視頻矩陣在安防領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)有產(chǎn)品中，絕大多數(shù)都是傳統(tǒng)的模擬視頻矩陣。隨著近年來數(shù)字技術(shù)的高速發(fā)展，軟硬件水平的提高，不斷有高性能的DSP和更高速的總線得到應(yīng)用，使基于數(shù)字技術(shù)的視頻矩陣方案能夠得以實(shí)現(xiàn)。同時，得益于數(shù)字視頻處理技術(shù)的強(qiáng)大功能，數(shù)字視頻矩陣的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，我們有理由相信，數(shù)字視頻矩陣將成為安防業(yè)中新興的一個熱點(diǎn)，也將是視頻矩陣以后的一個發(fā)展趨勢。

視頻矩陣的基本功能和要求
    作為視頻矩陣，最重要的一個功能就是實(shí)現(xiàn)對輸入視頻圖像的切換輸出。準(zhǔn)確概括就是：將從任意一個輸入通道輸入的視頻圖像切換到任意一個視頻輸出通道。一般來講,一個M×N矩陣，表示它可以同時支持M路圖像輸入和N路圖像輸出。這里需要強(qiáng)調(diào)的是必須要做到任意，即任意的一個輸入切換到任意的一個輸出。

    另外，一個矩陣系統(tǒng)通常還應(yīng)該包括以下基本功能：字符信號疊加；解碼器可以控制云臺、可變鏡頭和攝像機(jī)；報(bào)警器接口；可選的音頻同步切換矩陣；控制鍵盤等。對國內(nèi)用戶來說，字符疊加應(yīng)為全中文，以方便不懂英文的操作人員使用，矩陣系統(tǒng)還需要支持級聯(lián)，來實(shí)現(xiàn)更高的容量，為了適應(yīng)不同用戶對矩陣系統(tǒng)容量的要求，矩陣系統(tǒng)應(yīng)該支持模塊化和即插即用（PnP），通過增加或減少視頻輸入、輸出卡來實(shí)現(xiàn)不同容量的組合。

    矩陣系統(tǒng)的發(fā)展方向是多功能、大容量、可聯(lián)網(wǎng)，以及可進(jìn)行遠(yuǎn)程切換。一般而言矩陣系統(tǒng)的容量達(dá)到64×16即為大容量矩陣。如果需要更大容量的矩陣系統(tǒng)，也可以通過多臺矩陣系統(tǒng)級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。矩陣容量越大，所需技術(shù)水平越高，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)難度也越大。

    按實(shí)現(xiàn)視頻切換的不同方式，視頻矩陣分為模擬視頻矩陣和數(shù)字視頻矩陣。模擬視頻的視頻切換在模擬視頻層完成，信號切換主要是采用單片機(jī)或更高檔的芯片來控制模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字視頻的視頻切換在數(shù)字視頻層完成，這個過程可以是同步的也可以是異步的。數(shù)字矩陣的核心是對數(shù)字視頻的處理，需要在視頻輸入端增加AD轉(zhuǎn)換，將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，在視頻輸出端增加DA轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號再轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。視頻切換的核心部分由模擬矩陣的模擬開關(guān)，變成了對數(shù)字視頻的處理和傳輸。

數(shù)字視頻矩陣簡介
    根據(jù)數(shù)字視頻矩陣的實(shí)現(xiàn)方式不同，數(shù)字視頻矩陣可以分為總線型和包交換型。下面以目前安防市場上廣泛應(yīng)用的壓縮板卡和硬盤錄像機(jī)為例，介紹這兩種類型的數(shù)字視頻矩陣。[nextpage]

總線型數(shù)字視頻矩陣 
    n顧名思義，總線型數(shù)字矩陣就是數(shù)據(jù)的傳輸和切換是通過一條共用的總線來實(shí)現(xiàn)的，例如PCI總線。

    其中最常見的就是PC－DVR型和嵌入式DVR型。對于PC－DVR型來說，它的視頻輸出是VGA，通過PC顯卡來完成圖像顯示，通常只有1路輸出（1塊顯卡），2路輸出的情況（2塊顯卡）已經(jīng)很少；嵌入式DVR一般的視頻輸出是監(jiān)視器，一些新的嵌入式DVR也可以支持VGA顯示。PC－DVR型和嵌入式DVR型都可以實(shí)現(xiàn)1路視頻輸出（還可以進(jìn)行畫面分割），可以把這兩款產(chǎn)品當(dāng)作視頻矩陣的一個特例，也就是一個只有1路視頻輸出的特殊情況。

包交換型數(shù)字視頻矩陣
    包交換型矩陣是通過包交換的方式(通常是IP包)實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的傳輸和切換。包交換型矩陣目前已經(jīng)比較普及，比如已經(jīng)廣泛應(yīng)用的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，即在本地錄像端把圖像壓縮，然后把壓縮的碼流通過網(wǎng)絡(luò)（可以是高速的專網(wǎng)、internet、局域網(wǎng)等）發(fā)送到遠(yuǎn)端，在遠(yuǎn)端解碼后，顯示在大屏幕上。包交換型數(shù)字矩陣目前有兩個比較大的局限性：延時長、圖像質(zhì)量差。由于要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此不可避免的會帶來延時，同時為了減少對帶寬的占用，往往都需要在發(fā)送端對圖像進(jìn)行壓縮，然后在接收端實(shí)行解壓縮，經(jīng)過有損壓縮過的圖像很難保證較好的圖像質(zhì)量，同時編、解碼過程還會增大延時。所以目前包交換型矩陣還無法適用于對實(shí)時性和圖像質(zhì)量要求比較高的場合。

典型數(shù)字視頻矩陣方案
    目前，矩陣市場上已經(jīng)出現(xiàn)了帶有多路視頻輸出和解碼功能的矩陣卡，這種矩陣卡在原有的硬件解碼卡的基礎(chǔ)之上，同時實(shí)現(xiàn)了一卡多路的視頻輸出。由于采用了全新的高性能DSP，并配合目前已經(jīng)得到普遍應(yīng)用的2.2版本PCI總線，我們已經(jīng)可以利用現(xiàn)有的硬件平臺組建一個小型的數(shù)字視頻矩陣系統(tǒng)。那么，下面就介紹一下實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻矩陣的兩個典型方案：

用矩陣卡和DVR板卡組建視頻矩陣、實(shí)時錄像系統(tǒng)
    在該系統(tǒng)中，由音視頻壓縮卡完成圖像壓縮功能，與PC機(jī)構(gòu)成DVR系統(tǒng)，這和目前市場上主流的PC－DVR完全相同。此外，在系統(tǒng)中增加矩陣卡，并由音視頻壓縮卡把數(shù)字視頻數(shù)據(jù)通過PCI總線發(fā)送到矩陣卡，由矩陣卡實(shí)現(xiàn)視頻的輸出，這就構(gòu)成了一個小型的數(shù)字視頻矩陣。

用矩陣卡組建網(wǎng)絡(luò)矩陣
    在該方案里，通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心主機(jī)來調(diào)度多塊解碼卡，將從網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端接收的圖像數(shù)據(jù)切換到各個解碼卡進(jìn)行解碼，最后由解碼卡實(shí)現(xiàn)視頻輸出。[nextpage]

數(shù)字視頻矩陣優(yōu)勢分析
成本優(yōu)勢：視頻矩陣和DVR合而為一
    采用數(shù)字視頻矩陣方案，只需一臺設(shè)備就可以同時實(shí)現(xiàn)視頻矩陣和DVR的功能，大大地節(jié)省了成本。對矩陣的控制和DVR的控制集成在一起，方便靈活。如果采用模擬矩陣，至少需要一臺矩陣主機(jī)和一臺DVR主機(jī)，安裝調(diào)試復(fù)雜，除了DVR的成本外，還要為模擬矩陣付出高額的成本。此外，對于模擬矩陣的控制，可能還需要外接其他設(shè)備，比如顯示設(shè)備、矩陣控制器，矩陣控制鍵盤等，有些復(fù)雜的功能甚至需要專門的PC機(jī)來進(jìn)行配置。模擬矩陣的方案還需要視頻信號的分配、復(fù)用設(shè)備來實(shí)現(xiàn)DVR的錄像功能，而采用數(shù)字矩陣，則只需在DVR的基礎(chǔ)之上，增加簡單的矩陣模塊即可，成本相對低廉，且數(shù)字矩陣、錄像系統(tǒng)的集成度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，也降低了以后維護(hù)的成本。

功能優(yōu)勢：配置靈活，功能強(qiáng)大，簡單易用
    在模擬矩陣＋DVR方案中，矩陣和DVR各自為政，需要分別控制，模擬矩陣提供的操作方式復(fù)雜，易操作性很差，且功能單一，如果要實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的功能，需要繁瑣的操作流程；而采用數(shù)字矩陣，通過一個控制平臺即可實(shí)現(xiàn)對切換矩陣和DVR的同時控制，操作界面可由二次開發(fā)商在Windows或Linux下自由開發(fā)，可以根據(jù)自己客戶的需求定制應(yīng)用程序，定制各種功能，所構(gòu)建的系統(tǒng)，完全取決于開發(fā)商自己的軟件。

    在數(shù)字矩陣中，基于對圖像的數(shù)字處理：可以在實(shí)現(xiàn)視頻切換的同時，對圖像進(jìn)行很多處理，比如疊加字符、疊加圖像，區(qū)域遮蓋等，這些都是目前DVR所普遍具有的功能，但是對于模擬矩陣，由于它的核心是基于模擬信號的處理，在面對這些功能時，就顯得力不從心。這里以字符疊加功能為例，模擬矩陣往往需要外接字符疊加芯片來實(shí)現(xiàn)，有的模擬矩陣通常只能實(shí)現(xiàn)ASCII碼也就是英文字符的疊加，更不用說同時支持簡體、繁體，甚至日文了。至于圖像疊加等功能，在模擬信號層基本是無法實(shí)現(xiàn)的。

    數(shù)字矩陣可以提供豐富的圖像顯示模式。傳統(tǒng)的模擬矩陣只能進(jìn)行最簡單的1:1的圖像輸出；而數(shù)字矩陣在此基礎(chǔ)上還可以實(shí)現(xiàn)N→1(通過對圖像的縮放處理，可以實(shí)現(xiàn)多路圖像在一個窗口顯示)和1→N(一個輸入圖像同時在多個輸出端顯示)的顯示方式，甚至是畫中畫等高級功能。

    最后是系統(tǒng)穩(wěn)定性，數(shù)字矩陣＋DVR的方案，系統(tǒng)集成度高、功耗低，穩(wěn)定性高；而采用模擬矩陣方案，則出故障的概率就會大大增加。

潛力：發(fā)展空間巨大
    模擬矩陣控制系統(tǒng)目前已經(jīng)非常成熟，其產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能在近幾年，甚至是十幾年內(nèi)，都沒有發(fā)生質(zhì)的變化，可挖掘的潛力已經(jīng)十分有限。

    而數(shù)字矩陣則完全不同，目前數(shù)字技術(shù)的發(fā)展可以用日新月異來形容。首先，隨著硬件性能的提高，在高速總線方面：66M的PCI總線已經(jīng)很成熟和普及，比如PCI－E或其它的高速串行總線在不斷的提出；在芯片技術(shù)上：已經(jīng)出現(xiàn)了600M、720M甚至是1GHz的高性能DSP。可以說，得益于硬件平臺性能的不斷提高，數(shù)字矩陣的功能也將不斷的提升。

    與此同時，軟件的進(jìn)步同樣不可忽略，不斷有新的圖像壓縮、處理算法提出，圖像壓縮效率不斷提高，也不斷有更復(fù)雜、更智能的圖像處理算法得到應(yīng)用，比如智能的移動檢測、智能識別技術(shù)（人臉識別、指紋識別、車牌識別、簽名識別）。這些更高層次的圖像處理技術(shù)，利用目前的硬件平臺，已經(jīng)可以應(yīng)用到我們的數(shù)字視頻系統(tǒng)中。因此隨著軟、硬件水平的飛速提高，我們有理由相信，數(shù)字矩陣的發(fā)展空間將會非常寬廣，無論是在性能上還是在功能上必然會全面超過模擬矩陣。