为什么需要小间距LED电子屏幕拼接装置

拼接器的关键应用之一是它可以输出多通道DVI信号，并拼接成矩阵排列的多个显示屏，使其成为逻辑上完整的显示区域。

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对于LED电子屏幕，我们可以将由LED控制器驱动的显示区域定义为独立的LED电子屏幕。当前的LED控制器采用DVI/HDMI作为信号输入接口，支持1920×1200@60Hz最大带宽165MHz。驱动LED电子屏幕的最大物理分辨率为1920×1200。

随着产品展示面积的不断增加，几十平方米的项目屡见不鲜。LED电子屏幕的物理分辨率通常超过1920×1200，这意味着每个超大LED电子屏幕由多个LED控制器驱动的多个独立显示区域组成。对于拼接器的应用，只需提供与LED控制器数量对应的多个DVI输出接口，整个显示器即可拼接。

（1） 验证输出的同步性，避免马赛克图片不同步现象；

（2） 优化图像处理算法，使缩放图像保持高清晰度；

（3） 自定义输出分辨率以应对不规则的物理分辨率。

在拼接器的多通道DVI信号输出中，同步问题是不可避免的。当不同步信号输出到LED电子屏幕时，拼接处会出现图像撕裂现象，尤其是在播放高速运动图像时。如何保证信号的输出同步成为衡量拼接系统成功与否的关键。

众所周知，点对点图像显示效果最好。如果只采用普通的图形处理技术或通用的FPGA图形处理算法，图像边缘会出现锯齿状，甚至会丢失像素，图像亮度也会降低。使用复杂图形处理算法的高端图像处理芯片或FPGA系统将最大限度地降低图像显示效果。因此，良好的图形处理算法是应用于小间距LED电子屏幕拼接机的关键技术。

小间距LED电子屏幕由相同规格的显示单元矩阵组成。每个显示单元的大小和物理分辨率是固定的，但整个马赛克通常不是标准的物理分辨率。例如，显示单元的分辨率为128×96，只能拼写为1920×1152，不能拼写为19200×1080。在vlsi系统的拼接中，LED显示LED控制器驱动的每个区域的分辨率可能不是标准的，这一次，拼接设备输出的非标准分辨率是关键，它可以帮助我们快速找到正确的连接方式，从而合理分配资源，有效节省LED控制器和传输设备的使用数量。

目前，拼接设备可分为四类：嵌入式纯硬件架构、PCI-E总线架构、分布式网络架构和混合架构。

整机结构通常采用“背板+信号采集板+主控板+信号输出板”的设计。信号采集板执行视频采集、缩放、叠加和格式转换等信号处理工作，并通过背板总线将处理后的信号传输至主控板的FPGA信号处理系统。通过嵌入式M系统实现主控FPGA配置、与PC机通信、系统间数据交换等功能，将信号输出到板上。

纯硬件架构拼接器具有相对简单的结构，并且不容易出现系统故障。采集板和输出板可热插拔，易于更换；可实现多通道、多格式信号采集和处理；背板交换技术和输出板统一时钟技术确保了多通道信号输出的同步。每个DVI输出信号的分辨率可以根据LED电子屏幕的拼接特性定制。

许多特性使纯硬件架构迅速成为当今拼接器领域的主流产品之一。然而，由于FPGA用作核心图像处理单元，算法的质量决定了拼接器的处理效果，尤其是图像缩放算法。如何优化以获得更清晰的显示效果已成为判断纯硬件拼接器产品价值的重要指标。

通常使用PCIExpress技术进行总线架构拼接，可用数据带宽敢达数百Gbps。主机配备高性能CPU和大内存容量，可根据不同的应用领域预装不同的操作系统（如64位Windows7），并可直接运行各种应用。拼接机配备了多个高性能图形输出卡，每个卡都具有超高的内部带宽和视频存储器，所有这些卡都是同步的，以消除显示单元之间的图像撕裂。同时还配备了多个输入卡，支持多种信号格式，并可对输入信号进行图像处理。

PCI-E总线体系结构拼接器是一种高性能计算机。所有组件均采用主要硬件制造商最先进和成熟的技术，如英特尔CPU和NVIDIA显卡。所有计算机领域的优势也可以很快结合起来。这使得PCI-E总线体系结构马赛克在计算速度、图像处理、操作模式等方面具有无可比拟的优势。

PCI-E总线拼接器的阈值非常低，对于简单的应用，可以实现工业计算机加上专业的多通道输出图形卡。

另一方面，如何解决系统稳定性问题，如何设计直观、功能强大的控制软件，如何解决高总线带宽下的各种数据传输问题等，都需要强大的研发团队、强大的财务基础和经验积累。也就是说，高端PCI-E总线体系结构拼接器不仅需要满足信号采集、处理和拼接等最基本的应用，还需要在系统稳定性和软件易用性设计方面投入更多资金，使拼接器能够满足各种苛刻的应用环境。

但是，需要注意的是，总线架构拼接主要使用Windows操作系统，一旦病毒攻击可能导致系统瘫痪，停止显示。此外，由于使用自定义图形卡，每个输出通道的分辨率通常需要符合VESA（视频电子标准协会）标准。不可能定义非标准分辨率输出，也不可能为每个通道定义不同的分辨率。

分布式网络体系结构拼接器通常采用节点式硬件结构。每个输入和输出节点通过双绞线独立连接到中央交换机，用于交互式数据传输。

其核心是一套先进的视频编解码技术。通过各种信号输入节点，对采集的信号（如DVI、VGA、YPbPr、CVBS和3G-SDI）进行处理和编码。通过特殊的网络通信协议，编码视频通过中央交换机传输到输出节点进行解码。并转换成DVI数字信号输出到显示终端。

输出节点的同步成为该系统应用的关键。一种方式是通过网络直接发送同步码，实现多个输出节点的同步输出。然而，由于网络的误码率，在该模式运行一段时间后，输出异步仍将发生。另一种方法是通过同步接口物理连接多个输出节点，选择一个输出节点作为主机，并主动向其他输出节点发送同步码，使所有输出节点可以同时接收同步信号，实现实帧同步输出，确保显示图像完整无撕裂。

目前，分布式网络体系结构拼接系统的应用越来越多，由于其分布式的特点，便于整个建筑的综合布线和不同区域多个显示终端的集中管理。借助先进的可视化软件，我们可以为用户提供人性化、可视化和全面的服务。

然而，由于有限的带宽和编解码技术，分布式网络体系结构不支持双链路DVI数字信号和HDMI信号接入。同时，由于编码、处理、解码、信号同步输出等环节都需要帧缓存，因此与其他拼接技术相比，实时数据存在差距。此外，当需要显示分辨率超过1920×1200点的图像（需要两个以上的信号输入节点）时，无法保证多个同步源的输入信号的再同步输出。

混合体系结构通常是指结合上述三种拼接技术中的两种或多种的拼接器或拼接系统。

例如，PCI+硬件背板总线结构拼接器，其系统控制和图像处理是独立实现的。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，系统允许同时处理大量高分辨率输入信号，同时仍保持实时操作性能和全帧速率下的最佳图像质量，同时确保输出信号的同步。对于重要的紧急情况现场，屏幕永远不能是黑色的。即使负责PCI总线的操作系统出现故障或受到病毒感染，专用背板图形处理总线也可以确保随时显示外来视频图像。

通过混合架构，可以全面应用，相互学习，大大提高系统的稳定性。这也是拼接技术未来的发展方向，LED电子显示屏具有更广阔的应用空间。

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