矩陣作為在監(jiān)控系統(tǒng)中的核心設(shè)備，起著不可忽視的作用。本文就以傳統(tǒng)的模擬矩陣為例，為讀者介紹其相關(guān)知識(shí)，以供參考。

    本文所提及的矩陣指的是監(jiān)控系統(tǒng)中模擬信號(hào)（視頻、音頻信號(hào)）切換器，而數(shù)字矩陣因?yàn)樵陔娐沸问健⒐ぷ髟淼确矫媾c模擬矩陣差別較大，本文不作討論。

矩陣概念
    矩陣是數(shù)學(xué)領(lǐng)域的專用名詞，線性代數(shù)中為便于數(shù)組運(yùn)算而引入的概念。

    監(jiān)控系統(tǒng)中的矩陣通常指的是視頻矩陣切換器或音頻矩陣切換器，它是一種專用設(shè)備。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機(jī)和監(jiān)視器是不可或缺的基本設(shè)備（元素），一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中往往需要多個(gè)攝像機(jī)和多個(gè)監(jiān)視器構(gòu)成一套實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，攝像機(jī)是輸入設(shè)備（簡稱輸入），監(jiān)視器是輸出設(shè)備（簡稱輸出），那么，視頻矩陣一般指的是在多路輸入的情況下有多路的輸出選擇，即每一路輸出都可以選擇監(jiān)看任一路的輸入信號(hào)，每路輸出只能接通某一路輸入，但某一路輸入可同時(shí)接通多路不同的輸出。

    比如：系統(tǒng)構(gòu)成有M個(gè)輸入（攝像機(jī)），N個(gè)輸出（監(jiān)視器），需要有N個(gè)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)M個(gè)輸入中的任意一個(gè)輸入可以隨意切換到N個(gè)輸出中的任何一個(gè)輸出。習(xí)慣上：
?當(dāng)M＞1、N＞1時(shí)，能夠達(dá)到上述要求的設(shè)備就稱為視頻矩陣；
?當(dāng)M＞1、N＝1時(shí)，稱為視頻切換器；
?當(dāng)M＝1、N＞1時(shí)，稱為視頻分配器。

矩陣切換的原理與技術(shù)指標(biāo)
    矩陣切換的原理是通過線路的短接搭橋，把輸入信號(hào)連接到輸出設(shè)備上，早期的機(jī)械式切換開關(guān)或繼電器電路構(gòu)成的設(shè)備同樣可以達(dá)到上述目的，但由于操作復(fù)雜、壽命短、故障率高、容量小體積大、信號(hào)損耗嚴(yán)重等原因，已經(jīng)遭到淘汰，故本文不作為矩陣切換討論?，F(xiàn)今意義上的矩陣是根據(jù)電路原理，利用芯片電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)閉進(jìn)行接通與關(guān)斷，并通過電平進(jìn)行控制完成信號(hào)的選通。

    矩陣由于靠電路進(jìn)行接通與關(guān)斷，芯片本身存在技術(shù)指標(biāo)（在輸入匹配與輸出驅(qū)動(dòng)一樣的情況下），因此要保障技術(shù)指標(biāo)，就要選擇專用的切換芯片，因此價(jià)格較高，但穩(wěn)定性好，可形成的矩陣規(guī)模較大。

    1、矩陣切換應(yīng)保證的技術(shù)指標(biāo)：矩陣切換器根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，所要求的技術(shù)指標(biāo)也不同。以廣電行業(yè)為例，為保證終端的顯示質(zhì)量，廣電行業(yè)將整個(gè)信號(hào)傳輸過程，從攝像頭開始到電視機(jī)為止，都進(jìn)行了技術(shù)指標(biāo)分配，對模擬矩陣切換和分配，所定的技術(shù)指標(biāo)參照國標(biāo)：GB/T14236-93。

    2、國標(biāo)中最主要的指標(biāo)如下：
?隨機(jī)信噪比：信號(hào)通過任何設(shè)備，都會(huì)因?yàn)橐搿霸肼暋倍官|(zhì)量變差，信噪比就是指信號(hào)與所產(chǎn)生的噪聲的比，計(jì)算公式：Ｙ＝20log（信號(hào)／噪聲），單位：dB該值越大，表示引入噪聲越小，視頻信號(hào)（6MHZ以內(nèi)）信噪比要求至少達(dá)到65dB；
?幅頻特性：信號(hào)通過設(shè)備時(shí)，各種頻率的信號(hào)會(huì)有不同的衰減，一般是頻率越高，衰減越大，對視頻信號(hào)而言，帶寬越大，頻響越好，設(shè)計(jì)良好的矩陣可以達(dá)到12MHZ甚至更高；
?路間串?dāng)_：多路信號(hào)在同一設(shè)備中，由于空間的輻射與電源的波動(dòng)，彼此之間會(huì)形成干擾，稱為串?dāng)_。串?dāng)_不能大于-55dB。[nextpage]

    3、根據(jù)不同的應(yīng)用，對指標(biāo)的要求也不一樣。
    監(jiān)控行業(yè)中，由于信號(hào)只經(jīng)過攝像、傳輸、控制與顯示，且顯示時(shí)對圖像的質(zhì)量要求相對較低，只要能看清，并不作轉(zhuǎn)播等，因此監(jiān)控行業(yè)對矩陣的要求是功能多、技術(shù)指標(biāo)相對要低些。目前，此行業(yè)對矩陣的指標(biāo)無明確的國家標(biāo)準(zhǔn)，只有參考企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

矩陣的功能要求
切換與智能切換
矩陣的基本功能是切換，但矩陣作為監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備，它不僅能滿足被動(dòng)方式的手動(dòng)切換操作，更應(yīng)該考慮眾多的智能自動(dòng)切換功能，包括：
?全交叉切換：就是任意一個(gè)輸出可以選擇任意一個(gè)輸入，而不是只能選擇其中一部分；
?智能事件切換功能：比較典型的就是報(bào)警事件聯(lián)動(dòng)切換，根據(jù)報(bào)警事件的發(fā)生自動(dòng)切換相關(guān)聯(lián)的輸入信號(hào)；
?定時(shí)切換：把輸入分成序列組，按需要啟動(dòng)序列切換，使輸入信號(hào)按規(guī)定的時(shí)間間隔在指定的監(jiān)視器上自動(dòng)切換顯示；
?成組切換：輸入分組，按序輸出到某一輸出，或把輸出分組，一次操作完成多個(gè)輸出同時(shí)切換。

視頻丟失檢測功能
    視頻丟失檢測功能就是當(dāng)輸入設(shè)備或輸入線路出現(xiàn)故障，使得無視頻信號(hào)輸入時(shí)，則在輸出設(shè)備上顯示相關(guān)的文字提示信息，比如顯示“視頻丟失”。視頻丟失檢測功能是矩陣必備的功能之一。

日期，時(shí)間，輸入標(biāo)題顯示功能
    標(biāo)題顯示功能能夠讓使用者明確監(jiān)視點(diǎn)的位置，某些使用場合如賓館、商務(wù)樓、電梯轎廂、道路等存在許多相似畫面，如果沒有明確的標(biāo)題顯示很容易引起使用者的混亂。考慮到標(biāo)題顯示的效果，采用帶邊框顯示的文字標(biāo)題（例如：白底黑邊框技術(shù)），使更能提高觀察效果。

矩陣切換器的選擇
矩陣的內(nèi)部總線概念
    矩陣的內(nèi)部總線數(shù)量是由設(shè)計(jì)時(shí)決定的，單臺(tái)矩陣的內(nèi)部總線數(shù)量決定了單臺(tái)矩陣最大的輸入／輸出數(shù)量。表1列出總線數(shù)量與單機(jī)最大輸出的關(guān)系。

    矩陣內(nèi)部總線數(shù)量的多少直接影響到矩陣設(shè)計(jì)、制造的難度和成本，合理選擇矩陣總線類型是節(jié)省投資的好方法，避免“殺雞用牛刀”的現(xiàn)象出現(xiàn)。

容量選擇
    在設(shè)計(jì)方案時(shí)，信號(hào)源的數(shù)量比較容易確定，看看有多少個(gè)信號(hào)源，矩陣的輸入數(shù)量就定下來了。

    但要考慮好獨(dú)立的輸出通道個(gè)數(shù)，這是根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需求而定。有時(shí)可能有幾臺(tái)顯示設(shè)備之間僅有分配關(guān)系（彼此永遠(yuǎn)一致，不獨(dú)立），那么就可考慮占用一個(gè)矩陣輸出口再加分配器，如果這些設(shè)備有可能是獨(dú)立的，那么還是各占一個(gè)獨(dú)立的輸出口好一些。

    在很多情況下，輸入和輸出數(shù)量很大，如果實(shí)際使用中需要全交叉功能，當(dāng)輸出數(shù)量確定后，只能選擇總線數(shù)量大于等于輸出數(shù)量的矩陣類型才能滿足使用要求。這也就是所謂的全矩陣概念。

    如果可以分組使用，例如在監(jiān)控時(shí)，可以讓顯示墻中某些顯示設(shè)備只顯示某一區(qū)域的信號(hào)，而其它設(shè)備各自顯示其它特定區(qū)域的信號(hào)，那么就可將大規(guī)模矩陣折分成小規(guī)模的矩陣（如將128×64拆分成4臺(tái)32×16）。這種使用方法可以節(jié)省成本，減少投入，但缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)全交叉切換。[nextpage]

矩陣擴(kuò)容
一般視頻矩陣由４大模塊構(gòu)成。
?CPU模塊：矩陣控制的核心模塊；
?輸出模塊：連接監(jiān)視器的圖像輸出模塊；
?輸入模塊：連接圖像源的矩陣模塊；
?電源模塊。

1、輸入擴(kuò)容方法：
?單機(jī)擴(kuò)容：在一個(gè)CPU模塊、單個(gè)機(jī)箱的前提下，通過增加輸入板卡的數(shù)量達(dá)到擴(kuò)容的目的，其最大可達(dá)容量是單個(gè)機(jī)箱插滿所有輸入卡后所能達(dá)到的最大單機(jī)輸入數(shù)量；
?單主機(jī)擴(kuò)容：在一個(gè)CPU模塊的前提下，通過增加機(jī)箱和輸入板卡的數(shù)量達(dá)到擴(kuò)容的目的，其最大容量的大小取決于內(nèi)部通訊協(xié)議、CPU模塊的資源和軟件設(shè)計(jì)，此種擴(kuò)容方法通常不影響矩陣的技術(shù)指標(biāo)；
?串聯(lián)擴(kuò)容：由多臺(tái)單機(jī)獨(dú)立矩陣構(gòu)成，前臺(tái)矩陣的輸出與后臺(tái)矩陣的輸入串聯(lián)，這種擴(kuò)容方法會(huì)影響矩陣的技術(shù)指標(biāo)，造成矩陣指標(biāo)的下降。

2、輸出擴(kuò)容方法：
?單機(jī)擴(kuò)容：在一個(gè)CPU模塊和單個(gè)機(jī)箱的前提下，通過增加輸出板卡的數(shù)量達(dá)到擴(kuò)容的目的，其最大容量是單個(gè)機(jī)箱插滿所有輸出卡后所能達(dá)到的最大總線數(shù)量；
?多機(jī)堆疊：采用多臺(tái)輸入容量相等的矩陣并聯(lián)，把輸入經(jīng)分配后同時(shí)輸入到并聯(lián)的矩陣組，達(dá)到輸出擴(kuò)容的目的，該方法只要保證信號(hào)源分配良好，一般不會(huì)降低矩陣性能，但成本高。

3、廠家的選擇
    生產(chǎn)矩陣的廠家很多，標(biāo)稱指標(biāo)各不相同，由于這類設(shè)備不是實(shí)驗(yàn)室的樣機(jī)，而是工程應(yīng)用產(chǎn)品，因此工程中的適用性問題和可靠性問題非常重要。工程現(xiàn)場情況各有不同，在產(chǎn)品的成熟過程中需要經(jīng)過不斷的工程檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題需要及時(shí)改進(jìn)，因此產(chǎn)品的成熟過程比較長，常見到的情況是：在現(xiàn)場，使用某些品牌的產(chǎn)品，工程中會(huì)出現(xiàn)一些技術(shù)問題，而用其它品牌的產(chǎn)品后，問題便可解決，并非前一品牌產(chǎn)品有多大錯(cuò)誤，只是它的適用性不及后一種品牌產(chǎn)品，通俗地講，是學(xué)費(fèi)沒有交夠，遇到的問題沒有足夠多，產(chǎn)品設(shè)計(jì)上有考慮不周之處，因此選擇專業(yè)生產(chǎn)公司的產(chǎn)品，因?yàn)樗漠a(chǎn)品已經(jīng)相對成熟一些。

    廠家的標(biāo)稱指標(biāo)，矩陣設(shè)備是顯示的核心設(shè)備，如果出問題會(huì)是全局性的問題，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，因此穩(wěn)定性、可靠性是壓倒一切的，情愿價(jià)格高一點(diǎn)，甚至是指標(biāo)低一點(diǎn)，也要保證穩(wěn)定、可靠。

    技術(shù)支持方面，在工程現(xiàn)場中遇到的問題千奇百怪，廠家的技術(shù)支持能力是很重要的指標(biāo)，有獨(dú)立的研發(fā)能力，對問題產(chǎn)生的機(jī)理有正確認(rèn)識(shí)，產(chǎn)品適用性強(qiáng)，穩(wěn)定可靠，與有較強(qiáng)的現(xiàn)場解決能力的廠家合作。

部分建議
1、應(yīng)該選擇有獨(dú)立研發(fā)能力的廠家所推出的品牌矩陣，盡量不要使用仿制技術(shù)的產(chǎn)品，更不要貪圖便宜而采用直接復(fù)制的或假冒的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的后續(xù)支持力度及技術(shù)水平肯定不如前者。

2、大容量矩陣設(shè)計(jì)水平及技術(shù)指標(biāo)的簡易測試方法：
把同一個(gè)信號(hào)源依次切換到不同的監(jiān)視器上，比如：
?１號(hào)攝像機(jī)切到１號(hào)監(jiān)視器；
?１號(hào)攝像機(jī)切到２號(hào)監(jiān)視器；
?１號(hào)攝像機(jī)切到３號(hào)監(jiān)視器；
?１號(hào)攝像機(jī)切換到Ｎ號(hào)監(jiān)視器。

    一般情況下，任何矩陣都會(huì)隨著Ｎ的數(shù)量增加，指標(biāo)會(huì)逐漸下降，比較明顯的是圖像色彩會(huì)變差，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，圖象質(zhì)量下降嚴(yán)重，肉眼很容易觀察，質(zhì)量優(yōu)良的矩陣的Ｎ數(shù)量明顯大于質(zhì)量差的矩陣。