矩阵向数字化方向发展.doc

矩阵向数字化方向发展张敬忠矩阵，即视频矩阵，最早的时候用视频切换器实现单路对多路的切换，即前端多路图像通过视频切换器切换到单个监视器上显示，但随着人们对系统的要求越来越高，要求M路图像可任意在N台监视器上显示，MN，因此大概在1990年市场上出现了小型矩阵，这种矩阵通常是单机型，控制主机和切换箱是集成在一起的，最大的输入路数大概是16路，输出路数大概是4路，大概到了1995年又出现了100多路输入的矩阵，随着技术的发展，后来出现了大型矩阵，这种矩阵通常控制主机与切换箱是分开的，而且是模块化设计，可以根据要求任意增加输入和输出，而且单个切换箱就可实现256路输入和32路输出。矩阵的基本功能类似于一个人的“大脑”，矩阵系列产品的出现是视频监控系统规模和视频监控技术发展到一定程度的必然产物。矩阵技术发展快速 但是缺少统一标准矩阵的发展基本上经历了由单机模拟矩阵监控时期联网模拟矩阵监控时期数字模拟结合监控时期到将来的纯数字网络监控时代。现在矩阵产品正经历着从基于电路交换的模拟矩阵到基于IP交换的数字矩阵的演变，传统的模拟矩阵主要是以模拟方式采用同轴电缆进行传输，随着网络特别是宽带网的发展，使用基于国际通用的TCP/IP协议，采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用传输的数字矩阵有了更大的舞台。从产品的角度来看，最早的矩阵多是小规模的简单切换器为主，它主要采用继电器作为切换开关，带有简单的自动编程功能，需要另外配字符叠加器来实现时间字符的显示。由于监控工程越来越向大规模发展，所以矩阵也向大型化发展，改为采用集成模拟开关来实现视频的切换，并且将字符叠加系统集成到矩阵内部，切换方式也丰富到很多种。目前市场上的矩阵产品的传统功能除了音视频切换、云台控制、屏幕字符叠加、报警及报警联动等等。数字监控产品也进入快速发展时期，产品也由原来的数字监控录像主机发展到网络摄像机、网络传输设备、电话传输设备、专业数字硬盘录像机络传输设备、电话传输设备、专业数字硬盘录像机等多种产品。这些产品基于TCP/IP网络协议，利用互联网从而达到互联网范围内的即插即用，实现了从图像采集、传输、录像、最终输出的全过程数字化，实现真正的三网合一（数据、语音和图像）。浙江红苹果电子有限公司市场部副经理胡利军介绍，评价一款矩阵优劣的指标主要是它的稳定性，其次是它的性能及做工。性能方面要具备切换、控制云镜（包括高速球）、字符叠加、报警联动等这些矩阵最基本的功能，其他功能如控制画面处理器、与DVR联网、与视频服务器联网、IP接口等也是倍受关注的。就模拟矩阵的性能，具体来说包括如下指标：带宽：是视频矩阵最主要的指标、它影响图像的分辨率。通常要求矩阵有超过8MHz的带宽，并且有平坦的幅频特性，以保证它有较小的相位失真;信噪比：反映电子开关对输入图像信号信噪比的影响。通常选用一个S/N大于70db的视频信号作输入，测量输出信号的S/N，就是矩阵的信噪比;串扰：在反映相邻通道间视频信号的互相干扰，它也表现为由于相邻通道的串扰，致使测试通道的S/N的下降。因此，可能通过测量相邻通道有无视频信号通过时，测试通道S/N的变化来计算出矩阵的串扰值；隔离度：是指视频矩阵各输入端相互隔离的能力，越小越好。图像的主观评价、对于模拟视频系统，主观测试是非常重要和有效的。不仅是因为它可以反映观察者的感觉，还因为模拟视频的主观测试是与客观测试的结果是直接相对应的。通过主观测试可以对图像的灰度、对比度，各种失真给出评价。至于数字矩阵的技术指标，主要是以下几个方面的主要指标：图像格式、数字系统的图像格式和质量等级是设定的，它基本上确定了图像的分辨率和相关质量，通常它并不受系统数据率（有时也称带宽）的限定，这是与模拟视频不同的。 数据率：是系统总资源的表示，与模拟系统的带宽相对应，但它限定图像传输帧率，影响图像的连续性。 时延（响应时间）：系统输出与输入建立通信及显示图像与现场图像的延时。这个指标对于模拟系统是没有的，但对于数字系统，特别是网络监控系统是很重要的，它影响系统的实时性。 PSNR（峰值信噪比）：不同于模拟系统，它主要反映图像在模/数转换和压缩编码过程中，由于量化所引起的图像平均能量的变化，来自外部的干扰对它的影响不大。 图像的主观评价：数字系统的主观测试与客观测试不是相对应的，直接观察的效果不能用于解释客观测试的结果。它主要是评价图像在变换过程中（主要压缩/解压缩）出现的不良产物及其对图像效果的影响，如像块间的不平滑、运动目标的拖尾、亮、色分离等。处理器的性能：传统的处理器大都是8位，个别的用到16位，目前级别最高的已经使用了32位的处理器。处理器性能的提高，意味着主频更高、速度更快、总线宽度更大、寻址空间更大。单机的视频容量：单机箱的视频容量越大、性价比越高、视频信号更纯净、可靠性越高。多个切换箱不但带来视频转接时的相互干扰，同时增加了不稳定因素。由于平安城市项目的实施，单机视频输出越多的产品，越来越受到青睐。切换图像的速度：单独监视器的切换速度目前都可以满足用户要求，而十几个监视器的群组切换是否同步，就需要相互对比。注意的是，一些矩阵的同步切换需要增加摄像机的外同步来实现，但在实际施工和安装中，不现实（不可能给每个摄像机布单独的同步线）。字符叠加的显示：字符是否漂亮（常规的都在1616点阵以内，笔划多的时候就比较难看，现在较高的水平是24点阵）字符是否清晰（由于模拟信号字符叠加的限制，所以只能要求字符边缘的彩色条纹越小越好）、输入是否快捷（区位码的查找比较费时）、显示是否稳定（视频源的质量会影响显示效果）、还有字号是否可调、字符灰度是否可调等等。控制功能：主要是对快球的控制是否精确灵活，由于目前的前端协议大多以Pelco协议为准，所以是否能吃透协议，根据自己的键盘进行最合适的调校是各厂商设计功力的体现。一些复杂的高级功能比如PTZ同时动作、镜头变速以及高精度的云台运动，一般的厂家就无法实现。宏指令：普通的宏指令只是实现了按键功能累加的简化，而增强型的宏指令集，可以实现条件语句的逻辑判断，包含嵌套用运算等，可以满足用户不同的需要。就视频指标和串扰指标来评价，视频指标(典型值)主要包括以下指标：带宽: 15MHz视频输入电平: 75ohm，0.52Vp-p，RS-170复合信号视频输出电平: 75ohm，1Vp-p，RS-170复合信号频率响应: 0.5dB 5MHz10MHz信噪比: 50dB微分增益: 0.03微分相位: 0.24切换速度: 16ms串扰指标(典型值)邻通道串扰 60dB（3.58MHz时）DC输出: 0V矩阵产品已经成为了安防行业里的一个“庞然大物”，但是目前的缺点也不少，其中最主要的一个缺点就是缺少统一的行业标准。其直接后果就造成了不同厂家的矩阵产品有着不同的技术参数和协议各不相同。谈到兼容问题，大多数矩阵专业人士都表示了一种无可奈何的感觉。公认的矩阵发展未来方向包括集成化和数字化。集成化就牵涉到矩阵的兼容性问题。安防行业作为一个新兴的行业，同时也是一个高科技行业，发展初期难免存在不兼容问题，软件方面主要体现在控制协议方面，硬件方面是没有统一标准的接口，其带来的直接后果是成本的增加、增加系统的复杂性、工程施工的复杂性、系统的可靠性和稳定性等，从大的方面来讲这将影响到行业的发展。从现在市面的主流矩阵产品来看，模拟矩阵主要工作方式是前端摄像机的视频信号不经压缩直接接入矩阵的输入模块，通过矩阵的专业切换开关由输出模块输出至电视墙。而数字矩阵则是将前端摄像机的视频信号压缩编码后通过网络传输到数字矩阵再解码输出至电视墙。模拟矩阵的控制方式以RS-485码和曼码两种为主，采用曼码控制方式的矩阵主要是AD、AB等少数几个品牌；而其他中国市面上的矩阵多采用RS-485码控制方式，RS-485总线制矩阵接线非常简单，兼容性强。如现在市面上就有一种DONTER型号的矩阵主机就是采用485控制方式，现在通用的PELCO-P、PELCO-D等常用协议都是485控制方式，这就大大方便了这些矩阵主机和带有这些协议的其他控制设备的联网或兼容。当然，随着矩阵产品越来越多，各厂家也在努力协议让相互之间的矩阵产品能够转换和兼容。要让不同型号的矩阵相互兼容，可将各种矩阵的协议都收集过来再写入一个超级网络键盘中来达到兼容的目的，东特科技杨辉兰经理说，我们公司已成功完成一个案例，用一个键盘同时控制5个品牌、10多台矩阵。当然，最好的一个做法还是找生产厂家直接购买同一品牌的矩阵，这样就不会发生以前用的品牌矩阵而现在找不到厂家了或者厂家停产的情况了，以至于必须购买其他品牌的矩阵但又要考虑兼容的问题。因此，矩阵产品的不兼容主要指两方面：一是控制协议的不兼容，二是通讯协议的不兼容，就不能满足互联互控的要求，在高速公路、平安城市中更加明显。不过大多数国内的矩阵厂家都可以提供自己产品的通讯协议，通过厂家定制或者第三方软件平台的定制也可以满足用户的要求。 兼容性的解决是个长期的过程，不光有技术方面的问题，还有整个行业的协调管理问题。今年年初，国家行业主管部门就这一问题，专门召集有关企业召开了一次会议。会议上，有关企业就矩阵的硬件产品设计的统一性方面达成了初步的意见。但是在软件方面，绝大多数矩阵厂家强烈反对相互间保持统一的趋向。他们认为，只有保持各企业产品设计思想的不同，才能保证矩阵产品的差异性，才能使各企业之间的产品拉开距离，保证企业间的竞争和强势企业的做大做强、弱势企业的被淘汰。矩阵产品争雄 ：国内产品不弱于国外品牌90年代后期，中国国内厂商完成了矩阵主机、解码器、多媒体控制系统、云台等外部设备产业化生产，它使大多数监控产品国产化，促进了监控系统在中国的普及应用。一批真正具有自身研发实力的厂家先后崛起，如天津天地伟业、杭州红苹果、诶比控股集团、亚安(YAAN)、洪迪(HONGDY) 、深圳东特、三立、深圳天一勤、成都科力、智敏、深圳普惠、安立诺亚、四川艾之普、北京洛达、北京黄金眼、赛宝、赛威、经纬、朗柯、亨特、上海安防电子等等，这也是目前我国主要的矩阵生产厂家和产品。国内市场上矩阵产品还有另外两个大类，即国际品牌和合资品牌，其中国际品牌主要有PELCO、Honywell、BOSCH、Panasonic、MAXPRO GE、英飞拓等，合资品牌主要有AB等。谈到国内矩阵产品与国外相比时，接受采访的业内人士一致认为，就技术本身来讲，双方已经没有任何区别；从运用层面来讲国内企业更适合中国的使用，毕竟更了解我国的需求情况，我们更能知道甲方需要什么东西，制造目的和服务方面更为到位。但是国内企业却在管理上和工艺上总是不如人家，比如说小至一颗螺丝螺帽，大至产品外观等，这主要表现为国内企业的管理水平低以及工人的技术熟练程度还有很大不足。以后，国内企业应该在这些方面下足功夫，加大管理水平和严格程度，同时提高工人的技术水平，这样，国内矩阵企业将会具有更高的发展水平，并由此占领更大部分的国内外高端矩阵市场。目前，我国的矩阵生产厂家大约有数十家之多，这些矩阵产品出于设计目的、使用目标等的不同，其功能也各不相同，记者就此咨询了部分矩阵产品各自不同的特色。深圳市东特科技有限公司市场部经理杨辉兰说，东特科技主要生产DOT2000系列矩阵主机，包括经济型矩阵、中型矩阵、大型矩阵、网络型卫星矩阵等。特点是采用模块化设计，在维修升级时相当方便；控制信号采用485总线方式扩展性和兼容性强；采用成熟稳定的电路设计，保证系统的长时间稳定工作；可控制多种高速球，可与DVR联动控制，报警联动功能，可控制多种画面处理器，兼容PELCO-P、PELCO-D等协议的解码器；可为客户量身定做系列安防产品等。天津天地伟业数码科技有限公司监控产品部经理邓晔说，天地伟业全系列音视频矩阵是自行研制、开发、生产的监控矩阵控制系统，采用标准铝合金机箱、模块化结构设计，具备集成度高、功能全面、性能稳定、操作简便等特点，并在业内率先应用了32位处理器、铁电存储、CAN总线等先进技术，保证图像切换速度快捷；多媒体主控软件既可以实现对矩阵的各种控制、实现电子地图导航和双屏显示功能以及网络远程浏览；可以支持卫星级联、图像切换和解码器/快球的控制完全实时、零延时；多样化编程设置功能，实现多级用户的不同浏览和控制权限，实现多级用户的不同浏览和控制权限。目前公司主推TC-8700系列和TC-8800系列的矩阵产品：8700面向中高端，特点是切换快捷，电路保护齐全，主要功能完备，中文界面。8800面向高端，特点是性能强劲，应用了很多全新的技术，比如高密度视频容量、24点阵字符叠加、云台64级运动精度、10M以太网数据通讯等；功能丰富，增强型宏指令、两行汉字显示、多用户权限登录、多种报警分区和联动模式等。天地伟业曾创造出多个第一：在全国率先推出了矩阵和硬盘录像机相结合的硬录集成监控系统；率先推出了高密度、以太网、全集成、24点阵字符叠加的超级智能矩阵系统，率先推出了矩阵、门禁系统与硬盘录像机相结合的安防一体化系统等，成为矩阵国家技术标准的第一起草单位。深圳洪迪实业有限公司技术部产品经理黄柱源介绍，洪迪公司代理有VP、PELCO品牌的矩阵和自有品牌HONGDY品牌的矩阵，分为模拟矩阵和数字矩阵，其中模拟矩阵有：VP品牌的VPMX2004、VPMX2018、VPMX2008，HONGDY品牌的HMX2004、HMX2108、HMX2008都有很好的扩容性和联网性，与PELCO、MAXPRO矩阵也有很好的兼容性。如VP品牌的VPMX2008矩阵是基于微处理器的全切换矩阵系统，可在不增加设备情况下直接与MAX-1000、PELCO CM97XX等品牌矩阵联网。数字矩阵有VP品牌的VPGUI-4，HONGDY品牌的HGUI-4，其中VPGUI-4将IP视频融入现有视频技术系统，提升现有CCTV的系统性能，灵活的客户端/服务器结构允许多个使用者共享资源等。上海美阳电子有限公司设计师沈波告诉记者，美阳电子矩阵产品MX2000.NET系统可通过最大1000矩阵联网工作，达到将近100万个视频输入。MX2000.NET还提供了丰富、强大的管理功能，包括基于GIS系统的管理平台，流媒体转发与存储等等。其中MX2000矩阵特点是模块化设计、模拟视频、MPEG/数字压缩视频、数字光纤传输；单台矩阵最大容量48视频输出，240路视频输入; 支持矩阵堆叠与多级联网；内置web server，良好的用户界面方便对矩阵的设置与管理; 基于报警触发和定时的网络视频存储管理; 支持摄像机虚拟编号;可全屏叠加时间、摄像机、预置点及报警信息; 可外扩、联动音频矩阵、报警箱等；通过软件升级可不断增加功能等。深圳市天一勤电子技术有限公司周俊燕总经理介绍，本公司自主研发、生产的RONIN龙音矩阵系列，分有两种，一是多媒体矩阵 NT3000-83V系列：采用了先进的数字处理技术，使得图像质量更高，特别是通过计算机网络设备还可以将图像进行远程传输；一目了然的虚拟电子地图，真正实现管理智能华；只需在主机中插入板卡，升级软件就轻松可完成系统扩展；支持多种通信协议，可控制多种基于通信协议的前端设备。网络矩阵 NT3000-85N系列采用Windows service方式后台运行，提高了服务器软件的稳定性，功能采用模块化结构；提供带监控地图和矢量化数据地图编辑功能的地图引擎；用系统提供的切换软件可将前端任意一路视频切换到后端的输出端口；按地点、报警事件、时间检索录像；编辑录像播放列表；预览远程录像；可任意设定报警点布防和撤防时间，报警信号可联动摄像机预置位、录像或者驱动其他设备协同工作，视频服务器可提供动态侦测功能；对视频服务器、镜头组、用户资料、控制权限等资料可进行集中管理；可修改WEB监控服务端口和登陆权限等。矩阵应用热潮正在到来矩阵产品在这不同的时期中扮演着不同的角色:在单机控制和模拟联网时期模拟矩阵是那个时期的霸主，它是整个闭路电视监控系统的核心和“大脑”，在整个视频监控系统中其他的一切设备都是围绕模拟矩阵来进行的，联网模拟矩阵较之于单机的模拟矩阵控制系统的最大的进步在于容量、扩展性、功能方面有了很大的突破。进入模拟矩阵联网时期后，使人们对大型和超大型的闭路监控系统的整体实现提供了较好的解决方案。特别是视频监控点较多级别区分较为严格的公安、银行、军事基地、政府等单位部门的视频监控的解决提供了现实的解决方案。随着多级联网矩阵技术的进一步发展在多媒体操作、字幕叠加、音频切换、权限管理、控制协议、报警联动、输入输出量控制、卫星联网等功能的完善在上个世纪九十年代末矩阵控制系统仍然是当时的大中型视频监控系统的最重要的设备；红苹果矩阵是最早实现多级联网的国内生产厂商之一，作为组网专家，红苹果矩阵可以实现最多256级的联网！经过10多年的发展，模拟矩阵已经发展得相当成熟了，模拟系统所反映出来的问题也非常的直观:主要是远程传输、协议兼容、功能完善等方面的问题。另外模拟系统中到目前为止不同品牌之间没有统一的标准，从而导致不同品牌之间的矩阵集成互联非常困难，目前厂商可以通过协议转换器等联网，但是原系统的功能也并不能完全发挥。由于模拟矩阵技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛，所以许多公司推出了模拟CCTV系统和数字技术相结合的产品，使得模拟CCTV系统仍在市场上找到了相当不错的成长空间。在随后的实际应用过程中，对视频监控系统功能的进一步扩展和数字技术的发展数字硬盘录像机的出现，21世纪初一些矩阵生产厂商完成了对前端解码器、多媒体控制、数字存储和一些设备的无缝连接和集成，在功能上成了传统模拟矩阵系统的一系列功能外还开发了电子地图、信息存储管理、多种外接设备的多协议兼容和集成管理等功能逐渐形成数模结合的局面。在这个阶段，模拟矩阵和硬盘录像机等设备形成相对共存的局面。由于模拟矩阵具有技术成熟、稳定可靠、品牌众多、可选择性大、直观、大气、监视方便等特点，因此业内人士普遍认为模拟矩阵目前乃至今后一段时间依然占到整个矩阵绝大部分的市场份额。数字矩阵和网络虚拟矩阵是通过对视频图像的数字化后通过网络传输，其最大特点是网络功能的加入。其本质是数字图像技术和网络传输技术的应用。随着华为这些大型通讯公司的加入，未来数字矩阵或网络虚拟矩阵的发展将会非常迅速。它大致有两种：一种是采用矩阵卡接入模拟信号，另外一种是与工控式DVR对应采用视频解压卡接收网络传过来的视频信号再解压转为模拟信号，这款矩阵对于网络传输过来的视频信号再上电视墙比较方便，但图像质量比较差，且成本也不便宜。这两种数字矩阵都没有形成大的品牌，还没有形成大的竞争力，目前数字矩阵大约占矩阵市场的15%。数字矩阵是当今网络发达发展的趋势产物，它在原有模拟矩阵功能基础上，实现了远程传输，可达到n级联网，集成度高，单画面实现多画面分割，兼容外围设备，扩充安装方便，成本降低。但其也有不足于模拟矩阵：因图像压缩、传输、还原，故图像有失真、延时现象。业界同意数字矩阵在未来将占主导地位的说法:数字矩阵的发展顺应了当前数字化时代的发展，拓展了监控，数字化和网络化也是未来视频监控技术发展的一种主流的趋势，但由于受IP网带宽的影响，即目前IP网络的不稳定、不安全性，数字压缩技术的制约等因素使得数字矩阵目前还不能完全取代模拟矩阵成为主流产品，模拟矩阵和数字矩阵的共存的局面还要持续相当长的时间。 网络虚拟矩阵类似数字矩阵，通过网络对前端的多台视频服务器进行远程浏览和解码上屏幕墙，特点同数字矩阵。目前这一概念由于已经逐渐淡化，以网络视频平台的面目出现。至于智能矩阵是主要针对模拟矩阵来说，它实现了更加复杂的功能，比如增强型宏指令、以太网远程控制、报警分区和多种联动模式、前端和用户的分级授权等等，可以实现用户的复杂要求。现在市面上的智能矩阵应该说是模拟矩阵+DVR组合，它具有模拟矩阵的切换处理功能又具有DVR的存储回放功能，它是基于一体化的系统结构、智能化的管理和控制、数字化的信号处理、网络化的远程异地通讯。监控市场近年来供需两旺，人们对监控的要求也不仅是震慑作用，而是要发挥实实在在的作用。矩阵作为控制设备作用非比寻常，在交警指挥中心、工厂的调度中心等重要大型场合更是不可或缺。硬盘录像机虽然功能多，但普遍存在稳定性较差的问题，如果一个系统有矩阵，那么当硬盘录像机出现问题的时候也不至于整个系统瘫痪。另外硬盘录像机大多数都只有一路输出，以画面分割的方式显示，画面太小很容易错过一些重要情况，如果单画面显示又错过其他画面，有了矩阵就很方便了，硬盘录像机以画面分割的形式实时监视，矩阵以单画面切换的方式显示，遇到重要画面可随意将画面切换至任意监视器上，同时也大大提高了系统的稳定性。矩阵和DVR都可控制云台镜头，但矩阵控制云台镜头更方便更直观，且矩阵现在的价格也不像以前一样高昂，使用矩阵使系统功能更加全面，操作更加方便，资金投入也不会很高，所以越来越多的用户都倾向用矩阵了。从市场的角度看，近几年国内矩阵市场需求量急速增长，呈现一片繁荣的景象。几个传统国际矩阵品牌（派尔高、松下、AD等）继续占领高端市场。90年代以来，国内生产制造厂商逐渐增多，大多以仿制为主，价格逐步回归理性，产品质量也在逐步提高，但大部分产品的性能还达不到国际水平。近年来，我国矩阵技术发展迅速，已经赶上了国外同类品牌，在国内外矩阵市场上向国内外矩阵产品发起了竞争，并完全抢得了中低端市场以及部分高端市场。2004年全球视频矩阵市场超过1.2亿美元。其中美国市场为5700万美元，而亚洲的市场仅为1490万美元，亚洲市场特别是中国国内市场还有巨大的潜力。为营造和谐社会、震慑犯罪分子，国家对公共安全防范也越来越重视，“3111”试点工程就是明显的实例。此外，我国各地逐渐涌起了一大批企业单位，它们对矩阵产品也有着强烈的需求。公共安全防范行业作