矩陣切換系統(tǒng)的作用、分類和使用場合

　　一個(gè)完整的安防電視監(jiān)控系統(tǒng)通常由攝像機(jī)、監(jiān)視器等設(shè)備組成，如何實(shí)現(xiàn)視頻信息資源的共享分配、切換和顯示，如何實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)對監(jiān)視器的順序切換顯示或分組切換顯示，完成這個(gè)切換功能的設(shè)備就是視頻矩陣切換器。

　　如在會議室中，一般輸入設(shè)備很多：有攝像機(jī)、DVD、VCR、實(shí)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(jī)、等離子、大屏幕顯示器等，若想共享和分配這些輸入設(shè)備的顯示信息，矩陣即可發(fā)揮重要的作用。其可將信號源設(shè)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(yè)，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(gè)分控點(diǎn)看到任意一個(gè)攝像機(jī)的圖像。

　　矩陣主機(jī)即是通過交叉開關(guān)切換的方法，將X路視頻輸入信號任意輸出至Y路監(jiān)看設(shè)備或其它的電子裝置(設(shè)備)。一般情況下矩陣的輸入通道數(shù)大于輸出通道數(shù)即X>Y，當(dāng)然也有X

　　矩陣種類很多，根據(jù)接口類型可分為VGA矩陣、AV矩陣、光矩陣等;根據(jù)接口數(shù)量來劃分，則包括8進(jìn)2出、128進(jìn)32出、1024進(jìn)64出等;還可根據(jù)處理的信號類型劃分為模擬矩陣與數(shù)字矩陣，當(dāng)然還有混合矩陣?；旌闲鸵曨l矩陣的概念比較廣，既可以是模擬和數(shù)字和混合，也可以是CVBS和RGB矩陣的混合等;根據(jù)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(jī)切換圖像的時(shí)候利用在視頻信號的場消隱信號期間進(jìn)行，切換過的圖像沒有閃爍非常平穩(wěn)。多媒體教室安防行業(yè)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(jī)性地出現(xiàn)圖像抖動現(xiàn)象，主要是由于切換圖像的時(shí)候，有可能在上一個(gè)圖像場掃描的中間進(jìn)行，但這種抖動持續(xù)的時(shí)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(wěn)定。本文主要介紹的是在安防行業(yè)中使用的視頻矩陣。

　　模擬視頻矩陣系統(tǒng)工作原理介紹

　　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(jìn)行切換和分配，一般情況下由視頻矩陣主機(jī)和配套的一個(gè)或者多個(gè)控制鍵盤組成，矩陣主機(jī)內(nèi)含音視頻輸入模塊、音視頻輸出模塊、中心控制模塊、報(bào)警模塊、電源模塊等;控制鍵盤由按鍵、顯示、搖桿、權(quán)限控制鎖等構(gòu)成。

　　視頻矩陣各個(gè)模塊的作用

　　1、視頻輸入模塊

　　其對輸入的模擬視頻信號進(jìn)行隔離、緩沖和放大處理，主要目的是將視頻信號轉(zhuǎn)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(jìn)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(jìn)行再次處理，滿足顯示或者記錄設(shè)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(jìn)行幅度放大、字符疊加等處理，字符疊加芯片有日本NEC公司的UPD6450(只能疊加英文字母)、UPD6453，富士通公司的MB90092等。[nextpage]

　　3、中心控制模塊

　　此模塊是矩陣切換系統(tǒng)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(bào)警模塊

　　報(bào)警模塊用來檢測報(bào)警輸入，通常也會由另外的CPU來做報(bào)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(shù)字鍵和相關(guān)的功能鍵組成。單獨(dú)的功能鍵設(shè)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(shù)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(shè)備上、下、左、右動作;三維搖桿不僅可以實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)三維搖桿全部控制功能的基礎(chǔ)上再增加某些控制功能。

　　4、有些控制鍵盤設(shè)計(jì)有權(quán)限控制鎖開關(guān)，用來防止非授權(quán)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(yīng)的輸入切換到對應(yīng)的輸出。切換部分的核心為一個(gè)X×Y的交叉點(diǎn)電子開關(guān)，通過控制交叉點(diǎn)開關(guān)的斷開和閉合可以實(shí)現(xiàn)X方向的任意輸入和Y方向的輸出聯(lián)通，假如將攝像機(jī)接入X方向的輸入，監(jiān)視器連接在Y方向的輸出，不難想象，通過電子開關(guān)的閉合、斷開，可以在任意一個(gè)監(jiān)視器上看到任意一個(gè)攝像機(jī)的圖像(圖1為矩陣切換系統(tǒng)的示意圖)。

圖1; 矩陣切換系統(tǒng)的示意圖

　　大量使用這種交叉點(diǎn)電子開關(guān)芯片，經(jīng)過合理的級聯(lián)組合，再加上輸出模塊、中心控制模塊、電源模塊等就可以構(gòu)成一個(gè)復(fù)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(gè)攝像機(jī)的圖像，首先通過操作鍵盤輸入對應(yīng)的攝像機(jī)號碼，比如128號攝像機(jī)，輸入完畢后鍵盤將用戶的操作命令按照定義好的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換為控制命令傳送到矩陣主機(jī)，矩陣主機(jī)的中心控制模塊接收到控制命令后，分析接收到的數(shù)據(jù)，因?yàn)橛泻芏嘁曨l輸入模塊，首先找到對應(yīng)的視頻輸入模塊(比如本例第128號攝像機(jī)對應(yīng)的輸入模塊)，發(fā)出開關(guān)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(shí)控制輸出模塊疊加相關(guān)的顯示信息，比如攝像機(jī)標(biāo)題、分區(qū)、標(biāo)識等到視頻信號。當(dāng)用戶想要控制前端動點(diǎn)設(shè)備時(shí)，中心控制模塊會根據(jù)用戶選擇的通訊協(xié)議參數(shù)，通過通訊控制端口發(fā)出控制命令來實(shí)現(xiàn)控制操作。[nextpage]

　　矩陣切換器的附加功能

　　矩陣切換系統(tǒng)的最重要功能是對輸入的視頻信號進(jìn)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(tǒng)的調(diào)試維護(hù)工作量。

　　監(jiān)視器屏幕菜單編程功能

　　矩陣監(jiān)視器屏幕菜單編程功能，通過這個(gè)功能可以在施工現(xiàn)場通過配套的控制鍵盤即可實(shí)現(xiàn)切換隊(duì)列編程、權(quán)限設(shè)置、通信協(xié)議、波特率選擇等功能。有些矩陣的控制設(shè)置可通過電腦來完成，因?yàn)楝F(xiàn)在有便于攜帶的手提電腦，所以控制設(shè)置比矩陣鍵盤更方便。

　　多種云臺控制協(xié)議兼容功能

　　在監(jiān)控行業(yè)，前端的動點(diǎn)控制設(shè)備往往是調(diào)試比較困難的，經(jīng)常會因?yàn)椴ㄌ芈?、地址碼設(shè)置、布線方式等問題導(dǎo)致不能夠正常操作前端設(shè)備，如果矩陣主機(jī)能夠兼容多種控制協(xié)議，監(jiān)視器屏幕能夠有合理的提示信息功能會給調(diào)試帶來方便。

　　云臺控制信號分組放大隔離功能

　　在一個(gè)大型監(jiān)控項(xiàng)目中，前方動點(diǎn)設(shè)備有時(shí)候非常多，根據(jù)485總線的接線方式，當(dāng)總線上一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問題的時(shí)候可能會鎖死總線，造成總線上的其他設(shè)備都無法正常工作，這時(shí)候要排查出哪一個(gè)設(shè)備有問題是非常困難的，需要將所有的設(shè)備分別隔離來一一尋找故障點(diǎn)。如果矩陣主機(jī)帶有多個(gè)485控制信號輸出端口，便可以方便地將控制設(shè)備分組控制，避免一個(gè)設(shè)備損壞整個(gè)系統(tǒng)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(wěn)定性。

　　固件遠(yuǎn)程升級功能

　　任何一個(gè)電子產(chǎn)品在市場上銷售一段時(shí)間后，可能會發(fā)現(xiàn)一些bug、或要增加新功能、或根據(jù)客戶需要做一些更改，帶有固件遠(yuǎn)程升級功能的矩陣就可以方便地實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，節(jié)省客戶投資。[nextpage]

　　數(shù)字視頻矩陣系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)

　　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。但是純數(shù)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(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是什么?還都不清楚，至少在認(rèn)識上還不統(tǒng)一。目前數(shù)字化系統(tǒng)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(shù)字視頻信號(數(shù)據(jù)流)建立通道式的連接(多少入對多少出)，這樣的設(shè)備主要用在電視演播室中，它所適應(yīng)的系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò))結(jié)構(gòu)是集總式的，但采用這種結(jié)構(gòu)在安防行業(yè)的電視監(jiān)控系統(tǒng)很少采用。另一種方式是在LAN的環(huán)境下，利用DVR、視頻網(wǎng)關(guān)或采用IP攝像機(jī)使圖像源數(shù)字化，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字流的切換，這時(shí)系統(tǒng)的輸出可認(rèn)為是B/S或C/S結(jié)構(gòu)中的客戶機(jī)，它沒有在輸入和輸出信號之間建立一個(gè)傳輸通道，實(shí)質(zhì)上只是在并行地進(jìn)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(shí)時(shí)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(shù)字信號或模擬信號。這是一種分布式結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：

　　·數(shù)字視頻信號在多次傳輸、記錄和處理過程中，圖像質(zhì)量不會降低。同時(shí)，既能實(shí)現(xiàn)分布式存貯和本地控制，又能做到集中的圖像調(diào)用、記錄和統(tǒng)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(shù)很難或者無法實(shí)現(xiàn);

　　·網(wǎng)絡(luò)布線方便，可以充分利用建筑內(nèi)預(yù)留的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。便于與廣域網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控;

　　·系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可升級性好，保密性強(qiáng)。

　　但其仍存在一些亟待提高的問題：中心監(jiān)控室不能同時(shí)獲得系統(tǒng)全部的實(shí)時(shí)圖像。圖像質(zhì)量(分辨能力清晰度、連續(xù)性、圖像還原性)都還達(dá)不到模擬系統(tǒng)的水平。更重要的一點(diǎn)是，產(chǎn)品尚未完全成熟、接口關(guān)系不統(tǒng)一(特別是視頻編解碼算法)還沒有形成基本的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一。盡管如此，這種方式將是電視監(jiān)控系統(tǒng)從模擬向數(shù)字化過渡的最佳且必然的途徑。

　　現(xiàn)在市場上銷售的視頻矩陣主機(jī)，很大一部分還是傳統(tǒng)的模擬視頻矩陣，數(shù)字矩陣只是其中的少部分，隨著技術(shù)的進(jìn)步和安防產(chǎn)品的數(shù)字化進(jìn)程，不可否認(rèn)，數(shù)字矩陣主機(jī)將是未來的發(fā)展趨勢。在數(shù)字矩陣面臨很多問題沒有完全解決之前，模擬矩陣和數(shù)字矩陣將會在市場上共存。