數(shù)字視頻矩陣

包交換型矩陣是通過包交換的方式(通常是IP包)實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的傳輸和切換。包交換型矩陣目前已經(jīng)比較普及，比如已經(jīng)廣泛應用的遠程監(jiān)控中心，即在本地錄像端把圖像壓縮，然后把壓縮的碼流通過網(wǎng)絡(可以是高速的專網(wǎng)、internet、局域網(wǎng)等)發(fā)送到遠端，在遠端解碼后，顯示在大屏幕上。包交換型數(shù)字矩陣目前有兩個比較大的局限性:延時長、圖像質(zhì)量差。由于要通過網(wǎng)絡傳輸，因此不可避免的會帶來延時，同時為了減少對帶寬的占用，往往都需要在發(fā)送端對圖像進行壓縮，然后在接收端實行解壓縮，經(jīng)過有損壓縮過的圖像很難保證較好的圖像質(zhì)量，同時編、解碼過程還會增大延時。所以目前包交換型矩陣還無法適用于對實時性和圖像質(zhì)量要求比較高的場合(如圖2)。

作為視頻矩陣，最重要的一個功能就是實現(xiàn)對輸入視頻圖像的切換輸出。準確概括就是:將從任意一個輸入通道輸入的視頻圖像切換到任意一個視頻輸出通道。一般來講,一個M×N矩陣，表示它可以同時支持M路圖像輸入和N路圖像輸出。這里需要強調(diào)的是必須要做到任意，即任意的一個輸入切換到任意的一個輸出。

另外，一個矩陣系統(tǒng)通常還應該包括以下基本功能:字符信號疊加;解碼器可以控制云臺、可變鏡頭和攝像機;報警器接口;可選的音頻同步切換矩陣;控制鍵盤等。對國內(nèi)用戶來說，字符疊加應為全中文，以方便不懂英文的操作人員使用，矩陣系統(tǒng)還需要支持級聯(lián)，來實現(xiàn)更高的容量，為了適應不同用戶對矩陣系統(tǒng)容量的要求，矩陣系統(tǒng)應該支持模塊化和即插即用(PnP)，通過增加或減少視頻輸入、輸出卡來實現(xiàn)不同容量的組合。

矩陣系統(tǒng)的發(fā)展方向是多功能、大容量、可聯(lián)網(wǎng)，以及可進行遠程切換。一般而言矩陣系統(tǒng)的容量達到64×16即為大容量矩陣。如果需要更大容量的矩陣系統(tǒng)，也可以通過多臺矩陣系統(tǒng)級聯(lián)來實現(xiàn)。矩陣容量越大，所需技術(shù)水平越高，設計實現(xiàn)難度也越大。

按實現(xiàn)視頻切換的不同方式，視頻矩陣分為模擬視頻矩陣和數(shù)字視頻矩陣。模擬視頻的視頻切換在模擬視頻層完成，信號切換主要是采用單片機或更高檔的芯片來控制模擬開關實現(xiàn)。數(shù)字視頻的視頻切換在數(shù)字視頻層完成，這個過程可以是同步的也可以是異步的。數(shù)字矩陣的核心是對數(shù)字視頻的處理，需要在視頻輸入端增加AD轉(zhuǎn)換，將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，在視頻輸出端增加DA轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號再轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。視頻切換的核心部分由模擬矩陣的模擬開關，變成了對數(shù)字視頻的處理和傳輸。

數(shù)字矩陣,是針對前端設備全部是網(wǎng)絡數(shù)字視頻流輸入，到監(jiān)控中心輸出上電視墻專門制作的一款產(chǎn)品，用于完成輸出、切換、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)、遠程控制視頻等功能。其中數(shù)字矩陣產(chǎn)品是比較權(quán)威的代表之一，超強的解碼能力是網(wǎng)絡數(shù)字矩陣視頻輸出的優(yōu)勢，單機相當于16張四路解碼卡(128CIF)。主要特性有以下幾個方面:

★超大型視頻管理平臺及超級網(wǎng)絡解碼能力

單機最大可管理1024路視頻，配置專業(yè)的GPU，實現(xiàn)單機64路/96 CIF,16路/36路/54路 D1解碼能力。超強的解碼能力是網(wǎng)絡數(shù)字矩陣視頻輸出的基礎，單機相當于16張四路解碼卡(128CIF)

★4路/6路 VGA/DVI/HDMI 1080高清顯示輸出

四屏/六屏輸出網(wǎng)絡VGA數(shù)字矩陣，各屏輸出1/2/9/16畫面，可實現(xiàn)單機 CIF 96入96出，D1 54入54出。滿足新的"全面覆蓋，重點監(jiān)控"，1:1顯示輸出的行業(yè)主流需求

★多廠家設備兼容，無縫接入

兼容其他廠家硬盤錄像機，視頻服務器，網(wǎng)絡攝像機的網(wǎng)絡視音頻流

★多機聯(lián)網(wǎng)全交叉矩陣切換功能

采用標準的TCP/IP輸入及輸出，1000M網(wǎng)口，通過普通1000M交換機進行多機聯(lián)網(wǎng)全交叉矩陣切換，實現(xiàn)256入256出(16屏)，512入512出(32屏)，1024入1024出(64屏)等超大型聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)字矩陣源于網(wǎng)絡，并與網(wǎng)絡有著密不可分的關系，網(wǎng)絡的重要特征在于它的分布式計算能力。那么其功能不應受制于類似于模擬矩陣或硬盤錄像一樣單臺機箱的約束，而是應充分的借用它在網(wǎng)絡方面的先天優(yōu)勢，方便地進行分布式計算。

多機無縫級聯(lián)是九鼎數(shù)字矩陣網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的一項基本功能，因為多機全交叉切換則是網(wǎng)絡矩陣賴以生存的重要職能。如果說實時流媒體是數(shù)字矩陣的軟芯片，那么網(wǎng)絡交換機就是它的硬芯片。很多人能夠理解非常復雜的模擬系統(tǒng)的接線結(jié)構(gòu)，或許也是電腦方面的專家，但對于家喻戶曉的普通網(wǎng)絡交換機，卻不知道它在這樣大型的監(jiān)控系統(tǒng)里起著不可估量的作用。

通過實時流媒體及網(wǎng)絡交換機，進行多機聯(lián)網(wǎng)全交叉矩陣切換，則可輕松實現(xiàn)256入256出(16屏)、512入512出(32屏)等超大型聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。

在大型的網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)中，核心骨干網(wǎng)的負載能力是一個最重要的指標。越是大型的系統(tǒng)，每兆字節(jié)的傳輸成本越高。一個512路以上的網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)，相當于一個上千戶寬帶用戶的網(wǎng)絡資源需求。在實時性方面的要求，比以文本傳輸或可間斷非實文件流為主的民用寬帶要求要高得多，所以在網(wǎng)絡負載平衡方面需做出 九鼎拼接網(wǎng)絡VGA數(shù)字矩陣。

非常專業(yè)的考慮。然而因為IP監(jiān)控的剛剛興起，甲方或工程商缺少專業(yè)的網(wǎng)絡建設方面的知識與經(jīng)驗。相關的廠家雖然技術(shù)員的水平相對要高一些，但往往不會從產(chǎn)品的角度做出比較負責任的考慮與設計，反而會出于商業(yè)的目的設計一些比較獨立的僅具有商業(yè)目的的產(chǎn)品，比如網(wǎng)絡存儲服務器。

在這樣大的網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)中，要最大可能的對獨立的子系統(tǒng)或分區(qū)進行物理切割，比如分區(qū)的前端DVR/DVS/IPC與后端訪問網(wǎng)絡相隔離。而像網(wǎng)絡矩陣本身不能產(chǎn)生附加帶寬的同時，需要起到這個分區(qū)或切割的職能，比如采用雙1000M網(wǎng)口設計，一個網(wǎng)口用來輸入某一區(qū)域前端設備網(wǎng)絡過來的視頻，另一個網(wǎng)口再進入主干網(wǎng)，自身完成了解碼、存儲功能，從而通過流媒體的轉(zhuǎn)發(fā)，巧妙地實現(xiàn)了網(wǎng)關的職能。這樣，就把整個網(wǎng)絡的壓力降到了最低，那么網(wǎng)絡風暴產(chǎn)生的機會就大大降低了。

最近幾年，海量存儲技術(shù)一直在快速地進步。從07年初的160G，快速跳過 250G、320G、500G、750G，并逐漸進化到1000G、1500G，及目前最高的2000G硬盤。 前2000G硬盤在價格上與三年前的160G硬盤是持平的。也就意味著目前通過一臺2U機箱的9個2000G硬盤，相當于三年前112個以上160G硬盤位超大型存儲陣列，這差不多是一個省級數(shù)據(jù)中心的存儲量。

這樣的技術(shù)進步是眾人皆知的，因為它直接影響到普通PC市場的變化。顯然，數(shù)字監(jiān)控的重要的本地錄像功能自然也會受它的影響。隨著犯罪水平的不斷提高，作案的時候連同監(jiān)控設備一起搬走或是一起破壞的事件屢屢發(fā)生，集中存儲或是集中存儲與本地存儲相結(jié)合的需求日趨強烈。伴隨著海量存儲技術(shù)的不斷進步，海量存儲的成本不斷降低，這種需求自然而然的成為了IP監(jiān)控的必備功能。

當網(wǎng)絡集中存儲的需求產(chǎn)品化后，即出現(xiàn)了專門的獨立存儲服務器。這個產(chǎn)品雖然解決了存儲的問題，但卻加重了核心骨干網(wǎng)上的壓力。比如512路視頻進入骨干網(wǎng)后，按512K來算，即產(chǎn)生了256M的實際網(wǎng)絡帶寬。如果這個256M的帶寬，經(jīng)流媒體服務器，再轉(zhuǎn)存儲服務器，然后輸出到解碼服務器，有一部分通過分控訪問，就會產(chǎn)生超過1000M實際碼流的網(wǎng)絡風暴。

數(shù)字矩陣采用流媒體、存儲、解碼輸出一體化設計，即網(wǎng)絡視頻一經(jīng)輸入到某臺矩陣，則少有機會再需轉(zhuǎn)發(fā)出來。這樣的方案不僅可以最大程度降低網(wǎng)絡風暴的風險，更重要的是通過本機的本地內(nèi)存復制等機制，使網(wǎng)絡傳輸?shù)难訒r降到最低，從而使圖像的實時性、連慣性等方面得到非常大的提升，這就從根本上解決了這一系列問題。

綜上所述，新一代數(shù)字矩陣如果能完全滿足上述要求，不斷豐富IP監(jiān)控的功能特點，使數(shù)字矩陣賦予新的職能，才能發(fā)揮IP監(jiān)控的原動力作用，把IP監(jiān)控推向新的發(fā)展高峰。

以某數(shù)字矩陣產(chǎn)品為例:數(shù)字矩陣主要有以下幾種分類:

根據(jù)數(shù)字視頻矩陣的實現(xiàn)方式不同，數(shù)字視頻矩陣可以分為總線型和包交換型。下面以目前安防市場上廣泛應用的壓縮板卡和硬盤錄像機為例，介紹這兩種類型的數(shù)字視頻矩陣。

總線型數(shù)字視頻矩陣

顧名思義，總線型數(shù)字矩陣就是數(shù)據(jù)的傳輸和切換是通過一條共用的總線來實現(xiàn)的，例如PCI總線。

其中最常見的就是PC-DVR型和嵌入式DVR型。對于PC-DVR型來說，它的視頻輸出是VGA，通過PC顯卡來完成圖像顯示，通常只有1路輸出(1塊顯卡)，2路輸出的情況(2塊顯卡)已經(jīng)很少;嵌入式DVR一般的視頻輸出是監(jiān)視器，一些新的嵌入式DVR也可以支持VGA顯示。PC-DVR型和嵌入式DVR型都可以實現(xiàn)1路視頻輸出(還可以進行畫面分割)，可以把這兩款產(chǎn)品當作視頻矩陣的一個特例，也就是一個只有1路視頻輸出的特殊情況(如圖1)。

目前，矩陣市場上已經(jīng)出現(xiàn)了帶有多路視頻輸出和解碼功能的矩陣卡，這種矩陣卡在原有的硬件解碼卡的基礎之上，同時實現(xiàn)了一卡多路的視頻輸出。由于采用了全新的高性能DSP，并配合目前已經(jīng)得到普遍應用的2.2版本PCI總線，我們已經(jīng)可以利用現(xiàn)有的硬件平臺組建一個小型的數(shù)字視頻矩陣系統(tǒng)。那么，下面就介紹一下實現(xiàn)數(shù)字視頻矩陣的兩個典型方案:

用矩陣卡和DVR板卡組建視頻矩陣、實時錄像系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，由音視頻壓縮卡完成圖像壓縮功能，與PC機構(gòu)成DVR系統(tǒng)，這和目前市場上主流的PC-DVR完全相同。此外，在系統(tǒng)中增加矩陣卡，并由音視頻壓縮卡把數(shù)字視頻數(shù)據(jù)通過PCI總線發(fā)送到矩陣卡，由矩陣卡實現(xiàn)視頻的輸出，這就構(gòu)成了一個小型的數(shù)字視頻矩陣(如圖3)。

用矩陣卡組建網(wǎng)絡矩陣

在該方案里，通過網(wǎng)絡監(jiān)控中心主機來調(diào)度多塊解碼卡，將從網(wǎng)絡遠端接收的圖像數(shù)據(jù)切換到各個解碼卡進行解碼，最后由解碼卡實現(xiàn)視頻輸出(如圖4)。

隨著電視技術(shù)向數(shù)字化發(fā)展，電視監(jiān)控行業(yè)也出現(xiàn)了很多數(shù)字設備，數(shù)字系統(tǒng)已成為目前的熱點，于是出現(xiàn)了數(shù)字視頻矩陣的概念，一些廠家也推出了純數(shù)字視頻矩陣設備。

SDI數(shù)字視頻矩陣切換器參數(shù)如下:

SDI數(shù)字視頻矩陣切換器主要應用于廣播電視工程、多媒體會議廳、大屏幕顯示工程、電視教學、指揮控制中心等領域。