工控机大屏拼接控制器的发展历程与现状分析

随着城市建设和经济建设的快速发展，越来越多的高层建筑和公共活动场所呈现在人们面前。随之而来，火灾隐患增加，每年的火警有数万起之多，特重大火灾时有发生。这不仅给国家财产和公民生命财产带来重大损失，也在一定程度上影响了国家的经济建设和社会稳定。因此，对以预防为主的火灾自动报警控制系统提出了更高、更新的要求。

    目前市场上的绝大多数火灾自动报警控制器，其中心处理单元均采用单片机控制，单片机以其价格的绝对优势，加之硬件简单，便于维修等被广泛应用，可谓物美价廉。但随着系统容量的增加，单片机的处理速度及容量显然不够，对于复杂系统的软件编程繁琐、操作不便，尤其是要进行报警平面图的显示时，这种控制器无法实现，必须要配一台计算机。由此以工控机作为中央处理器的控制器应运而生，它以中文Windows2000作为操作平台，采用高级语言编程，使得控制器具有良好的界面和更好的兼容性，克服了上述不足，其容量更大，功能更强，能很好地适应市场需求。

工控机的硬件设计

1、中央处理器

该系统的中央处理器基本配置要求：CPUPⅢ、内存128M、硬盘40G、显存8M，可采用研越的工控机，安装Windows2000操作系统，采用12寸TFT高清晰真彩平板显示器，同时留两个USB接口，一个网口，一个并行接口。

 在大屏幕拼接系统中，我们很容易将焦点聚集在拼接单元上，殊不知幕后还有一个英雄在默默的支持，这个英雄就是是拼接控制器。拼接控制器的优劣直接决定着整个大屏幕显示系统效果的好与坏，也决定了整套显示系统的功能，当在应用中系统常出现死机、花屏、扩展性能不强、图像拖尾、高清信号追赶、斜切纹、画面抖动时，我们的用户们才真正关注起问题的根源，最后将所有问题锁定在拼接控制器上，才意识到拼接控制器的重要性。

大屏拼接控制器又称画面拼接器、墙控制器、电视墙拼接器、显示墙拼接器、多屏处理器、多屏拼接处理器、显示墙拼接器、大屏幕处理器、多屏图象处理器、显示墙处理器。主要功能是可以切换成整屏显示，多路分屏和跨屏显示，可以任意移动、缩放和漫游、可以支持多种视频设备的同时接入,如:DVD、卫星接收机、机顶盒、计算机信号等

拼接控制器在使用过程中分为两种，分别是内置处理器与外置处理器，内置处理器又称为嵌入式处理器，体积较小，功能较少，多数嵌入式处理器仅能实现全屏整显与单屏单显功能，目前嵌入式处理器功能最强大的是巨洋的SCUⅢ系列处理器，也仅能实现单屏幕四高清画面漫游而已，所以通常内置处理器都是作为外置处理器备份而使用的。

 目前市面上呈现的外置拼接控制器一共是四代，但是没代都有自己独有的特点，所以市面上常见的处理器也能看到四种，第一代为PCI工控式，第二代为FPGA纯硬件式，第三代为双系统拼接控制器，第四代的分布式图形处理器。

第一代：PCI工控式拼接控制器

工控机的工作原理是通过PCI插卡式，利用多路PCI计算机主板，一部分PCI插槽插入视频采集卡，另外一部分PCI插槽插入视频输出卡，输入和输出中间由CPU来构建一个运算和处理中心，这时就组建成了一台工控式控制器。他的图形处理原理是通过CPU运算后将母信号分割成M*N个子视频信号后，再把每一个子信号都进行放大处理分别传送给拼接幕墙上的各个对应单元，显示单元将处理器传送来的信号实现在大屏幕的每个显示单元上，而分辨率和处理速度由计算机CPU及对应的PCI卡决定。如；1个720P处运算速度为350MHz/nS，而10个720P处运算速度则为3.5MHz/nS，这时CPU的运算能力大大下降，由于工控机的计算能力有限，一台性能最好的工控式拼接器如巨洋公司的PRO6000系列单台设备最大也只能实现9个卡，每个卡可支持的信号数量为RGB/DVI/VGA/HDMI/YPbPr：2路／输入卡；Video：8路/输入卡；DVI：4路/输出卡；SDI：2进2出／卡；Dual-Link：1路／卡的插入的拼接，大大限制了大屏幕显示系统的需求，如果数量超过单台插槽的标准话，巨洋公司都需要级联才可完成正常拼接，切系统相对复杂程度高。

PCI工控式拼接控制器优点：

 可支持各种应用软件

    PCI工控式拼接控制器缺点：

    1、无法接收数量较大的输入与输出。

    2、具有操作系统，相对稳定性不高。

    3、所有输入与输出均采用显卡式的处理，价格较高。

    第二代：FPGA纯硬件式拼接控制器

    FPGA(FieldProgrammableGateArray)，称为现场可编程逻辑阵列，是在PCI架构后发展的硬件。FPGA芯片具有速度快，并行处理，功能灵活的特点，但芯片本身只是一个空白的硬件平台，不具备任何功能，需要技术人员根据自己的要求对其进行硬件编程。FPGA纯硬件式拼接控制器系列的处理核心就是FPGA芯片阵列。

    该系统具有高速信号处理技术，保证高分辨信号输入输出的实时处理。采用DDR技术作高速数据缓存，运用流水线技术，对高速信号进行分级顺序处理，保证了信号的实时性。目前巨洋公司的FPGA纯硬件式拼接控制器系统输入标准分辨率可高达1920x1200x60Hz，而非标分辨率可以达到更高，即便在所有输入信号都漫游叠加在一起的极限情况下，所有信号一样保持动态实时性。

    FPGA纯硬件式拼接控制器采用基于输入端口的信号并行处理技术，有效的增加了输入信号个数。系统通过芯片阵列，对高速图形数据流进行逐级处理，每一路信号输入都对应一列处理器。这样就相当于很多处理器同时工作，做到数据的并行处理，极大的提高了系统运算速度。有效的使用并行处理技术使得数据得到分散处理，没有了工控机单处理器的速度瓶颈，从而使得系统对输入信号个数不敏感。就是说增加信号输入个数，并不增加系统的总体运算负担，这样系统就能够接纳多个高速信号。能够有效的进行多路VGA/RGB信号输入，是FPGA纯硬件式拼接控制器系列与普通插卡式工控机相比，最大的性能优势。

    FPGA纯硬件式拼接控制器优点：

    免受干扰，稳定性高

    纯硬件架构，启动速度块

    性价比高

    FPGA纯硬件式拼接控制器缺点：

    由于自身为纯硬件，无操作系统，需要其他设备辅助才可实现其他应用软件的功能。

    第三代：双系统拼接控制器

        双系统结合了PCI架构与纯硬件式的优点以第五代FPGA阵列为硬件基础，采用并行高速图形处理技术，实现了多路高速视频信号的统一处理，从根本上解决了VGA信号输入数量受到限制的问题。机器内部由多个硬件模块阵列构成。

    双系统拼接控制器，两套系统完全独立，一套系统出现问题，另一套系统还可以正常运行，保证各种信号的正常显示。

    多屏处理器采用全交叉调度架构高速数据传输技术，底层数据传输由双系统拼接控制器图像处理器独创的数据调度芯片技术控制，为每路信号动态设置点对点的专线数据通道，每路RGB、视频等图像信号独享各自的专用通道进行传输、保证包括RGB信号的所有信号图像的完全实时显示，RGB信号显示速度达到60帧/秒。

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