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多通道边缘融合的性能指标深度解析
2012年3月10日    评论:    分享:

    来源:第三维度
    作者:未知

    0、前言
 
    多通道边缘融合系统随着对超高清和超宽幕的需求的日益增长,处于蓬勃发展之中,但是面对市面上不同的多通道投影边缘融合系统,无论是最终用户还是工程用户都存在对设备性能的客观评价问题,本文旨在从软硬件内部架构的角度深度解析不同产品的性能和指标,避免一些多通道边缘融合机选择上的误区。

    谈到多通道边缘融合系统,常常被粗略分为两大类,一大类是采用软件融合的方案,即业内简称软融合的方案,另一类是采用外置硬融合的硬融合方案。

    由于直观认识上的误区,很多用户往往认为只是跑一个软件的方案就是软融合,有一个外置设备的就是硬融合,实际上市面很多声称外置硬融合机的本质也是软件融合,其实现方式是采用计算机采集卡采集输入图像,再内部软件运算处理后再通过这台中间计算机输出,这种方式根本上还是基于计算机软件运算的多通道边缘融合方式,其相对于纯软件方案的优点是可以避开纯软件融合方案对显示内容的兼容性问题,但是这种方案的成本和硬件解决方案已经无异,却没有完全解决软件融合的缺点。

多通道边缘融合的性能指标深度解析 
    图一:边缘融合处理机的简单分类

     1、软件融合的方案

    对于软件融合,并不能一概说软件融合技术本身相较硬件方案性能差,从技术原理上,软件融合是可以做到良好的效果和非常高的灵活度的,但是软件融合要达到这样的高度的前提是融合软件有着极高的质量且其运行的平台也有着极高的稳定性。就目前来看,由于多通道边缘融合软件本身有一定的复杂性,同时其商业化开发还远没有达到软件成熟度模型的基本水平,因此目前市面的多通道融合软件方案普遍存在着运行不稳定,CPU占用率高,融合效果不好,灵活度差的问题,即使是宣称采用GPU计算等先进技术的软件也同样受其软件本身质量的限制,应该说不经过大投入的软件研发和完善的软件测试是不可能设计出高性能高可靠性的多通道边缘融合专用软件的。

    同时,即使假设融合软件本身的质量没有问题,但是因为运行的计算机平台本身也存在一定的可靠性失败概率,因为任何基于民用操作系统的系统都会因为操作系统本身的稳定性和受病毒等的干扰而出现问题。软件复杂度,质量和系统平台的不确定性使得无论是本机运行融合软件的纯软件融合方案还是基于外置计算机采集再融合的方案都具有很大的局限性,都无法胜任高可靠性要求的场合。

    2、硬融合方案

    就硬件融合来说,是否硬件多通道融合方案都是具备宣称的高性能呢?答案也是否定的,就目前市面的多通道硬件边缘融合产品来看主要可以分为两大类(这里不把上述基于计算机加融合软件的外置方案作为硬融合):基于商业图形ASIC的方案和基于FPGA的实现方案。

    商业图形ASIC具有成本低的优点,其用于边缘融合可以完成一些基本的功能,但是其最大的问题在于任何商业ASIC方案都是针对单个显示器或者投影机的,其设计之初就没有考虑用于多通道投影的应用,这就导致使用商业ASIC方案的产品在应用于多通道边缘融合这一特殊场合时不能灵活适应,在融合过渡带的处理上,采用商业ASIC方案的多通道边缘融合系统仅能通过芯片提供的图像层的叠加功能模拟近似边缘融合的过渡带,但是这种近似毕竟不是真实的边缘融合,对边缘融合的实际像素存在损伤,且灵活度受限于商业ASIC的能力比较差,调节也不便利,同时商业图形图像ASIC因为从设计成本考虑,其芯片本身的处理带宽不会超过单个显示设备的带宽,一般最高1920x1200分辨率,这使得基于商业ASIC方案的多通道硬件边缘融合机的内部带宽受到很大限制,在最终实现融合机时往往采用对输入图像进行缩放的方式减低内部带宽压力来处理,这也是以牺牲图像质量为代价。

    因此从实际显示和融合效果来看可以发现这类基于商业ASIC方案的硬件多通道边缘融合机一是对图像质量有损伤,二是融合过渡带效果不好,这样的硬件融合方案与多通道投影所追求的高分辨率,无缝平滑的要求是相背离的。

    基于FPGA实现方案的硬件多通道边缘融合,由于采用内部的编程架构,在技术上可以实现非常灵活的处理算法,同时也可以拥有很高的处理带宽,在技术起点上远高于采用商业ASIC方案的硬件多通道边缘融合机,但并不能说平台优秀就性能优秀,基于FPGA实现方案的硬件多通道边缘融合机要发挥出优势的前提是硬件设计上的深厚功力和逻辑算法的先进设计,对于用户来说无法检验其内部结构的技术,但是对于采用FPGA实现方案的硬件多通道边缘融合机可以从其产品的性能检验其硬件设计的灵活性和算法的先进性,其最主要判决标准是两点

    (1)多通道边缘融合机输入的视频最高无损分辨率大小,且是否可以点对点无损输出

    (2)融合带的完全可调节能力

    对于多通道边缘融合投影系统而言,决定最终的整体图像质量的也是如上两点。目前市场上几乎所有的多通道边缘融合机都表明输出总分辨率和通道数,但是这并不能真实的反应硬件多通道边缘融合机的实际性能,因为很多多通道边缘融合机采用内部缩放方法对图像拉伸到更大的分辨率,而其实际有效像素并不高,也不随通道数增加。

    任何图像放大处理后的画面质量都低于采用点对点方式直接显示的质量,原因是放大处理的本质是插值,而插入的任何值不管使用多么先进的算法都是通过估值的方法“无中生有”的,这就是为什么一个普通VCD画面放到高清电视上不管处理多么先进也无法达到真正的高清效果,而对于多通道边缘融合这样的超宽幅视频系统而言,只是简单的高清分辨率被拉伸到整画面也是不可接受的,对于多通道边缘融合显示优秀的效果是能够全带宽处理输入输出点对点的超高清信号,一般可以支持输入双通道DVI且具备点对点输出处理能力,同时支持双通道DVI还需要支持最大达到330Mhz满带宽视频处理能力,在数值指标上比如在256均匀像素融合带条件下实现点对点输入支持3580x1080@60Hz(两通道1080P),3328x768@60Hz(四通道1024x768),5248X1080P 50HZ(三通道1920x1080),3680x1050@60Hz(三通道1400x1050), 4864x768@60Hz(六通道1024x768)等分辨率。

    基于FPGA实现方案的硬件多通道边缘融合机只有具备这样的内部和外部处理能力就说明其硬件设计的先进性,也使其具备超越ASIC硬件融合方案的能力,如果是采用内部缩放能力的FPGA处理那其效果就会大打折扣甚至不如采用ASIC硬件融合方案。除了输入分辨率的超高分辨率处理能力,采用可编程FPGA实现方案的硬件多通道边缘融合还应具备输入分辨率灵活的调节能力,不是仅能支持有限的几种分辨率,而是可以点对点支持多种甚至是可配置的分辨率,这就可以说明该产品的硬件可编程实现的架构灵活,也就可以做到更高的效率和更高的可靠性。

    采用可编程FPGA实现方案的硬件多通道边缘融合另一点检验其设备性能的方法是检验其调节融合区域融合带的灵活性和速度,实现优秀的可编程硬件多通道边缘融合机其融合带不仅可以融合宽度在宽范围内连续可调,同时其融合曲线,过度趋势,黑位控制等都可以灵活调节,同时这些调节是可以实时完成的,不需要复杂繁琐的设置,对于过渡带的过渡调节利用硬件可编程的能力应该能够做到秒级调节,直观见效的方式,甚至是所见即所得的实时调节效果,如果具备这样的能力说明该可编程硬件多通道边缘融合机在融合带处理方面的设计完善,能够提供很好的融合效果。除了上述输入超高分辨率点对点能力和融合带调节实时性能指标以外,硬件融合机的处理时延,融合机的启动时间,融合机的功耗性能也都是重要的参考指标,优秀的硬件融合机具有无论任何分辨率下可控的确定性时延,且时延性能为微妙级,而启动时间为妙级,功耗单通道为十瓦以内。
 

多通道边缘融合的性能指标深度解析
    图二:两种架构硬件融合机性能的比较

    3、结论

    综合看来,能够通过上面的几项检验标准来判断硬件融合机的性能,对于采用内部硬件可编程的硬件融合机,上述指标可以直接检验出产品内部架构的先进性。总体上来看,多通道无缝边缘融合技术还处于不断发展之中,软件融合必须解决软件的质量和平台可靠性问题才能真正有竞争力,而架构设计完善的可编程多通道硬件融合机性能要远高于采用ASIC方案的硬件融合机,且具备硬件可编程特性适应性和可升级性更好,因此建议用户采用硬件可编程方案多通道硬件融合机,相信新型产品的涌现,更多的用户可以享受到可编程多通道硬件融合机带来的性能优势,实现真正意义上的无缝超高清显示。

标签:多通道边缘融合
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