[分享]视频矩阵未来发展

赵建立 发表于 2006-10-14 21:27:11

视频矩阵未来发展（1）（中国安防产品网） 任何一个安防系统，控制设备是核心，视频矩阵是典型。它不仅决定了电视监控系统的容量（可监控图像的数量）、系统的模式（视频网络的拓朴结构）、系统的控制方式（控制网络的结构、编码规则）和显示方式（直接观察图像的数量、时序的间隔与顺序），确定了电视监控系统与安防其它子系统的集成方式（非可视信息与图像的相互关系、各种功能的联动），还是安防系统的统一的操作平台（人机交互界面），特别是通过多媒体界面实现图形化管理（GUI），它的网络接口可以实现安防系统的远程管理。一个好的矩阵几乎可以实现安防系统所有的功能要求。因此，可以说：熟悉了矩阵就熟悉安防系统、用好了矩阵就可以灵活地构成多种实用的安防系统。　　 视频矩阵是电视技术在实时监控领域应用和推广的体现，顺应电视技术的进步而产生和发展。了解和探索电视监控技术以及安防技术的进步过程和发展趋势，展望其未来，观察视频矩阵可窥一斑而知全貌。 视频矩阵经典系统标志所谓经典系统就是从摄像到显示直接连接的方式，系统的信息流是模拟的视频基带信号。电视监控从几个图像的一对一显示、或顺序显示发展到几百路甚至更多的图像系统，必须解决的一个问题是大量视频信息的分配、切换和显示，以及如何实现视频信息的资源共享。随其应运而生，完成这个功能的设备就是视频矩阵。可以说视频矩阵是电视监控系统由小到大发展的必然结果。它实现视频信号的交汇、附加信息的叠加、系统功能的遥控和控制。但最基本的功能是建立信源（摄像机）到信宿（视频监视器）电气上的直接连接（物理连接），或在它们之间建立视频通道。 视频矩阵基本上采用模块式设计，由输入、输出、CPM和PSM几个单元组成。输入模块完成视频信号的切换（视频通道的建立）；输出模块进行附加信息（时间、地理、状态）的迭加，输入和输出模块及其数量可以根据系统的规模来配置。CPM单元是矩阵的中枢，它实现人机交互，控制输入、输出模块的运行；形成控制信号，实现系统的遥控和控制；同时还要有多媒体计算机接口、与其它安防子系统（报警、出入管理）的接口和网络接口；PSM是设备的供电单元；这样的结构和功能对越大型的系统越能表现出优势。 显然这种系统建立在集总式结构上是最经典的，也是目前最常用的系统模式。它的基本特征是：所有的图像（视频信号）都传送到一个中心点，连接到一个中心设备上，这个点、这个设备就是视频矩阵。通过矩阵对图像（视频信号）的切换和分配功能，实现各种显示方式，并将图像传送至其它需要共享图像资源的地点，它的网络结构是标准的星形结构。目前无论系统规模的大小（大至千路、小到几路），大多数电视监控系统采用这种模式。所以人们把视频矩阵看作经典系统（模拟信号、集总式结构）的标志。利用矩阵还可以构成多级星形结构，也是集总式系统的一种形式，适用于分级管理的场合。但它实现系统图像资源的充分共享比较困难。

赵建立 发表于 2006-10-14 21:48:50

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视频矩阵未来发展（2）（中国安防产品网) 
以视频矩阵为中心建立的电视监控系统具有以下特点: 
1、系统（视频矩阵位于的监控中心）拥有最完整的资源，它不仅可同时获得系统的全部图像信号，而且拥有系统最大的带宽（等于总路数乘上每路的视频带宽），所以可以充分地实现系统和设备的技术能力，特别是摄像机的技术能力，获得很高的技术指标。 
2、最佳的观察效果，系统可以实时地、以现行电视制式显示、观察任何图像，符合人们的视觉习惯。目前，大多数字系统还达不到这样图像的效果。 
3、最小的系统开销，远距离传输和传输过程中的干扰问题是模拟系统的弱势之处。主要是由于带宽的限制、及干扰对模拟信号劣化的不可修复性。但是、对于局域性的系统，这两个问题的影响不太，模拟的集总式系统仍是获得高质量图像开销最低的方式。 
4、技术成熟、相关产品的配套性好、技术标准完备，用户可有多种选择。 
当然、它也有不足之处，例如视频矩阵是设备系统的中心，也是系统可靠性的要点，出现故障，会导致全系统失效；再者，模拟系统的可扩展性差。 
数字视频矩阵概念未明 
随着电视技术数字化的进程，电视监控系统也出现了一些数字设备，（全）数字系统成了一种时尚，于是出现了数字视频矩阵的概念，一些厂家还推出了所谓数字视频矩阵设备。严格地讲，目前数字视频矩阵还是一个不清楚的概念。首先，它的基本功能是什么？应用的网络环境是什么？还都不清楚，至少在认识上还不统一。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），这样的设备在电视演播室中早已有之。它所适应的系统（网络）结构是集总式的。但采用这种结构（全数字流、集总式结构）的电视监控系统很少。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，但这种切换不是建立实时的、直接的通道，是有延时的。这是一种分布式结构（也有人称为数模混合方式），它的特点是： 
1、数字视频（图像信息）在多次传输、记录和处理过程中，不再降低图质量。同时，既能实现分布地存贮和本地控制，又能作到集中的图像调用、记录和统一地管理。图像检索方便，保密性强。 
2、系统可以自主生成。便于与广域网连接，实现远程监控 
3、系统的可扩展性和可升级性好。 
但它存在一些亟待提高的问题：主要是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、连续性）还达不到模拟系统的水平。更重要的一点是，产品尚不完全成熟、接口关系不统一、还没有形成基本的标准和统一、科学的评价方法。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途径 
有些多输出的数字视频记录设备称自己为数字矩阵，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。 
网络是虚拟的矩阵　 
远程监控是电视监控技术的一个重要发展方向，特别是IPv6的出现为其展示了更加广阔的前景。利用网络环境构成电视监控系统，信源与信宿之间的信号切换（联通）不能由单一的硬件（矩阵）来完成。其实由硬件（路由器、交换机、服务器）和软件（协议）所构成的网络环境本身就是一个（IP地址之间的）大矩阵。在这个的基础上，可以构成虚拟的电视监控系统专网，这就产生了虚拟视频矩阵的概念。所谓虚拟矩阵是以网络为媒介，通过TCP/IP和流媒体技术，实现数字图像信号在网上多路复用的传输（它的路由是不确定的）。由于电视监控系统通常要设置一个中心室，要有一台视频网络服务器来实现对整个系统（前端设备及需要通过该中心共享系统资源的设备）的管理和控制，而且要有足够数量的图像显示在中心室的电视墙上（由监视器或显示器组成），该服务器就有了类似于视频矩阵实现输入（图像信号）至输出（显示或共享设备）的切换功能和系统的控制功能。所以，有时称其为网络矩阵（IP MATRIX）。

赵建立 发表于 2006-10-15 07:06:45

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视频矩阵未来发展（3）（中国安防产品网) 
但是、有一个问题必须指出：系统中不被访问的前端设备（IP），图像信号是不被传送的，由此带来的延时对电视监控的实时性要求可能是致命的。同时、由于数据率的限制，系统的图像质量（连续性、分辨率）也不高。IPv6可以实现永远在线和提供更高的带宽，为建立高质量的网络视频监控系统提供了条件，特别是它具有无限的容量（无限的图像源和无限的用户）。网络视频监控系统的发展将促进IP摄像机的规格化和兼容性的实现。 
通过上面的论述，似乎可以对数字视频矩阵提出一个概念性的定义； 1、实现数字图像信号的交换； 2、不同于模拟矩阵只是建立视频信号的传输通道，不对视频信号作任何处理。数字矩阵将对数字信号进行适当的变换，其输入信号与输出信号的形态或格式可能会不同； 3、系统应用于网络环境； 4、数字矩阵可能不是一个具体的硬设备，而是具有特定功能的系统。 矩阵的评价 　　 视频（模拟）矩阵的评价方法已经很完善，有明确的标准可依。数字视频系统则不然。大多数产品还没有技术标准，就连一些基本的参数也还存在不同的理解。本文主要是从模拟与数字视频的差别，以及由此带来的评价指标和方法不同来发表一些看法。 1、如上所述，视频（模拟）矩阵就是一个传输通道，因此，可以把它作一个黑盒子，从视频信号通过后的劣化程度来评价其性能（视频通道的测试方法）。主要的指标有： a. 带宽、视频矩阵最主要的指标、它影响图像的分辨率。通常要求矩阵有超过8MHz的带宽，并且有平坦的幅频特性，以保证它有较小的相位失真。　　 b. 信噪比，反映电子开关对输入图像信号信噪比的影响。通常选用一个S/N大于70db的视频信号作输入，测量输出信号的S/N，就是矩阵的信噪比。　　 c. 串扰、反映相邻通道间视频信号的互相干扰，它也表现为由于相邻通道的串扰，致使测试通道的S/N的下降。因此，可能通过测量相邻通道有无视频信号通过时，测试通道S/N的变化来计算出矩阵的串扰值。　　 d. 图像的主观评价、对于模拟视频系统，主观测试是非常重要和有效的。不仅是因为它可以反映观察者的感觉，还因为模拟视频的主观测试是与客观测试的结果是直接相对应的。通过主观测试可以对图像的灰度、对比度，各种失真给出评价。 2、数字系统不能采用上述的评价方法，因为系统的输入与输出可能不同。测试结果与图像效果也不对应，主要指标可以选择以下几个：　　 a. 图像格式、数字系统的图像格式和质量等级是设定的，它基本上确定了图像的分辨率和相关质量，通常它并不受系统数据率（有时也称带宽）的限定，这是与模拟视频不同的。　　 b. 数据率、是系统总资源的表示，与模拟系统的带宽相对应，但它限定图像传输帧率，影响图像的连续性。　　 c. 时延（响应时间）、系统输出与输入建立通信及显示图像与现场图像的延时。这个指标对于模拟系统是没有的，但对于数字系统，特别是网络监控系统是很重要的，它影响系统的实时性。　　 d. PSNR（峰值信噪比）、不同于模拟系统，它主要反映图像在模/数转换和压缩编码过程中，由于量化所引起的图像平均能量的变化，来自外部的干扰对它的影响不大。　　 e.图像的主观评价，数字系统的主观测试与客观测试不是相对应的，直接观察的效果不能用于解释客观测试的结果。它主要是评价图像在变换过程中（主要压缩/解压缩）出现的不良产物及其对图像效果的影响，如像块间的不平滑、运动目标的拖尾、亮、色分离等。　　 总之数字视频系统的评价方法尚不完善，许多概念和标准还在研究和讨论之中。这些方法和标准统一、规范了，所谓数字视频矩阵的评价也就规范了（模拟系统也是这样）。 结语　　 视频矩阵已是很成熟、完善、应用很普及的产品了，可以从技术上给它作个总结了。它在电视监控系统（安防系统）中的主导和主流地位（特别是在大型系统中）还会保持相当长的时间。数字系统是电视技术发展的必然，因此，会出现数字矩阵的概念和设备（系统），这是我们要研究的课题。网络监控是安防系统的一个发展趋势，网络的矩阵功能是可能成为数字矩阵的一个解决方案，让我们拭目以待。 
　来自：中国安防产品网

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