矩阵科普之高清视频矩阵的发展与分类

【中国数字视听网讯】视频矩阵经过近三十年的发展，经历了不同的发展阶段。首先是单机模拟时代，单机模拟矩阵分为输入、输出和控制三组模块，通过电开关实现视频从输入通道到输出通道切换。矩阵应用相对简单，只是作为独立系统的核心管理控制设备使用，但是其可扩充的积木式模块化结构、支持任意拓扑结构的组网方式以及提供增值开发的友好界面都给视频监控系统的快速发展提供了保障。到上世纪后期，随着人们对监控系统要求的提高以及视频监控在诸多领域的进一步普及，模拟矩阵有了飞速发展并基本完善，矩阵进入了模拟联网时代。模拟矩阵的工作原理没有改变，但是在容量、联网性以及功能的扩展上有了很大提高。

2000年后随着数字视频压缩技术的发展，数字化产品逐渐大量进入监控系统，网络虚拟矩阵的全数字化矩阵的出现。以视频压缩模块代替模拟矩阵中的视频输入模块，以视频解压缩模块代替模拟矩阵中的视频输出模块，以网络视频服务器代替模拟矩阵主机，以基于TCP/IP协议的IP网代替模拟总线，以数字高速处理芯片代替模拟电开关，运用高速处理芯片的运算完成视频从输入到输出的切换，大量用于数字网络监控系统中。

近几年高清视频监控系统得到了快速发展，形成了720P、1080P为主的数字网络高清摄像机产品线，而这类产品对网络矩阵的切换提出了更高的要求，如高清数字解码能力，高清解码HDMI输出接口能力，多画面分割切换能力及其他拓展功能等等。从2010年开始，随着诸多厂商加大对HD-SDI研发、宣传、推广力度，HD-SDI凭借着高清化、无延迟、同模拟监控系统一样的布线方式等众多优势逐渐为市场广大工程商、用户所熟知，而HD-SDI高清数字矩阵作为HD-SDI高清视频监控系统的核心也进入了大众视野。

高清视频矩阵

视频监控系统发展经历了从模拟到数字的不同时期，其视频清晰度也随着技术的日益成熟不断提高。模拟摄像机的水平分辨率从380线发展到700线，数字摄像机像素从25万发展到500万。在网络摄像机(IP Camera)则一般认为720P以上即可称为高清摄像机，而HD-SDI技术应用于视频监控领域，使得HD-SDI数字化摄像机与网络摄像机一样具有720P、1080P的高清晰度。高清数字摄像机在高清视频监控领域正扮演着越来越重要的角色。而作为数字高清监控系统控制的核心矩阵也是众多厂家研发制造的首选。

网络数字矩阵在接口上抛弃了大量的模拟视频输入线缆，在核心技术上改用以太网包交换来代替模拟电路交换，所以在容量上，易用性，可扩展性上都有了质的提高。网络数字视频矩阵支持多种输入信号，如D1、720P、1080P等，并兼容市面主流厂家的编码设备、各类网络摄像机产品。HD-SDI矩阵使用高带宽工业总线作为交换总线，具备热拔插扩展能力；总线带宽是将是HD-SDI矩阵系统容量的唯一限制因素。普通工业总线PCIE、RapidIO等常见交换能力都达到40Gbps以上，可见HD-SDI矩阵系统容量几乎是没有上限的。接入时只需将所接入的信号转成系统可识别的交换信号，就可认为系统是可以接入任何信号的，也可以任意级联。HD-SDI视频信号在多次传输和处理过程中，图像质量并不会因此而降低。笔者将从下面简单介绍两中高清矩阵系统的优势。

HD-SDI高清视频矩阵

曾经一度网络监控产品开始横扫视频监控市场时，许多传统的工程商、用户甚至连有些厂商都一致认为模拟矩阵在高清网络化的趋势下，将逐步淡出安防市场。然而随着HD-SDI的概念引入到视频监控系统中，部分厂商陆续推出HD-SDI摄像机产品，这犹如给矩阵市场带来了一剂强心针。从2010年开始，随着许多厂商加大对HD-SDI研发、宣传、推广力度，HD-SDI凭借着高清化的趋势逐渐为市场广大工程商、用户所熟知。笔者从以下几方面来探讨HD-SDI视频矩阵的技术功能特点。

首先HD-SDI矩阵系统均采用工业级ARM嵌入式控制系统，HD-SDI 串行数字信号码率支持到1.5Gbps，符合SMPTE和ITU标准，支持高清1.5Gbps 码率下，HD-TV 1080P/25Hz 、1080P/30Hz视频信号切换，并且向下兼容标清信号143Mbps、177Mbps、270Mbps、360Mbps、540Mbps 等不同码率的标清SDI串行数字视频信号，和 DVB-ASI 信号的传输切换。单机的输入输出能力，目前主流厂商的产品做得128×128的切换模式，并能实现多级级联控制。

其次接口方面，HD-SDI矩阵输出支持SDI/DVI/HDMI多种高清接口混合输出，便于SDI 高清视频连接光端机传输，DVI/HDMI高清视频连接大屏幕电视墙显示等。输入支持HD-SDI模拟复合视频接入(BNC接口形式)。HD-SDI矩阵具有自动对输入信号串行数字信号进行线缆均衡，有效的解决了数字视频信号的传输问题。对于输出串行数字信号进行时钟恢复处理，延长信号的传输距离，减少传输过程中的数据丢失，并且保证图像高品质的信号质量。HD-SDI矩阵支持外同步信号输入，实现场逆程切换，可以保持切换瞬间画面尽最大可能保持完整，切换时间更加快速。HD-SDI视频矩阵在抗干扰方面加入了多层电路板保证信号极强的抗干扰性能，提供了信号通道间极佳的隔离度和极低的电磁辐射，保证了信号传输的质量。HD-SDI数字高清矩阵系统还配备了自动存储信号切换状态，当矩阵在运行过程中突然断电后重启，矩阵对应的每路输入输出状态将保持记忆，与断电前相同，没有任何变化，不需要重新设置。

在接口方面设置了RS-232、RS-422、RS485等多中通信接口,方便与不同通信格式的控制设备连接。HD-SDI数字高清矩阵支持网络TCP/IP 控制，支持WEB控制和客户端软件远程网络控制，多数厂家还提供SDK二次开发接口，接受第三方软件管理和控制。HD-SDI高清矩阵一般均支持三级以上矩阵数字级联及联动控制。HD-SDI数字高清矩阵多数厂家开发了中文图形化界面操作控制软件，适用于Windows/XP/Vista操作系统，矩阵控制界面能同时显示所有输入输出的对应状态；可直接点击切换；可对每路输入输出进行中文定义；可对任何路数进行预设，支持上百种以上的切换模式，支持状态保存和智能切换、轮询切换，支持网络IP远程控制切换；可直接在软件上进行分层切换；软件连接成功自动读取矩阵设置，切换状态跟随其它控制设备实时变化。

网络高清视频矩阵

随着高清网络监控的推广普及，实际应用对于视频监控质量要求也不断提高,对图像要求更加清晰、准确。原有的模拟摄像机逐渐被数字摄像机所取代，监控高清标准也从扫描线升华成分辨率。高清网络摄像机720P、1080P技术已经非常成熟，而作为网络解码输出HDMI的高清数字矩阵在众多项目中得到应用。笔者从以下几点进行分析高清网络矩阵功能特点：

首先笔者认为是高清网络数字矩阵最重要的是单机的处理能力。可以接入的高清网络摄像机的路数是否有限制，同时最大支持的解码能力，如目前市面上的网络高清视频矩阵支持同时24路高清解码，36路高清解码等。单机输出接口多少及画面分割功能，市面上的高清数字矩阵一般能实现单屏、三屏、四屏、六屏、八屏的高清HDMI接口输出能力，不同解码能力的矩阵实现单屏1、4、9画面分割显示，可实现48入24出或32入16出电视墙轮巡切换显示，每画面均支持720P、1080P的高清显示。不同的处理能力所应用的领域和要求也有所不同。

其次高清网络矩阵对编码设备的兼容性已经拓展功能，大多数厂家的网络高清数字矩阵均不同程度的兼容国内主流厂家百万像素网络摄像机，高清网络编码器等设备。一些厂家还做了部分拓展功能，如在网络高清视频矩阵的基础上实现单机视频集中录像存储主，解码切换输出流媒体一对多转发拼接控制等电视墙集中控制功能，这一功能使得高清管理配置更加简单灵活，特别对于中小系统更加便捷。高清网络矩阵单机存储一般都具有RAID阵列功能，存储管理方式如按盘轮巡，按盘符格式化，重叠前后文件接口等先进的策略。在高清网络矩阵的接口方面采用标准的TCP/IP输入及输出，多数厂家采用一个或双1000M/10G网口，通过普通1000M交换机进行多机联网全交叉矩阵切换，实现多屏组合等超大型联网监控系统切换控制功能，不仅可实现所有高清视频的同时输出，而且可进行灵活的矩阵切换控制。通过IP进行多级高清网络矩阵联网，可以实现异地远程高清矩阵级联控制，远程切换等基于IP网络的功能。

结语

随着十二安防行业的规划发展，视频监控系统也逐渐由模拟转入了数字高清时代，数字高清摄像机的应用范围将越来越广，数字高清矩阵在高清视频监控系统的地位将进一步凸显。笔者相信通过各大媒体、厂商的大力宣传，工程商和用户方对数字高清矩阵将越来越亲睐，势必会应用到社会安全的各行各业。

（编辑：石头）