發布時間:2015-11-07 01:43 點擊:次 監控視頻矩陣
視頻矩陣的工作原理和分類及作用
一、視頻矩陣的作用
一個完整的安防電視監控系統通常由攝像機、監視器等設備組成，如何實現視頻信息資源的共享分配、切換和顯示，如何實現攝像機對監視器的順序切換顯示或分組切換顯示，完成這個切換功能的設備就是視頻矩陣切換器。
如在會議室中，一般輸入設備很多：有攝像機、DVD、VCR、實物展臺、臺式電腦，以及筆記本電腦等等，而顯示終端則較少，包括投影機、等離子、大屏幕顯示器等，若想共享和分配這些輸入設備的顯示信息，矩陣即可發揮重要的作用。其可將信號源設備的任意一路的信號傳輸至任一路顯示終端上，并可以做到音頻和視頻的同步切換，使用方便。在安防行業，通過視頻矩陣和電視墻的配合，操作人員可以在電視墻或者任何一個分控點看到任意一個攝像機的圖像。
矩陣主機即是通過交叉開關切換的方法，將X路視頻輸入信號任意輸出至Y路監看設備或其它的電子裝置（設備）。一般情況下矩陣的輸入通道數大于輸出通道數即X＞Y，當然也有X＜Y的矩陣主機。有一些視頻矩陣帶有音頻切換功能，能將視頻和音頻信號進行同步切換，這種矩陣也被稱為視音頻同步切換矩陣。
二、視頻矩陣的使用場合
視頻矩陣可以運用在很多場合，如廣播電視中心，安防行業的監控中心，教育行業的多媒體教室、會議室等，相對來說，監控行業使用的視頻矩陣較多。
三、矩陣切換系統的種類
矩陣種類很多，下面初步做一下分類
1、根據接口類型可分為：VGA矩陣、AV矩陣、RGB矩陣、DVI矩陣、HDMI矩陣、SDI矩陣等；
2、根據接口數量來劃分：包括8進2出、128進32出、1024進64出等；
3、根據通訊方式來劃分：詳見本網站什么是AD矩陣中的曼碼和485接口；
第一種是232和485接口（通常波特率為1.2K~9.6K），常用于短距離的鍵盤設備，電腦控制，報警信號采集等通訊。（外觀為RJ45）
第二種是高速數據（波特率為100k以上），用于設備之間的高速通訊，比如AD矩陣CPU與機箱之間，與控制碼發生器，和其輔助控制設備之間通訊。（外觀為BNC）
第三種是AD曼碼編碼方式通訊（波特率約20k）。(外觀為5.08快速連接器)
4、根據處理的信號類型劃分為模擬矩陣與數字矩陣，混合矩陣。
混合型視頻矩陣的概念比較廣，既可以是模擬和數字和混合，也可以是CVBS和RGB矩陣的混合等；根據檔次分有電信廣播級的同步切換矩陣和普通的視頻矩陣，廣播級的矩陣主機切換圖像的時候利用在視頻信號的場消隱信號期間進行，切換過的圖像沒有閃爍非常平穩。多媒體教室安防行業和會議室等使用的矩陣不是同步切換矩陣，這種矩陣在圖像切換的瞬間會隨機性地出現圖像抖動現象，主要是由于切換圖像的時候，有可能在上一個圖像場掃描的中間進行，但這種抖動持續的時間非常短，一般不超過1秒，不影響觀看效果，切換后的圖像畫面清晰穩定。
四、安防行業中的視頻矩陣。
目前安防中使用的矩陣較多為模擬視頻矩陣，其主要用來對模擬視頻信號進行切換和分配，一般情況下由視頻矩陣主機和配套的一個或者多個控制鍵盤組成，矩陣主機內含音視頻輸入模塊、音視頻輸出模塊、中心控制模塊、報警模塊、電源模塊等；控制鍵盤由按鍵、顯示、搖桿、權限控制鎖等構成。
視頻矩陣各個模塊的作用
1、視頻輸入模塊
其對輸入的模擬視頻信號進行隔離、緩沖和放大處理，主要目的是將視頻信號轉換為符合切換要求的信號。常見的視頻信號緩沖隔離電路采用分立三極管組成的同相放大電路形式，也有采用集成電路芯片對視頻信號進行緩沖放大處理。
2、視頻輸出模塊
對切換后的音視頻信號進行再次處理，滿足顯示或者記錄設備的信號輸入要求。常見的視頻輸出模塊要對輸入的視頻信號進行幅度放大、字符疊加等處理。
3、中心控制模塊
此模塊是矩陣切換系統的控制核心，一般由CPU（MCU微處理器）、存儲器、通信芯片、漢字庫芯片等組成。
4、報警模塊
報警模塊用來檢測報警輸入，通常也會由另外的CPU來做報警檢測處理。
控制鍵盤的組成
1、按鍵輸入部分
其用來接收用戶的按鍵輸入，由數字鍵和相關的功能鍵組成。單獨的功能鍵設置會讓用戶操作起來更方便。
2、鍵盤顯示部分
既可采用液晶顯示的，也可采用數碼管顯示的。液晶顯示又分為英文顯示液晶，漢字顯示液晶等。
3、搖桿分為兩維搖桿、三維搖桿、四維搖桿等。兩維搖桿可以控制前端設備上、下、左、右動作；三維搖桿不僅可以實現兩維搖桿的控制功能，還在搖桿上增加了變倍控制功能，四位搖桿在實現三維搖桿全部控制功能的基礎上再增加某些控制功能（如控制光圈、預置位、菜單確認等等）。
4、有些控制鍵盤設計有權限控制鎖開關，用來防止非授權人員操作和控制矩陣。
視頻矩陣切換器的工作原理
矩陣切換器的工作原理是：矩陣切換器收到控制鍵盤的切換命令后將對應的輸入切換到對應的輸出。切換部分的核心為一個X×Y的交叉點電子開關，通過控制交叉點開關的斷開和閉合可以實現X方向的任意輸入和Y方向的輸出聯通，假如將攝像機接入X方向的輸入，監視器連接在Y方向的輸出，不難想象，通過電子開關的閉合、斷開，可以在任意一個監視器上看到任意一個攝像機的圖像。
大量使用這種交叉點電子開關芯片，經過合理的級聯組合，再加上輸出模塊、中心控制模塊、電源模塊等就可以構成一個復雜的視頻矩陣切換器。下面舉例說明矩陣切換的具體工作過程：
用戶想要觀看某一個攝像機的圖像，首先通過操作鍵盤輸入對應的攝像機號碼，比如128號攝像機，輸入完畢后鍵盤將用戶的操作命令按照定義好的通訊協議轉換為控制命令傳送到矩陣主機，矩陣主機的中心控制模塊接收到控制命令后，分析接收到的數據，因為有很多視頻輸入模塊，首先找到對應的視頻輸入模塊（比如本例第128號攝像機對應的輸入模塊），發出開關閉合命令，視頻輸入模塊將圖像切換到底板的視頻輸出總線，中心控制模塊同時控制輸出模塊疊加相關的顯示信息，比如攝像機標題、分區、標識等到視頻信號。當用戶想要控制前端動點設備時，中心控制模塊會根據用戶選擇的通訊協議參數，通過通訊控制端口發出控制命令來實現控制操作。
矩陣切換器的附加功能
陣切換系統的最重要功能是對輸入的視頻信號進行切換和分配，除此之外還有許多附加的功能，這些附加功能的合理使用會給用戶帶來很多方便，可以減少系統的調試維護工作量。
監視器屏幕菜單編程功能
矩陣監視器屏幕菜單編程功能，通過這個功能可以在施工現場通過配套的控制鍵盤即可實現切換隊列編程、權限設置、通信協議、波特率選擇等功能。有些矩陣的控制設置可通過電腦來完成，因為現在有便于攜帶的手提電腦，所以控制設置比矩陣鍵盤更方便。
多種云臺控制協議兼容功能
在監控行業，前端的動點控制設備往往是調試比較困難的，經常會因為波特率、地址碼設置、布線方式等問題導致不能夠正常操作前端設備，如果矩陣主機能夠兼容多種控制協議，監視器屏幕能夠有合理的提示信息功能會給調試帶來方便。
云臺控制信號分組放大隔離功能
在一個大型監控項目中，前方動點設備有時候非常多，根據485總線的接線方式，當總線上一個設備出現問題的時候可能會鎖死總線，造成總線上的其他設備都無法正常工作，這時候要排查出哪一個設備有問題是非常困難的，需要將所有的設備分別隔離來一一尋找故障點。如果矩陣主機帶有多個485控制信號輸出端口，便可以方便地將控制設備分組控制，避免一個設備損壞整個系統癱瘓的問題，可以方便地查找原因，并且增加了通訊距離和控制的穩定性。
固件遠程升級功能
任何一個電子產品在市場上銷售一段時間后，可能會發現一些bug、或要增加新功能、或根據客戶需要做一些更改，帶有固件遠程升級功能的矩陣就可以方便地實現這個功能，節省客戶投資。
五、數字視頻矩陣系統的工作原理及特點
隨著電視技術向數字化發展，電視監控行業也出現了很多數字設備，數字系統已成為目前的熱點，于是出現了數字視頻矩陣的概念，一些廠家也推出了純數字視頻矩陣設備。但是純數字矩陣也存在很多模擬矩陣所沒有遇到的問題，它的基本功能是什么？應用的網絡環境是什么？還都不清楚，至少在認識上還不統一。目前數字化系統主要有下面兩種情況：一是按著模擬視頻矩陣的概念，對輸入的數字視頻信號（數據流）建立通道式的連接（多少入對多少出），這樣的設備主要用在電視演播室中，它所適應的系統（網絡）結構是集總式的，但采用這種結構在安防行業的電視監控系統很少采用。另一種方式是在LAN的環境下，利用DVR、視頻網關或采用IP攝像機使圖像源數字化，通過網絡交換機來實現數字流的切換，這時系統的輸出可認為是B/S或C/S結構中的客戶機，它沒有在輸入和輸出信號之間建立一個傳輸通道，實質上只是在并行地進行多路的圖像變換和編解碼處理，輸入和輸出之間的連接不是直接的（有變換），也不是實時的（有延遲）。而且輸入信號通常是模擬的視頻信號，輸出則可能是數字信號或模擬信號。這是一種分布式結構，其特點是：
1、數字視頻信號在多次傳輸、記錄和處理過程中，圖像質量不會降低。同時，既能實現分布式存貯和本地控制，又能做到集中的圖像調用、記錄和統一地管理，圖像檢索處理比較方便，比如做多畫面分割，車牌號識別等，這些圖像處理采用模擬技術很難或者無法實現；
2、網絡布線方便，可以充分利用建筑內預留的數據網絡。便于與廣域網連接，實現遠程監控；
3、系統的可擴展性和可升級性好，保密性強。
4、但其仍存在一些亟待提高的問題：中心監控室不能同時獲得系統全部的實時圖像。圖像質量（分辨能力清晰度、連續性、圖像還原性）都還達不到模擬系統的水平。更重要的一點是，產品尚未完全成熟、接口關系不統一（特別是視頻編解碼算法）還沒有形成基本的標準和統一。盡管如此，這種方式將是電視監控系統從模擬向數字化過渡的最佳且必然的途徑。
六、結束語
現在市場上銷售的視頻矩陣主機，很大一部分還是傳統的模擬視頻矩陣，數字矩陣只是其中的少部分，隨著技術的進步和安防產品的數字化進程，不可否認，數字矩陣主機將是未來的發展趨勢。在數字矩陣面臨很多問題沒有完全解決之前，模擬矩陣和數字矩陣將會在市場上共存，直至數字矩陣逐漸取代模擬矩陣。
一個完整的安防電視監控系統通常由攝像機、監視器等設備組成，如何實現視頻信息資源的共享分配、切換和顯示，如何實現攝像機對監視器的順序切換顯示或分組切換顯示，完成這個切換功能的設備就是視頻矩陣切換器。
如在會議室中，一般輸入設備很多：有攝像機、DVD、VCR、實物展臺、臺式電腦，以及筆記本電腦等等，而顯示終端則較少，包括投影機、等離子、大屏幕顯示器等，若想共享和分配這些輸入設備的顯示信息，矩陣即可發揮重要的作用。其可將信號源設備的任意一路的信號傳輸至任一路顯示終端上，并可以做到音頻和視頻的同步切換，使用方便。在安防行業，通過視頻矩陣和電視墻的配合，操作人員可以在電視墻或者任何一個分控點看到任意一個攝像機的圖像。
矩陣主機即是通過交叉開關切換的方法，將X路視頻輸入信號任意輸出至Y路監看設備或其它的電子裝置（設備）。一般情況下矩陣的輸入通道數大于輸出通道數即X＞Y，當然也有X＜Y的矩陣主機。有一些視頻矩陣帶有音頻切換功能，能將視頻和音頻信號進行同步切換，這種矩陣也被稱為視音頻同步切換矩陣。
二、視頻矩陣的使用場合
視頻矩陣可以運用在很多場合，如廣播電視中心，安防行業的監控中心，教育行業的多媒體教室、會議室等，相對來說，監控行業使用的視頻矩陣較多。
三、矩陣切換系統的種類
矩陣種類很多，下面初步做一下分類
1、根據接口類型可分為：VGA矩陣、AV矩陣、RGB矩陣、DVI矩陣、HDMI矩陣、SDI矩陣等；
2、根據接口數量來劃分：包括8進2出、128進32出、1024進64出等；
3、根據通訊方式來劃分：詳見本網站什么是AD矩陣中的曼碼和485接口；
第一種是232和485接口（通常波特率為1.2K~9.6K），常用于短距離的鍵盤設備，電腦控制，報警信號采集等通訊。（外觀為RJ45）
第二種是高速數據（波特率為100k以上），用于設備之間的高速通訊，比如AD矩陣CPU與機箱之間，與控制碼發生器，和其輔助控制設備之間通訊。（外觀為BNC）
第三種是AD曼碼編碼方式通訊（波特率約20k）。(外觀為5.08快速連接器)
4、根據處理的信號類型劃分為模擬矩陣與數字矩陣，混合矩陣。
混合型視頻矩陣的概念比較廣，既可以是模擬和數字和混合，也可以是CVBS和RGB矩陣的混合等；根據檔次分有電信廣播級的同步切換矩陣和普通的視頻矩陣，廣播級的矩陣主機切換圖像的時候利用在視頻信號的場消隱信號期間進行，切換過的圖像沒有閃爍非常平穩。多媒體教室安防行業和會議室等使用的矩陣不是同步切換矩陣，這種矩陣在圖像切換的瞬間會隨機性地出現圖像抖動現象，主要是由于切換圖像的時候，有可能在上一個圖像場掃描的中間進行，但這種抖動持續的時間非常短，一般不超過1秒，不影響觀看效果，切換后的圖像畫面清晰穩定。
四、安防行業中的視頻矩陣。
目前安防中使用的矩陣較多為模擬視頻矩陣，其主要用來對模擬視頻信號進行切換和分配，一般情況下由視頻矩陣主機和配套的一個或者多個控制鍵盤組成，矩陣主機內含音視頻輸入模塊、音視頻輸出模塊、中心控制模塊、報警模塊、電源模塊等；控制鍵盤由按鍵、顯示、搖桿、權限控制鎖等構成。
視頻矩陣各個模塊的作用
1、視頻輸入模塊
其對輸入的模擬視頻信號進行隔離、緩沖和放大處理，主要目的是將視頻信號轉換為符合切換要求的信號。常見的視頻信號緩沖隔離電路采用分立三極管組成的同相放大電路形式，也有采用集成電路芯片對視頻信號進行緩沖放大處理。
2、視頻輸出模塊
對切換后的音視頻信號進行再次處理，滿足顯示或者記錄設備的信號輸入要求。常見的視頻輸出模塊要對輸入的視頻信號進行幅度放大、字符疊加等處理。
3、中心控制模塊
此模塊是矩陣切換系統的控制核心，一般由CPU（MCU微處理器）、存儲器、通信芯片、漢字庫芯片等組成。
4、報警模塊
報警模塊用來檢測報警輸入，通常也會由另外的CPU來做報警檢測處理。
控制鍵盤的組成
1、按鍵輸入部分
其用來接收用戶的按鍵輸入，由數字鍵和相關的功能鍵組成。單獨的功能鍵設置會讓用戶操作起來更方便。
2、鍵盤顯示部分
既可采用液晶顯示的，也可采用數碼管顯示的。液晶顯示又分為英文顯示液晶，漢字顯示液晶等。
3、搖桿分為兩維搖桿、三維搖桿、四維搖桿等。兩維搖桿可以控制前端設備上、下、左、右動作；三維搖桿不僅可以實現兩維搖桿的控制功能，還在搖桿上增加了變倍控制功能，四位搖桿在實現三維搖桿全部控制功能的基礎上再增加某些控制功能（如控制光圈、預置位、菜單確認等等）。
4、有些控制鍵盤設計有權限控制鎖開關，用來防止非授權人員操作和控制矩陣。
視頻矩陣切換器的工作原理
矩陣切換器的工作原理是：矩陣切換器收到控制鍵盤的切換命令后將對應的輸入切換到對應的輸出。切換部分的核心為一個X×Y的交叉點電子開關，通過控制交叉點開關的斷開和閉合可以實現X方向的任意輸入和Y方向的輸出聯通，假如將攝像機接入X方向的輸入，監視器連接在Y方向的輸出，不難想象，通過電子開關的閉合、斷開，可以在任意一個監視器上看到任意一個攝像機的圖像。
大量使用這種交叉點電子開關芯片，經過合理的級聯組合，再加上輸出模塊、中心控制模塊、電源模塊等就可以構成一個復雜的視頻矩陣切換器。下面舉例說明矩陣切換的具體工作過程：
用戶想要觀看某一個攝像機的圖像，首先通過操作鍵盤輸入對應的攝像機號碼，比如128號攝像機，輸入完畢后鍵盤將用戶的操作命令按照定義好的通訊協議轉換為控制命令傳送到矩陣主機，矩陣主機的中心控制模塊接收到控制命令后，分析接收到的數據，因為有很多視頻輸入模塊，首先找到對應的視頻輸入模塊（比如本例第128號攝像機對應的輸入模塊），發出開關閉合命令，視頻輸入模塊將圖像切換到底板的視頻輸出總線，中心控制模塊同時控制輸出模塊疊加相關的顯示信息，比如攝像機標題、分區、標識等到視頻信號。當用戶想要控制前端動點設備時，中心控制模塊會根據用戶選擇的通訊協議參數，通過通訊控制端口發出控制命令來實現控制操作。
矩陣切換器的附加功能
陣切換系統的最重要功能是對輸入的視頻信號進行切換和分配，除此之外還有許多附加的功能，這些附加功能的合理使用會給用戶帶來很多方便，可以減少系統的調試維護工作量。
監視器屏幕菜單編程功能
矩陣監視器屏幕菜單編程功能，通過這個功能可以在施工現場通過配套的控制鍵盤即可實現切換隊列編程、權限設置、通信協議、波特率選擇等功能。有些矩陣的控制設置可通過電腦來完成，因為現在有便于攜帶的手提電腦，所以控制設置比矩陣鍵盤更方便。
多種云臺控制協議兼容功能
在監控行業，前端的動點控制設備往往是調試比較困難的，經常會因為波特率、地址碼設置、布線方式等問題導致不能夠正常操作前端設備，如果矩陣主機能夠兼容多種控制協議，監視器屏幕能夠有合理的提示信息功能會給調試帶來方便。
云臺控制信號分組放大隔離功能
在一個大型監控項目中，前方動點設備有時候非常多，根據485總線的接線方式，當總線上一個設備出現問題的時候可能會鎖死總線，造成總線上的其他設備都無法正常工作，這時候要排查出哪一個設備有問題是非常困難的，需要將所有的設備分別隔離來一一尋找故障點。如果矩陣主機帶有多個485控制信號輸出端口，便可以方便地將控制設備分組控制，避免一個設備損壞整個系統癱瘓的問題，可以方便地查找原因，并且增加了通訊距離和控制的穩定性。
固件遠程升級功能
任何一個電子產品在市場上銷售一段時間后，可能會發現一些bug、或要增加新功能、或根據客戶需要做一些更改，帶有固件遠程升級功能的矩陣就可以方便地實現這個功能，節省客戶投資。
五、數字視頻矩陣系統的工作原理及特點
隨著電視技術向數字化發展，電視監控行業也出現了很多數字設備，數字系統已成為目前的熱點，于是出現了數字視頻矩陣的概念，一些廠家也推出了純數字視頻矩陣設備。但是純數字矩陣也存在很多模擬矩陣所沒有遇到的問題，它的基本功能是什么？應用的網絡環境是什么？還都不清楚，至少在認識上還不統一。目前數字化系統主要有下面兩種情況：一是按著模擬視頻矩陣的概念，對輸入的數字視頻信號（數據流）建立通道式的連接（多少入對多少出），這樣的設備主要用在電視演播室中，它所適應的系統（網絡）結構是集總式的，但采用這種結構在安防行業的電視監控系統很少采用。另一種方式是在LAN的環境下，利用DVR、視頻網關或采用IP攝像機使圖像源數字化，通過網絡交換機來實現數字流的切換，這時系統的輸出可認為是B/S或C/S結構中的客戶機，它沒有在輸入和輸出信號之間建立一個傳輸通道，實質上只是在并行地進行多路的圖像變換和編解碼處理，輸入和輸出之間的連接不是直接的（有變換），也不是實時的（有延遲）。而且輸入信號通常是模擬的視頻信號，輸出則可能是數字信號或模擬信號。這是一種分布式結構，其特點是：
1、數字視頻信號在多次傳輸、記錄和處理過程中，圖像質量不會降低。同時，既能實現分布式存貯和本地控制，又能做到集中的圖像調用、記錄和統一地管理，圖像檢索處理比較方便，比如做多畫面分割，車牌號識別等，這些圖像處理采用模擬技術很難或者無法實現；
2、網絡布線方便，可以充分利用建筑內預留的數據網絡。便于與廣域網連接，實現遠程監控；
3、系統的可擴展性和可升級性好，保密性強。
4、但其仍存在一些亟待提高的問題：中心監控室不能同時獲得系統全部的實時圖像。圖像質量（分辨能力清晰度、連續性、圖像還原性）都還達不到模擬系統的水平。更重要的一點是，產品尚未完全成熟、接口關系不統一（特別是視頻編解碼算法）還沒有形成基本的標準和統一。盡管如此，這種方式將是電視監控系統從模擬向數字化過渡的最佳且必然的途徑。
六、結束語
現在市場上銷售的視頻矩陣主機，很大一部分還是傳統的模擬視頻矩陣，數字矩陣只是其中的少部分，隨著技術的進步和安防產品的數字化進程，不可否認，數字矩陣主機將是未來的發展趨勢。在數字矩陣面臨很多問題沒有完全解決之前，模擬矩陣和數字矩陣將會在市場上共存，直至數字矩陣逐漸取代模擬矩陣。