安防系统中模拟矩阵与数字矩阵的研究

第一章　绪 论

第一节 系统概述

一、 系统现状

视频矩阵在安防领域有十分广泛的应用，在现有产品中，绝大多数都是传统的模拟视频矩阵。随着近年来数字技术的高速发展，软硬件水平的提高，不断有高性能的DSP和更高速的总线得到应用，使基于数字技术的视频矩阵方案能够得以实现。同时，得益于数字视频处理技术的强大功能，数字视频矩阵的优势逐渐显现，我们有理由相信，数字视频矩阵将成为安防业中新兴的一个热点，也将是视频矩阵以后的一个发展趋势。

随着数字技术的高速发展，软硬件水平的提高，不断有高性能的DSP和高速的总线得到应用，使基于数字技术的视频矩阵方案能够得以实现。数字视频矩阵将是安防业中新兴的一个热点，也将是视频矩阵以后的一个发展趋势。

二、 研究使用环境

近年来，由于硬盘录像机具有了实时操作系统;软件固化在FLASH中，不可修改;结构简单紧凑，体积小等特点，追求更加专业、实用。随着视音频编码技术的成熟，产品功能的不断完善，应用领域在不断拓宽，嵌入式硬盘录像机的市场需求成倍增长;

另外DVR产品集合了录像机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制、网络传输等多种模拟电视监控系统中矩阵的功能于一身，从而深受按防监控业的欢迎，其中，DVR在图像储存、搜索、传输等方面的优势，使得产品被大量运用在视频监控领域。

第二章　监控视频矩阵的整体技术现状

第一节 视频矩阵的介绍

一、 视频矩阵的基本功能和要求

任何一个安防系统，控制设备是核心，视频矩阵是典型。它不仅决定了电视监控系统的容量(可监控图像的数量)、系统的模式(视频网络的拓朴结构)、系统的控制方式(控制网络的结构、编码规则)和显示方式(直接观察图像的数量、时序的间隔与顺序)，确定了电视监控系统与安防其它子系统的集成方式(非可视信息与图像的相互关系、各种功能的联动)，还是安防系统的统一的操作平台(人机交互界面)，特别是通过多媒体界面实现图形化管理(GUI)，它的网络接口可以实现安防系统的远程管理。一个好的矩阵几乎可以实现安防系统所有的功能要求。因此，可以说：熟悉了矩阵就熟悉安防系统、用好了矩阵就可以灵活地构成多种实用的安防系统。

视频矩阵是电视技术在实时监控领域应用和推广的体现，顺应电视技术的进步而产生和发展。了解和探索电视监控技术以及安防技术的进步过程和发展趋势，展望其未来，观察视频矩阵可窥一斑而知全貌。

电视监控系统的信息流是模拟的视频基带信号。电视监控从几个图像的一对一显示、或顺序显示发展到几百路甚至更多的图像系统，必须解决的一个问题是大量视频信息的分配、切换和显示，以及如何实现视频信息的资源共享。随其应运而生，完成这个功能的设备就是视频矩阵。可以说视频矩阵是电视监控系统由小到大发展的必然结果。它实现视频信号的交汇、附加信息的叠加、系统功能的遥控和控制。但最基本的功能是建立信源(摄像机)到信宿(视频监视器)电气上的直接连接(物理连接)，或在它们之间建立视频通道。

视频矩阵基本上采用模块式设计，由输入、输出、CPM和PSM几个单元组成。输入模块完成视频信号的切换(视频通道的建立);输出模块进行附加信息(时间、地理、状态)的迭加，输入和输出模块及其数量可以根据系统的规模来配置。CPM单元是矩阵的中枢，它实现人机交互，控制输入、输出模块的运行;形成控制信号，实现系统的遥控和控制;同时还要有多媒体计算机接口、与其它安防子系统(报警、出入管理)的接口和网络接口;PSM是设备的供电单元。

它的基本特征是：所有的图像(视频信号)都传送到一个中心点，连接到一个中心设备上，这个点、这个设备就是视频矩阵。通过矩阵对图像(视频信号)的切换和分配功能，实现各种显示方式，并将图像传送至其它需要共享图像资源的地点，它的网络结构是标准的星形结构。目前无论系统规模的大小(大至千路、小到几路)，大多数电视监控系统采用这种模式。所以人们把视频矩阵看作经典系统(模拟信号、集总式结构)的标志。利用矩阵还可以构成多级星形结构，也是集总式系统的一种形式，适用于分级管理的场合。

作为视频矩阵，最重要的一个功能就是实现对输入视频图像的切换输出。准确概括那就是：将视频图像从任意一个输入通道切换到任意一个输出通道显示。一般来讲,一个M×N矩阵：表示它可以同时支持M路图像输入和N路图像输出。这里需要强调的是必须要做到任意，即任意的一个输入和任意的一个输出。

另外，一个矩阵系统通常还应该包括以下基本功能：字符信号叠加;解码器接口以控制云台和摄像机;报警器接口;控制主机，以及音频控制箱、报警接口箱、控制键盘等附件。对国内用户来说，字符叠加应为全中文，以方便不懂英文的操作人员使用，矩阵系统还需要支持级联，来实现更高的容量，为了适应不同用户对矩阵系统容量的要求，矩阵系统应该支持模块化和即插即用(PnP)的，可以通过增加或减少视频输入、输出卡来实现不同容量的组合。 矩阵系统的发展方向是多功能、大容量、可联网以及可进行远程切换。一般而言矩阵系统的容量达到64×16即为大容量矩阵。如果需要更大容量的矩阵系统，也可以通过多台矩阵系统级联来实现。

以视频矩阵为中心建立的电视监控系统具有以下特点：

1、系统(视频矩阵位于的监控中心)拥有最完整的资源，它不仅可同时获得系统的全部图像信号，而且拥有系统最大的带宽(等于总路数乘上每路的视频带宽)，所以可以充分地实现系统和设备的技术能力，特别是摄像机的技术能力，获得很高的技术指标。

2、最佳的观察效果，系统可以实时地、以现行电视制式显示、观察任何图像，符合人们的视觉习惯。

3、最小的系统开销，远距离传输和传输过程中的干扰问题是模拟系统的弱势之处。主要是由于带宽的限制、及干扰对模拟信号劣化的不可修复性。

4、技术成熟、相关产品的配套性好、技术标准完备，用户可有多种选择。

二、 视频矩阵的分类

按实现视频切换的不同方式，视频矩阵分为模拟矩阵和数字矩阵。

模拟矩阵：视频切换在模拟视频层完成。信号切换主要是采用单片机或更复杂的芯片控制模拟开关实现。

数字矩阵：视频切换在数字视频层完成，这个过程可以是同步的也可以是异步的。数字矩阵的核心是对数字视频的处理，需要在视频输入端增加AD转换，将模拟信号变为数字信号，在视频输出端增加DA转换，将数字信号转换为模拟信号输出。视频切换的核心部分由模拟矩阵的模拟开关，变将成了对数字视频的处理和传输。

第二节 视频矩阵的工作方式和基本概念构架

一、 视频矩阵的工作方式

视频矩阵基本上采用模块式设计，由输入、输出、CPM和PSM几个单元组成。输入模块完成视频信号的切换(视频通道的建立);输出模块进行附加信息(时间、地理、状态)的迭加，输入和输出模块及其数量可以根据系统的规模来配置。CPM单元是矩阵的中枢，它实现人机交互，控制输入、输出模块的运行;形成控制信号，实现系统的遥控和控制;同时还要有多媒体计算机接口、与其它安防子系统(报警、出入管理)的接口和网络接口;PSM是设备的供电单元。

安防系统中所有的图像(视频信号)都传送到一个中心点，连接到一个中心设备上，这个点、这个设备就是视频矩阵。通过矩阵对图像(视频信号)的切换和分配功能，实现各种显示方式，并将图像传送至其它需要共享图像资源的地点，它的网络结构是标准的星形结构。目前无论系统规模的大小(大至千路、小到几路)，大多数电视监控系统采用这种模式。

二、 视频矩阵的构架

传统的以模拟视频矩阵为中心的CCTV系统拓扑图：

以模拟视频矩阵为中心的CCTV系统的架构流程图为：

将所有的视频信号进入视频分配器，将视频信号一分为二，一路视频信号进入DVR做录像作用，一路进入模拟矩阵，因为除了小型的模拟矩阵外不能单独存在，必须使用模拟矩阵键盘来进行控制、切换以及其他的操作等。若需要将多个视频信号在同一监视器上显示，则需要一个画面分割器，当中若是需要传输音频则必须再加装音频模块，然后进入电视墙

那么这其中涉及的硬件环节有：

必须件：
● 视频分配器
● 模拟矩阵
● 模拟矩阵键盘
● 多余线材
● 硬盘录像机

其他配件：
● 画面分割器
● 音频模块

以数字视频矩阵为中心的CCTV系统拓扑图：

以数字视频矩阵为中心的CCTV系统的架构流程图为：

将视频信号直接进入DMS(数字矩阵)，数字矩阵直接将视频输出到电视墙，所有的操作均可使用鼠标和键盘进行控制，当然若从使用快捷和操作性来看也能通过数字矩阵键盘来直接控制云台、快球、矩阵切换等。因为DMS(数字矩阵)本身具有多画面结合功能和音频功能，那么在需要这类需求的场合就无需增加任何其他硬件。

那么其中涉及的中间硬件环节有：

必须件：
数字矩阵（硬盘录像机＋矩阵模块）

其他辅助配件：
数字矩阵键盘

…………

完整下载：安防系统中模拟矩阵与数字矩阵的研究.doc

来源：上海冠林银保科技有限公司

来源：中国数字音视网