小間距LED顯示屏憑借著(zhe)無縫拼接、高性價比、出衆的顯示效果等優點，已經(jīng)被越來越多地應用在控制室、指揮大廳、會(huì)議中心等關鍵場合。

1、圖像拼接處理器的要求

随著(zhe)LED顯示屏像素間距不斷變小，觀看距離不斷拉近，爲了達到好(hǎo)的顯示效果，不但要求LED顯示屏本身在圖像處理和拼裝工藝上精益求精，對(duì)LED顯示屏前端的圖像拼接處理器(以下簡稱拼接器)也提出了更高的要求：

(1)證輸出同步性，避免拼接畫面(miàn)不同步現象；

(2)優化圖像處理算法，使經(jīng)過(guò)縮放處理的圖像保持高清晰度；

(3)自定義輸出分辨率，應對(duì)LED顯示屏物理分辨率不規則的特點。

2、應用于小間距LED顯示屏的拼接處理技術

① 拼接器與小間距LED顯示屏的配合使用

拼接器的一個關鍵應用是可以輸出多路DVI信号，對(duì)矩陣排列的多個顯示屏進(jìn)行拼接顯示，使之成(chéng)爲邏輯上的一個完整的顯示區域。

對(duì)于LED顯示屏而言，我們可以將(jiāng)一台LED控制器所驅動的顯示區域定義爲一個獨立的LED顯示屏，當前的LED控制器采用DVI/HDMI作爲信号輸入接口，支持大的輸入分辨率爲1920×1200@60Hz，大帶寬爲165MHz，所驅動的LED顯示屏大物理分辨率爲1920×1200。

随著(zhe)LED小間距産品的顯示面(miàn)積越來越大，幾十平方米的項目屢見不鮮，LED顯示屏的物理分辨率往往會(huì)超過(guò)1920×1200，即每一塊超大規模的LED顯示屏，都(dōu)是由若幹個LED控制器所驅動的若幹個獨立的顯示區域組成(chéng)的，對(duì)于拼接器的應用而言，隻需要對(duì)應LED控制器的數量提供若幹個DVI輸出接口，并對(duì)整個LED屏幕進(jìn)行拼接顯示即可。

拼接器在小間距LED顯示屏的應用中，有幾個關鍵技術值得關注：

(1)信号的輸出同步性

拼接器的多路DVI信号輸出，必然存在信号的同步性問題。不同步的信号輸出到LED顯示屏上，在拼接處就(jiù)會(huì)出現畫面(miàn)撕裂現象，在播放高速運動的圖像時(shí)尤爲明顯。如何保證信号的輸出同步性，成(chéng)爲衡量一個拼接系統成(chéng)敗的關鍵。

(2)圖形處理算法

點對(duì)點的圖像顯示效果是好(hǎo)的，經(jīng)過(guò)縮小處理後(hòu)的圖像，如果僅采用普通的圖形處理技術或通用的FPGA圖形處理算法，圖像的邊緣會(huì)出現鋸齒，甚至會(huì)出現像素缺失，圖像的亮度也會(huì)下降。而圖像處理芯片或利用複雜圖形處理算法的FPGA系統會(huì)大限度的保證縮小後(hòu)圖像的顯示效果。因此，好(hǎo)的圖形處理算法是一款應用于小間距LED顯示屏的拼接器的關鍵技術。

(3)非标準分辨率的輸出

小間距LED顯示屏是由一塊一塊相同規格的顯示單元矩陣拼接而成(chéng)，每個顯示單元尺寸和物理分辨率是固定的，但是拼接起(qǐ)來的整個大屏幕，往往不是一個标準的物理分辨率。比如，顯示單元的分辨率爲128×96，隻能(néng)拼成(chéng)1920×1152，卻拼不出1920×1080。在超大規模的拼接系統裡(lǐ)，每台LED控制器所驅動的LED顯示區域可能(néng)不是标準的分辨率，這(zhè)個時(shí)候，拼接器具有非标準分辨率的輸出就(jiù)顯得關鍵，它可以幫助我們快速找到合适的拼接方式，從而合理的分配資源，節約LED控制器和傳輸設備的使用數量。

② 應用于小間距LED顯示屏的拼接器

目前拼接器可分爲四類，即嵌入式純硬件架構、PCI-E總線架構、分布式網絡架構、混合架構。

(1)嵌入式純硬件架構

整機結構通常會(huì)采用“背闆+信号采集闆+主控闆+信号輸出闆”的設計，信号采集闆進(jìn)行諸如視頻采集、縮放、疊加、格式轉換等信号處理工作，通過(guò)背闆總線將(jiāng)經(jīng)過(guò)處理的信号傳送給主控闆的FPGA信号處理系統，通過(guò)嵌入式ARM系統實現對(duì)主控FPGA配置、與上位PC機通信、系統間的數據交換等功能(néng)，通過(guò)信号輸出闆將(jiāng)信号輸出給顯示終端。

純硬件架構拼接器的結構相對(duì)簡單、不容易出現系統故障;采集闆和輸出闆可熱插拔，易于更換;可實現多路、多格式信号的采集和處理;背闆交換式技術和輸出闆卡統一時(shí)鍾技術确保了多路信号輸出的同步性;每一路DVI輸出信号的分辨率均可自定義，符合LED顯示屏的拼接特點。

諸多特點使純硬件架構迅速成(chéng)爲當今拼接器領域的主流産品之一。但是，由于采用了FPGA作爲核心的圖像處理單元，算法的優劣決定了一款拼接器處理效果的好(hǎo)壞，尤其是圖像縮放的算法，如何進(jìn)行優化以達到更清晰的顯示效果，已經(jīng)成(chéng)爲判定純硬件拼接器産品價值的重要指标。

(2)PCI-E總線架構

通常總線架構的拼接器采用PCIExpress技術，可用數據帶寬高達上百Gbps。主機配備高性能(néng)的CPU及大容量内存，可根據應用領域的不同預裝不同的操作系統(如64位的Windows7)，并可直接運行各種(zhǒng)應用程序。拼接器配備多張高性能(néng)的圖形輸出卡，每張輸出卡擁有超高的内部帶寬及顯存，并且所有的輸出圖像都(dōu)被同步以消/除顯示單元間的圖像撕裂。同時(shí)還(hái)配有多張輸入卡，支持多種(zhǒng)信号格式，并能(néng)夠對(duì)輸入信号進(jìn)行圖像處理。

PCI-E總線架構拼接器就(jiù)是一台高性能(néng)的計算機，所有組件都(dōu)選用各大硬件廠商先進(jìn)和成(chéng)熟的技術，比如CPU可選用Intel，顯卡可選用英偉達。所有計算機領域的高新技術也能(néng)夠被快速的融和進(jìn)來。這(zhè)使得PCI-E總線架構拼接器在運算速度、圖像處理、操作方式等方面(miàn)具有無法比拟的優勢。

PCI-E總線架構拼接器門檻很低，對(duì)于簡單的應用，一台工控機，加上一個多通道(dào)輸出顯卡即可實現。

另一方面(miàn)，如何解決系統穩定性問題，如何設計一款直觀且功能(néng)強大的控制軟件，如何解決高總線帶寬下數據傳輸的各種(zhǒng)問題等，都(dōu)需要強大的研發(fā)團隊和雄厚的資金基礎，同時(shí)需要經(jīng)驗的積累。PCI-E總線架構拼接器不但需要滿足信号采集、處理、拼接等基本的應用，在系統穩定性、軟件易用性等方面(miàn)的設計等方面(miàn)都(dōu)需要更多的投入，才能(néng)使拼接器滿足各種(zhǒng)嚴苛的應用環境。

但是要注意，總線架構拼接器大多采用Windows操作系統，一旦受到攻擊可能(néng)緻使系統癱瘓，停止顯示。而且，由于采用了定制的圖形顯卡，各輸出通道(dào)的分辨率一般需要符合VESA(視頻電子标準協會(huì))标準，不能(néng)定義非标準的分辨率輸出，也不能(néng)定義每個通道(dào)不同的分辨率。

(3)分布式網絡架構

分布式網絡架構拼接器通常采用節點式硬件結構，每個輸入、輸出節點獨立分開(kāi)，通過(guò)雙絞線接入中心交換機，對(duì)數據進(jìn)行交互傳輸。

其核心是一套先進(jìn)的視頻編解碼技術，通過(guò)各種(zhǒng)信号輸入節點，將(jiāng)采集到的DVI、VGA、YPbPr、CVBS、3G-SDI等信号進(jìn)行處理和編碼，通過(guò)專用的網絡通訊協議，將(jiāng)編碼後(hòu)的視頻流經(jīng)中心交換機傳輸到輸出節點解碼，并轉換爲DVI數字信号輸出到顯示終端。

輸出節點的同步性成(chéng)爲了該系統應用的關鍵。一種(zhǒng)辦法是通過(guò)網絡直接發(fā)送同步碼，實現多台輸出節點的同步輸出。但是由于網絡誤碼率的存在，這(zhè)種(zhǒng)方式運行一段時(shí)間後(hòu)，還(hái)是會(huì)出現輸出不同步現象。另一種(zhǒng)辦法是通過(guò)SYNC接口將(jiāng)多台輸出節點進(jìn)行物理連接，選擇一台輸出節點作爲主機，向(xiàng)其他輸出節點主動發(fā)送同步碼，從而使所有輸出節點同時(shí)接收到同步信号，實現幀同步輸出，确保顯示圖像完整，屏幕拼接處無撕裂。

目前分布式網絡架構拼接系統的應用越來越多，由于其分布式的特點，便于整個建築裡(lǐ)的綜合布線和不同區域的多個顯示終端集中管理。配合先進(jìn)的可視化軟件的幫助，可向(xiàng)用戶提供人性化、可視化、綜合化的服務。

但是，受限于帶寬和編解碼技術，分布式網絡架構目前還(hái)不支持雙鏈路DVI數字信号和HDMI信号的接入。同時(shí)，由于編碼、處理、解碼、信号同步輸出等環節均需要幀緩存，因此在數據的實時(shí)性方面(miàn)與其它幾種(zhǒng)拼接技術相比存在差距。另外，在需要顯示的點對(duì)點數超過(guò)1920×1200分辨率的圖像時(shí)(需要兩(liǎng)台以上的信号輸入節點)，無法保證多路同步源輸入信号的再同步輸出。

(4)混合架構

混合架構，一般指以上三種(zhǒng)拼接技術之中的兩(liǎng)種(zhǒng)或兩(liǎng)種(zhǒng)以上相結合的拼接器或拼接系統。

比如PCI+硬件背闆總線架構拼接器，它的系統控制和圖像處理分别獨立實現。PCI總線負責系統控制，并在後(hòu)台運行操作系統;硬件背闆總線負責視頻圖像處理，系統允許對(duì)大量的高分辨率輸入信号進(jìn)行同步處理，同時(shí)仍能(néng)在全幀速下保持實時(shí)的操作性能(néng)和更佳的圖像質量，同時(shí)确保輸出信号的同步性。針對(duì)重要應急場所，可以确保不黑屏，即便PCI總線負責的操作系統發(fā)生故障，通過(guò)專用的背闆圖形處理總線，也能(néng)夠确保任何時(shí)刻顯示外來視頻圖像。

通過(guò)混合架構，可以綜合應用，取長(cháng)補短，增加了系統的穩定性。這(zhè)也是今後(hòu)拼接技術的發(fā)展方向(xiàng)，具有更爲廣闊的應用空間。

3、小間距LED顯示屏的應用

目前，小間距LED顯示屏的應用很廣泛，它包括但不限于：

軍隊演習指揮系統，公共安全顯示指揮系統，電力調度系統，交通路網及航空監控顯示系統，能(néng)源行業生産調度系統，政府及企事(shì)業單位會(huì)議顯示系統，廣播電視傳媒顯示系統，公共場所信息發(fā)布系統。