浅谈显示设备高清化 矩阵面临的压力

【中国数字视听网讯】对于显示行业来说，高清化已经是不可阻挡的大势所趋，然而在显示终端高清化的过程中，视频矩阵作为信号中枢，却面临着不小的挑战。

视频矩阵根据需求把M路输入信号切换到N路输出终端上面的一种设备(这种信号可以是音频的，也可以是视频的，也可以是混合的)，操作过程比较简单，可以通过遥控器或者键盘等其他设备就能进行控制的设备是视频信号传输与转换的重要工具。

视频矩阵的分类

视频矩阵按照传输信号形式来分为：模拟矩阵切换器和数字矩阵切换器。模拟矩阵切换器可分为：VGA、RGB、AV、V，YPbPr矩阵切换器等等。数字矩阵切换器包括：DVI矩阵、HDMI矩阵、包交换型虚拟矩阵器等。

SDI矩阵它是一种数字视频矩阵切换器，为BNC接口，是专为SDI数字视频信号的显示切换而研发生产的高性能智能矩阵开关设备，用于将各路视频输入信号切换到视频输出信道中的任一信道上，主要应用于广播电视工程、多媒体会议厅、大屏幕显示工程、电视教学、指挥控制中心等结合。一般这种产品都带有断电保护，幷具备RS-232/422或RS-485数据控制接口，可以方便与主系统控制设定计算机、遥控控制键盘或各种远程人机控制设备配合使用。

SDI矩阵作为一种影像监控平台，在控制、报警、字符、显示等方面也都有新的应用方式及新的运作方法，因此在控制、报警系统界接等兼容性内容和功能都与过去传统矩阵略有差异，在一些如OSD字符迭加上也颠覆过去传统模拟矩阵字符迭加的方式，输出显示更可能将信号切换、转换、拼接控制、画面融合等功能集合成为一种特定的切换方式，因此在完全不同的电路架构思维下，SDI矩阵结构稳定与质量相比传统模拟矩阵更有优势。但是，从一些SDI厂商不同的矩阵结构，例如模块式、插卡式、刀片式等都是SDI矩阵发展上不同问题产生的来源，包含能不能在模块化插卡式上进行热插入等都关系到系统稳定度与可靠度的多寡。

视频矩阵面临的问题

其实不单是SDI矩阵面临着一些尴尬问题，整个视频矩阵行业都面临着来自方方面面的大小问题。

1、矩阵的视频容量多：不仅是输入摄像头数量的增加，而且由于各级管理部门对视频资源的共享要求，矩阵的输出也从以前的几十路扩充到上百路。传统的矩阵由于结构设计问题，单机的输出路数少，如果要组成这样的大系统，需要几十个切换箱，不仅体积大、造价高，而且机箱之间繁多的视频转接线也容易导致视频信号的衰减，从而影响显示的效果。

2、要通过网络实现对矩阵的远程控制：大型监控系统经常会遇到跨地域的联网控制和管理，对于传统矩阵，视频输出可以通过光端机或者编解码器实现远程传输，矩阵的通讯信号大多采用RS-485或者RS-232方式，如果距离比较远或者没有现成的光纤资源，就必须通过网络传输。

3、矩阵级联系统兼顾图像实时高清和互联互控：在平安城市项目中，大多需要采用矩阵级联系统，不仅市局的中心矩阵要控制切换下级派出所矩阵，不同辖区的派出所矩阵之间经常需要互相调看图像控制云台，从而更从容的应对跨辖区的突发紧急。

4、终端用户数量多：和传统矩阵系统只需要几个分控用户不同，现在的大型视频监控系统注重协同管理和对监控区域的及时处理，所以终端用户的数量通常会增加到十几个甚至几十个(比如平安城市项目往往需要区局矩阵为下级所有派出所用户分配多路视频输出的切换控制权限)，并发的控制信号和广播的状态数据也同步增加，这就给矩阵CPU处理能力和总线吞吐数据的能力带来较大的负荷。而且不同的用户需要具备不同的权限以便操作不同的监视器和摄像头，每个摄像头都可以为每个用户设定不同的权限。

5、多级视频传输中图像的文字标识：视频联网后，经过多级矩阵叠加的中英文信息不仅标注位置不统一，而且容易重叠，无法看清标注内容，甚至覆盖了视频图像，影响了图像的质量，不利于进行综合指挥调度。而且目前对于视频图像的叠加的汉字也从简单标注提升到字体美观和利于观看的标准，传统的16×16/16×12点阵汉字和不可调整的字号已经很难满足要求。

6、快球控制操作的灵敏和准确度需要提升：随着平安城市建设的展开，快球由于其高速的云台旋转和准确的角度定位等特点，市场占有率迅速攀升。这就要求矩阵能够提供对快球的完美支持。比如城市治安监控不但需要通过快球实现对高速移动的动态目标实时跟踪，更需要对缓慢移动的行人进行近景放大后的准确追踪定位，而目前大多数矩阵对快球云台的转动控制精度太粗，放大图像后的云台操作容易偏离目标，无法精确定位;甚至云台运动的时候不能镜头变倍;镜头变倍的时候不支持变速;这些都无疑将系统的整体性能大打折扣。

7、对紧急事件的应急预案处理：矩阵作为视频切换的核心设备，需要响应各种联动信息，将关联的视频图像及时切换显示在屏幕墙上。特别是大型系统，在遇到突发事态时，要根据发生的情况，采用不同的策略，这时，准确、丰富、及时的图像显示将提供有力的帮助。传统的矩阵只能根据报警信号，联动预先编辑好的切换序列，即便具备了宏指令，也只是联动切换一个输入，如果是不同时间段内的不同警情需要将不同快球的不同预置位显示在不同的监视器上，就无能为力了。

8、对报警点和视频点进行分区管理：系统需要根据实际的客户要求，将不同的报警点划归到不同的分区，每个分区可以具备独立的报警响应，而且支持报警记录和操作记录，对于分散区域的独立布防监控管理非常有帮助。

9、多个监视器同步切换快速：由于矩阵输出路数较多，经常需要多个监视器同时翻页切换，而这正是对矩阵切换速度的考验，如果尽可能地让用户感觉不到多个监视器各自前后视频切换时的滚动条纹，是衡量矩阵性能的一个标准。

10、具备可靠的接口保护：由于大型系统连接设备庞杂繁多，室外监控点比例大，给矩阵的稳定性也带来了严峻的考验，视频输入输出接口和控制通讯接口都需要考虑防静电、防雷感应和防电源浪涌。

视频矩阵高清化

虽然视频矩阵面临来自各方面的压力与挑战，但是也不应用向其向更高的目标发展，在高清监控时代的影响下，视频矩阵也朝着高清化前进。那么视频矩阵高清化要怎样实现呢?

以IP网络监控、SDI监控、高清晰度模拟系统等为代表的各种高清监控方案并存，对大规模的监控组网建设，在后端的矩阵控制上的挑战主要来自于监控工程应用对可靠性、实时性和可部署性的需求。如在可靠性方面，要求有强大的算法基础、有针对具体应用需求的规则和抗干扰能力;在实时性方面，要求系统具备实时输入、实时运算和实时控制的能力;在可部署性方面，要求系统能与当前混合式(模拟与数字)监控系统接口、可独立工作、可内嵌至设备、具备规则设定与维护能力、以及低成本。同时，由于传输的视频带宽在不断增加，高频信号在线路中不同频率有不同的衰减，这样就对连接线的质量和长度提出来严格要求。

对于实现高清监控的三种主流方案：FPGA方案，配合并行接口的ADV7611HDMI接收器和ADV7513HDMI发送器，操作灵活，但布板困难，适合小矩阵;数字差分交叉矩阵方案，配合HDMIRepeater，(比如前后各16片ADV7623配合4片16x16交叉矩阵ADN4604做的16x16HDMI矩阵)，布板紧凑简单，可做大型矩阵;模拟视频高清矩阵(比如750Mhz带宽的16x16模拟矩阵ADV3227)，成本低，抗干扰能力稍弱。

高性能信号处理解决方案供应商ADI公司在监控视频矩阵方面最新的产品，12x12交叉矩阵ADN4612，支持高达11.3Gb/s的高带宽，可直流/交流耦合，小抖动(LowJitter)，低功耗;对于需要支持4kx2k分辨率的HDMI矩阵，ADV7625，ADV7626，ADV7627均支持4kx2k的HDMIRepeater;ADV7619就是支持4kx2k分辨率的HDMI接收器，配合FPGA和SiliconImage的HDMITX也可以制作小型的FGPA型4kx2kHDMI矩阵;另外一个低成本的方案是用6片4进2出的HDMI芯片ADV7630搭建4x4矩阵。

（编辑：石头）