分布式显示系统浅谈

　　在讲述分布式显示系统之前，我们先来看一些与之相关的分布式的概念。

　　1、分布式计算

　　分布式计算是一门计算机科学，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。

　　2、分布式控制

　　分布式控制系统(distributed control systems,简称DCS),又称为分散控制系统，分散型控制系统,集散控制系统.行业内业称4C技术既Control控制技术;Computer 计算机技术;Communication 通信技术;Cathode Ray Tube CRT显示技术。

　　3、分布式系统

　　分布式系统(distributed system)是建立在网络之上的软件系统。正是因为软件的特性，所以分布式系统具有高度的内聚性和透明性。因此，网络和分布式系统之间的区别更多的在于高层软件(特别是操作系统)，而不是硬件。内聚性是指每一个数据库分布节点高度自治，有本地的数据库管理系统。透明性是指每一个数据库分布节点对用户的应用来说都是透明的，看不出是本地还是远程。在分布式数据库系统中，用户感觉不到数据是分布的，即用户不须知道关系是否分割、有无副本、数据存于哪个站点以及事务在哪个站点上执行等。

　　分布式显示系统的定义

　　分布式显示系统是建立在网络之上以分散控制系统为基础，完成任意图像资源在指定显示设备上显示的系统，任意图像则是指图像类型、格式及大小(像素)没有限制。

　　分布式显示系统具有图像信号的分散性和多样性、显示设备的分散性和多样性、控制管理的可知性与集中性的特点。

　　分布式系统最典型的案例就是目前互联网的BS架构。一台web服务器可以理解为一个信号源，这个信号源可供不同的显示器完成显示，互联网中成千上万的web服务器构成了一个分布式的web图像信号源，同样成千上万的计算机浏览器所接的显示器就是分布式的显示设备。作为每个WEB服务器也好，还是显示用的计算机也好，都是各自管理，具有分散管理的特性，而他们都是建立在网络之上的。目前百度、谷歌、360、搜狗、欧朋、QQ、遨游、火狐浏览器都提供页面编辑功能，可在一个页面中显示多个网页，也就是同时想多个web服务器获取信息并同时显示，这就体现了一个可知性与集中性的特点。

　　分布式显示系统最迷人之处在于它对图像多样性的处理方式，即它可以完成任意图像在任意位置的显示。尤其是当网络中存在一个巨型图像，且需要将其全部显示出来的话，则就更能显示出出分布式系统优势。最简单的例子可用谷歌地图说明。谷歌地图可以说拥有全世界的高分辨矢量地图。作为一个分布式的地图数据系统，本身地图数据就存放在不同国家的不同服务器中。当需要显示一副高精度的世界地图时，无非有两种方式。一种方式就是用一台能驱动拥有足够大分辨率的计算机，将全世界的地图数据全部都集中在这台电脑中，并为这台电脑配置一个足够大分辨率显示屏就能完成显示。另一种方式是收集足够多的计算机和显示屏，每台计算机驱动一个或几个显示单元，它们各自完成一部份地图的显示，把这些显示器拼起来就是一副完整的世界地图。按原理来讲，这第二种方式是唯一能将谷歌世界地图完数据库数据全部掏空，将高分辨率世界地图完完整整显示出来的方法。

　　从上面的例子中，很容易发现，当要采用第二种方式时，需要一个集中控制的系统，能指挥那些显示单元具体显示地图的那个部分，否则成千上万的显示器绝无法拼接成一个完整的地图。这个集中控制系统就是分布式显示系统的核心。而这也正好证明了分布式系统是建立在网络之上的软件系统这一定义。

　　从上述两种方法可以看出，当地图需要刷新时，第一种方法需要将那台超级主机中的整幅地图重新刷新，而第二种方式只要每台计算机刷新自己显示的那部分内容就可以了。这刷新的速度当然不是一个数量级的。

　　分布式显示系统架构

　　从分布式显示系统架构中可以看出：

　　输入信号的多样性：接入分布式显示系统的图像信号源可以是多种多样的，其中格式可以是多样的，接口也是多样的，一旦接入网络均转化为图像数据流(流媒体)形式则接口问题就已经被消除了。但由图像的格式的多样性依然存在。因此作为解决方案有两种。一种要求接入的信号均转换为统一的码流格式，而第二总则要求作为输出节点的处理器必须具有处理多种码流格式的能力。这两种方式不存在谁更好的问题，而是谁更合适的问题。当输入的图像数量较少(如几十路)，而格式种类较多(4-6种)，则选用第一种方式是性价比较高的。当输入的图像数量较多(几百路至几千路)，而格式种类也较多(多于6种)，则选用第二种方式性价比较高。实际前面举例的互联网BS架构的分布式系统实际用的就是第二种方式。你可回想一下，是否能在互联网上找到各种格式的视频，只要在你的PC上装个解码软件就能观看，这是最典型的应用。

　　输出节点的无限性：只要有足够带有输出节点的显示单元即可完成任意规模和数量的图像在任意位置的显示。

　　管理的集中性：需要在那些输出节点显示，这些节点在哪里，这些节点是否开放，都体现出分布式显示系统的集中管理的特性。而这集中管理的概念本身又是分布式的，即所谓的集中管理，只是管理那些你需要用到的输出节点。例如当一个分布式显示系统中有成千上万的输出节点，而你只要用到其中的2万个，则你只要对这2万个节点发出管理指令即可。

　　分布式显示系统分类

　　按输出节点的性质分类

　　分布式显示系统按输出节点的性质可分为公用分布式 显示系统及私有分布式 显示系统两类。公用分布式显示系统的输出节点是公开的，使用者通过申请并或准后即可使用这些分布式输出节点显示各类图像信息。这最直接的例子就是马路上到处可见的LED广告牌和在大楼及电梯中能看到的各类LCD广告发布机。虽然这些广告牌分属于不同的公司，但当你要播放广告时，你可以向这块广告牌的管理公司发出申请，在批准后即可在广告牌上发布你的广告，当然费用肯定是免不了的。而私有分布式显示系统，则其所有的显示节点归属于某个单独的所有者，且并不对外开放。如企业的信息发布系统、公安的图像监控系统。

　　按编码方式分类

　　根据输入信号的转换方式，可分为压缩 与非压缩 两类分布式显示系统。很显然，非压缩方式图像质量高，但对带宽要求高，而压缩方式占用带宽小，但图像质量却会有降低。

　　按图像显示分辨率要求分类

　　按图像显示分辨率要求规模可分为常规分布式 显示系统及超高分辨率分布式 显示系统。常规分布式显示系统即完成1920x1080及以下分辨率图像的传输显示而超高分辨率分布式显示系统则可完成MxNx1920x1080分辨率图像的传输及显示。因此，对于常规分布式显示系统而言，并不需要特殊的分布式显示计算与处理，其核心是图像的分配管理。而作为超高分辨率分布式显示系统，其核心是针对超高分辨率图像的划分策略及同步控制方法。

　　按实现的产品分类

　　按时实现的产品可分为硬件式（嵌入式） 和PC 式 两类。所谓硬件式即输出节点采用硬件解码的方式，PC式即输出节点采用PC机来担任。作为硬件式输出节点由于其采用嵌入式系统，因此产品性能稳定，架设方便，但其解码格式较少，适合码流统一或码流类型较少的项目。而用pc作为输出节点则解码能力和带显示单元能力都较灵活，缺点是每台PC都有操作系统，考虑到版权问题，一般会采用LINX系统，但如采用LINX系统则功能又会受到受操作系统约束。

　　按分布处理功能位置分类

　　分布式显示系统根据其对于图像划分功能的位置可分为输入节点处理 和输出节点处理 两类。

　　输入节点处理即在图像进入分布式系统的输入节点后，由前端的输入节点机在集中控制管理机的指令下完成对图像的划分，并根据集中控制管理的要求将被切分的图像分发给输出节点机显示。

　　输入节点处理方式必须要求输入节点具有图像划分功能，因此对于没有图像划分功能的普通编码器或前端IP摄像机的码流需要由具有图像划分功能的节点进行划分后方能完成分布式显示。因此，输入节点处理方式更适合常规分布式显示系统的应用。输入节点处理方式的优点在于对输出节点的要求较低，图像显示同步性好。但当处理超大分辨率图像时、当有多路信号需要输入节点同时进行划分时或当有多个不同组输出节点请求输出时，则对输入节点要求会陡然提升。对于类似地理信息系统这样的超大规模图像数据无法完成处理，因此只能归属到常规分布式显示系统。

　　输出节点处理方式又分为两种，一种为请求方式 ，一种为广播方式 。请求方式是集中控制管理机的显示要求指令下达给输出节点机，由输出节点机向输入节点或图像数据源发出图像请求，在集中控制管理机的控制下完成同步图像显示。广播方式是输入节点在集中控制管理机的控制下将图像信号向特定输出节点广播，同时输出节点根据集中控制管理机的要求完成指定内容的显示，从而完成图像的拼接显示。请求方式适用图像数据的显示，如地理信息系统，而广播方式适合常规分布式显示的内容。对于超高分辨率分布式显示系统具有请求方式及广播方式两种方式。

　　输出节点处理方式的分布式显示系统中，对于请求方式，图像的切分处理是在集中控制管理机中完成的，由于不涉及具体的图像数据计算，仅是对于图像的切分方式进行定义，因此这种切分速度非常迅速。而对于每个输出节点在收到集中控制管理机的显示指令后，只要向输入节点或图像数据申请自所需的显示数据即可，因此显示响应速度极快。对于广播方式，集中控制管理机同样不需要处理具体的图像数据，仅是告知输入节点将图像广播给那些输出节点，同时也告知输出节点应该如何完成图像的分割显示，因此图像的切分速度同样十分迅速。而输出节点在收到输入节点发来的数据后只要切出自己需要显示的那部分就可以，因此可以同时处理多路类似的请求。

　　无论是输入节点处理方式还是输出节点处理方式，作为的核心部件—集中控制管理机，可以由输出节点或输入节点中的任意一台PC来承担，因此可靠性同样非常高。

　　分布式显示系统的优势

　　分布式显示系统的优势是十分明显的。

　　方便的扩展性。输入信号扩展只需增加输入节点即可;随着输出节点的增加将直接扩展整个分布式显示系统的显示规模。

　　便捷的部署性。由于采用网络架构，因此可以说有网络的地方就可部署分布式显示系统。

　　强大的信号接入能力。作为网络化的显示系统，理论上接入网络的图像信号源都可作为分布式显示系统的信号源。

　　无限的节点输出能力。作为网络化的显示系统，理论上接入网络带有图像显示节点的显示设备都可作为分布式显示系统输出单元。

　　超大分辨率图像的支持特。具有分布式处理能力的集中控制管理机将能满足任意分辨率图像的显示要求。

　　高稳定性。由于采用了分布显示方式，因此将整体故障概率将到了最低。万一有节点出现问题也仅仅是影响到系统的一个微小的局部，对整体系统并不构成威胁。

　　这些特性都是目前分布式显示系统被越来越多行业所使用的原因。

　　分布式显示系统的劣势

　　由于分布式显示系统基于网络方式，且需要完成各类图像在网络间进行交互，因此存在图像延时、影响显示节点间图像同步因素较多、部署设置复杂的问题。

　　分布式显示系统的应用

　　目前广告、广电、互联网等均属于公用常规分布式显示系统，而石油、电力、公安、轨道等行业所使用的分布式显示系统均属于私有超高分辨率分布式显示系统。根据对图像质量要求的不同，有的选用了非压缩方式，有的选用了压缩方式。相比之下，压缩方式由于占用带宽小，图像容量大，图像质量虽比非压缩的要低些，但依然在可接受范围，因此应用更为广泛。

　　分布式显示系统应用案例一：沈阳交警

　　沈阳交警是一个典型的私有压缩式高分辨率PC架构输出节点处理模式的分布式显示系统。系统由50块1400x1050LED光源DLP显示单元以5x10拼接规模构成。共配置了5台由GQY公司提供的S200输出节点机，每台节点机驱动10个显示单元。输入信号包括模拟视频、计算机信号、流媒体信号及高分辨率电子地图。

　　对已有的模拟视频信号通过交警原有的视频服务器转换为IP码流会同前端监控输入的800路IP流媒体信号则直接接入分布式显示系统网络。指挥大厅的计算机信号通过RGB编码节点转换为RGB数字码流接入分布式显示系统网络，同时编码器环出的一路图像信号接桌面显示器。由于采用了RGB编码节点输入的方式，使得整个大楼任意一台PC，只要需要上屏只要在PC输出端接个RGB输入节点即可，使得RGB输入信号扩展十分方便。

　　分布是显示系统应用案例二：某武警

　　某武警共配置4套拼接大屏，一套4x12 67英寸1400x1050 DLP拼接大屏，一套46英寸4x6LCD拼接大屏及两套46英寸3x6LCD拼接大屏。且DLP拼接屏在会议大厅，三套LED屏分别布置在3楼指挥室、会议室及2楼会议室。整个系统共驱动108个显示单元，选用7台GQY S200分布式处理器构成一套私有压缩式常规PC架构输出节点处理模式的分布式显示系统。信号输入类型包括了多种格式的流媒体信号、计算机信号及普通模拟视频信号。所有输入信号在4套大屏上任意分享显示使用极其简便。