視頻矩陣工作原理是什么？

　　矩陣切換系統的作用、分類(lèi)和使用場(chǎng)合

　　一個(gè)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(shí)現視頻信息資源的共享分配、切換和顯示，如何實(shí)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(gè)切換功能的設備就是視頻矩陣切換器。

　　如在會(huì )議室中，一般輸入設備很多：有攝像機、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、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(fā)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(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)攝像機的圖像。

　　矩陣主機即是通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)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

　　矩陣種類(lèi)很多，根據接口類(lèi)型可分為VGA矩陣、AV矩陣、光矩陣等;根據接口數量來(lái)劃分，則包括8進(jìn)2出、128進(jìn)32出、1024進(jìn)64出等;還可根據處理的信號類(lèi)型劃分為模擬矩陣與數字矩陣，當然還有混合矩陣?；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(shí)候利用在視頻信號的場(chǎng)消隱信號期間進(jìn)行，切換過(guò)的圖像沒(méi)有閃爍非常平穩。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 )隨機性地出現圖像抖動(dòng)現象，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)持續的時(shí)間非常短，一般不超過(guò)1秒，不影響觀(guān)看效果，切換后的圖像畫(huà)面清晰穩定。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和配套的一個(gè)或者多個(gè)控制鍵盤(pán)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(pán)由按鍵、顯示、搖桿、權限控制鎖等構成。

　　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換為符合切換要求的信號。常見(jiàn)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(mǎn)足顯示或者記錄設備的信號輸入要求。常見(jiàn)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(lái)檢測報警輸入，通常也會(huì )由另外的CPU來(lái)做報警檢測處理。

　　控制鍵盤(pán)的組成

　　1、按鍵輸入部分

　　其用來(lái)接收用戶(hù)的按鍵輸入，由數字鍵和相關(guān)的功能鍵組成。單獨的功能鍵設置會(huì )讓用戶(hù)操作起來(lái)更方便。

　　2、鍵盤(pán)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(dòng)作;三維搖桿不僅可以實(shí)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(shí)現三維搖桿全部控制功能的基礎上再增加某些控制功能。

　　4、有些控制鍵盤(pán)設計有權限控制鎖開(kāi)關(guān)，用來(lái)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(pán)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(gè)X×Y的交叉點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)和閉合可以實(shí)現X方向的任意輸入和Y方向的輸出聯(lián)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(guò)電子開(kāi)關(guān)的閉合、斷開(kāi)，可以在任意一個(gè)監視器上看到任意一個(gè)攝像機的圖像(圖1為矩陣切換系統的示意圖)。

圖1; 矩陣切換系統的示意圖

　　大量使用這種交叉點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)芯片，經(jīng)過(guò)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成一個(gè)復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(hù)想要觀(guān)看某一個(gè)攝像機的圖像，首先通過(guò)操作鍵盤(pán)輸入對應的攝像機號碼，比如128號攝像機，輸入完畢后鍵盤(pán)將用戶(hù)的操作命令按照定義好的通訊協(xié)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(fā)出開(kāi)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(xiàn)，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，比如攝像機標題、分區、標識等到視頻信號。當用戶(hù)想要控制前端動(dòng)點(diǎn)設備時(shí)，中心控制模塊會(huì )根據用戶(hù)選擇的通訊協(xié)議參數，通過(guò)通訊控制端口發(fā)出控制命令來(lái)實(shí)現控制操作。[nextpage]

　　矩陣切換器的附加功能

　　矩陣切換系統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(huì )給用戶(hù)帶來(lái)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(guò)這個(gè)功能可以在施工現場(chǎng)通過(guò)配套的控制鍵盤(pán)即可實(shí)現切換隊列編程、權限設置、通信協(xié)議、波特率選擇等功能。有些矩陣的控制設置可通過(guò)電腦來(lái)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(pán)更方便。

　　多種云臺控制協(xié)議兼容功能

　　在監控行業(yè)，前端的動(dòng)點(diǎn)控制設備往往是調試比較困難的，經(jīng)常會(huì )因為波特率、地址碼設置、布線(xiàn)方式等問(wèn)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(xié)議，監視器屏幕能夠有合理的提示信息功能會(huì )給調試帶來(lái)方便。

　　云臺控制信號分組放大隔離功能

　　在一個(gè)大型監控項目中，前方動(dòng)點(diǎn)設備有時(shí)候非常多，根據485總線(xiàn)的接線(xiàn)方式，當總線(xiàn)上一個(gè)設備出現問(wèn)題的時(shí)候可能會(huì )鎖死總線(xiàn)，造成總線(xiàn)上的其他設備都無(wú)法正常工作，這時(shí)候要排查出哪一個(gè)設備有問(wèn)題是非常困難的，需要將所有的設備分別隔離來(lái)一一尋找故障點(diǎn)。如果矩陣主機帶有多個(gè)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(gè)設備損壞整個(gè)系統癱瘓的問(wèn)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(gè)電子產(chǎn)品在市場(chǎng)上銷(xiāo)售一段時(shí)間后，可能會(huì )發(fā)現一些bug、或要增加新功能、或根據客戶(hù)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(shí)現這個(gè)功能，節省客戶(hù)投資。[nextpage]

　　數字視頻矩陣系統的工作原理及特點(diǎn)

　　隨著(zhù)電視技術(shù)向數字化發(fā)展，電視監控行業(yè)也出現了很多數字設備，數字系統已成為目前的熱點(diǎn)，于是出現了數字視頻矩陣的概念，一些廠(chǎng)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(méi)有遇到的問(wèn)題，它的基本功能是什么?應用的網(wǎng)絡(luò )環(huán)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(zhù)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(wǎng)絡(luò ))結構是集總式的，但采用這種結構在安防行業(yè)的電視監控系統很少采用。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攝像機使圖像源數字化，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )交換機來(lái)實(shí)現數字流的切換，這時(shí)系統的輸出可認為是B/S或C/S結構中的客戶(hù)機，它沒(méi)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，輸出則可能是數字信號或模擬信號。這是一種分布式結構，其特點(diǎn)是：

　　·數字視頻信號在多次傳輸、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(huà)面分割，車(chē)牌號識別等，這些圖像處理采用模擬技術(shù)很難或者無(wú)法實(shí)現;

　　·網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)方便，可以充分利用建筑內預留的數據網(wǎng)絡(luò )。便于與廣域網(wǎng)連接，實(shí)現遠程監控;

　　·系統的可擴展性和可升級性好，保密性強。

　　但其仍存在一些亟待提高的問(wèn)題：中心監控室不能同時(shí)獲得系統全部的實(shí)時(shí)圖像。圖像質(zhì)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(diǎn)是，產(chǎn)品尚未完全成熟、接口關(guān)系不統一(特別是視頻編解碼算法)還沒(méi)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(guò)渡的最佳且必然的途徑。

　　現在市場(chǎng)上銷(xiāo)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(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和安防產(chǎn)品的數字化進(jìn)程，不可否認，數字矩陣主機將是未來(lái)的發(fā)展趨勢。在數字矩陣面臨很多問(wèn)題沒(méi)有完全解決之前，模擬矩陣和數字矩陣將會(huì )在市場(chǎng)上共存。