模擬矩陣階段
單機模擬矩陣時代
    矩陣的發(fā)展首先經(jīng)歷的是單機模擬時代，就好比電話交換機的機電交換階段，是基于模擬的電子開關(guān)技術(shù)。自90年代前期開始，矩陣逐漸應(yīng)用在國內(nèi)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，且國外設(shè)備占相當大的比例。這時的模擬矩陣一般由輸入、輸出和控制三組模塊組成，通過電子開關(guān)實現(xiàn)視頻圖像從輸入信道到輸出信道的切換。這類矩陣的應(yīng)用相對較簡單，只是作為獨立系統(tǒng)的核心管理控制設(shè)備使用，但是其可擴充的積木式的模塊化結(jié)構(gòu)、以及提供友好的使用界面都給視頻監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展提供了保障。

    盡管當時的矩陣系統(tǒng)也連接“上位”PC機，但這類PC機充其量也僅僅是對視頻圖像的切換調(diào)看、本系統(tǒng)控制以及硬盤存儲。值得一提的是，這類矩陣系統(tǒng)目前仍在被廣泛地使用。

    模擬矩陣聯(lián)網(wǎng)時代
90年代后期，隨著對監(jiān)控系統(tǒng)要求的提高以及視頻監(jiān)控在諸多領(lǐng)域的進一步普及，模擬矩陣便有了飛速的發(fā)展，并逐趨完善，矩陣進入了模擬聯(lián)網(wǎng)時代。此時，模擬矩陣的自身工作原理沒有改變，但是在容量、聯(lián)網(wǎng)性以及功能的擴展上有了很大的提高。

    從容量上說， 以MAX-1000矩陣系統(tǒng)為例，其單機箱的最大容量為128×32，即在不擴機箱的前提下，可做到128路視頻輸入，32路視頻任意同時輸出。而在目前市面上已有廠家開發(fā)出了更大容量的矩陣，其單機箱容量可達到128×128。

    從聯(lián)網(wǎng)性上說，矩陣的聯(lián)網(wǎng)使得人們對視頻資源共享的迫切需求得到滿足。初期的矩陣系統(tǒng)間的聯(lián)網(wǎng)是通過RS232/422低速數(shù)據(jù)方式進行矩陣主機間的數(shù)據(jù)通訊的，但是其缺陷不容忽視，即RS232/422數(shù)據(jù)的傳輸速率低、節(jié)點不能任意編號使網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受到限制、系統(tǒng)設(shè)置繁瑣與不支持遠程管理。所以，很多廠家開發(fā)出了模擬/數(shù)字相結(jié)合的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，即視頻信號還是通過傳統(tǒng)方式傳輸（遠距離用光端機，近距離用視頻同軸線），但在矩陣主機上開發(fā)出IP聯(lián)網(wǎng)功能，即聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)走IP通道。雖然這樣可以很好地避免上面所提到的RS232/422數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的諸多問題，但其視頻信號的交換原理還是基于模擬切換，該系統(tǒng)的核心還是模擬矩陣。

    就功能的擴展講，有部分國內(nèi)公司已完成了矩陣、矩陣主機、管理軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)以及矩陣和前端解碼器、多媒體控制終端、存儲等其它外設(shè)的無縫連接和集成，形成了具有中國特色的數(shù)/模結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)。在功能上，除了傳統(tǒng)的切換、輪巡、云臺控制、報警處理、日志查詢、權(quán)限管理等功能外，還開發(fā)出了電子地圖、錄像管理等諸多貼近客戶實際需求的功能。

模擬矩陣的問題
    雖然模擬矩陣經(jīng)過10多年的發(fā)展完善，并通過其穩(wěn)定的表現(xiàn)、簡易的操作，已占據(jù)市場主流，但模擬視頻技術(shù)的發(fā)展已接近極限，基于模擬視頻技術(shù)的瓶頸，并隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，傳統(tǒng)模式的問題也就暴露出來。

    首先，一個以視頻為主的應(yīng)用系統(tǒng)的搭建需要建立多種的信息平臺，在這個系統(tǒng)中需要加入多種的大量的中間接入設(shè)備。如光端機、切換矩陣、視分器等等，而這些設(shè)備又有不同的品牌，不同的型號以及不同的品質(zhì)，這樣就導致了整個系統(tǒng)過于復雜，無法做到性能一致、使用方便和有效的管理。 [nextpage]

    其次，視/音頻信號需要經(jīng)過多次的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，圖像質(zhì)量無法得到保證。模擬的視頻信號每經(jīng)過一次傳統(tǒng)模擬矩陣都產(chǎn)生一定的損耗，這樣，在系統(tǒng)規(guī)模較大，需要對輸入輸出擴容或多點/多級聯(lián)網(wǎng)的時候，信號的衰減就成為了系統(tǒng)性能的瓶頸。

    再次，面對多種類、復雜的視頻系統(tǒng)，必需完成大量的、復雜的多種設(shè)備間的協(xié)調(diào)工作。維護、維修的工作不管是對工程實施人員，或是最終使用者來說都是極為頭疼的事。各種系統(tǒng)、各種設(shè)備之間的協(xié)調(diào)、問題的排查、責任和糾紛等等都會給上述相關(guān)人員或單位帶來極大的困擾。

    所以，模擬矩陣在面對大規(guī)模、多級、遠距離聯(lián)網(wǎng)等諸多問題上便顯得力不從心，限于模擬視頻技術(shù)的瓶頸，很難從自身找到合適的、從根本上解決問題的方法，這使得人們不得不去開發(fā)新型的矩陣切換技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣階段
網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣技術(shù)
    2000年后，隨著數(shù)字視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字產(chǎn)品逐漸大量進入監(jiān)控系統(tǒng)，針對上述模擬矩陣系統(tǒng)中的諸多問題，人們提出了網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣的全數(shù)字化矩陣概念。

    網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣和傳統(tǒng)模擬矩陣不同，它以視頻壓縮模塊（或視頻編碼軟件）代替模擬矩陣中的視頻輸入模塊，以視頻解壓縮模塊（或視頻解碼軟件）代替模擬矩陣中的視頻輸出模塊，以網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器代替模擬矩陣主機，以基于TCP/IP協(xié)議的IP網(wǎng)代替模擬總線（或模擬視頻總線結(jié)合IP控制總線），運用網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的管理軟件來完成視頻從輸入到輸出的切換。

    網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣是以IP網(wǎng)為媒質(zhì)，基于TCP/IP協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器完成視頻的調(diào)度。我們可以將整個IP視頻專網(wǎng)看作是一個巨大的矩陣交換系統(tǒng)，其基本硬件則是由視頻編碼設(shè)備、視頻解碼設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)交換機、路由器組成。另外視頻編碼、解碼過程也可以由軟件來完成，所以網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣可能并不是一個具體的、特定的物理硬件設(shè)備，而只是一個具有特定功能的系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣的問題
    網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣作為一種數(shù)字矩陣技術(shù)，其充分發(fā)揮了數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢，在很多方面解決了模擬矩陣技術(shù)無法解決的難題，如視頻信號的遠程無損交換、異地復制與存儲、支持任意網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)等等，但是這種數(shù)字矩陣技術(shù)遠非完善。[nextpage]

    首先，網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣技術(shù)是基于IP網(wǎng)的，受網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，必須在模擬視頻數(shù)字化的過程中對視頻信號進行數(shù)字壓縮。視頻數(shù)字壓縮技術(shù)的產(chǎn)生，主要基于視頻應(yīng)用需求與下列條件的限制。首先來自節(jié)省存儲空間的要求，其次是數(shù)字傳輸系統(tǒng)帶寬的限制。也可以說，選用視頻數(shù)字壓縮技術(shù)，通常是在外在條件的限制下不得已而為之的手段。

    其次，這種數(shù)字矩陣技術(shù)都是基于壓縮視頻，而目前的壓縮算法基本上基于DCT的技術(shù)，無論是MPEG-2還是MPEG-4等，當網(wǎng)絡(luò)帶寬得不到保證時不可避免地會產(chǎn)生馬賽克等問題。其在圖像質(zhì)量、延遲、帶寬占用等各方面都還需要進一步改進。

    另外，這種數(shù)字矩陣技術(shù)還需要考慮IP網(wǎng)本身的問題。因為現(xiàn)用的IPV4網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是20世紀70年代設(shè)計的，無論從計算機本身的發(fā)展還是從因特網(wǎng)規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，以及32bit地址來看，IPV4都已經(jīng)很不適用了。并且IPV4在設(shè)計之初也沒有考慮到視頻業(yè)務(wù)，基于IP傳輸并沒有對視頻做額外的處理，僅僅只是將視頻流打成IP包，由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機、路由器等）對承載視頻的IP包進行數(shù)據(jù)傳輸。例如IP網(wǎng)的傳輸采用的是TCP/IP協(xié)議，TCP協(xié)議具有差錯控制重傳機制，即數(shù)據(jù)包發(fā)送后在指定的時間內(nèi)沒有收到確認信息，認為數(shù)據(jù)丟失了，需要重傳數(shù)據(jù)包?？梢钥闯?，TCP協(xié)議針對的是非實時業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，雖保證了數(shù)據(jù)的準確性，而對于實時業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，如視頻、音頻顯然是不適用的。當前，IP網(wǎng)上傳輸視頻、音頻采用的基本上是UDP協(xié)議，是一種面向無連接的協(xié)議，采用大塊數(shù)據(jù)包形式連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)而不必等待確認信息，非常適合視頻、音頻在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸。但是正是由于它的無連接性，數(shù)據(jù)包在傳輸過程中丟失了，導致了接收端接收信息的不完整，比如視頻就會出現(xiàn)跳幀、丟幀甚至是黑屏。而且當網(wǎng)絡(luò)比較擁擠時，數(shù)據(jù)包不能按時到達，會出現(xiàn)視頻畫面的停滯等現(xiàn)象。有些網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣在UDP的基礎(chǔ)上采用了RTP/RTCP協(xié)議，它是一種帶寬資源預留協(xié)商協(xié)議，目的是讓網(wǎng)絡(luò)為其保證一定的帶寬，或者偵測網(wǎng)絡(luò)帶寬使用情況而相應(yīng)地降低碼流，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性而損失視頻質(zhì)量。而預留帶寬需要網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都具備此項功能，這是很難做到的。

    綜上所述，可以看到網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣的性能完全依賴于IP網(wǎng)絡(luò)，而IP網(wǎng)絡(luò)本身由于根本不是為像視頻、音頻這樣的實時業(yè)務(wù)傳輸設(shè)計的，所以導致了在實際應(yīng)用中許多不盡人意的地方，包括圖像的質(zhì)量、實時性、延遲抖動等，這些問題是網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣本身無法解決的。

    所以，網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣的突破必須期待下一代允許對網(wǎng)絡(luò)資源進行預分配，支持實時圖像并保證一定的帶寬和延遲的以IPV6為代表的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。

BVx矩陣技術(shù)
    從2001年起，市場對數(shù)字光傳輸系統(tǒng)帶寬的要求越來越高，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬，寬帶數(shù)字光傳輸器件以及高速數(shù)字總線技術(shù)也得到了突飛猛進的發(fā)展。以博康公司推出的BVx數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)交換平臺為例，此交換平臺也稱為交換式光纖數(shù)字矩陣，與現(xiàn)有的矩陣相比，在技術(shù)上是一個質(zhì)的飛躍。

    該系統(tǒng)從根本上解決了傳統(tǒng)的矩陣系統(tǒng)在大型視頻聯(lián)網(wǎng)中所固有的弊端。系統(tǒng)從前端的視頻數(shù)字化接入開始，通過光纖傳輸至監(jiān)控中心，無論經(jīng)過多少級視頻聯(lián)網(wǎng)的傳輸、切換，全部是數(shù)字化處理視頻，只有在顯示的時候進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，避免了傳統(tǒng)模式下光端機—矩陣—光端機—矩陣等模擬轉(zhuǎn)數(shù)字，數(shù)字轉(zhuǎn)模擬的頻繁轉(zhuǎn)換，保證了視頻的多級無損傳輸與交換。它將視頻的光纖傳輸與矩陣的切換融為一體，尤其是引入了數(shù)字背板交換總線的設(shè)計理念，無論多少級的視頻聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，只進行一次模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換，從而保證了視頻的高畫質(zhì)。[nextpage]

    該系統(tǒng)在邏輯上分為：前端多業(yè)務(wù)接入、中心匯聚交換和管理應(yīng)用三層結(jié)構(gòu)，以分別完成前端視頻、音頻、數(shù)據(jù)等多業(yè)務(wù)的接入并數(shù)字化；多業(yè)務(wù)的傳輸、路由與交換以及上層的應(yīng)用系統(tǒng)如網(wǎng)管系統(tǒng)。這種三層結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計理念保證了系統(tǒng)應(yīng)用的高效性、靈活性、可伸縮性，使得該系統(tǒng)不僅可以用于新建的系統(tǒng)中，為用戶提供一個高效的數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)交換平臺，而且也可用于改造的系統(tǒng)中，能與原有系統(tǒng)無縫結(jié)合以提高系統(tǒng)的整體性能。

系統(tǒng)前端多業(yè)務(wù)接入設(shè)備Vbox
    Vbox是分布于前端監(jiān)控點的設(shè)備，可用于接入前端的多種業(yè)務(wù)，諸如：視頻、音頻、低速數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、電話等。對每種業(yè)務(wù)均集成了多個接口，極大地保證了業(yè)務(wù)的接入能力。根據(jù)接入能力的帶寬，Vbox分為：Vbox200系列、Vbox1400系列和Vbox2800系列三大系列，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的點對點星型接入方式，而且可以通過單纖實現(xiàn)總線鏈路、環(huán)網(wǎng)（自愈）等多種拓撲結(jié)構(gòu)的接入方式，最大限度地優(yōu)化了用戶的接入模式。

    該設(shè)備采用先進的高速分插復用技術(shù)來實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的交換功能，即網(wǎng)絡(luò)拓撲中的所有通過該設(shè)備接入的視頻及其它業(yè)務(wù)均可以在光纖上完成切換并傳輸至監(jiān)控中心，通過中心設(shè)備的背板交換總線完成視頻及多業(yè)務(wù)的交換。這種性能可以突破光纖傳輸帶寬的瓶頸，對該設(shè)備在組網(wǎng)時接入的視頻數(shù)量將不受限制。同時，該設(shè)備不僅支持網(wǎng)管系統(tǒng)，使其具備自發(fā)現(xiàn)功能、自動拓撲功能及即插即用（PnP），而且在不同的組網(wǎng)模式下都可以實現(xiàn)視頻等多業(yè)務(wù)的交換功能，使得系統(tǒng)在業(yè)務(wù)的接入層面上具有良好的靈活性、智能性、擴展性。

系統(tǒng)中心匯聚交換設(shè)備Vmux
    Vmux分布于不同級別的監(jiān)控中心，提供了功能齊全的各種功能板卡，以完成前端視頻、音頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、電話等多業(yè)務(wù)的匯聚并實現(xiàn)任意交換輸出。接入的數(shù)字視頻通過交換總線可以靈活地在任意端口上輸出并靈活地實現(xiàn)在相應(yīng)端口上輸出多種類數(shù)據(jù)（包括以太網(wǎng)）或者從交換總線上下載多路數(shù)字視頻，通過光卡復用后上傳到上一級的監(jiān)控中心，使整個視頻的傳輸、切換全部數(shù)字化。

    單臺設(shè)備可作為數(shù)字視頻矩陣應(yīng)用，兼容光輸入與電輸入兩種形式，對輸入的模擬信號如視頻、音頻進行非壓縮數(shù)字化。對輸入的光纖數(shù)字視頻信號進行解復用，不僅可以實現(xiàn)模擬矩陣所有功能，而且系統(tǒng)保持良好的擴展性和可伸縮性。多臺設(shè)備系統(tǒng)之間通過光纖可以以任意拓撲形式組網(wǎng)互聯(lián)（包括環(huán)型（自愈）、相切環(huán)、相交環(huán)、星型、總線鏈路型或者混合型），組成一個大容量、高密度、全數(shù)字的基于數(shù)字視頻業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)交換平臺。在此平臺上的每個設(shè)備能夠?qū)尤氲囊曨l、音頻和數(shù)據(jù)等多種類業(yè)務(wù)進行管理、控制、交換，實現(xiàn)全網(wǎng)視頻及多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的共享和統(tǒng)一調(diào)度。

    系統(tǒng)采用的是數(shù)字非壓縮編碼技術(shù)，最大能夠?qū)崿F(xiàn)256路視頻信號的交換輸出，根據(jù)用戶具體的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)視頻聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中任意節(jié)點間信號的單向、雙向、廣播等方式的傳輸，任意節(jié)點均可靈活地實現(xiàn)信號的Drop、Add、Pass、Stop以及相互組合，從而實現(xiàn)各類信息在整個網(wǎng)絡(luò)上交換。系統(tǒng)充分吸收了現(xiàn)代成熟的時分復用技術(shù)，為每一路視頻、音頻和數(shù)據(jù)信號提供不同的時隙，采用時隙復用技術(shù)，通過光纖介質(zhì)實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)的傳輸，在帶寬資源利用率、QoS保障及傳輸延遲等方面為用戶提供更加優(yōu)越的性能。[nextpage]

    系統(tǒng)能夠在光纖鏈路上根據(jù)帶寬資源利用的情況，動態(tài)地分配系統(tǒng)的傳輸信道與時隙，為用戶傳輸所需的視頻、音頻、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、低速數(shù)據(jù)和開關(guān)量信號。此外，網(wǎng)管軟件能夠監(jiān)視系統(tǒng)中各種設(shè)備運行狀況并提供設(shè)備運行的診斷信息，包括設(shè)備故障信息和鏈路故障信息，通過這些診斷信息可幫助用戶準確、快速地定位故障點。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會自動啟用自愈功能使系統(tǒng)能夠繼續(xù)正常運行，而不會因為局部的故障使得整個系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)，為用戶的應(yīng)用提供了最大的保障。

BVx系統(tǒng)基本特點

1．全數(shù)字路由與交換
    系統(tǒng)采用視頻非壓縮技術(shù)，從前端的業(yè)務(wù)接入層到匯聚傳輸層，全數(shù)字化寬帶傳輸，保證任意級聯(lián)后視頻的無衰減、無失真。同時，獨特的數(shù)字背板總線設(shè)計，使得傳輸吞吐量高達5G-40G的背板總線帶寬，能夠提供大容量、高速率、無延時的視頻傳輸、交換能力。

2．強大的組網(wǎng)功能
    支持任意的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，包括：環(huán)型（自愈）、星型、總線型和混合型。完全滿足用戶從簡單到復雜的視頻聯(lián)網(wǎng)的需求。

3．多業(yè)務(wù)的綜合傳輸平臺
    豐富的前端接入設(shè)備和種類齊全、功能完善的各種業(yè)務(wù)板卡，用戶可以根據(jù)需求選擇相應(yīng)功能的板卡。以實現(xiàn)視頻、音頻、低速數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、電話等多業(yè)務(wù)的傳輸與交換。

4．良好的系統(tǒng)擴展性 
    系統(tǒng)不僅可以通過光級聯(lián)方式無縫地擴展系統(tǒng)的輸入，而且也可以通過電級聯(lián)方式平滑地擴展系統(tǒng)的輸出。兩種方式的擴展無需更換原有的設(shè)備，最大限度保護用戶的前期投資。

5．完善的網(wǎng)管系統(tǒng)
    網(wǎng)管系統(tǒng)功能強大，在統(tǒng)一的平臺上完成對最前端的接入設(shè)備到核心匯聚設(shè)備的監(jiān)控，對系統(tǒng)中各種設(shè)備進行在線管理、維護、配置。實時在線檢測網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)，動態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源帶寬，使網(wǎng)絡(luò)運行達到最佳狀態(tài)。

    所以，不管是模擬矩陣，還是基于IP網(wǎng)的數(shù)字矩陣，它們在視頻聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中都存在各自的局限性，致使在實際的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中總是不盡人意。而該系統(tǒng)作為一種全新的矩陣技術(shù)，其融合兩者之長，不僅實現(xiàn)了模擬信號的數(shù)字化，還具備模擬矩陣高質(zhì)量的視頻輸出，而且也具有IP矩陣和網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣靈活、方便的聯(lián)網(wǎng)特性。

    可以看出，矩陣的發(fā)展歷程與電話交換機極為類似，每一次技術(shù)的變革都對行業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的影響。所以，我們希望新一代的數(shù)字矩陣技術(shù)的成型能夠為以視頻為主要業(yè)務(wù)的監(jiān)控領(lǐng)域帶來一場視頻信息革命。