視頻矩陣工作原理是什么？

　　矩陣切換系統(tǒng)的作用、分類和使用場(chǎng)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(duì)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(huì)議室中，一般輸入設(shè)備很多：有攝像機(jī)、DVD、VCR、實(shí)物展臺(tái)、臺(tái)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(hào)源設(shè)備的任意一路的信號(hào)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(guò)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(guò)交叉開關(guān)切換的方法，將X路視頻輸入信號(hào)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(lái)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(hào)類型劃分為模擬矩陣與數(shù)字矩陣，當(dāng)然還有混合矩陣。混合型視頻矩陣的概念比較廣，既可以是模擬和數(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(jí)的同步切換矩陣和普通的視頻矩陣，廣播級(jí)的矩陣主機(jī)切換圖像的時(shí)候利用在視頻信號(hào)的場(chǎng)消隱信號(hào)期間進(jìn)行，切換過(guò)的圖像沒有閃爍非常平穩(wěn)。多媒體教室安防行業(yè)和會(huì)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(huì)隨機(jī)性地出現(xiàn)圖像抖動(dòng)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(chǎng)掃描的中間進(jìn)行，但這種抖動(dòng)持續(xù)的時(shí)間非常短，一般不超過(guò)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(lái)對(duì)模擬視頻信號(hào)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(duì)輸入的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行隔離、緩沖和放大處理，主要目的是將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合切換要求的信號(hào)。常見的視頻信號(hào)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(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行緩沖放大處理。

　　2、視頻輸出模塊

　　對(duì)切換后的音視頻信號(hào)進(jìn)行再次處理，滿足顯示或者記錄設(shè)備的信號(hào)輸入要求。常見的視頻輸出模塊要對(duì)輸入的視頻信號(hào)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(chǔ)器、通信芯片、漢字庫(kù)芯片等組成。

　　4、報(bào)警模塊

　　報(bào)警模塊用來(lái)檢測(cè)報(bào)警輸入，通常也會(huì)由另外的CPU來(lái)做報(bào)警檢測(cè)處理。

　　控制鍵盤的組成

　　1、按鍵輸入部分

　　其用來(lái)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(huì)讓用戶操作起來(lái)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(dòng)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(lái)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(duì)應(yīng)的輸入切換到對(duì)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(guò)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(guò)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(guò)合理的級(jí)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(shuō)明矩陣切換的具體工作過(guò)程：

　　用戶想要觀看某一個(gè)攝像機(jī)的圖像，首先通過(guò)操作鍵盤輸入對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)號(hào)碼，比如128號(hào)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(duì)應(yīng)的視頻輸入模塊(比如本例第128號(hào)攝像機(jī)對(duì)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(shí)等到視頻信號(hào)。當(dāng)用戶想要控制前端動(dòng)點(diǎn)設(shè)備時(shí)，中心控制模塊會(huì)根據(jù)用戶選擇的通訊協(xié)議參數(shù)，通過(guò)通訊控制端口發(fā)出控制命令來(lái)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(duì)輸入的視頻信號(hào)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(huì)給用戶帶來(lái)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(guò)這個(gè)功能可以在施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)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(guò)電腦來(lái)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(tái)控制協(xié)議兼容功能

　　在監(jiān)控行業(yè)，前端的動(dòng)點(diǎn)控制設(shè)備往往是調(diào)試比較困難的，經(jīng)常會(huì)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(huì)給調(diào)試帶來(lái)方便。

　　云臺(tái)控制信號(hào)分組放大隔離功能

　　在一個(gè)大型監(jiān)控項(xiàng)目中，前方動(dòng)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(huì)鎖死總線，造成總線上的其他設(shè)備都無(wú)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(lái)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(hào)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(jí)功能

　　任何一個(gè)電子產(chǎn)品在市場(chǎng)上銷售一段時(shí)間后，可能會(huì)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(jí)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(shí)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(duì)輸入的數(shù)字視頻信號(hào)(數(shù)據(jù)流)建立通道式的連接(多少入對(duì)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(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)來(lái)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(hào)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(hào)通常是模擬的視頻信號(hào)，輸出則可能是數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)。這是一種分布式結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：

　　·數(shù)字視頻信號(hào)在多次傳輸、記錄和處理過(guò)程中，圖像質(zhì)量不會(huì)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(hào)識(shí)別等，這些圖像處理采用模擬技術(shù)很難或者無(wú)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(jí)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(guò)渡的最佳且必然的途徑。

　　現(xiàn)在市場(chǎng)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(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。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(huì)在市場(chǎng)上共存。