分布式圖象拼接控制器技術(shù)解析

    從系統(tǒng)架構(gòu)看，目前市場上存在的分布式處理器主要有四種類別，分別是純硬件，嵌入式CPU，純硬件混合式，PC架構(gòu)。下面一一剖析：

    一、純硬件（如圖13）

    圖13

    系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，采集節(jié)點(diǎn)，交換機(jī)，輸出節(jié)點(diǎn)

    采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)圖像采集，然后將圖像分解成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，通過交換機(jī)發(fā)送到輸出節(jié)點(diǎn)，輸出節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)包混合為圖像，在輸出端進(jìn)行圖像處理和顯示。

    純硬件的特點(diǎn)是把采集到的內(nèi)容當(dāng)做圖像數(shù)據(jù)包，而不是視頻流來傳輸。以圖像區(qū)域元為傳輸單元，為圖像的切割，分發(fā)，幀存控制提供了高效的基礎(chǔ)。切割和分發(fā)是為了滿足帶寬需要而設(shè)的，秉承量入為出的設(shè)計宗旨，需要多少傳輸多少，圖像疊加后被遮蓋的區(qū)域不傳，重復(fù)的區(qū)域不傳。（如圖14）

    圖14

    這樣帶來的一個好處就是傳輸要求的帶寬不需要根據(jù)疊加區(qū)域和重復(fù)區(qū)域而增加，無論怎么拼接和疊加都可以滿足帶寬要求。得利于基于圖像的傳輸方式，幀存控制變得更加容易，能夠保證整屏同步，低延遲。

    純硬件處理器使用的核心器件是大規(guī)�？删幊屉娐罚‵PGA）。FPGA的特點(diǎn)是沒有CPU，不存在程序跑飛，死機(jī)的問題。即使環(huán)境電源出現(xiàn)故障，F(xiàn)PGA失效后也能快速恢復(fù)。

    純硬件的弱點(diǎn)就是不能解碼網(wǎng)絡(luò)攝像頭和圖像的遠(yuǎn)程傳輸（由于傳輸無損圖像，導(dǎo)致帶寬很高，無法通過公網(wǎng)傳輸）。

    二、嵌入式CPU（如圖15）

    圖15

    系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，采集節(jié)點(diǎn)，交換機(jī)，輸出節(jié)點(diǎn)

    采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)圖像采集，然后將圖像壓縮成視頻壓縮流，通過交換機(jī)發(fā)送到輸出節(jié)點(diǎn)，輸出節(jié)點(diǎn)再將壓縮碼流解壓成視頻，在輸出端進(jìn)行圖像處理和顯示。

    嵌入式CPU方案一般來說都是采用ARM+編解碼模塊的方式完成，ARM上面運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)事務(wù)管理，圖像的縮放，網(wǎng)絡(luò)連接，編解碼模塊負(fù)責(zé)圖像的壓縮和解壓。另一種方式是ARM+DSP的方案，和 ARM+編解碼模塊類似，由DSP完成編解碼，所不同的是DSP能夠自定義壓縮算法，更加靈活。

    由于采用H.264編解碼的方式，最大的優(yōu)點(diǎn)是天生具備網(wǎng)絡(luò)攝像頭解碼，和圖像遠(yuǎn)程傳輸(通過公網(wǎng)傳輸)。同時，該結(jié)構(gòu)也帶來了其它問題，壓縮后圖像質(zhì)量不佳，把圖像當(dāng)作視頻流傳輸后，只能對視頻進(jìn)行完整的處理，不能做類似于純硬件方式的切割傳輸，當(dāng)單屏解碼多路時，導(dǎo)致圖像卡頓，整屏同步性不佳，延遲較大。

    此外，由于使用了CPU，也就存在死機(jī)的風(fēng)險。雖然能夠通過添加看門狗自動復(fù)位，但是由于操作系統(tǒng)的啟動時間在20秒到30秒之間，這個過程顯示屏存在黑屏和花屏的問題。

    三、純硬件混合式（如圖16）

    圖16

    該方案其實(shí)就是純硬件和嵌入式CPU的結(jié)合。純硬件部分負(fù)責(zé)拼接，嵌入式部分負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)解碼和遠(yuǎn)程傳輸。該方案帶來的好處是既能保證本地視頻(采集本地的VGA，DVI，視頻)高質(zhì)量，完全無損、低延遲，又能實(shí)現(xiàn)解碼網(wǎng)絡(luò)攝像頭和遠(yuǎn)程傳輸。

    由于采用混合結(jié)構(gòu)，當(dāng)嵌入式CPU部分死機(jī)復(fù)位時，純硬件部分能夠?qū)�圖像凍結(jié)保存，不會出現(xiàn)花屏和黑屏現(xiàn)象。

    該方案最大程度的結(jié)合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了兩者的弱點(diǎn)，出現(xiàn)1+1>2的現(xiàn)象，這種混合結(jié)構(gòu)是純硬件和嵌入式CPU兩大陣營的發(fā)展目標(biāo)，預(yù)計未來幾年內(nèi)將會是分布式處理器的主流。

    四、PC架構(gòu)（如圖17）

    圖17

    PC架構(gòu)由輸入節(jié)點(diǎn)機(jī)和輸出節(jié)點(diǎn)機(jī)以及交換機(jī)組成。輸入節(jié)點(diǎn)機(jī)是由一臺工控機(jī)，采集卡和壓縮軟件組成。輸出節(jié)點(diǎn)機(jī)由工控機(jī)，顯卡和解壓縮軟件組成。

    輸入節(jié)點(diǎn)機(jī)通過采集卡采集圖像，計算機(jī)將其壓縮成H.264碼流送入交換機(jī)，輸出節(jié)點(diǎn)機(jī)將碼流解壓縮，后處理，最后經(jīng)顯卡顯示。

    該方案出現(xiàn)在10年前，由網(wǎng)絡(luò)抓屏發(fā)展而來，不過受計算機(jī)性能的限制，一個輸入或者一個輸出就需要一臺電腦，導(dǎo)致成本居高，穩(wěn)定性不佳。近幾年由于PC性能提升，顯卡加速的原因，圖像的效果不錯，在一些展覽展示項(xiàng)目有一席之地，但是受到PC架構(gòu)本身的影響，導(dǎo)致穩(wěn)定性有所下降，不太適合7×24小時開機(jī)使用。