且網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)傳輸采用并行處理模式，每路信號都單獨傳輸，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)交換機的背板帶寬一般大于端口數(shù)量的兩倍，舉例來說，一個48口千兆網(wǎng)絡(luò)交換機，其標稱背板帶寬一般為96Gbps，即可以滿足上下行同時達到千兆的數(shù)據(jù)處理要求，從理論上來說，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)沒有了交換帶寬的瓶頸，可以使數(shù)據(jù)在整個網(wǎng)絡(luò)中暢通無阻；
下圖為某個大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實例框架圖，如圖所示，在現(xiàn)實生活中，成千上萬路網(wǎng)絡(luò)信號的實時處理和傳輸已經(jīng)廣泛應用，例如：某國有大型企業(yè)的公共網(wǎng)絡(luò)平臺，或者集團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)及其應用已經(jīng)非常成熟，而分布式拼接控制系統(tǒng)對于系統(tǒng)配置的唯一要求即是：隨處可達的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，基于上述觀點：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)擴展與規(guī)模能力上，具有傳統(tǒng)集中式，嵌入式等系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢。
|
