淳中视讯拼接处理器设计方案讲述.docx
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淳中视讯拼接处理器设计方案讲述
第1章系统概述
1.1总体设计原则
为了提高省委职能部门管理水平和服务水平，各级省委各部门纷纷加大信息化系统的部署力度，对指挥中心大屏显示投入不断加大，对大屏显示应用的依赖也越来越强，但随着技术越来越先进，业务越来越丰富，显示应用越来越优异。
凭借在拼接显示行业的领先技术优势以及多年对显示应用系统的理解和实践经验，推出了基于FPGA硬件的图像处理应用平台的指挥中心信息化一体化解决方案，满足省委相关业务的日益增长的显示需求。
系统的建设是一项系统工程，它涉及需求分析、系统规划、发展考虑、产品选择、可行性论证、工程施工、人员培训等多个方面，需要考虑的问题较多。
按照用户实际需求，结合当今流行的技术，在明确建设目标的基础上，进行全面合理的规划。
我们在实施系统设计时，遵循“积极兼容、安全可靠、先进实用、统筹规划、和分步实施”的总体设计原则，所有的思路都在不违背这个原则下进行设计规划：
1.1.1系统应用先进性
在指挥中心建设中，淳中哈迪斯拼接处理器相对于传统应用模式具备优越性。
在指挥中心建设中支持前端SDI摄像机、RGB信号、Video（BNC）信号、YPbPr信号、S-video信号、VGA信号、DVI信号、HDMI信号等信号源的接入。
单机最多支持144块显示单元的拼接输出。
实现输入到输出的全交叉切换。
淳中凭借着在图像处理领域七年的技术积累，卓越的工业设计使设备在指挥中心建设中使指挥中心更“智慧”，不仅降低了业务系统地复杂度，而且提升了图像呈现的效率，使业主更专注指挥中心的业务应用。
在现代指挥中心的建设中，一个拥有“智慧”的指挥中心能够充分发挥整个平台资源，提升业主的应用价值。
1.1.2平台运行可靠性
哈迪斯拼接处理器采用了全新的高速总线架构设计，系统采用FPGA超大阵列逻辑设计，具有架构先进、系统稳定性高和启动速度快的优势，嵌入式系统设计，支持业务系统按照需求实现7×24小时、一年365天连续工作，具有高可靠性、高稳定性等特点。
在系统设计时，关键部位选用了高可靠性设备，对于重要的控制节点采用先进的高新技术来保障。
1.1.3设备构建经济性
合理的性价比是系统设计中应当考虑的重要内容。
因此，所选用的设备在兼顾良好性能的基础上也要考虑经济性，除考虑系统总体造价外，还应当考虑系统长期运行维护成本。
采用哈迪斯拼接处理器优化了电视墙综合管理系统的结构，提升了系统的整体性能，降低整套系统的综合成本。
1.1.4系统升级扩充性
随着技术的发展和需求的扩大，系统的扩充是必然的，因而在系统设计时充分考虑未来系统扩充的可行性。
基于淳中哈迪斯拼接处理器构建的电视墙综合管理系统具备级联扩展性能可以实现用户的扩容需求。
1.1.5综合应用易维护
我们从用户角度出发，充分考虑到系统设备的安装、配置、操作方便等需求，提供了强大的系统管理手段，合理配置和调整系统负载、监视系统状态、控制系统稳定运行。
1.2系统设计依据
系统设计遵循现行国家有关部委的设计与验收标准。
以下所列的标准和规范供投标人参照，如有最新国内或国际标准时，投标人应按最新标准进行系统的设计、施工及选用设备和材料，并提供所采用的国内、国际最新标准、规范资料。
中国强制认证制度CCC
国际标准化组织标准ISO
国际电气电子工程师协会标准IEEE
国际电工委员会标准IEC
中国国家标准GB
中华人民共和国产品质量法
供电电源标准GB2887-82
供配电系统设计规范GB50052-95；
低压配电设计规范GB50054-95；
高层民用建筑设计防火规范GB50045-95
计算机场地技术要求GBJ45—82
工业企业通讯设计规范GBJ42-81；
工业企业通信接地设计规范GBJ115-87
计算机场地技术条件GB2887—89
电子计算机机房设计规范GB50174－93
远程终端通用技术条件GB/T13729—92
民用建筑电气设计规范JGJ/T16-92；
以及有关的人身安全、消防法规。
1.3系统概述
本技术方案根据指挥中心显示要求，提供高清晰LCD液晶拼接显示屏系统。
核心的图像拼接系统采用北京淳中技术有限公司哈迪斯拼接处理器，实现整屏超高分辨率的显示效果，并且通过专用控制软件，用户可以将想要显示的图文信息、影像信息、数据处理等信息同时显示在大屏幕上。
整套系统实现了多路信号的统一显示功能，从而为复杂的实际现场应用制订出了一套完美的显示系统解决方案，大屏幕显示系统将硬件拼接技术、多屏图像处理技术、信号切换技术等完美整合，形成一套尖端液晶拼接显示系统。
通过这套液晶拼接显示屏系统可以将各类信号在液晶拼接显示屏上显示，形成一套功能完善、技术先进的信息显示管理控制系统，为需方提供一个交互式的灵活系统，适应不断发展的各种需要。
整个墙体可作为整一的逻辑屏，可同时显示系统内所有的视频信号，多种信号源可同时在屏幕上进行显示。
考虑运行协调及应急指挥的特殊需求，整个显示墙体可设定多种分区模式，按模式进行分区，可分屏、分区或整体使用。
大屏显示方式如下：
单屏显示
多屏显示
漫游显示
第2章系统组成
2.1需求分析
值班人员需要监看来自计算机、视频、网络等多业务、多途径的信号，如此大量的信息展示量需要一个涵盖多信号源的综合显示平台，用以承载所有信息的显示，可随时对各种视频信号、重要部位的监控信号、网络信号及各种计算机图形信息进行多画面综合显示和分析，能够直观、完整、准确、清晰、灵活的显示来自各方面信息。
本系统中，我公司根据客户需求，设计多信号拼接显示应用系统对多类型信号进行统一接入管理，相关系统信号接入处理器输入端，经过图像处理后输出到指挥大厅拼接显示系统。
并在拼接显示单元实现信号开窗，分割、拼接、漫游等功能。
本方案提供的大屏幕显示系统主要由以下几部分组成：
拼接显示墙体
Hades图像处理器
液晶显示墙管理系统（Hadesview）软件
1
2.2系统功能
系统由液晶显示单元、1套Hades图像处理器、Hadesview控制管理软件、视频解码器等附属的外围组成。
整套系统具备良好的稳定性、可靠性、安全性，并具备良好的显示信号数量的扩展能力。
纯硬件结构的处理器通过了中国强制产品强制认证、Rohs认证，不会对环境和其他设备造成任何的安全影响。
最大程度的提升了整体大屏幕显示系统的可靠性和安全性，并具备优异多类型信号拼接处理能力。
2.3系统显示模式
最先进的拼接控制器，完全支持大规模多屏拼接，处理能力强，操作简便。
可以实现画面整屏显示、分屏显示，整个显示范围画面稳定无闪烁，画面可以自由缩放、移动、漫游，不受物理拼缝限制。
处理器可以同时实现多路实时模拟视频、SDI视频、RGB信号、DVI信号、HDMI信号、YPbPr、光纤信号等图像的开窗显示，丰富的拼接处理操作包括：
开窗、拼接、漫游、叠加、跨屏、缩放、分割等。
屏体控制示意图
1
1
2.3.1跨屏显示
每路信号均可实现跨多块显示屏显示，最大可扩大至整体全屏显示。
图像尺寸放大时设备自动进行倍线处理，最大程度地保证画面质量的无损重现。
跨屏显示
2.3.2叠加显示
画面上方可叠加显示另一窗口画面，即所谓的“画中画”功能。
其中小画面不受下方画面的区域控制，可以跨越大画面的边界进行显示，布局方式更加灵活自由。
叠加显示
2.3.3缩放显示
每个窗口的画面大小可任意进行缩放，可单独或组合对高度、宽度进行放大或缩小，通过独有的视频处理算法保证画质不受损失。
画面缩小时无尺度限制，画面放大时最大可充满整个画面视野范围。
缩放显示
2.3.4漫游显示
每个窗口可在输出的画面中任意漫游，可显示在任意一块或多块大屏上，画面显示没有区域范围上的边界限制。
漫游显示
2.3.5分割显示
最多可实现单屏四画面的独立层叠与布局（模拟视频可支持十六画面），各个画面的层次关系与布局位置均可任意自定义，不受彼此和图像空间大小的约束，可任意调整每个画面的上下层次，方便用户调用重点图像进行查看。
每个输出通道最多可对CVBS模拟视频进行十六画面分割显示。
分割显示
2.3.6单屏独立4窗口
淳中哈迪斯拼接处理器具备强大的单屏开窗能力，市场中大部分具备开窗口能力综合平台可以实现单屏内标准的4分割画显示，而淳中不但可以实现单屏内标准4分割显示，而且为满足更灵活开窗口需求，淳中支持单屏内4窗口独立控制，在单屏内4窗口可以实现任意的漫游、缩放、叠加等操作。
其它品牌淳中
2.3.7多组屏统一管理
传统的拼接处理设备的各通道输出分辨率是统一的，如果项目中有多组物理分辨率不同的显示屏，则需要配置多台处理器才能满足拼接处理的需要。
哈迪斯拼接处理器采用RRTA（分辨率实时全兼容）技术，使得单个平台能够同时控制多组不同分辨率的大屏幕。
使用时，可以将任意通道分配到不同的工作组中，每个工作组对应一组大屏幕，输出统一的分辨率。
各工作组独立工作，统一管理。
多组屏应用现场
2.3.8非标信号切黑边
新一代处理器支持对数字、模拟各类输入信号的画面裁切功能。
最典型的两种应用情况是：
（1）视频摄像头输出有黑边时，可以通过该功能将画面四周的黑色边框去掉，可分别自定义每个边的黑边宽度；
（2）当不需要输入信号“全部”显示在大屏幕上时，可以截取出有用的部分进行显示。
例如可以轻松去除某些平台类软件的菜单栏、快捷按钮等与信息呈献无关的部分，进一步增强有用信息的识别度，提高工作效率。
设备不仅支持对模拟视频信号的去黑边，而且支持对所有高分辨率数字信号的去边、裁切功能，使得对画面的控制方法更加丰富多样，可以完美解决前端信号（尤其是非标准的摄像头输出信号）产生的黑边问题。
图像存在黑边剪裁后
2.3.9拼缝补偿技术
支持拼缝补偿功能，可消除因为液晶屏边缝所带来的视觉不连贯感，补偿范围可任意设置。
原始图片无补偿图像变形拼缝补偿
2.3.10静态底图应用
哈迪斯拼接处理器无需增配底图卡或SD卡即可支持超大分辨率静态底图输出，其最大分辨率支持单边65535像素，能够完全满足大屏幕墙“点对点”的输出需要，实时输出超高画质的图片。
通过增配底图机，还可以实现动态底图的输入，为电力、科研的行业提供了更加高端的工作平台。
设备内置存储空间，可存储多张超高分辨率静态“点对点”底图，可通过客户端软件进行高分辨率底图的上传、上屏显示、切换等管理操作。
静态底图示意图
2.4Hades图像处理器硬件特性
在大屏幕投影系统中，多屏拼接控制系统作为系统信号处理的核心，在很大程度上决定了整个系统的显示效果，显示质量，操作的灵活性以及可靠性。
因此结合投影单元的特点，根据技术规范和要求，选择了Hades图像处理器，用以拼接多个系统图形和多路实时的视频图像。
Hades图像处理器是淳中公司生产的用于控制大屏幕投影墙系统的处理器之一，具有性能先进，功能全面，响应速度快，安全稳定，可靠性高等优势，该系列图形控制器已经应用在国内电力、公安、交警、电信、公路等诸多项目中，该系列图形控制器是世界上同
Hades™哈迪斯系列多屏幕拼接处理器是纯硬件架构、无操作系统的高性能视频图像处理工作站，集高清视频信号采集、实时高分辨率数字图像处理、三维高阶数字滤波等高端图像处理功能于一身，具有强大的信号处理能力。
本款产品采用大容量高速FPGA阵列和CrossPoint数字多总线数据路由交换的处理机制，从根本上保证对所有输入信号源进行全实时处理和数据一致性，图像无延迟、无离散化、不丢帧，实现了图像的完美呈现。
适用于教育科研、政府公告、信息出版、行政管理、军事指挥、展览展示、安防监控、家电销售等行业。
1.1
2.4.1FPGA自建运算机制
采用全硬件FPGA架构，内部自建核心运算机制，图像处理性能优异。
无内嵌操作系统，启动速度快（约5秒），没有工控机式设备的死机、硬件冲突、蓝屏、计算机病毒的困扰。
平均故障时间MTBF>30,000小时，故障重启修复时间短，平均修复时间（MTTR）小于10秒，稳定性高，支持365×24小时的连续运行，能够适应控制室、调度中心、监控中心等场所对系统性能日益严格的要求。
2.4.2Crosspoint总线传输技术
主板采用自主研发的巨量数据交换芯片技术，高速宽带总线，彻底根除了多屏处理器数据总线带宽低下引起的拼接系统显示速度慢且不稳定的瓶颈问题。
多屏处理器采用CrossPoint全交叉调度架构高速数据传输技术，底层数据传输由数据调度芯片控制，每路信号独享专用通道进行传输，保证了所有信号图像的完全实时显示，信号显示速度达到60帧/秒。
2.4.3无缝实时切换
淳中对信号切换时的黑场现象做过专门的研究发现，大多数黑场是由于硬件架构及代码优化两方面的原因造成的。
哈迪斯拼接处理器基于FPGA纯硬件架构和CrossPoint总线处理技术，并基于芯片性能对硬件代码进行了进一步优化，使得芯片能够发挥到最优性能，实现对高清信号的真正意义上的无缝切换。
其它品牌淳中
2.4.4标准化机箱结构设计
设备箱体尺寸采用符合ANST/EIARS-310-C/D的标准19英寸机箱设计，可被轻松地安装到标准的19英寸宽服务器机柜中，安装过程简便，固定性能稳定。
标准的机架式设计使得您的布线更加便捷、美观，标准的工业化尺寸更加便于大规模设备的安装和部署。
2.4.5灵活的板卡设计
输入采集卡、输出卡、切换卡、控制卡、风扇、电源等主要模块均为插卡式设计。
灵活的板卡式设计为日常使用、维修带来了极大的方便，替换故障组件时无需拆开机箱，仅需将故障模块取下替换即可。
输入、输出板卡在工作状态下可以热插拔，无需重启或刷新设备，不会对其他信号的显示造成影响，不会造成设备的工作状态异常，真正实现板卡的“即时在线切换”。
在设备扩容时，无需关机，仅需要将板卡在设备运行状态下插入相应的卡槽即可实现系统在线扩容，最大程度地保证了工作系统的稳定。
2.5Hades图像处理器技术参数
2.5.1输入接口-VGA
信号格式
RGBHV（模拟）
分辨率
800x600,1024x768,1280x720,1280x800,1280x1024,1360x768,1366x768,1440x900,1400x1050,1600x1200,1680x1050,1920x1080,1920x1200
色彩深度
32bit/像素
水平扫描率
15KHz到90KHz
同步类型
分离同步
EDID自定义
支持
阻抗
75Ω
标称电平
0.7Vp-p
接口
RGB：
15针D-sub（DB15/DE-15F）/母口
2.5.2输入接口-YPbPr
信号格式
高清色差分量EIA-770.2-A
分辨率
720p,1080p
色彩深度
32bit/像素
水平扫描率
15KHz到90KHz
阻抗
75Ω
标称电平
0.7Vp-p
接口
RCA/母头（DB15/母口配转接线）
2.5.3输入接口-DVI（普通）
信号格式
DVI1.0规范中的DVI-D全数字T.M.D.S.信号
分辨率
800x600,1024x768,1280x720,1280x800,1280x1024,1360x768,1366x768,1440x900,1400x1050,1600x1200,1680x1050,1920x1080,1920x1200
色彩深度
32bit/像素
EDID自定义
支持
信号电平
T.M.D.S.2.9V~3.3V
阻抗
50Ω
最大数据速率
4.95Gbps
接口
24+5针/DVI-I/母口（仅接收DVI-D信号）；
2.5.4输入接口-模拟视频
数量
W-IC单张卡支持最多4路高清CVBS信号输入
V-IC单张卡支持最多16路标情CVBS信号（需要转接头）
制式
PAL/NTSC
分辨率
720x576,720x480
标称电平
1Vp-p
阻抗
75Ω
接口
BNC/母头
2.5.5输入接口-SDI
数量
4路SDI信号输入
8接口的输入卡为自带环通输出版本（可选配）
信号格式
HD-SDI（SMPTE292M）/3G-SDI
分辨率
720p,1080p
最大数据速率
1.5Gbps
阻抗
75Ω
接口
BNC/母头
2.5.6输入接口-HDMI
分辨率
800x600,1024x768,1280x720,1280x800,1280x1024,1360x768,1366x768,1440x900,1400x1050,1600x1200,1680x1050,1920x1080,1920x1200
支持协议
HDMI1.3
HDCP
支持
EDID自定义
支持
最大数据速率
4.95Gbps
接口
HDMITypeA
2.5.7输入接口-DVI（双链路）
数量
1到64路DVIDual-Link信号
信号格式
Dual-LinkDVI（数字）
分辨率
单口输入分辨率4Kx4K，配合专用定制版接收分辨率可达8000x1600
EDID自定义
支持
阻抗
50Ω
最大数据速率
9.90Gbps
接口
24+5针/DVI-I/母接口（仅接收DVI-D信号）
2.5.8输入接口-光信号
信号格式
单模单芯光信号
最大支持分辨率
800x600,1024x768,1280x720,1280x800,1280x1024,1360x768,1366x768,1440x900,1400x1050,1600x1200,1680x1050,1920x1080,1920x1200
前端设备
Trif-T1SD或Trif-T1SG
最大输入距离
10KM
接口
LC接口
2.5.9输出接口-DVI/VGA
信号格式
DVI1.0规范中的DVI-I信号
（可通过转接头输出VGA信号）
分辨率
800x600,1024x768,1280x720,1280x800,1280x1024,1360x768,1366x768,1440x900,1400x1050,1600x1200,1680x1050,1920x1080,1920x1200
可手动设置非标准输出分辨率
色彩深度
32bit/像素
最大输出距离
25米（在1920×1200@60Hz）
推荐使用认证过的DVI专用线材
信号电平
T.M.D.S.2.9V~3.3V
阻抗
50Ω
接口
DVI：
24+5针DVI-I/母头
VGA：
15针D-Sub/母头（配转接头）
2.5.10双绞线输出接口
信号格式
双绞线差分信号
分辨率
800x600，1024x768，1280x720，1280x800，1280x1024，1360x768，1366x768，1440x900，1400x1050，1600x1200，1680x1050，1920x1080，1920x1200像素（用户可通过控制软件自行添加输出分辨率）
色彩深度
32bit/像素
最大输出距离
100米（在1920×1200@60Hz）推荐使用CAT-6STP/UTP
接口
RJ45/母接口
后端设备
DVI-102-B-RX
注：
仅适用于380/780
2.5.11输出接口-SDI
数量
4路SDI信号输出，4路输出备份
信号格式
HD-SDI/3G-SDI
分辨率
720p,1080p
阻抗
75Ω
输出备份
支持
接口
BNC/母接口
2.5.12输出接口-光信号
信号格式
单模单芯光信号
分辨率
800x600,1024x768,1280x720,1280x800,1280x1024,1360x768,1366x768,1440x900,1400x1050,1600x1200,1680x1050,1920x1080,1920x1200
后端设备
Trif-R1SI
最大输入距离
10KM
接口
LC接口
2.5.13预监信号输出接口
信号协议
TCP/IP
接口
RJ45
输出路数
单个接口最多进行64路输入信号的预监
预监信号格式
VGA、DVI、YPbPr、HDMI、CVBS、SDI、光信号
2.5.14设备控制
控制端口
网口
10/100Base-T以太网
串口
RS232串口
软件
Tricolor控制管理软件
中控集成控制软件（可提供SDK开发包）
2.5.15功率和尺寸
功率
2U
110-220VAC，50-60Hz，低于50W
4U
110-220VAC，50-60Hz，低于100W
8U
110-220VAC，50-60Hz，低于151W
14U
110-220VAC，50-60Hz，低于380W
20U
110-220VAC，50-60Hz，低于480W
22U
110-220VAC，50-60Hz，低于900W
28U
110-220VAC，50-60Hz，低于900W
尺寸
2U
438（W）x300/316mm（D）x89（H）mm
4U
438（W）x300/316mm（D）x178（H）mm
8U
438（W）x300/316mm（D）x356（H）mm
14U
438（W）x300/316mm（D）x623（H）mm
20U
438（W）x300/316mm（D）x890（H）mm
22U
438（W）x300/316mm（D）x979（H）mm
28U
438（W）x300/316mm（D）x1246（H）mm
2.5.16安装与其他
平均故障间隔时间（MTBF）
30000小时
平均故障恢复时间（MTTR）
10秒
防震等级
ISTA1A纸箱
降温
配有风冷组件
机架安装
19英寸标准机柜，带安装配件
2.6特色应用说明
2.6.1多信号输入输出
输入支持分辨率包括模拟视频分辨率（720×576/720×480）、计算机的常见分辨率（2560×1600/1920×1200/1600×1200/1440×900/1280×720/1024×768等）以及高清电视的分辨率1080P、720P等。
每通道支持的最大输出分辨率为WUXGA（即1920×1200@60Hz），向下兼容所有标准分辨率（1920×1200/1600×1200/1440×900/1280×720/1024×768等）。
通过高级设置功能更可以输出非标准的自定义分辨率，能够方便地与DLP显示单元、液晶显示拼接系统组建大屏显示系统。
可将所有输出通道划分至不同分辨率的工作组，实现同一时刻多组不同分辨率画面的实时输出。
2
2.6.2预监及回显
传统拼接大屏控制系统的信号源都是以列表的形式呈现，每路信号都是以文字符号表示，操作员很难预先判断每路输入信号源的内容，只有显示在大屏后才能明确信息。
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