數(shù)字視頻矩陣未來發(fā)展方向

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

多機(jī)無縫級(jí)聯(lián)是九鼎數(shù)字矩陣網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能，因?yàn)槎鄼C(jī)全交叉切換則是網(wǎng)絡(luò)矩陣賴以生存的重要職能。如果說實(shí)時(shí)流媒體是數(shù)字矩陣的軟芯片，那么網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)就是它的硬芯片。很多人能夠理解非常復(fù)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(duì)于家喻戶曉的普通網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，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(shí)時(shí)流媒體及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，進(jìn)行多機(jī)聯(lián)網(wǎng)全交叉矩陣切換，則可輕松實(shí)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(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，核心骨干網(wǎng)的負(fù)載能力是一個(gè)最重要的指標(biāo)。越是大型的系統(tǒng)，每兆字節(jié)的傳輸成本越高。一個(gè)512路以上的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，相當(dāng)于一個(gè)上千戶寬帶用戶的網(wǎng)絡(luò)資源需求。在實(shí)時(shí)性方面的要求，比以文本傳輸或可間斷非實(shí)文件流為主的民用寬帶要求要高得多，所以在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡方面需做出 九鼎拼接網(wǎng)絡(luò)VGA數(shù)字矩陣。

非常專業(yè)的考慮。然而因?yàn)镮P監(jiān)控的剛剛興起，甲方或工程商缺少專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。相關(guān)的廠家雖然技術(shù)員的水平相對(duì)要高一些，但往往不會(huì)從產(chǎn)品的角度做出比較負(fù)責(zé)任的考慮與設(shè)計(jì)，反而會(huì)出于商業(yè)的目的設(shè)計(jì)一些比較獨(dú)立的僅具有商業(yè)目的的產(chǎn)品，比如網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器。

在這樣大的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，要最大可能的對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)或分區(qū)進(jìn)行物理切割，比如分區(qū)的前端DVR/DVS/IPC與后端訪問網(wǎng)絡(luò)相隔離。而像網(wǎng)絡(luò)矩陣本身不能產(chǎn)生附加帶寬的同時(shí)，需要起到這個(gè)分區(qū)或切割的職能，比如采用雙1000M網(wǎng)口設(shè)計(jì)，一個(gè)網(wǎng)口用來輸入某一區(qū)域前端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)過來的視頻，另一個(gè)網(wǎng)口再進(jìn)入主干網(wǎng)，自身完成了解碼、存儲(chǔ)功能，從而通過流媒體的轉(zhuǎn)發(fā)，巧妙地實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)的職能。這樣，就把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壓力降到了最低，那么網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴產(chǎn)生的機(jī)會(huì)就大大降低了。

最近幾年，海量存儲(chǔ)技術(shù)一直在快速地進(jìn)步。從07年初的160G，快速跳過 250G、320G、500G、750G，并逐漸進(jìn)化到1000G、1500G，及目前最高的2000G硬盤。 前2000G硬盤在價(jià)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(tái)2U機(jī)箱的9個(gè)2000G硬盤，相當(dāng)于三年前112個(gè)以上160G硬盤位超大型存儲(chǔ)陣列，這差不多是一個(gè)省級(jí)數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)量。

這樣的技術(shù)進(jìn)步是眾人皆知的，因?yàn)樗苯佑绊懙狡胀≒C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(huì)受它的影響。隨著犯罪水平的不斷提高，作案的時(shí)候連同監(jiān)控設(shè)備一起搬走或是一起破壞的事件屢屢發(fā)生，集中存儲(chǔ)或是集中存儲(chǔ)與本地存儲(chǔ)相結(jié)合的需求日趨強(qiáng)烈。伴隨著海量存儲(chǔ)技術(shù)的不斷進(jìn)步，海量存儲(chǔ)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(dāng)網(wǎng)絡(luò)集中存儲(chǔ)的需求產(chǎn)品化后，即出現(xiàn)了專門的獨(dú)立存儲(chǔ)服務(wù)器。這個(gè)產(chǎn)品雖然解決了存儲(chǔ)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(jìn)入骨干網(wǎng)后，按512K來算，即產(chǎn)生了256M的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)帶寬。如果這個(gè)256M的帶寬，經(jīng)流媒體服務(wù)器，再轉(zhuǎn)存儲(chǔ)服務(wù)器，然后輸出到解碼服務(wù)器，有一部分通過分控訪問，就會(huì)產(chǎn)生超過1000M實(shí)際碼流的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。

數(shù)字矩陣采用流媒體、存儲(chǔ)、解碼輸出一體化設(shè)計(jì)，即網(wǎng)絡(luò)視頻一經(jīng)輸入到某臺(tái)矩陣，則少有機(jī)會(huì)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(luò)風(fēng)暴的風(fēng)險(xiǎn)，更重要的是通過本機(jī)的本地內(nèi)存復(fù)制等機(jī)制，使網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难訒r(shí)降到最低，從而使圖像的實(shí)時(shí)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(diǎn)，使數(shù)字矩陣賦予新的職能，才能發(fā)揮IP監(jiān)控的原動(dòng)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:

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(chǔ)之上，同時(shí)實(shí)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(yīng)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(tái)組建一個(gè)小型的數(shù)字視頻矩陣系統(tǒng)。那么，下面就介紹一下實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻矩陣的兩個(gè)典型方案:

用矩陣卡和DVR板卡組建視頻矩陣、實(shí)時(shí)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(jī)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(shí)現(xiàn)視頻的輸出，這就構(gòu)成了一個(gè)小型的數(shù)字視頻矩陣(如圖3)。

用矩陣卡組建網(wǎng)絡(luò)矩陣

在該方案里，通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心主機(jī)來調(diào)度多塊解碼卡，將從網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端接收的圖像數(shù)據(jù)切換到各個(gè)解碼卡進(jìn)行解碼，最后由解碼卡實(shí)現(xiàn)視頻輸出(如圖4)。

包交換型矩陣是通過包交換的方式(通常是IP包)實(shí)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(yīng)用的遠(yuǎn)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(luò)(可以是高速的專網(wǎng)、internet、局域網(wǎng)等)發(fā)送到遠(yuǎn)端，在遠(yuǎn)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(gè)比較大的局限性:延時(shí)長、圖像質(zhì)量差。由于要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此不可避免的會(huì)帶來延時(shí)，同時(shí)為了減少對(duì)帶寬的占用，往往都需要在發(fā)送端對(duì)圖像進(jìn)行壓縮，然后在接收端實(shí)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(shí)編、解碼過程還會(huì)增大延時(shí)。所以目前包交換型矩陣還無法適用于對(duì)實(shí)時(shí)性和圖像質(zhì)量要求比較高的場合(如圖2)。

數(shù)字矩陣,是針對(duì)前端設(shè)備全部是網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)、遠(yuǎn)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(qiáng)的解碼能力是網(wǎng)絡(luò)數(shù)字矩陣視頻輸出的優(yōu)勢，單機(jī)相當(dāng)于16張四路解碼卡(128CIF)。主要特性有以下幾個(gè)方面:

★超大型視頻管理平臺(tái)及超級(jí)網(wǎng)絡(luò)解碼能力

單機(jī)最大可管理1024路視頻，配置專業(yè)的GPU，實(shí)現(xiàn)單機(jī)64路/96 CIF,16路/36路/54路 D1解碼能力。超強(qiáng)的解碼能力是網(wǎng)絡(luò)數(shù)字矩陣視頻輸出的基礎(chǔ)，單機(jī)相當(dāng)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(luò)VGA數(shù)字矩陣，各屏輸出1/2/9/16畫面，可實(shí)現(xiàn)單機(jī) CIF 96入96出，D1 54入54出。滿足新的"全面覆蓋，重點(diǎn)監(jiān)控"，1:1顯示輸出的行業(yè)主流需求

★多廠家設(shè)備兼容，無縫接入

兼容其他廠家硬盤錄像機(jī)，視頻服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的網(wǎng)絡(luò)視音頻流

★多機(jī)聯(lián)網(wǎng)全交叉矩陣切換功能

采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP輸入及輸出，1000M網(wǎng)口，通過普通1000M交換機(jī)進(jìn)行多機(jī)聯(lián)網(wǎng)全交叉矩陣切換，實(shí)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)

根據(jù)數(shù)字視頻矩陣的實(shí)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(yīng)用的壓縮板卡和硬盤錄像機(jī)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(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)1路視頻輸出(還可以進(jìn)行畫面分割)，可以把這兩款產(chǎn)品當(dāng)作視頻矩陣的一個(gè)特例，也就是一個(gè)只有1路視頻輸出的特殊情況(如圖1)。

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

另外，一個(gè)矩陣系統(tǒng)通常還應(yīng)該包括以下基本功能:字符信號(hào)疊加;解碼器可以控制云臺(tái)、可變鏡頭和攝像機(jī);報(bào)警器接口;可選的音頻同步切換矩陣;控制鍵盤等。對(duì)國內(nèi)用戶來說，字符疊加應(yīng)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(jí)聯(lián)，來實(shí)現(xiàn)更高的容量，為了適應(yīng)不同用戶對(duì)矩陣系統(tǒng)容量的要求，矩陣系統(tǒng)應(yīng)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(shí)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(jìn)行遠(yuǎn)程切換。一般而言矩陣系統(tǒng)的容量達(dá)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(tái)矩陣系統(tǒng)級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。矩陣容量越大，所需技術(shù)水平越高，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)難度也越大。

按實(shí)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(hào)切換主要是采用單片機(jī)或更高檔的芯片來控制模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字視頻的視頻切換在數(shù)字視頻層完成，這個(gè)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(duì)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(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，在視頻輸出端增加DA轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。視頻切換的核心部分由模擬矩陣的模擬開關(guān)，變成了對(duì)數(shù)字視頻的處理和傳輸。

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(shè)備，數(shù)字系統(tǒng)已成為目前的熱點(diǎn)，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(shè)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(yīng)用于廣播電視工程、多媒體會(huì)議廳、大屏幕顯示工程、電視教學(xué)、指揮控制中心等領(lǐng)域。