目前的安防系統(tǒng)中，以智能網(wǎng)絡(luò)矩陣為代表的中心控制系統(tǒng)的功能已經(jīng)非常強(qiáng)大，但視頻處理效果的好壞直接影響到矩陣的整體使用效果。本文簡單闡述在高密度視頻矩陣中的視頻處理技術(shù)，以供讀者參考。
目前的安防系統(tǒng)中，以智能網(wǎng)絡(luò)矩陣為代表的中心控制系統(tǒng)的功能已經(jīng)非常強(qiáng)大，但矩陣豐富多樣的功能是建立在視頻處理的基礎(chǔ)上，所以視頻處理效果的好壞將直接影響到矩陣的整體使用效果。在實(shí)際項(xiàng)目中，很多用戶會遇到視頻串?dāng)_、顏色失真、字符抖動、切換緩慢的現(xiàn)場，這些問題的根源是矩陣內(nèi)部的視頻處理出了差錯(cuò)。
傳統(tǒng)矩陣的視頻輸入大多屬于非壓縮的模擬視頻信號，模擬視頻就像嬌氣的孩子，在進(jìn)行切換處理時(shí)需要處處小心，從器件選擇、阻抗匹配、耦合方式、字符疊加、布板、現(xiàn)場施工，每個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，細(xì)微偏差就帶來嚴(yán)重的后果。
隨著目前監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，原先單機(jī)64×16或者128×16的規(guī)模已經(jīng)不能滿足需求，往往需要多個(gè)機(jī)箱擴(kuò)展，但這種方式會使得視頻信號在轉(zhuǎn)接線和機(jī)箱之間進(jìn)行多重路徑傳輸，容易帶來信號干擾和信號衰減。如果能讓一個(gè)機(jī)箱容納更多的視頻輸入輸出，讓不同通道之間的視頻信號在板間板內(nèi)快速傳遞，將無疑是矩陣性能指標(biāo)的最大保證。
此外，在平安城市建設(shè)如火如荼的今天，作為城市安防核心的公安市局總控中心大多配置16孔以上的屏幕墻，這將占用矩陣的一部分輸出通道。同時(shí)，還需要將矩陣的一部分視頻輸出傳送到交警支隊(duì)、人防指揮中心、應(yīng)急指揮中心甚至基層派出所等相關(guān)部門進(jìn)行獨(dú)立管理。
這就要求矩陣可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)箱32路輸出甚至64路輸出。為此，國內(nèi)外矩陣廠商開始在提高矩陣的高密度結(jié)構(gòu)上推陳出新。以某公司TC-8800系列智能網(wǎng)絡(luò)矩陣為例，單機(jī)箱可以最大384路輸入，最大64路輸出，可以擴(kuò)展到4096×1024，板卡集成度高，連接線纜少，故障隱患概率低，安裝維護(hù)簡單方便，可與各類前端采集設(shè)備、鏈路傳輸設(shè)備和中心控制設(shè)備兼容使用，適合城市安防等大規(guī)模視頻集中監(jiān)控場所。
高密度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對視頻信號處理的設(shè)計(jì)提出了更高要求，因?yàn)橐曨l的效果隨著矩陣路數(shù)增大，容易受干擾的程度以倍數(shù)增加，從大路數(shù)矩陣的視頻效果可以檢驗(yàn)廠家的技術(shù)實(shí)力。下面從硬件設(shè)計(jì)的四個(gè)方面探討高清視頻無損切換的優(yōu)勢。
視頻的耦合方式
在設(shè)計(jì)矩陣的視頻電路時(shí)，輸出可以選擇交流耦合與直流耦合兩種方式。交流耦合輸出電路包括一個(gè)串聯(lián)電容（如圖1），直流耦合輸出電路則沒有這個(gè)電容（如圖2）。
從上面圖1交流耦合輸出時(shí)，輸入波形和輸出波形的對比，可以看出輸出波形相對于輸入波形會向上或向下傾斜，這種場失真稱為場傾斜。這里需要說明，場傾斜在監(jiān)視器屏幕上是不能被發(fā)現(xiàn)的，換句話說，我們用眼睛察覺不出場傾斜。從圖2中，直流耦合輸出時(shí)輸入波形和輸出波形對比，則沒有傾斜。
既然交流耦合存在這樣的缺點(diǎn)，我們在矩陣中是否就采用直流耦合呢？恰好相反，很多設(shè)備通常采用交流耦合。為什么交流耦合存在缺點(diǎn)，矩陣中還要采用呢？原因很簡單，是為了起到后級保護(hù)作用，一旦矩陣輸出端口的視頻線短接到地或電源電壓，這個(gè)電容器可以防止燒毀內(nèi)部的集成電路。另外，電容器還有一種作用：某些品牌的液晶監(jiān)視器在配合直流輸出的矩陣使用時(shí)，存在視頻抖動，這種現(xiàn)象的原因與液晶監(jiān)視器的視頻輸入電路有關(guān)，而在配合采用交流耦合輸出的矩陣時(shí)，則沒有該現(xiàn)象。
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視頻字符疊加
什么叫字符疊加？在一個(gè)使用矩陣進(jìn)行圖像切換的監(jiān)控系統(tǒng)中，大量的視頻信號需要在數(shù)目有限的監(jiān)視器上以切換的方式分時(shí)顯示出來。面對這些實(shí)時(shí)動態(tài)的畫面，面對這些局部場景類似的畫面，面對這些頻繁切換的畫面，使用者需要迅速地了解當(dāng)前監(jiān)控場景的位置信息，這就需要在這些輸入的圖像上疊加各自不同的字符，對場景做詳細(xì)準(zhǔn)確的標(biāo)注。此外，還可以在圖像上疊加時(shí)間日期等信息，以便于記錄和后期檢索備檔。
作為矩陣電路中的關(guān)鍵部分，字符疊加的好壞直接影響最后的視頻效果。字符疊加的英文名稱為OSD（on screen display），OSD技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，目前市場上主要有兩代技術(shù)，如下：
·OSDⅠ：第一代字符疊加技術(shù)，90年代開始應(yīng)用普及，在NEC芯片平臺上開發(fā)實(shí)現(xiàn)，每芯片實(shí)現(xiàn)一路字符疊加，顯示分辨率288×216，中文只能顯示最大18×12的非標(biāo)字符，內(nèi)置240個(gè)ROM西文字符和16個(gè)用戶自定義RAM字符，字體偏大，每個(gè)通道的字符疊加位置通過調(diào)整硬件參數(shù)實(shí)現(xiàn)，對器件的精度要求高。2007年，某公司推出一種改進(jìn)版本的OSDⅠ技術(shù)，它不僅可以疊加顯示兩行信息，而且可以提供多種字號選擇。此外，將原先需要輸入?yún)^(qū)位碼或者安裝專用軟件傳字的方式，改變?yōu)橥ㄟ^網(wǎng)頁輸入，用戶只需要在瀏覽器中輸入中文標(biāo)題并提交，顯示即可生效，這就像上網(wǎng)一樣簡單，而且可以局域網(wǎng)的任意節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程操作；
·OSDⅡ：第二代字符疊加技術(shù)，是基于富士通芯片平臺。2006年，其在TC-8800系列智能網(wǎng)絡(luò)矩陣上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。同樣，每芯片實(shí)現(xiàn)一路字符疊加，顯示分辨率提高到576×384，可以實(shí)現(xiàn)無視頻時(shí)的字符疊加，支持國家二級字庫，字體大小適中，對視頻遮擋影響小，每個(gè)通道的字符疊加位置通過調(diào)整硬件參數(shù)實(shí)現(xiàn)，對器件的精度要求高。并且同樣支持兩行顯示，字號可調(diào)，字符灰度可調(diào)，在各類不同光照環(huán)境下均能保證字符清晰可見，同時(shí)更適合現(xiàn)在逐漸流行的液晶電視屏幕墻，降低了24小時(shí)不間斷使用時(shí)對屏幕灼傷的防護(hù)要求。也支持網(wǎng)頁提交。
OSDⅡ技術(shù)的兩行16個(gè)漢字顯示特別適合于平安城市項(xiàng)目的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用。在跨地域、跨縣市的平安城市項(xiàng)目中，來自不同單位的成百上千個(gè)監(jiān)控點(diǎn)匯集到一起，指揮中心如何有序、高效地識別和定位這些圖像？通過多行顯示技術(shù)，第一行可以顯示派出所的名稱，第二行可以顯示該所轄區(qū)內(nèi)街道單位的具體位置。其他如監(jiān)獄看守所以及住宅小區(qū)等區(qū)域管理系統(tǒng)也可通過此功能實(shí)現(xiàn)對場景的快速準(zhǔn)確定位。
視頻的自愈處理
視頻信號在傳輸過程中，高頻分量最容易衰減。高頻分量的衰減主要體現(xiàn)在視頻的色亮增益差、亮度非線性失真、微分增益失真、微分相位失真、色度亮度交調(diào)失真等。上面的專業(yè)術(shù)語，可能讓人不容易理解，它們在視頻上都有相應(yīng)表現(xiàn)，用眼睛就可以識別。
·色亮增益差：當(dāng)為負(fù)值時(shí)，圖像色彩變淡，人物神色不佳；當(dāng)為正值時(shí)，顏色過濃，輪廓不分明，類似兒童填色畫，缺乏真實(shí)感；
·色度非線性失真：其值越大，圖像失去灰度越明顯，層次減少越多，分辨率降低程度也越大；
·微分增益失真：即不同亮度背景下的色飽和度失真，它影響彩色效果（如穿鮮紅衣服從暗處走向亮處，鮮紅衣服變濃或變淡）；
·微分相位失真：即不同亮度背景下，色調(diào)產(chǎn)生失真，如由某種顏色變成其他顏色（如穿鮮紅衣服從暗處走向迷宮年初，鮮紅衣服偏黃或偏紫）；
·色度亮度交調(diào)失真：在圖像出現(xiàn)字幕時(shí)，失真較明顯，使字幕相對應(yīng)的背景亮度上的對比度產(chǎn)生失真。
視頻在矩陣內(nèi)部經(jīng)過的板卡接口、處理芯片越多，高頻的衰減會越明顯，在大路數(shù)矩陣上表現(xiàn)會更加突出。在矩陣內(nèi)部尤其是大路數(shù)矩陣內(nèi)部需要對視頻進(jìn)行自愈處理，減少失真，否則視頻圖像上的顯示質(zhì)量會較明顯地降低。智能網(wǎng)絡(luò)矩陣應(yīng)用了輪廓校正技術(shù)（contour correction），在水平和垂直兩個(gè)方向上補(bǔ)償因失真引起的高頻分量幅度衰減，保證了視頻圖像可以無損高清切換顯示。
視頻的抗干擾技術(shù)
模擬視頻是嬌氣的，在沒有熟悉它之前，會讓人感覺高深莫測，以致有人將視頻串?dāng)_，稱為“鬼影”，以此來形容視頻串?dāng)_的難以解決，而視頻串?dāng)_的實(shí)際表象是在一個(gè)視頻畫面中能夠模糊的看到另外一路視頻的影子。其實(shí)，造成“鬼影”的原因是多方面的，而最主要原因是PCB布板。
串?dāng)_在電路板上表現(xiàn)為，一條視頻線上有信號通過時(shí)，在PCB板上與之相鄰的信號線上就會感應(yīng)出相應(yīng)的信號，產(chǎn)生串?dāng)_。信號線距離地線越近，線間距越大，產(chǎn)生的串?dāng)_越小。因此，解決串?dāng)_的方法是將發(fā)生串?dāng)_的信號或屏蔽被干擾的信號移開。在視頻矩陣的電路板上移開視頻信號，不太實(shí)際，只有視頻信號之間相互屏蔽。在PCB上屏蔽采用的基本方法就是信號線用地線隔離，而這樣做勢必會影響電路板上的視頻路數(shù)。相同機(jī)箱高度，矩陣的路數(shù)越大，電路板上的視頻密度越大，降低視頻串?dāng)_的難度越大，對應(yīng)的對PCB布板的要求越高。因此，大路數(shù)矩陣的視頻效果是矩陣廠家的技術(shù)實(shí)力的體現(xiàn)。
切換是矩陣的基本功能，視頻質(zhì)量是切換的根本要求，它的好壞直接決定矩陣的質(zhì)量?，F(xiàn)在，安防競爭日益激烈的同時(shí)，對矩陣的性能的要求也在不斷提高，相信那些在積極探索，不斷改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的矩陣廠商，會在競爭中脫穎而出。
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