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數字視頻矩陣技術原理與應用優(yōu)勢分析

2010/12/14

　　隨著電視技術向數字化發(fā)展，電視監(jiān)控行業(yè)也出現(xiàn)了很多數字設備，數字系統(tǒng)已成為目前的熱點，于是出現(xiàn)了數字視頻矩陣的概念，一些廠家也推出了純數字視頻矩陣設備。

數字視頻矩陣技術原理

　　目前數字化系統(tǒng)主要有下面兩種情況：

　　一是按著模擬視頻矩陣的概念，對輸入的數字視頻信號(數據流)建立通道式的連接(多少入對多少出)，這樣的設備主要用在電視演播室中，它所適應的系統(tǒng)(網絡)結構是集總式的，但采用這種結構在安防行業(yè)的電視監(jiān)控系統(tǒng)很少采用。

　　另一種方式是在LAN的環(huán)境下，利用DVR、視頻網關或采用IP攝像機使圖像源數字化，通過網絡交換機來實現(xiàn)數字流的切換，這時系統(tǒng)的輸出可認為是B/S或C/S結構中的客戶機，它沒有在輸入和輸出信號之間建立一個傳輸通道，實質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，輸出則可能是數字信號或模擬信號。這是一種分布式結構，其特點是：

　　數字視頻信號在多次傳輸、記錄和處理過程中，圖像質量不會降低。同時，既能實現(xiàn)分布式存貯和本地控制，又能做到集中的圖像調用、記錄和統(tǒng)一地管理，圖像檢索處理比較方便，比如做多畫面分割，車牌號識別等，這些圖像處理采用模擬技術很難或者無法實現(xiàn);

　　網絡布線方便，可以充分利用建筑內預留的數據網絡。便于與廣域網連接，實現(xiàn)遠程監(jiān)控;

　　系統(tǒng)的可擴展性和可升級性好，保密性強。

　　但其仍存在一些亟待提高的問題：中心監(jiān)控室不能同時獲得系統(tǒng)全部的實時圖像。圖像質量(分辨能力清晰度、連續(xù)性、圖像還原性)都還達不到模擬系統(tǒng)的水平。更重要的一點是，產品尚未完全成熟、接口關系不統(tǒng)一(特別是視頻編解碼算法)還沒有形成基本的標準和統(tǒng)一。盡管如此，這種方式將是電視監(jiān)控系統(tǒng)從模擬向數字化過渡的最佳且必然的途徑。

　　現(xiàn)在市場上銷售的視頻矩陣主機，很大一部分還是傳統(tǒng)的模擬視頻矩陣，數字矩陣只是其中的少部分，隨著技術的進步和安防產品的數字化進程，不可否認，數字矩陣主機將是未來的發(fā)展趨勢。在數字矩陣面臨很多問題沒有完全解決之前，模擬矩陣和數字矩陣將會在市場上共存。

數字視頻矩陣應用優(yōu)勢

　　1、成本優(yōu)勢：視頻矩陣和DVR合二為一

　　采用數字視頻矩陣方案，只需一臺設備就可以同時實現(xiàn)視頻矩陣和DVR的功能，大大的節(jié)省了成本。對矩陣的控制和DVR的控制集成在一起，方便靈活。如果采用模擬矩陣，至少需要一臺矩陣主機和一臺DVR主機，安裝調試復雜，除了DVR的成本外，還要為模擬矩陣付出高額的成本。此外，對于模擬矩陣的控制，可能還需要外接其他設備，比如顯示設備、矩陣控制器，矩陣控制鍵盤等，有些復雜的功能甚至需要專門的PC機來進行配置。模擬矩陣的方案還需要視頻信號的分配、復用設備來實現(xiàn)DVR的錄像功能，而采用數字矩陣，則只需在DVR的基礎之上，增加簡單的矩陣模塊即可，成本相對低廉，且數字矩陣、錄像系統(tǒng)的集成度高，穩(wěn)定性增強，也降低了以后維護的成本。

　　2、功能優(yōu)勢：配置靈活，功能強大，簡單易用

　　在模擬矩陣+DVR方案中，矩陣和DVR各自為政，需要分別控制，模擬矩陣提供的操作方式復雜，易操作性很差，且功能單一，如果要實現(xiàn)比較復雜的功能，需要很繁瑣的操作流程;而采用數字矩陣，通過一個控制平臺即可實現(xiàn)對切換矩陣和DVR的同時控制，操作界面可由二次開發(fā)商在Windows或Linux下自由開發(fā)，可以根據自己客戶的需求定制應用程序，定制各種功能，所構建的系統(tǒng)，完全取決于開發(fā)商自己的軟件。

　　在數字矩陣中，基于對圖像的數字處理：可以在實現(xiàn)視頻切換的同時，對圖像進行很多處理，比如疊加字符、疊加圖像，區(qū)域遮蓋等，這些都是目前DVR所普遍具有的功能，但是對于模擬矩陣，由于它的核心是基于模擬信號的處理，在面對這些功能時，則顯得力不從心。這里以字符疊加功能為例，模擬矩陣往往需要外接字符疊加芯片來實現(xiàn)，通常只能實現(xiàn)ASCII碼也就是英文字符的疊加，而能夠實現(xiàn)漢字疊加的模擬則可以說是寥寥無幾，更不用說同時支持簡體、繁體，甚至日文了。至于圖像疊加等功能，在模擬信號層基本是無法實現(xiàn)的。

　　數字矩陣可以提供更豐富的圖像顯示模式。傳統(tǒng)的模擬矩陣只能進行最簡單的1:1的圖像輸出;而數字矩陣在此基礎上還可以實現(xiàn)N→1(通過對圖像的縮放處理，可以實現(xiàn)多路圖像在一個窗口顯示)和1→N(一個輸入圖像同時在多個輸出端顯示)的顯示方式，甚至是畫中畫等高級功能。

　　最后是系統(tǒng)穩(wěn)定性，數字矩陣+DVR的方案，系統(tǒng)集成度高、功耗低，穩(wěn)定性高;而采用模擬矩陣方案，由于需要多臺設備，出問題的概率則大大增加。

　　3、潛力：發(fā)展空間巨大

　　模擬矩陣控制系統(tǒng)目前已經非常成熟，其產品的結構和功能在近幾年，甚至是十幾年內，都沒有發(fā)生大的變化，可挖掘的潛力已經十分有限。

　　而數字矩陣則完全不同，目前數字技術的發(fā)展可以用日新月異、前途廣闊來形容。首先，隨著硬件性能的提高，在高速總線方面：66M的PCI總線已經很成熟和普及，比如PCI-E或其它的高速串行總線也不斷的提出;在芯片技術上：已經出現(xiàn)了600M、720M甚至是1GHz的高性能DSP，可以說，得益于硬件平臺性能的不斷提高，必然使數字矩陣的功能不斷的提升，不斷的向高端發(fā)展。與此同時，軟件的進步同樣不可忽略，不斷有新圖像的壓縮、處理算法提出，圖像壓縮的效率不斷提高，也不斷有更復雜、更智能的圖像處理算法得到應用，比如智能的移動檢測、智能識別技術(人臉識別，指紋識別、車牌識別、簽名識別)目前都已經有了比較成熟的應用，這些更高層次的圖像處理技術，利用目前硬件平臺，已經可以應用到我們的數字視頻系統(tǒng)中。因此隨著軟、硬件水平的的飛速提高，我們有理由相信，數字矩陣的發(fā)展空間會非常廣，無論是在性能上還是在功能上必然會全面超過模擬矩陣。

　　4、二次開發(fā)簡單、便捷

　　和以前的H卡和D卡分別使用各自的SDK不同，新的SDK將同時支持H卡、HC卡和MD卡。只需通過一個SDK即可以同時實現(xiàn)編碼、解碼、和矩陣控制，新的SDK中編碼、解碼部分和原有SDK中的編碼、解碼部分兼容，用戶只需增加矩陣控制部分即可，極大的降低了用戶進行二次開發(fā)的復雜性。同時：H卡、HC卡和MD卡可以混插，便于對現(xiàn)有的工程進行維護和擴展。

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