A&S《INSTALLER安防工程商》連續(xù)作了一些產(chǎn)品的測試，選題很好，幾個測試內(nèi)容也抓的很準。特別是近幾期的視頻矩陣，通過幾個品牌產(chǎn)品的測試，配合一些專業(yè)文章的論述(可參考INSTALLER第14期 P84~100)，抓住了電視監(jiān)控系統(tǒng)的綱。綱舉目張，既較全面地推介了產(chǎn)品，又廓清了電視監(jiān)控技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)備的發(fā)展過程和趨勢。是電視監(jiān)控類產(chǎn)品測試的點睛之筆。筆者也因此有感，對視頻矩陣發(fā)表幾點看法。

視頻矩陣是電視監(jiān)控系統(tǒng)的核心
任何一個安防系統(tǒng)，控制設(shè)備是核心，視頻矩陣是典型。它不僅決定了電視監(jiān)控系統(tǒng)的容量（可監(jiān)控圖像的數(shù)量）、系統(tǒng)的模式（視頻網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)）、系統(tǒng)的控制方式（控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、編碼規(guī)則）和顯示方式（直接觀察圖像的數(shù)量、時序的間隔與順序），確定了電視監(jiān)控系統(tǒng)與安防其它子系統(tǒng)的集成方式（非可視信息與圖像的相互關(guān)系、各種功能的聯(lián)動），還是安防系統(tǒng)的統(tǒng)一的操作平臺（人機交互界面），特別是通過多媒體界面實現(xiàn)圖形化管理（GUI），它的網(wǎng)絡(luò)接口可以實現(xiàn)安防系統(tǒng)的遠程管理。一個好的矩陣幾乎可以實現(xiàn)安防系統(tǒng)所有的功能要求。因此，可以說：熟悉了矩陣就熟悉安防系統(tǒng)、用好了矩陣就可以靈活地構(gòu)成多種實用的安防系統(tǒng)。

視頻矩陣是電視技術(shù)在實時監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用和推廣的體現(xiàn)，順應(yīng)電視技術(shù)的進步而產(chǎn)生和發(fā)展。了解和探索電視監(jiān)控技術(shù)以及安防技術(shù)的進步過程和發(fā)展趨勢，展望其未來，觀察視頻矩陣可窺一斑而知全貌。

視頻矩陣經(jīng)典系統(tǒng)標志
所謂經(jīng)典系統(tǒng)就是從攝像到顯示直接連接的方式，系統(tǒng)的信息流是模擬的視頻基帶信號。電視監(jiān)控從幾個圖像的一對一顯示、或順序顯示發(fā)展到幾百路甚至更多的圖像系統(tǒng)，必須解決的一個問題是大量視頻信息的分配、切換和顯示，以及如何實現(xiàn)視頻信息的資源共享。隨其應(yīng)運而生，完成這個功能的設(shè)備就是視頻矩陣?？梢哉f視頻矩陣是電視監(jiān)控系統(tǒng)由小到大發(fā)展的必然結(jié)果。它實現(xiàn)視頻信號的交匯、附加信息的疊加、系統(tǒng)功能的遙控和控制。但最基本的功能是建立信源（攝像機）到信宿（視頻監(jiān)視器）電氣上的直接連接（物理連接），或在它們之間建立視頻通道。

視頻矩陣基本上采用模塊式設(shè)計，由輸入、輸出、CPM和PSM幾個單元組成。輸入模塊完成視頻信號的切換（視頻通道的建立）；輸出模塊進行附加信息（時間、地理、狀態(tài)）的迭加，輸入和輸出模塊及其數(shù)量可以根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模來配置。CPM單元是矩陣的中樞，它實現(xiàn)人機交互，控制輸入、輸出模塊的運行；形成控制信號，實現(xiàn)系統(tǒng)的遙控和控制；同時還要有多媒體計算機接口、與其它安防子系統(tǒng)（報警、出入管理）的接口和網(wǎng)絡(luò)接口；PSM是設(shè)備的供電單元；這樣的結(jié)構(gòu)和功能對越大型的系統(tǒng)越能表現(xiàn)出優(yōu)勢。

顯然這種系統(tǒng)建立在集總式結(jié)構(gòu)上是最經(jīng)典的，也是目前最常用的系統(tǒng)模式。它的基本特征是：所有的圖像（視頻信號）都傳送到一個中心點，連接到一個中心設(shè)備上，這個點、這個設(shè)備就是視頻矩陣。通過矩陣對圖像（視頻信號）的切換和分配功能，實現(xiàn)各種顯示方式，并將圖像傳送至其它需要共享圖像資源的地點，它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是標準的星形結(jié)構(gòu)。目前無論系統(tǒng)規(guī)模的大?。ù笾燎贰⑿〉綆茁罚?，大多數(shù)電視監(jiān)控系統(tǒng)采用這種模式。所以人們把視頻矩陣看作經(jīng)典系統(tǒng)（模擬信號、集總式結(jié)構(gòu)）的標志。利用矩陣還可以構(gòu)成多級星形結(jié)構(gòu)，也是集總式系統(tǒng)的一種形式，適用于分級管理的場合。但它實現(xiàn)系統(tǒng)圖像資源的充分共享比較困難。[nextpage]

以視頻矩陣為中心建立的電視監(jiān)控系統(tǒng)具有以下特點
1、系統(tǒng)（視頻矩陣位于的監(jiān)控中心）擁有最完整的資源，它不僅可同時獲得系統(tǒng)的全部圖像信號，而且擁有系統(tǒng)最大的帶寬（等于總路數(shù)乘上每路的視頻帶寬），所以可以充分地實現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備的技術(shù)能力，特別是攝像機的技術(shù)能力，獲得很高的技術(shù)指標?！?/P>

2、最佳的觀察效果，系統(tǒng)可以實時地、以現(xiàn)行電視制式顯示、觀察任何圖像，符合人們的視覺習慣。目前，大多數(shù)字系統(tǒng)還達不到這樣圖像的效果。

3、最小的系統(tǒng)開銷，遠距離傳輸和傳輸過程中的干擾問題是模擬系統(tǒng)的弱勢之處。主要是由于帶寬的限制、及干擾對模擬信號劣化的不可修復(fù)性。但是、對于局域性的系統(tǒng)，這兩個問題的影響不太，模擬的集總式系統(tǒng)仍是獲得高質(zhì)量圖像開銷最低的方式。

4、技術(shù)成熟、相關(guān)產(chǎn)品的配套性好、技術(shù)標準完備，用戶可有多種選擇。

當然、它也有不足之處，例如視頻矩陣是設(shè)備系統(tǒng)的中心，也是系統(tǒng)可靠性的要點，出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致全系統(tǒng)失效；再者，模擬系統(tǒng)的可擴展性差。

數(shù)字視頻矩陣概念未明
隨著電視技術(shù)數(shù)字化的進程，電視監(jiān)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了一些數(shù)字設(shè)備，（全）數(shù)字系統(tǒng)成了一種時尚，于是出現(xiàn)了數(shù)字視頻矩陣的概念，一些廠家還推出了所謂數(shù)字視頻矩陣設(shè)備。嚴格地講，目前數(shù)字視頻矩陣還是一個不清楚的概念。首先，它的基本功能是什么?應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是什么?還都不清楚，至少在認識上還不統(tǒng)一。目前數(shù)字化系統(tǒng)主要有下面兩種情況：一是按著模擬視頻矩陣的概念，對輸入的數(shù)字視頻信號（數(shù)據(jù)流）建立通道式的連接（多少入對多少出），這樣的設(shè)備在電視演播室中早已有之。它所適應(yīng)的系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)）結(jié)構(gòu)是集總式的。但采用這種結(jié)構(gòu)（全數(shù)字流、集總式結(jié)構(gòu)）的電視監(jiān)控系統(tǒng)很少。另一種方式是在LAN的環(huán)境下，利用DVR、視頻網(wǎng)關(guān)或采用IP攝像機使圖像源數(shù)字化。通過網(wǎng)絡(luò)交換機來實現(xiàn)數(shù)字流的切換，這時系統(tǒng)的輸出可認為是B/S或C/S結(jié)構(gòu)中的客戶機，但這種切換不是建立實時的、直接的通道，是有延時的。這是一種分布式結(jié)構(gòu)（也有人稱為數(shù)?；旌戏绞剑奶攸c是：

1、數(shù)字視頻（圖像信息）在多次傳輸、記錄和處理過程中，不再降低圖質(zhì)量。同時，既能實現(xiàn)分布地存貯和本地控制，又能作到集中的圖像調(diào)用、記錄和統(tǒng)一地管理。圖像檢索方便，保密性強。

2、系統(tǒng)可以自主生成。便于與廣域網(wǎng)連接，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

3、系統(tǒng)的可擴展性和可升級性好。

但它存在一些亟待提高的問題：主要是中心監(jiān)控室不能同時獲得系統(tǒng)全部的實時圖像。圖像質(zhì)量（分辨能力、連續(xù)性）還達不到模擬系統(tǒng)的水平。更重要的一點是，產(chǎn)品尚不完全成熟、接口關(guān)系不統(tǒng)一、還沒有形成基本的標準和統(tǒng)一、科學的評價方法。盡管如此，這種方式將是電視監(jiān)控系統(tǒng)從模擬向數(shù)字化過渡的最佳途徑。

有些多輸出的數(shù)字視頻記錄設(shè)備稱自己為數(shù)字矩陣，它沒有在輸入和輸出信號之間建立一個傳輸通道，實質(zhì)上只是在并行地進行多路的圖像變換和編解碼處理，輸入和輸出之間的連接不是直接的（有變換），也不是實時的（有延遲）。而且輸入信號通常是模擬的視頻信號，輸出則可能是數(shù)字信號或模擬信號。[nextpage]

網(wǎng)絡(luò)是虛擬的矩陣

遠程監(jiān)控是電視監(jiān)控技術(shù)的一個重要發(fā)展方向，特別是IPv6的出現(xiàn)為其展示了更加廣闊的前景。利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境構(gòu)成電視監(jiān)控系統(tǒng)，信源與信宿之間的信號切換（聯(lián)通）不能由單一的硬件（矩陣）來完成。其實由硬件（路由器、交換機、服務(wù)器）和軟件（協(xié)議）所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境本身就是一個（IP地址之間的）大矩陣。在這個的基礎(chǔ)上，可以構(gòu)成虛擬的電視監(jiān)控系統(tǒng)專網(wǎng)，這就產(chǎn)生了虛擬視頻矩陣的概念。所謂虛擬矩陣是以網(wǎng)絡(luò)為媒介，通過TCP/IP和流媒體技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字圖像信號在網(wǎng)上多路復(fù)用的傳輸（它的路由是不確定的）。由于電視監(jiān)控系統(tǒng)通常要設(shè)置一個中心室，要有一臺視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來實現(xiàn)對整個系統(tǒng)（前端設(shè)備及需要通過該中心共享系統(tǒng)資源的設(shè)備）的管理和控制，而且要有足夠數(shù)量的圖像顯示在中心室的電視墻上（由監(jiān)視器或顯示器組成），該服務(wù)器就有了類似于視頻矩陣實現(xiàn)輸入（圖像信號）至輸出（顯示或共享設(shè)備）的切換功能和系統(tǒng)的控制功能。所以，有時稱其為網(wǎng)絡(luò)矩陣（IP MATRIX）。但是、有一個問題必須指出：系統(tǒng)中不被訪問的前端設(shè)備（IP），圖像信號是不被傳送的，由此帶來的延時對電視監(jiān)控的實時性要求可能是致命的。同時、由于數(shù)據(jù)率的限制，系統(tǒng)的圖像質(zhì)量（連續(xù)性、分辨率）也不高。IPv6可以實現(xiàn)永遠在線和提供更高的帶寬，為建立高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供了條件，特別是它具有無限的容量（無限的圖像源和無限的用戶）。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展將促進IP攝像機的規(guī)格化和兼容性的實現(xiàn)。

通過上面的論述，似乎可以對數(shù)字視頻矩陣提出一個概念性的定義；
1、 實現(xiàn)數(shù)字圖像信號的交換；
2、不同于模擬矩陣只是建立視頻信號的傳輸通道，不對視頻信號作任何處理。數(shù)字矩陣將對數(shù)字信號進行適當?shù)淖儞Q，其輸入信號與輸出信號的形態(tài)或格式可能會不同；
3、 系統(tǒng)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；
4、 數(shù)字矩陣可能不是一個具體的硬設(shè)備，而是具有特定功能的系統(tǒng)。

矩陣的評價
視頻（模擬）矩陣的評價方法已經(jīng)很完善，有明確的標準可依。數(shù)字視頻系統(tǒng)則不然。大多數(shù)產(chǎn)品還沒有技術(shù)標準，就連一些基本的參數(shù)也還存在不同的理解。本文主要是從模擬與數(shù)字視頻的差別，以及由此帶來的評價指標和方法不同來發(fā)表一些看法。

1、如上所述，視頻（模擬）矩陣就是一個傳輸通道，因此，可以把它作一個黑盒子，從視頻信號通過后的劣化程度來評價其性能（視頻通道的測試方法）。主要的指標有：

a. 帶寬、視頻矩陣最主要的指標、它影響圖像的分辨率。通常要求矩陣有超過8MHz的帶寬，并且有平坦的幅頻特性，以保證它有較小的相位失真。

b. 信噪比，反映電子開關(guān)對輸入圖像信號信噪比的影響。通常選用一個S/N大于70db的視頻信號作輸入，測量輸出信號的S/N，就是矩陣的信噪比。

c. 串擾、反映相鄰?fù)ǖ篱g視頻信號的互相干擾，它也表現(xiàn)為由于相鄰?fù)ǖ赖拇當_，致使測試通道的S/N的下降。因此，可能通過測量相鄰?fù)ǖ烙袩o視頻信號通過時，測試通道S/N的變化來計算出矩陣的串擾值。

d. 圖像的主觀評價、對于模擬視頻系統(tǒng)，主觀測試是非常重要和有效的。不僅是因為它可以反映觀察者的感覺，還因為模擬視頻的主觀測試是與客觀測試的結(jié)果是直接相對應(yīng)的。通過主觀測試可以對圖像的灰度、對比度，各種失真給出評價。。

2、數(shù)字系統(tǒng)不能采用上述的評價方法，因為系統(tǒng)的輸入與輸出可能不同。測試結(jié)果與圖像效果也不對應(yīng)，主要指標可以選擇以下幾個：

a. 圖像格式、數(shù)字系統(tǒng)的圖像格式和質(zhì)量等級是設(shè)定的，它基本上確定了圖像的分辨率和相關(guān)質(zhì)量，通常它并不受系統(tǒng)數(shù)據(jù)率（有時也稱帶寬）的限定，這是與模擬視頻不同的。

b. 數(shù)據(jù)率、是系統(tǒng)總資源的表示，與模擬系統(tǒng)的帶寬相對應(yīng)，但它限定圖像傳輸幀率，影響圖像的連續(xù)性。

c. 時延（響應(yīng)時間）、系統(tǒng)輸出與輸入建立通信及顯示圖像與現(xiàn)場圖像的延時。這個指標對于模擬系統(tǒng)是沒有的，但對于數(shù)字系統(tǒng)，特別是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是很重要的，它影響系統(tǒng)的實時性。

d. PSNR（峰值信噪比）、不同于模擬系統(tǒng)，它主要反映圖像在模/數(shù)轉(zhuǎn)換和壓縮編碼過程中，由于量化所引起的圖像平均能量的變化，來自外部的干擾對它的影響不大。

e.圖像的主觀評價，數(shù)字系統(tǒng)的主觀測試與客觀測試不是相對應(yīng)的，直接觀察的效果不能用于解釋客觀測試的結(jié)果。它主要是評價圖像在變換過程中（主要壓縮/解壓縮）出現(xiàn)的不良產(chǎn)物及其對圖像效果的影響，如像塊間的不平滑、運動目標的拖尾、亮、色分離等。

總之數(shù)字視頻系統(tǒng)的評價方法尚不完善，許多概念和標準還在研究和討論之中。這些方法和標準統(tǒng)一、規(guī)范了，所謂數(shù)字視頻矩陣的評價也就規(guī)范了（模擬系統(tǒng)也是這樣）。

視頻矩陣已是很成熟、完善、應(yīng)用很普及的產(chǎn)品了，可以從技術(shù)上給它作個總結(jié)了。它在電視監(jiān)控系統(tǒng)（安防系統(tǒng)）中的主導(dǎo)和主流地位（特別是在大型系統(tǒng)中）還會保持相當長的時間。數(shù)字系統(tǒng)是電視技術(shù)發(fā)展的必然，因此，會出現(xiàn)數(shù)字矩陣的概念和設(shè)備（系統(tǒng)），這是我們要研究的課題。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控是安防系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢，網(wǎng)絡(luò)的矩陣功能是可能成為數(shù)字矩陣的一個解決方案，讓我們拭目以待。