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小间距LED屏拼接器的3大关键技术与4大架构

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人气:-发表时间:2018-09-17 15:25【

图像拼 接处理器的要求

随着LED显示屏 像素间距不断变小,观看距离不断拉近,为了达 到出色的显示效果,不但要求LED显示屏 本身在图像处理和拼装工艺上精益求精,对LED显示屏 前端的图像拼接处理器(以下简称拼接器)也提出了更高的要求:

(1)证输出同步性,避免拼 接画面不同步现象;

(2)优化图像处理算法,使经过 缩放处理的图像保持高清晰度;

(3)自定义输出分辨率,应对LED显示屏 物理分辨率不规则的特点。

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应用于小间距LED显示屏 的拼接处理技术

拼接器与小间距LED显示屏的配合使用

拼接器 的一个关键应用是可以输出多路DVI信号,对矩阵 排列的多个显示屏进行拼接显示,使之成 为逻辑上的一个完整的显示区域。

对于LED显示屏而言,我们可以将一台LED控制器 所驱动的显示区域定义为一个独立的LED显示屏,当前的LED控制器采用DVI/HDMI作为信号输入接口,支持大 的输入分辨率为1920×1200@60Hz,大带宽为165MHz,所驱动的LED显示屏 大物理分辨率为1920×1200

随着LED小间距 产品的显示面积越来越大,几十平 方米的项目屡见不鲜,LED显示屏 的物理分辨率往往会超过1920×1200,即每一块超大规模的LED显示屏,都是由若干个LED控制器 所驱动的若干个独立的显示区域组成的,对于拼 接器的应用而言,只需要对应LED控制器 的数量提供若干个DVI输出接口,并对整个LED屏幕进 行拼接显示即可。

拼接器在小间距LED显示屏的应用中,有几个 关键技术值得关注:

(1)信号的输出同步性

拼接器的多路DVI信号输出,必然存 在信号的同步性问题。不同步的信号输出到LED显示屏上,在拼接 处就会出现画面撕裂现象,在播放 高速运动的图像时尤为明显。如何保 证信号的输出同步性,成为衡 量一个拼接系统成败的关键。

(2)图形处理算法

我们知道,点对点 的图像显示效果是好的,经过缩 小处理后的图像,如果仅 采用普通的图形处理技术或通用的FPGA图形处理算法,图像的 边缘会出现锯齿,甚至会出现像素缺失,图像的亮度也会下降。而高端 的图像处理芯片或利用复杂图形处理算法的FPGA系统会 大限度的保证缩小后图像的显示效果。因此,好的图 形处理算法是一款应用于小间距LED显示屏 的拼接器的关键技术。

(3)非标准分辨率的输出

小间距LED显示屏 是由一块一块相同规格的显示单元矩阵拼接而成,每个显 示单元尺寸和物理分辨率是固定的,但是拼 接起来的整个大屏幕,往往不 是一个标准的物理分辨率。比如,显示单元的分辨率为128×96,只能拼成1920×1152,却拼不出1920×1080。在超大 规模的拼接系统里,每台LED控制器所驱动的LED显示区 域可能不是标准的分辨率,这个时候,拼接器 具有非标准分辨率的输出就显得关键,它可以 帮助我们快速找到合适的拼接方式,从而合理的分配资源,有效节约LED控制器 和传输设备的使用数量。

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应用于小间距LED显示屏的拼接器

目前拼 接器可分为四类,即嵌入式纯硬件架构、PCI-E总线架构、分布式网络架构、混合架构。

(1)嵌入式纯硬件架构

整机结构通常会采用“背板+信号采集板+主控板+信号输出板”的设计,信号采 集板进行诸如视频采集、缩放、叠加、格式转 换等信号处理工作,通过背 板总线将经过处理的信号传送给主控板的FPGA信号处理系统,通过嵌入式ARM系统实现对主控FPGA配置、与上位PC机通信、系统间 的数据交换等功能,通过信 号输出板将信号输出给显示终端。

纯硬件 架构拼接器的结构相对简单、不容易出现系统故障;采集板 和输出板可热插拔,易于更换;可实现多路、多格式 信号的采集和处理;背板交 换式技术和输出板卡统一时钟技术确保了多路信号输出的同步性;每一路DVI输出信 号的分辨率均可自定义,符合LED显示屏的拼接特点。

诸多特 点使纯硬件架构迅速成为当今拼接器领域的主流产品之一。但是,由于采用了FPGA作为核 心的图像处理单元,算法的 优劣决定了一款拼接器处理效果的好坏,尤其是 图像缩放的算法,如何进 行优化以达到更清晰的显示效果,已经成 为判定纯硬件拼接器产品价值的重要指标。

PCI-E总线架构

通常总 线架构的拼接器采用PCIExpress技术,可用数 据带宽高达上百Gbps。主机配备高性能的CPU及大容量内存,可根据 应用领域的不同预装不同的操作系统(64位的Windows7),并可直 接运行各种应用程序。拼接器 配备多张高性能的图形输出卡,每张输 出卡拥有超高的内部带宽及显存,并且所 有的输出图像都被同步以显示单元间的图像撕裂。同时还 配有多张输入卡,支持多种信号格式,并能够 对输入信号进行图像处理。

PCI-E总线架 构拼接器就是一台高性能的计算机,所有组 件都选用各大硬件厂商和成熟的技术,比如CPU可选用Intel,显卡可选用英伟达。所有计 算机领域的高新技术也能够被快速的进来。这使得PCI-E总线架 构拼接器在运算速度、图像处理、操作方 式等方面具有无法比拟的优势。

PCI-E总线架 构拼接器门槛很低,对于简单的应用,一台工控机,加上一 个的多通道输出显卡即可实现。

另一方面,如何解 决系统稳定性问题,如何设 计一款直观且功能强大的控制软件,如何解 决高总线带宽下数据传输的各种问题等,都需要 强大的研发团队和的资金基础,同时需要经验的积累。就是说,高端的PCI-E总线架 构拼接器不但需要满足信号采集、处理、拼接等基本的应用,在系统稳定性、软件易 用性等方面的设计等方面都需要更多的投入,才能使 拼接器满足各种严苛的应用环境。

但是要注意,总线架 构拼接器大多采用Windows操作系统,一旦受 到病毒攻击可能致使系统瘫痪,停止显示。而且,由于采 用了定制的图形显卡,各输出 通道的分辨率一般需要符合VESA(视频电子标准协会)标准,不能定 义非标准的分辨率输出,也不能 定义每个通道不同的分辨率。

(3)分布式网络架构

分布式 网络架构拼接器通常采用节点式硬件结构,每个输入、输出节点独立分开,通过双 绞线接入中心交换机,对数据进行交互传输。

其核心 是一套的视频编解码技术,通过各 种信号输入节点,将采集到的DVIVGAYPbPrCVBS3G-SDI等信号 进行处理和编码,通过专 用的网络通讯协议,将编码 后的视频流经中心交换机传输到输出节点解码,并转换为DVI数字信 号输出到显示终端。

输出节 点的同步性成为了该系统应用的关键。一种办 法是通过网络直接发送同步码,实现多 台输出节点的同步输出。但是由 于网络误码率的存在,这种方 式运行一段时间后,还是会 出现输出不同步现象。另一种办法是通过SYNC接口将 多台输出节点进行物理连接,选择一 台输出节点作为主机,向其他 输出节点主动发送同步码,从而使 所有输出节点同时接收到同步信号,实现真 正的帧同步输出,确保显示图像完整,屏幕拼接处无撕裂。

目前分 布式网络架构拼接系统的应用越来越多,由于其分布式的特点,便于整 个建筑里的综合布线和不同区域的多个显示终端集中管理。配合的 可视化软件的帮助,可向用户提供人性化、可视化、综合化的服务。

但是,受限于 带宽和编解码技术,分布式 网络架构目前还不支持双链路DVI数字信号和HDMI信号的接入。同时,由于编码、处理、解码、信号同 步输出等环节均需要帧缓存,因此在 数据的实时性方面与其它几种拼接技术相比存在差距。另外,在需要 显示的点对点数超过1920×1200分辨率的图像时(需要两 台以上的信号输入节点),无法保 证多路同步源输入信号的再同步输出。

(4)混合架构

混合架构,一般指 以上三种拼接技术之中的两种或两种以上相结合的拼接器或拼接系统。

比如PCI+硬件背 板总线架构拼接器,它的系 统控制和图像处理分别独立实现。PCI总线负责系统控制,并在后 台运行操作系统;硬件背 板总线负责视频图像处理,系统允 许对大量的高分辨率输入信号进行同步处理,同时仍 能在全帧速下保持实时的操作性能和佳的图像质量,同时确 保输出信号的同步性。针对重要应急场所,可以确保黑屏,即便PCI总线负 责的操作系统发生故障或病毒,通过专 用的背板图形处理总线,也能够 确保任何时刻显示外来视频图像。

通过混合架构,可以综合应用,取长补短,极大地 增加了系统的稳定性。这也是 今后拼接技术的发展方向,具有更 为广阔的应用空间。

小间距LED显示屏的应用

目前,小间距LED显示屏的应用很广泛,它包括但不限于:

军队演习指挥系统公共显示指挥系统电力调度系统交通路 网及航空监控显示系统能源行业生产调度系统政府及 企事业单位会议显示系统广播电 视传媒显示系统公共场 所信息发布系统

作为新 一代背景墙显示终端,小间距LED显示屏 正在为各行各业的关键系统提供的服务。

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