數字高清矩陣直面安防挑戰(zhàn)

文/鄧曄

數字高清矩陣直面安防挑戰(zhàn)

文/鄧曄

矩陣發(fā)展歷程

矩陣，全稱矩陣切換控制器，作為負責視頻切換巡查和前端云鏡控制的核心設備，是大中型監(jiān)控系統中的常規(guī)配置產品，作為視頻監(jiān)控系統的核心組成部分之一，從上世紀九十年代初的模擬矩陣到而今如火如荼的數字矩陣/高清矩陣，已經發(fā)展了近二十年。在數字化網絡化趨勢不斷擴大的今天，仍然以其簡捷靈活的操作方式和實時清晰的顯示效果獲得用戶（特別是公安監(jiān)管/廠礦企業(yè)等側重實際指揮調度）的認可與肯定。

早年在國內模擬矩陣市場，由于彼時的民族企業(yè)缺乏核心技術以及安防行業(yè)的剛剛成型，使得我們所使用的矩陣品牌主要還是以國外為主。那時的矩陣都是整套系統引進，甚至連軟件界面都是英文的。經過數十年的摸索發(fā)展，國內企業(yè)漸漸掌握了模擬矩陣的核心技術研發(fā)能力，隨之也誕生了眾多民族品牌。隨著“911”恐怖襲擊事件的發(fā)生，視頻監(jiān)控行業(yè)迎來了巨大的發(fā)展機遇，攝像頭點位的增加使得矩陣在高密度結構設計上不斷推陳出新，目前單機容量大都實現256×32甚至256×64的超高密度。2006年正式啟動的“3111”平安城市建設工程將聯網矩陣系統推向前臺，經過多年的市場應用和效果評價，支持互聯互控型的網絡矩陣IP級聯系統成為方案設計的最高系統配置。

但隨著整個安防產品向網絡化、高清化的發(fā)展，原來市場主流的模擬矩陣面臨著前所未有的壓力。2000年以后，市場應用逐步升溫的數字視頻技術和智能控制技術也相繼開始與矩陣搭配使用，從而極大地豐富了矩陣原本單一傳統的應用面，數字矩陣、虛擬矩陣、網絡矩陣、智能矩陣、高清矩陣的觀念不斷地被廠家所提出。

何為數字高清矩陣

目前，數字高清矩陣成為業(yè)內宣傳主流。我們是否真正了解概念背后的本質？它與網絡矩陣（虛擬矩陣）是否存在著區(qū)別？

從廣義上來說，只要處理對象是數字視頻信號，不管是通過光纖或者網絡傳輸的，不管是壓縮方式還是非壓縮方式的，只要能夠實現交換控制功能的，在中心端實現屏幕墻圖像切換的主機設備產品都可以稱為數字矩陣。如果按照這個定義劃分，那么數字矩陣的家族可能會異常龐大。而網絡矩陣是以視頻編碼模塊代替模擬矩陣中的視頻輸入板，以視頻解碼模塊代替模擬矩陣中的視頻輸出板，從概念上來講，數字矩陣的范疇涵蓋了網絡矩陣（IP矩陣/以太網矩陣）。

而隨著高清視頻逐漸成為安防監(jiān)控系統的主流，數字高清矩陣也被推到前臺。數字高清矩陣目前包括兩種類型，一種是HD-SDI輸出格式的高清矩陣，另一種是基于IP網絡解碼的高清矩陣。與傳統模擬復合視頻矩陣相比，HD-SDI矩陣最突出的優(yōu)勢，是支持720P甚至1080P（3G-SDI）的無損非壓縮高清顯示，通過同軸線纜傳輸視頻，因為采用的是標準的廣電技術規(guī)范，所以端到端設備間的配套兼容沒有太大的問題。網絡高清矩陣可以實現對IP數字高清視頻的解碼顯示，適合目前監(jiān)控系統網絡化IP化的趨勢，通過以太網傳輸視頻。

數字高清矩陣市場現狀

目前研發(fā)數字高清矩陣的有兩大陣營，一類是傳統安防廠商，一類是廣電視聽廠商。前者的優(yōu)勢在于對于安防監(jiān)控系統的深刻理解，了解用戶的實際使用需求，同時在網絡高清產品上有相對成熟和經濟適用的整體解決方案；后者的優(yōu)勢在于對監(jiān)控中心高清切換顯示系統的技術積累。

大多數用戶對于數字高清矩陣的認識還比較模糊，不如對網絡矩陣的了解更簡單直接。這主要是由于在當前網絡視頻大行其道的市場趨勢下，網絡矩陣的指向性更明確，更容易被用戶接受認同，所以在很多場合和項目中，用戶接觸看到網絡矩陣的機會將更多更頻繁，競爭也更為激烈，主流的網絡視頻廠家雖然都有技術開發(fā)的能力，但大多在綜合管控的用戶需求和操作體驗上差強人意。而HDSDI高清矩陣通過多年的技術積累，已經擁有成熟的技術和穩(wěn)定的客戶群體，逐步從原先的電視臺、視聽中心等小范圍領域開始向安防監(jiān)控領域延伸，目前多應用在如銀行、交通等高端行業(yè)。因此如何將自身的HD-SDI高清矩陣融入到SDI整套解決系統里才是讓更多用戶接受的關鍵，SDI整套系統的市場占有率直接決定了HD-SDI高清矩陣的市場占有率。

作為矩陣國家行業(yè)標準第一起草單位，天地偉業(yè)一直堅持把矩陣作為核心產品線發(fā)展，模擬復合視頻矩陣占據了公司產品銷售的重要份額，目前在國內市場占有率名列前茅，而VGA/RGB/DVI等高分辨率矩陣產品線也逐漸完整，覆蓋大中小各種規(guī)格路數，可以滿足視聽行業(yè)的需求。隨著模擬視頻矩陣市場的增長放緩，高清矩陣正大幅增長，特別是網絡高清矩陣，HD-SDI矩陣由于是新興產品，市場尚未充分發(fā)育。

一流的安防企業(yè)應該以專業(yè)完善的端到端解決方案作為自己的競爭優(yōu)勢，圍繞SDI和網絡高清，除了矩陣，還提供前端攝像機、傳輸光端機、編碼器、管理平臺和存儲NVR等全系列產品，而且可提供完整的安裝部署調試維護的方案選型和技術指導，幫助工程商快速應用高清矩陣這一新產品。

數字高清矩陣的技術特色

在完整的監(jiān)控系統中，矩陣起到了視頻切換顯示的中流砥柱作用，高清監(jiān)控系統的建設核心思想是視頻更準確更智能的管理，屏幕墻的作用更加重要，配合大尺寸的顯示屏和拼接系統，用戶可以在和原先一樣的顯示區(qū)域看到更加清晰更加完整甚至更多數量的圖像畫面，幫助用戶提高日常管理和應急處置的效率。在監(jiān)控中心實現高清視頻的實時切換顯示，感受廣播級圖像效果，能有效提升系統性能。用戶對HD-SDI高清矩陣的高清實時切換、時鐘恢復和掉電記憶功能比較認可；而對網絡高清矩陣的IP解碼的便利性、靈活性和經濟性也比較推崇。

HD-SDI高清矩陣的技術核心是高清視頻信號切換和多格式兼容，不僅支持720P和1080P（3G-SDI）的無損非壓縮實時切換顯示，還具有兼容多種數字信號格式等能力，目前天地偉業(yè)等一線廠家推出的多格式高清矩陣不僅支持HD-SD信號輸入，還支持VGA/RGB/DVI等高分辨率信號的接入和顯示。此外，自適應線纜均衡、Genlock外同步視頻信號鎖相和極強的抗干擾能力等優(yōu)勢都可以讓傳統的安防用戶通過簡單方便的系統部署體驗到廣電級的視頻監(jiān)控效果。

網絡高清矩陣的技術核心是高清視頻的通用解碼兼容，不僅要兼容市面主流品牌網絡數字視頻，而且還要能實現130萬、200萬、300萬以及500萬等不同規(guī)格高清視頻的顯示，此外，還要保證高清網絡視頻解碼時的流暢性和低延時。

此外，還有一些廠家推出各具特色的高清數字矩陣。例如天地偉業(yè)的HD-SDI矩陣采用多卡模塊化設計（已獲得國家發(fā)明專利），可以組合配置出各種容量規(guī)格的型號，最大路數支持128路視頻輸入、128視頻輸出。此外，針對安防行業(yè)的特點，還提供全屏幕中文字符疊加、報警聯動策略、宏指令智能預案、網絡鍵盤快速控制等集成管理功能，滿足用戶實戰(zhàn)使用需求，是目前業(yè)內功能比較豐富的產品之一。此外，HD-SDI高清矩陣的視頻輸入和視頻輸出均為BNC接口，目前配套的SDI監(jiān)視器產品種類少價格貴，需要將BNC接口轉換為DVI/HDMI等通用接口，應用時需配套相應轉換器，會導致造價提高，天地偉業(yè)不僅可以提供種類豐富的各類轉換器，而且其高清矩陣可以直接提供DVI/HDMI接口輸出，為用戶提供一體化的整機解決方案。此外，有的廣電視聽廠家提供的高清矩陣支持畫面拼接和漫游功能，相當于將大屏拼接控制器和矩陣結合到一起，為用戶提供集成度更高的產品。而天地偉業(yè)網絡高清矩陣的優(yōu)勢在于通用兼容性，可以支持目前業(yè)內主流廠家的IP高清攝像機，支持720P/1080P等不同高清分辨率，支持多畫面分割顯示，可以讓用戶在屏幕墻數量不變的條件下看到更多畫面。

數字高清矩陣亟需解決的問題

對于HD-SDI高清矩陣，目前HD-SDI前端攝像機不同格式的輸出導致多速率數據時鐘恢復和不同碼率數據的串行數字信號處理是技術上面臨的挑戰(zhàn)，開發(fā)符合 SMPTE 標準和 ITU 標準的同時，還要兼顧不同碼率數據的串行數字信號處理。此外，HD-SDI高清矩陣因芯片成本和方案成本的關系直接影響制造成本，同時研發(fā)也會投入部分人力，導致價格居高不下，盡快推出低成本系列產品，讓更多項目應用SDI技術，擴大市場份額是主要目標。

對于網絡高清矩陣，如果突破帶寬及網絡地址的限制、實現多級監(jiān)控系統的互聯，以及打造穩(wěn)定可靠的多業(yè)務視頻監(jiān)控平臺，已經成為數字視頻監(jiān)控業(yè)務需要突破的主要瓶頸。目前，嵌入式網絡矩陣通常只能實現一種網絡視頻信號的解碼顯示，無法實現跨平臺的多種視頻流的同時解碼，而且其圖像顯示的清晰度和畫面質量在應對越來越大尺寸的顯示屏的時候也是捉襟見肘。

安防矩陣的發(fā)展方向

對于應用與安防行業(yè)的矩陣而言，數字化并非其最終方向。矩陣的未來發(fā)展趨勢是高清化、網絡化、智能化。

高清化

真正適用于安防行業(yè)的數字高清矩陣應該是可以實現模擬視頻、數字視頻、網絡視頻的混合全交叉切換的設備。目前，多格式矩陣是相對較好的平臺結構，它利用高帶寬背板和模塊化設計，可以將VGA/RGB/DVI/SDI等各類板卡統一接入進行無損快速切換顯示，未來還可以內置高清網絡解碼模塊，實現對IP數字視頻的混合接入。

網絡化

一是將出現以高帶寬視頻背板、網絡視頻輸入輸出模塊、光纖輸入輸出模塊為代表的多業(yè)務集成型（MSIP技術）網絡矩陣。網絡高清矩陣現階段短時間內還無法全面取代HD-SDI數字高清矩陣的市場地位，主要原因在于目前的網絡視頻的實時性和可靠性無法保證。

二是通信方式的網絡化，以IP數據為通訊方式的網絡矩陣將逐漸取代RS-422/RS-485等通信方式的矩陣。原因一方面在于矩陣可以通過網絡與報警主機、網絡碼分器、網絡控制鍵盤和管理平臺軟件等其他外設無縫連接，布線更加簡單，便捷靈活；另一方面在于TCP/IP方式將成為第三方平臺集成接口的標準，不占用串口，數據保密準確，傳輸速率高。

智能化

矩陣作為監(jiān)控系統控制中樞將不僅是被動地執(zhí)行切換操作，而是可以智能執(zhí)行整個系統的聯動響應，實現自動化的準確監(jiān)控定位，將人工干預的遲滯和錯誤的比例降低到最小。在這其中，宏指令/預案管理/組態(tài)集控等技術將發(fā)揮更加關鍵的作用，這一技術的理念核心是提供給客戶一個開放的可編程的操作指令環(huán)境，用戶根據自己系統的特點和操作習慣，將一系列繁瑣的操作編輯簡化為一個按鍵操作以及自動化響應操作，從而提高監(jiān)控系統的整體效率和準確性。此外，具備真正智能核心引擎的高清矩陣可以更好地與攝像機/報警探頭/門禁控制等數字化設備集成聯動，比如攝像機探測到某一路場景出現物體移動/越界/逆向后，矩陣會通過網絡即刻獲知，并自動從成百上千路視頻信號中，將需要定位的多個場景顯示給不同的用戶屏幕。

以目前天地偉業(yè)參與實施的多個平安城市項目建設為例，不論是模數混合型系統還是網絡數字系統，最終要實現地是扁平化可視化指揮，即通過視頻存儲和資源共享，不論在派出所/分局/市局，均能實現對前端實現的快速調看和智能巡查。

結束語

隨著各行業(yè)大型系統分布點的增多，后端的集中管理平臺管理要求越來越高，矩陣產品是監(jiān)控系統所有資源的整合，起著系統中心的控制作用。傳統矩陣現在面臨著嚴峻的考驗，雖然模數混合的模式能夠較好地解決模擬和數字系統的過渡融合問題，但必須積極主動地迎接數字化浪潮，通過整合產業(yè)鏈，深挖市場需求，加大研發(fā)投入，實現視頻數字切換技術的二次創(chuàng)新，并不斷豐富充實矩陣的增值功能，解決客戶的實際問題。令人遺憾的是，由于目前很多品牌的矩陣產品大多遵循拿來主義，直接照搬照抄早期引進的國外品牌矩陣，僵化沿用國外用戶的操作習慣和是使用方式，不符合國內用戶的要求，系統科學性合理性欠缺，對矩陣的理解還只停留在手動切換/編組循環(huán)顯示的粗淺層面，而基于圖像場景快速定位和報警應急聯動策略的核心操控理念，卻逐步淡化湮滅在一片數字化掌聲中。在高清矩陣推向市場的同時，我們可喜地看到一些矩陣廠家通過技術創(chuàng)新，不斷提升自己的方案配套能力，為這一產品注入了更多應用價值。

作者單位：天津天地偉業(yè)數碼科技有限公司