2013-07-22 10:05:29
來源：
浙江大華技術股份有限公司 產品經理 袁源
圍繞國家構建社會主義和諧社會的重大戰略部署，近幾年來全國范圍內開展了“應急體系”、“平安城市”、“智慧城市”、 “科技強警”等重大工程。安防視頻監控系統作為技術防范關鍵的物質手段，在應急管理體系、社會治安治理防控體系、物聯網、智慧城市等多個方面發揮著重要的作用。同時，視頻監控系統的技術也在不斷地進步。
矩陣的發展演變
一個完整的安防視頻監控系統，可以分成信號采集、信號傳輸、信號交換與處理、信號顯示、信號存儲這5大模塊，而信號交換與處理這個模塊，一般是由安裝于監控中心的設備來完成的，需要為數量繁多、種類各異的視頻信號提供交換功能。矩陣是模擬視頻監控系統的核心組成部分，其最基本的功能就是將視頻圖像從任意一個輸入通道切換到任意一個輸出通道輸出，它具有完備的切換能力，可以在任意的監視器上顯示任意攝象機的圖象和與之對應的音頻，一般應用于各種大中型地監控系統中，可以對所有的前端攝象機云臺和鏡頭的操作進行控制。傳統矩陣作為監控中心核心設備已經存在許多年了，而隨著時代的發展，科技的進步，視頻監控系統和矩陣的形態也在發生著變化。
隨著高清數字視頻信號處理技術、網絡技術以及計算機圖像處理技術的發展，矩陣類產品出現了一些新的變化和趨勢。個人總結，目前市場上的矩陣類產品有如下三種：
Ÿ 傳統的模擬矩陣，僅支持模擬信號的輸入輸出以及交換
Ÿ 全高清信號矩陣，支持HD-SDI/DVI/HDMI/VGA/YPbPr等多種高清信號輸入輸出以及交換
Ÿ 數模信號、高/標清信號混合的矩陣，支持標/高清、模擬、數字、網絡各種信號的輸入輸出以及交換
不同類型的矩陣主要區別是信號交換的方式不同，模擬矩陣基于模擬電路交換技術，數字高清矩陣基于高速串行數字電路交換技術，支持IP信號的矩陣還要涉及到視頻信號編碼解碼技術。
提升綜合應用能是其發展的必由之路
從實際應用來看，例如：平安城市的建設，引發了大規模視頻監控的應用需求，如：數萬到數十萬個監控點；數量眾多的分控中心；錯綜復雜的聯網拓撲結構和權限需求；種類多樣的信號接入；越來越復雜的后臺存儲和應用，這就要求監控系統必須滿足任意攝像機的遠距離調用和共享、圖像資料的存儲和檢索、圖像信號的高質量無損傳輸、復雜的用戶和權限管理。傳統的監控系統使用模擬信號傳輸圖像，監控中心交換設備是模擬視頻矩陣,隨著TCP/IP技術的發展,基于MPEG4\H.264編碼技術，通過以太網傳輸信號的全數字網絡監控系統也得到了廣泛的應用 ,同時還有使用HD-SDI傳輸技術的數字全高清全實時監控系統。但這些系統都有其局限性：模擬系統實時性優秀而清晰度不足，基于編解碼技術網絡系統可以滿足高清視頻信號的需求但是在實時性上又稍遜一籌，使用HD-SDI技術的系統可以滿足清晰度和實時性的要求但是對布線要求高，設備造價昂貴。在現階段，任意一種基于單一信號傳輸技術的視頻監控系統都無法滿足日益復雜的大規模監控需求。在一個大/中型監控系統中，一般都會存在多種信號采集/傳輸的需求，特別是隨著高清視頻信號采集與處理技術的發展,在監控系統的中心節點,對多平臺的整合,多業務的融合以及多信號兼容能力的要求，被提到了一個前所未有的高度。監控系統中心交換設備發展多業務接入,高兼容性,高速處理以及智能化、綜合應用能力將是必由之路。
針對IP視頻以及高清視頻信號，傳統模擬矩陣無法直接處理，對于HD-SDI技術，監控中心需要使用專用的SDI矩陣，在全IP技術傳輸的監控系統中，傳統矩陣的視頻信號交換功能交由了網絡交換與路由設備實現，由軟件統一管理，因此未來傳統模擬矩陣的市場份額將會有很大減少，同時高清化、數字化、智能化也將成為未來矩陣的發展方向。雖然形式上發生了變化，但傳統矩陣的系統理念將在未來的矩陣產品上得到延續，矩陣的核心價值沒有變化，仍然是為視頻信號提供交換服務的設備，只是各種視頻信號的格式以及傳輸介質與早期監控系統基本全是CVBS信號的時代有所不同。基于這些原因，支持網絡信號和高清數字信號以及智能應用的矩陣產品一定會有很好的市場前景，矩陣作為視頻監控系統的核心設備，有其不可替代的價值和地位。
視頻信號處理與交換系統架構設計
從市場和用戶的實際需求出發，個人認為，理想的視頻信號處理與交換系統架構的設計原則如下：
數字化原則：數字化技術是保證圖像質量的基礎，數字化可以保證音視頻信號經多級傳輸后不產生衰減，數字化將有利于系統擴展和維護，同時能夠較好的做到跨平臺兼容；
高帶寬設計原則：整個視頻信號交換系統必須考慮的能力是高帶寬交換能力。系統能夠為各種信號提供充足的帶寬，并且所有的帶寬可分配將有效提高系統的處理能力、兼容性以及可擴容性。可靠的高帶寬交換能力是系統實現高性能的有效保證；
分層設計原則：與網絡系統分層類似，復雜傳輸交換系統必須有效分層，對于監控系統來說，可以簡單分為三層：物理鏈路層、傳輸交換層、應用處理層。各層功能相對獨立，各層因技術進步做出的改動不會影響到其他層，從而保持體 系結構的穩定性，而層與層之間的交換決定了系統的靈活性；
多業務融合原則：由于現階段視頻監控系統的技術架構日益復雜，特別是多種信號采集和傳輸的方式同時共存，因此系統不僅應該能夠支持單一種類信號的接入、交換和應用，還包括兼容多種技術多種形式的信號，所以系統必須統一考慮多種業務；
平臺性原則：將監控系統多種視頻格式（包括高清格式）接入、多種處理方法、多種業務應用等需求統一在一個平臺上，可以顯著地提高系統擴展性，從而達到系統資源的共享、避免重復投資；
安全性原則：監控傳輸系統必須保障信號的真實性、安全性以及傳播受控等基本要求，尤其是公共安全領域的應用；
可持續發展原則：隨著監控系統建設的復雜性越來越高、規模越來越大，技術發展越來越快，為了保護投資，節約資源系統，系統的兼容性、可持續擴容、不斷發展的能力成為系統生命力的關鍵。
能夠實現上述的系統架構和技術需求，同時兼容高\標清信號以及網絡信號的數字矩陣設計難度比傳統矩陣要大，市面上已有的混合數字矩陣產品的設計比較多樣化，各個廠家有自己的一些特色。
大華M60視頻綜合平臺解析
在這樣的市場環境和技術背景下，浙江大華技術股份有限公司推出了M60視頻綜合平臺，這是一套監控中心設備，它的定位是整個監控系統的視頻信號交換核心。它的推出建立在大華對市場和用戶需求深刻了解的基礎上，整套系統集成了大華在視頻監控鄰域多年的技術沉淀。針對這套設備，我們可以從三個方面了解它：
1、 首先，大華M60系統是一套電信級數字矩陣，是大路數視頻信號交換處理系統，兼容幾乎所有的音視頻信號，具有強大的級聯擴展能力，支持大屏拼接，解碼上墻。大華M60系統摒棄了傳統矩陣監控設備的模擬信號設計思路，使用了全數字化的方案。模擬監控系統由于信號多次模數/數模轉換以及多級電路連接會導致無法避免的圖像質量損失和劣化，而且抗干擾能力差。使用全數字化設計的大華M60系統則避免了模擬監控系統的這些問題。整套系統基于ATCA高級電信計算標準設計，模塊化插卡式結構，背板帶寬高達800Gbps，系統架構先進，穩定性高，針對各種業務設計了不同的板卡，可根據實際需求靈活配置。
M60的信號輸入輸出能力分3類
a) 對于模擬D1同軸電纜信號，通過不同的板卡組合，單機支持128*96、 160*60 、192*48 、256*24矩陣交換；
b) 對于全高清非壓縮1080p信號，通過不同的板卡組合，單機支持64*16、40*40矩陣交換；
c) 對于網絡碼流，高清1080P碼流單機支持80*80矩陣交換，模擬D1碼流單機支持320*320矩陣交換；
d) 以上的接入方式可以分類組合，提供更復雜的應用。而且除了單機應用，M60還支持光纖級聯以及IP級聯兩種方式，可多臺設備級聯使用，大規模組網。通過級聯方式支持幾乎無限的輸入與輸出。
2、 其次，大華M60系統不僅僅是一套矩陣設備，它還是一套智能視頻業務處理設備。大華M60系統既提供了傳統矩陣的信號交換能力，又提供了多樣化的視頻業務處理能力。它的主控板使用64位4核處理器，主頻高達3G以上，所有的業務卡都有專用視頻信號處理芯片，可以在提供信號接入的同時實現編碼解碼，轉發碼流預覽/存儲，云臺/球機控制，大屏拼接控制，智能分析，報警聯動等多樣化的業務，并支持外接直連存儲設備以及網絡存儲設備。對于用戶來說，M60實現了6大功能整合，用戶可以把這套設備看成模擬/高清矩陣+編/解碼器陣列+流媒體服務器+矩陣聯網服務器+大屏拼接器+智能視頻分析設備6大功能的組合體；整個系統具有強大的擴展能力，實現了視頻監控業務的高度整合，既節省了用戶購買設備的成本，又降低了系統長期運行的場地和能源開銷。
3、 大華M60系統不僅能提供全數字、全高清信號的處理能力，它還能兼容模擬監控系統。它具備模擬輸入輸出接口板以及RS232/485接口，內置模擬矩陣協議，兼容Pelco，霍尼韋爾等主流模擬矩陣,可與原有的模擬監控系統無縫結合，并支持不同品牌和型號之間的矩陣聯網，支持市面上大多數云臺和球機，可以大大節約用戶擴建老系統的成本。
在產品的設計上， M60采用了模塊化、高穩定性設計，對于作為監控中心核心匯聚點，提供多種視頻信號交換的設備，這是必不可少的
首先，系統功能的模塊化設計，可以根據項目實際需求對產品進行配置，比較靈活。而熱拔插以及冗余設計可以提高穩定性和可靠性，例如雙電源冗余、散熱風扇冗余。模塊化和熱拔插功能保證了系統某個功能模塊損壞時不會導致整機停機維修。
其次系統在設計上針對信號接口以及電源進行了保護也，可以提高系統整體穩定性，例如對數據信號進行光電隔離保護，電源防雷防浪涌設計等。
最后，根據產品的使用環境和客戶要求選擇高等級的元器件來保證穩定性，由于此類產品的目標客戶群體對系統穩定性有較高要求，因此在設計產品時就考慮采用比常規產品更高等級的元器件，保證高可靠性。
總的來說，大華M60系統的核心優勢是多業務整合能力、多信號兼容能力、以及強大的擴展能力。M60可以一機多用，代替傳統的矩陣、編解碼器、拼接控制器、存儲\轉發服務。通過在系統中部署M60，可以使用戶擺脫早期數模混合、高\標清混合監控系統中設備種類數量繁多、連接拓撲復雜、部署維護成本高昂等等種種困擾，同時能有效減少用戶IP\機柜空間開銷。
未來，視頻矩陣將朝高清化、集成化、平臺化方向發展
縱觀過去，展望未來，視頻矩陣功能的高清化、集成化、智能化、平臺化將會成為趨勢，個人認為原因如下：
首先，前面已經提到，由于目前的視頻信號的傳輸方式是多樣化的，因此矩陣作為視頻信號在監控中心匯聚點的交換設備，必然要兼容多種信號，同時網絡信號和其他的諸如SDI/DVI/VGA/CVBS等電纜接入信號在處理方式又有較大的區別，由此需要設計多種信號處理模塊，矩陣的功能也越來越多樣化；
其次，現代監控系統的規模越來越大，視頻路數越來越多，這也對矩陣這類監控中心匯聚設備的集成度提出了越來越高的要求，對系統集成度要求的提高必然導致單個設備功能多樣化的需求，目前很多矩陣產品將大屏拼接、編解碼功能集成在系統內就是很好的例子。
最后，同時也是最重要的一點，平安城市、智慧城市概念以及物聯網技術的發展，使得視頻監控系統從早期的僅僅提供清晰的，可控制的圖像到目前的越來越多的面向用戶實戰需求、面向各種業務處理以及智能化應用發展。用戶的需求也由早期的需要機器設備提供清晰可用的視頻信號發展到了需要機器設備在原始視頻信號的基礎上提供更多的實戰應用；面對越來越海量的設備和信息，用戶越來越多的需要通過智能化應用，用機器代替人力協助處理信息，人工智能可以對信息進行識別、統計、歸納、挖掘等處理，輔助使用者進行決策，擺脫過去諸如人工視頻巡檢、監看、設備維護等這種繁重的體力勞動。由此，矩陣也從早期的只提供原始視頻信號以及交換功能向提供更多的上層應用轉變，在提供視頻信號交換傳輸的基礎上加載更多應用需求，從而促使矩陣向平臺化發展。
