视频矩阵技术原理与应用

随着电视技术向数字化发展，电视监控行业也出现了很多数字设备，数字系统已成为目前的热点，于是出现了数字视频矩阵的概念，一些厂家也推出了纯数字视频矩阵设备。

数字视频矩阵技术原理

目前数字化系统主要有下面两种情况：

一是按着模拟视频矩阵的概念，对输入的数字视频信号(数据流)建立通道式的连接(多少入对多少出)，这样的设备主要用在电视演播室中，它所适应的系统(网络)结构是集总式的，但采用这种结构在安防行业的电视监控系统很少采用。

另一种方式是在LAN的环境下，利用DVR、视频网关或采用IP摄像机使图像源数字化，通过网络交换机来实现数字流的切换，这时系统的输出可认为是B/S或C/S结构中的客户机，它没有在输入和输出信号之间建立一个传输通道，实质上只是在并行地进行多路的图像变换和编解码处理，输入和输出之间的连接不是直接的(有变换)，也不是实时的(有延迟)。而且输入信号通常是模拟的视频信号，输出则可能是数字信号或模拟信号。这是一种分布式结构，其特点是：

数字视频信号在多次传输、记录和处理过程中，图像质量不会降低。同时，既能实现分布式存贮和本地控制，又能做到集中的图像调用、记录和统一地管理，图像检索处理比较方便，比如做多画面分割，车牌号识别等，这些图像处理采用模拟技术很难或者无法实现;

网络布线方便，可以充分利用建筑内预留的数据网络。便于与广域网连接，实现远程监控;

系统的可扩展性和可升级性好，保密性强。

但其仍存在一些亟待提高的问题：中心监控室不能同时获得系统全部的实时图像。图像质量(分辨能力清晰度、连续性、图像还原性)都还达不到模拟系统的水平。更重要的一点是，产品尚未完全成熟、接口关系不统一(特别是视频编解码算法)还没有形成基本的标准和统一。尽管如此，这种方式将是电视监控系统从模拟向数字化过渡的最佳且必然的途径。

现在市场上销售的视频矩阵主机，很大一部分还是传统的模拟视频矩阵，数字矩阵只是其中的少部分，随着技术的进步和安防产品的数字化进程，不可否认，数字矩阵主机将是未来的发展趋势。在数字矩阵面临很多问题没有完全解决之前，模拟矩阵和数字矩阵将会在市场上共存。

数字视频矩阵应用优势

1、成本优势：视频矩阵和DVR合二为一

采用数字视频矩阵方案，只需一台设备就可以同时实现视频矩阵和DVR的功能，大大的节省了成本。对矩阵的控制和DVR的控制集成在一起，方便灵活。如果采用模拟矩阵，至少需要一台矩阵主机和一台DVR主机，安装调试复杂，除了DVR的成本外，还要为模拟矩阵付出高额的成本。此外，对于模拟矩阵的控制，可能还需要外接其他设备，比如显示设备、矩阵控制器，矩阵控制键盘等，有些复杂的功能甚至需要专门的PC机来进行配置。模拟矩阵的方案还需要视频信号的分配、复用设备来实现DVR的录像功能，而采用数字矩阵，则只需在DVR的基础之上，增加简单的矩阵模块即可，成本相对低廉，且数字矩阵、录像系统的集成度高，稳定性增强，也降低了以后维护的成本。

2、功能优势：配置灵活，功能强大，简单易用

在模拟矩阵+DVR方案中，矩阵和DVR各自为政，需要分别控制，模拟矩阵提供的操作方式复杂，易操作性很差，且功能单一，如果要实现比较复杂的功能，需要很繁琐的操作流程;而采用数字矩阵，通过一个控制平台即可实现对切换矩阵和DVR的同时控制，操作界面可由二次开发商在Windows或Linux下自由开发，可以根据自己客户的需求定制应用程序，定制各种功能，所构建的系统，完全取决于开发商自己的软件。

在数字矩阵中，基于对图像的数字处理：可以在实现视频切换的同时，对图像进行很多处理，比如叠加字符、叠加图像，区域遮盖等，这些都是目前DVR所普遍具有的功能，但是对于模拟矩阵，由于它的核心是基于模拟信号的处理，在面对这些功能时，则显得力不从心。这里以字符叠加功能为例，模拟矩阵往往需要外接字符叠加芯片来实现，通常只能实现ASCII码也就是英文字符的叠加，而能够实现汉字叠加的模拟则可以说是寥寥无几，更不用说同时支持简体、繁体，甚至日文了。至于图像叠加等功能，在模拟信号层基本是无法实现的。

数字矩阵可以提供更丰富的图像显示模式。传统的模拟矩阵只能进行最简单的1:1的图像输出;而数字矩阵在此基础上还可以实现N→1(通过对图像的缩放处理，可以实现多路图像在一个窗口显示)和1→N(一个输入图像同时在多个输出端显示)的显示方式，甚至是画中画等高级功能。

最后是系统稳定性，数字矩阵+DVR的方案，系统集成度高、功耗低，稳定性高;而采用模拟矩阵方案，由于需要多台设备，出问题的概率则大大增加。

3、潜力：发展空间巨大

模拟矩阵控制系统目前已经非常成熟，其产品的结构和功能在近几年，甚至是十几年内，都没有发生大的变化，可挖掘的潜力已经十分有限。

而数字矩阵则完全不同，目前数字技术的发展可以用日新月异、前途广阔来形容。首先，随着硬件性能的提高，在高速总线方面：66M的PCI总线已经很成熟和普及，比如PCI-E或其它的高速串行总线也不断的提出;在芯片技术上：已经出现了600M、720M甚至是1GHz的高性能DSP，可以说，得益于硬件平台性能的不断提高，必然使数字矩阵的功能不断的提升，不断的向高端发展。与此同时，软件的进步同样不可忽略，不断有新图像的压缩、处理算法提出，图像压缩的效率不断提高，也不断有更复杂、更智能的图像处理算法得到应用，比如智能的移动检测、智能识别技术(人脸识别，指纹识别、车牌识别、签名识别)目前都已经有了比较成熟的应用，这些更高层次的图像处理技术，利用目前硬件平台，已经可以应用到我们的数字视频系统中。因此随着软、硬件水平的的飞速提高，我们有理由相信，数字矩阵的发展空间会非常广，无论是在性能上还是在功能上必然会全面超过模拟矩阵。

4、二次开发简单、便捷

和以前的H卡和D卡分别使用各自的SDK不同，新的SDK将同时支持H卡、HC卡和MD卡。只需通过一个SDK即可以同时实现编码、解码、和矩阵控制，新的SDK中编码、解码部分和原有SDK中的编码、解码部分兼容，用户只需增加矩阵控制部分即可，极大的降低了用户进行二次开发的复杂性。同时：H卡、HC卡和MD卡可以混插，便于对现有的工程进行维护和扩展。