随着LED显示屏像(xiang)素间距(ju)不断变小，观(guan)看距(ju)离不断拉近，为(wei)了达(da)到出(chu)(chu)色的显(xian)示效果，不但(dan)要求(qiu)LED显(xian)示屏(ping)本身在图像(xiang)处(chu)理(li)和拼(pin)装工艺上精益求(qiu)精，对LED显(xian)示屏(ping)前端的图像(xiang)拼(pin)接处(chu)理(li)器(以下(xia)简称拼(pin)接器)也(ye)提出(chu)(chu)了更高的要求(qiu)：

(1)证输出(chu)同步性，避免拼接画面不同步现象;

(2)优化图(tu)像(xiang)处理(li)算法(fa)，使(shi)经过缩(suo)放处理(li)的(de)图(tu)像(xiang)保持高清晰度;

(3)自定(ding)义(yi)输出分辨(bian)(bian)率(lv)，应对LED显示屏物理分辨(bian)(bian)率(lv)不规则的(de)特点。

2.1 拼接器与小间距LED显示(shi)屏(ping)的配合使用

拼(pin)接器的一(yi)(yi)个关(guan)键应用是可(ke)以输出多(duo)路DVI信号，对矩阵(zhen)排列的多(duo)个显示屏进行拼(pin)接显示，使(shi)之成为逻辑(ji)上的一(yi)(yi)个完整的显示区域(yu)。

对于LED显(xian)示(shi)屏(ping)而言，我们可以将一(yi)台LED控制器(qi)所(suo)驱动的显(xian)示(shi)区(qu)域定义为一(yi)个(ge)独立(li)的LED显(xian)示(shi)屏(ping)，当前的LED控制器(qi)采用DVI/HDMI作为信号输(shu)入(ru)接口，支持(chi)最(zui)大的输(shu)入(ru)分辨率为1920×1200@60Hz，最(zui)大带宽为165MHz，所(suo)驱动的LED显(xian)示(shi)屏(ping)最(zui)大物理分辨率为1920×1200。

随(sui)着LED小(xiao)间距产品的(de)(de)(de)(de)显(xian)示(shi)面积(ji)越来越大，几十平方(fang)米的(de)(de)(de)(de)项目(mu)屡(lv)见(jian)不鲜，LED显(xian)示(shi)屏(ping)的(de)(de)(de)(de)物(wu)理(li)分辨(bian)率往往会超(chao)过1920×1200，即每一块(kuai)超(chao)大规(gui)模(mo)的(de)(de)(de)(de)LED显(xian)示(shi)屏(ping)，都是由若干个LED控(kong)制器所驱动的(de)(de)(de)(de)若干个独(du)立的(de)(de)(de)(de)显(xian)示(shi)区域组成的(de)(de)(de)(de)，对于拼接(jie)器的(de)(de)(de)(de)应用而言(yan)，只需要对应LED控(kong)制器的(de)(de)(de)(de)数量提供若干个DVI输出接(jie)口，并(bing)对整个LED屏(ping)幕进行(xing)拼接(jie)显(xian)示(shi)即可(ke)。

拼接器在(zai)小间距LED显(xian)示屏的(de)应用中(zhong)，有几个关键技术值得(de)关注：

(1)信号的输出(chu)同步性

拼(pin)接器的(de)(de)多路DVI信(xin)号(hao)输(shu)出，必然存在(zai)信(xin)号(hao)的(de)(de)同步性问题。不同步的(de)(de)信(xin)号(hao)输(shu)出到LED显示(shi)屏上，在(zai)拼(pin)接处(chu)就会(hui)出现画面撕裂现象，在(zai)播放高速运动的(de)(de)图像时(shi)尤(you)为(wei)(wei)明显。如何保证信(xin)号(hao)的(de)(de)输(shu)出同步性，成为(wei)(wei)衡量一(yi)个拼(pin)接系统(tong)成败的(de)(de)关键。

(2)图(tu)形处理算(suan)法

我(wo)们知(zhi)道，点对(dui)点的(de)(de)(de)图(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)显(xian)(xian)(xian)示效果(guo)是最好的(de)(de)(de)，经(jing)过缩(suo)小处(chu)理(li)后(hou)的(de)(de)(de)图(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)，如果(guo)仅采用普通(tong)的(de)(de)(de)图(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)形(xing)处(chu)理(li)技(ji)术(shu)或(huo)通(tong)用的(de)(de)(de)FPGA图(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)形(xing)处(chu)理(li)算法，图(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)边缘会(hui)出现锯(ju)齿，甚(shen)至会(hui)出现像(xiang)素缺失，图(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)亮(liang)度(du)也(ye)会(hui)下降。而(er)高端(duan)的(de)(de)(de)图(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)处(chu)理(li)芯片或(huo)利(li)用复(fu)杂图(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)形(xing)处(chu)理(li)算法的(de)(de)(de)FPGA系统会(hui)最大限度(du)的(de)(de)(de)保证缩(suo)小后(hou)图(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)显(xian)(xian)(xian)示效果(guo)。因此，好的(de)(de)(de)图(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)形(xing)处(chu)理(li)算法是一款(kuan)应用于小间距LED显(xian)(xian)(xian)示屏的(de)(de)(de)拼接器的(de)(de)(de)关键技(ji)术(shu)。

(3)非标准分(fen)辨率的输出

小间距LED显示屏是(shi)(shi)由(you)一块(kuai)一块(kuai)相同规格的(de)(de)(de)显示单元(yuan)矩阵(zhen)拼接(jie)而(er)成，每个(ge)(ge)显示单元(yuan)尺寸和物(wu)理(li)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率是(shi)(shi)固定的(de)(de)(de)，但是(shi)(shi)拼接(jie)起来(lai)的(de)(de)(de)整个(ge)(ge)大屏幕，往(wang)往(wang)不(bu)是(shi)(shi)一个(ge)(ge)标(biao)(biao)准的(de)(de)(de)物(wu)理(li)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率。比如，显示单元(yuan)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率为(wei)128×96，只(zhi)能(neng)拼成1920×1152，却拼不(bu)出1920×1080。在超大规模的(de)(de)(de)拼接(jie)系统里，每台LED控(kong)制器所驱动(dong)的(de)(de)(de)LED显示区(qu)域可能(neng)不(bu)是(shi)(shi)标(biao)(biao)准的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率，这个(ge)(ge)时候，拼接(jie)器具有(you)非标(biao)(biao)准分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率的(de)(de)(de)输出就(jiu)显得关键，它可以帮助我们快速找到合(he)适的(de)(de)(de)拼接(jie)方式(shi)，从(cong)而(er)合(he)理(li)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)配资源，有(you)效节约LED控(kong)制器和传(chuan)输设备的(de)(de)(de)使用数量。

2.2 应用于小间距LED显示屏的拼接器

目前拼(pin)接器可分(fen)为四类，即嵌入式(shi)纯硬件架(jia)(jia)构、PCI-E总线架(jia)(jia)构、分(fen)布式(shi)网络架(jia)(jia)构、混(hun)合架(jia)(jia)构。

(1)嵌入(ru)式纯(chun)硬件架构

整机结构通常会采(cai)(cai)用“背(bei)板+信(xin)号(hao)(hao)采(cai)(cai)集(ji)板+主(zhu)控板+信(xin)号(hao)(hao)输(shu)出板”的设计，信(xin)号(hao)(hao)采(cai)(cai)集(ji)板进行诸如视频采(cai)(cai)集(ji)、缩放、叠加、格式转换等(deng)信(xin)号(hao)(hao)处理工作，通过背(bei)板总线(xian)将经(jing)过处理的信(xin)号(hao)(hao)传送给主(zhu)控板的FPGA信(xin)号(hao)(hao)处理系(xi)(xi)(xi)统(tong)，通过嵌入(ru)式ARM系(xi)(xi)(xi)统(tong)实现对主(zhu)控FPGA配置、与上位PC机通信(xin)、系(xi)(xi)(xi)统(tong)间(jian)的数据交(jiao)换等(deng)功能，通过信(xin)号(hao)(hao)输(shu)出板将信(xin)号(hao)(hao)输(shu)出给显示终端。

纯(chun)硬件架构(gou)拼接(jie)器的结构(gou)相对简单、不容易(yi)出现(xian)系统(tong)故障;采集板和输(shu)出板可(ke)(ke)热插拔，易(yi)于(yu)更换;可(ke)(ke)实现(xian)多(duo)路、多(duo)格式(shi)信号(hao)的采集和处理(li);背板交换式(shi)技(ji)术和输(shu)出板卡统(tong)一(yi)时钟技(ji)术确保了多(duo)路信号(hao)输(shu)出的同(tong)步性;每一(yi)路DVI输(shu)出信号(hao)的分辨率均可(ke)(ke)自定义，符合LED显示屏的拼接(jie)特点。

诸多特点(dian)使纯硬件(jian)架构迅速成(cheng)为(wei)当(dang)今拼(pin)接器领域的(de)(de)主流(liu)产(chan)品之一(yi)。但是，由于采用了(le)FPGA作为(wei)核心的(de)(de)图像(xiang)处理(li)单元(yuan)，算(suan)法(fa)的(de)(de)优(you)劣决定(ding)了(le)一(yi)款拼(pin)接器处理(li)效果的(de)(de)好(hao)坏，尤(you)其是图像(xiang)缩放的(de)(de)算(suan)法(fa)，如何进行优(you)化以达(da)到更清晰的(de)(de)显示(shi)效果，已经成(cheng)为(wei)判定(ding)纯硬件(jian)拼(pin)接器产(chan)品价值的(de)(de)重(zhong)要指标(biao)。

(2)PCI-E总(zong)线架构

通常总线架构的拼接器(qi)(qi)采用(yong)PCIExpress技(ji)术，可(ke)用(yong)数据带宽(kuan)高达上百Gbps。主(zhu)机配(pei)(pei)备高性能的CPU及大容量内存，可(ke)根(gen)据应用(yong)领域的不同(tong)预(yu)装不同(tong)的操作系统(tong)(如64位的Windows7)，并(bing)(bing)可(ke)直接运行各种应用(yong)程序。拼接器(qi)(qi)配(pei)(pei)备多张高性能的图形输(shu)(shu)出卡，每张输(shu)(shu)出卡拥有(you)超高的内部带宽(kuan)及显存，并(bing)(bing)且所有(you)的输(shu)(shu)出图像(xiang)都被同(tong)步(bu)以(yi)消除显示单元间的图像(xiang)撕裂。同(tong)时还配(pei)(pei)有(you)多张输(shu)(shu)入卡，支持多种信(xin)号(hao)格式，并(bing)(bing)能够对输(shu)(shu)入信(xin)号(hao)进行图像(xiang)处理(li)。

PCI-E总线架构(gou)拼接(jie)器(qi)(qi)就是一台高(gao)性能的(de)计(ji)算机(ji)(ji)，所(suo)有组件都选(xuan)用(yong)各(ge)大硬(ying)件厂(chang)商最先进(jin)和(he)成熟的(de)技(ji)术，比如CPU可选(xuan)用(yong)Intel，显卡可选(xuan)用(yong)英伟(wei)达。所(suo)有计(ji)算机(ji)(ji)领域的(de)高(gao)新技(ji)术也(ye)能够(gou)被快速的(de)融合进(jin)来。这使(shi)得PCI-E总线架构(gou)拼接(jie)器(qi)(qi)在运算速度(du)、图像(xiang)处理、操作方式等(deng)方面具有无法比拟的(de)优势。

PCI-E总(zong)线架(jia)构拼接器门(men)槛很低，对于简单的应用，一台工(gong)控机，加上(shang)一个专业的多通道(dao)输出显卡(ka)即可实现。

另一方面(mian)，如何(he)解决系(xi)统稳(wen)定(ding)性问题(ti)，如何(he)设计一款(kuan)直(zhi)观(guan)且功能强大的(de)(de)(de)控制软(ruan)件(jian)，如何(he)解决高总线(xian)带宽下数据传输(shu)的(de)(de)(de)各种问题(ti)等(deng)(deng)，都需(xu)(xu)(xu)要(yao)强大的(de)(de)(de)研发团(tuan)队和(he)雄厚的(de)(de)(de)资金基础，同时需(xu)(xu)(xu)要(yao)经验的(de)(de)(de)积累。就是说，高端的(de)(de)(de)PCI-E总线(xian)架构拼(pin)接器不但(dan)需(xu)(xu)(xu)要(yao)满(man)足信号采集、处理、拼(pin)接等(deng)(deng)最基本的(de)(de)(de)应用，在系(xi)统稳(wen)定(ding)性、软(ruan)件(jian)易用性等(deng)(deng)方面(mian)的(de)(de)(de)设计等(deng)(deng)方面(mian)都需(xu)(xu)(xu)要(yao)更多的(de)(de)(de)投(tou)入，才能使拼(pin)接器满(man)足各种严苛(ke)的(de)(de)(de)应用环境。

但(dan)是要(yao)注意，总线架构拼接器大多(duo)采用(yong)Windows操(cao)作系统，一(yi)旦受到病毒攻(gong)击可能致使系统瘫痪，停(ting)止显示。而且，由(you)于采用(yong)了定制的(de)(de)图(tu)形显卡，各输出(chu)通道(dao)(dao)的(de)(de)分辨(bian)率(lv)一(yi)般需要(yao)符(fu)合VESA(视频电子标准协(xie)会)标准，不能定义(yi)非(fei)标准的(de)(de)分辨(bian)率(lv)输出(chu)，也不能定义(yi)每(mei)个通道(dao)(dao)不同的(de)(de)分辨(bian)率(lv)。

(3)分布式(shi)网络架构

分布式网络架构(gou)拼接(jie)器通常采用(yong)节(jie)(jie)点式硬(ying)件结构(gou)，每个输(shu)入(ru)、输(shu)出节(jie)(jie)点独立分开，通过双(shuang)绞(jiao)线(xian)接(jie)入(ru)中心交换机，对数据进行交互传输(shu)。

其核(he)心(xin)是一(yi)套先进(jin)的视(shi)频编(bian)解码(ma)技术，通(tong)(tong)过各种信号输入节点，将(jiang)采集到(dao)的DVI、VGA、YPbPr、CVBS、3G-SDI等信号进(jin)行处理和编(bian)码(ma)，通(tong)(tong)过专用的网络(luo)通(tong)(tong)讯协议，将(jiang)编(bian)码(ma)后的视(shi)频流经中心(xin)交换机传输到(dao)输出节点解码(ma)，并(bing)转换为DVI数(shu)字信号输出到(dao)显示终端(duan)。

输(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)节(jie)(jie)点(dian)(dian)(dian)的(de)(de)同(tong)步(bu)(bu)性成为了该系统应用的(de)(de)关键。一种(zhong)(zhong)办(ban)法是通过网络直接(jie)发送(song)(song)同(tong)步(bu)(bu)码，实(shi)现(xian)多台输(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)节(jie)(jie)点(dian)(dian)(dian)的(de)(de)同(tong)步(bu)(bu)输(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)。但是由于网络误码率的(de)(de)存在，这(zhei)种(zhong)(zhong)方式运行一段时间后(hou)，还(hai)是会出(chu)(chu)(chu)现(xian)输(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)不同(tong)步(bu)(bu)现(xian)象(xiang)。另一种(zhong)(zhong)办(ban)法是通过SYNC接(jie)口将多台输(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)节(jie)(jie)点(dian)(dian)(dian)进行物(wu)理连(lian)接(jie)，选择一台输(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)节(jie)(jie)点(dian)(dian)(dian)作(zuo)为主机，向其他输(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)节(jie)(jie)点(dian)(dian)(dian)主动发送(song)(song)同(tong)步(bu)(bu)码，从而使所有输(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)节(jie)(jie)点(dian)(dian)(dian)同(tong)时接(jie)收(shou)到同(tong)步(bu)(bu)信号，实(shi)现(xian)真正的(de)(de)帧同(tong)步(bu)(bu)输(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)，确(que)保显(xian)示图像完(wan)整(zheng)，屏幕拼(pin)接(jie)处无撕(si)裂。

目前分布式网络(luo)架构拼接系统的(de)(de)应用(yong)越(yue)来越(yue)多(duo)，由(you)于其(qi)分布式的(de)(de)特点(dian)，便(bian)于整个建筑里的(de)(de)综合布线和不(bu)同区(qu)域的(de)(de)多(duo)个显示(shi)终端集(ji)中管理。配(pei)合先进(jin)的(de)(de)可(ke)视化(hua)软(ruan)件的(de)(de)帮助，可(ke)向用(yong)户提供人性(xing)化(hua)、可(ke)视化(hua)、综合化(hua)的(de)(de)服务。

但是，受(shou)限于带宽和编解码(ma)(ma)技术，分布式网络架构目前还不支(zhi)持双链(lian)路DVI数字信(xin)(xin)号(hao)(hao)(hao)和HDMI信(xin)(xin)号(hao)(hao)(hao)的(de)接(jie)入(ru)(ru)。同时，由于编码(ma)(ma)、处理、解码(ma)(ma)、信(xin)(xin)号(hao)(hao)(hao)同步输(shu)(shu)出等(deng)环节均需要帧缓存，因此在(zai)(zai)数据(ju)的(de)实时性方面与其它(ta)几(ji)种拼(pin)接(jie)技术相比存在(zai)(zai)差距。另外，在(zai)(zai)需要显示的(de)点(dian)对点(dian)数超过1920×1200分辨率的(de)图像时(需要两台以(yi)上的(de)信(xin)(xin)号(hao)(hao)(hao)输(shu)(shu)入(ru)(ru)节点(dian))，无法保(bao)证多路同步源(yuan)输(shu)(shu)入(ru)(ru)信(xin)(xin)号(hao)(hao)(hao)的(de)再同步输(shu)(shu)出。

(4)混合架构

混合(he)架构(gou)，一般指以上三种拼接(jie)技术(shu)之中的两(liang)种或两(liang)种以上相结合(he)的拼接(jie)器或拼接(jie)系统。

比如PCI+硬(ying)件背板总(zong)(zong)线(xian)架构拼(pin)接(jie)器，它的(de)(de)系(xi)统控制和图(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)处(chu)理(li)分(fen)别(bie)独(du)立实(shi)现。PCI总(zong)(zong)线(xian)负责系(xi)统控制，并(bing)在(zai)后台运行操(cao)作系(xi)统;硬(ying)件背板总(zong)(zong)线(xian)负责视频图(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)处(chu)理(li)，系(xi)统允(yun)许对大量(liang)(liang)的(de)(de)高分(fen)辨率输入信号(hao)进行同(tong)步处(chu)理(li)，同(tong)时仍(reng)能(neng)(neng)在(zai)全帧(zhen)速(su)下保(bao)持实(shi)时的(de)(de)操(cao)作性能(neng)(neng)和最佳(jia)的(de)(de)图(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)质(zhi)量(liang)(liang)，同(tong)时确(que)保(bao)输出信号(hao)的(de)(de)同(tong)步性。针对重要应急场所，可以确(que)保(bao)永(yong)不黑屏，即便PCI总(zong)(zong)线(xian)负责的(de)(de)操(cao)作系(xi)统发生(sheng)故障或病毒感染，通(tong)过专用的(de)(de)背板图(tu)形处(chu)理(li)总(zong)(zong)线(xian)，也能(neng)(neng)够确(que)保(bao)任何(he)时刻显示外来(lai)视频图(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)。

通过混(hun)合架构，可(ke)以综合应用(yong)，取长补短(duan)，极大(da)地增加了系统(tong)的稳定性。这也是今后拼(pin)接(jie)技术的发展(zhan)方向(xiang)，具有更为广阔(kuo)的应用(yong)空间。

目前，小间距LED显示屏的应用很广泛，它包括但不限于：