摘要：本文介紹了視頻(pín)矩陣的基本概念和分(fēn)類，對數字視頻(pín)矩陣相對于模拟視頻(pín)矩陣的優勢做了重點分(fēn)析了，并詳細描述了基于DS4002MD矩陣解碼卡的數字視頻(pín)矩陣解碼方案。

關鍵字：視頻(pín)矩陣 數字視頻(pín)矩陣 DVR DS4002MD矩陣解碼卡
随着數字技術的高速發展，軟硬件水平的提高，不斷有高性能的DSP和高速的總線得到應用，使基于數字技術的視頻(pín)矩陣方案能夠得以實現。海康威視近期将在闆卡産品線上推出一(yī)款新的型号：DS4002MD，即矩陣解碼卡，并基于這款産品，海康威視提出數字視頻(pín)矩陣的解決方案。同時，我(wǒ)們海康威視認爲，數字視頻(pín)矩陣将是安防業中(zhōng)新興的一(yī)個熱點，也将是視頻(pín)矩陣以後的一(yī)個發展趨勢。
一(yī)、視頻(pín)矩陣的基本概念
1．視頻(pín)矩陣的基本功能和要求
作爲視頻(pín)矩陣，最重要的一(yī)個功能就是實現對輸入視頻(pín)圖像的切換輸出。準确概括那就是：将視頻(pín)圖像從任意一(yī)個輸入通道切換到任意一(yī)個輸出通道顯示。一(yī)般來講,一(yī)個M×N矩陣：表示它可以同時支持M路圖像輸入和N路圖像輸出。這裏需要強調的是必須要做到任意，即任意的一(yī)個輸入和任意的一(yī)個輸出。
另外(wài)，一(yī)個矩陣系統通常還應該包括以下(xià)基本功能：字符信号疊加；解碼器接口以控制雲台和攝像機；報警器接口；控制主機，以及音頻(pín)控制箱、報警接口箱、控制鍵盤等附件。對國内用戶來說，字符疊加應爲全中(zhōng)文，以方便不懂英文的操作人員(yuán)使用，矩陣系統還需要支持級聯，來實現更高的容量，爲了适應不同用戶對矩陣系統容量的要求，矩陣系統應該支持模塊化和即插即用（PnP）的，可以通過增加或減少視頻(pín)輸入、輸出卡來實現不同容量的組合。
矩陣系統的發展方向是多功能、大(dà)容量、可聯網以及可進行遠程切換。一(yī)般而言矩陣系統的容量達到64×16即爲大(dà)容量矩陣。如果需要更大(dà)容量的矩陣系統，也可以通過多台矩陣系統級聯來實現。矩陣容量越大(dà)，所需技術水平越高，設計實現難度也越大(dà)。
2．視頻(pín)矩陣的分(fēn)類
按實現視頻(pín)切換的不同方式，視頻(pín)矩陣分(fēn)爲模拟矩陣和數字矩陣。
 模拟矩陣：
視頻(pín)切換在模拟視頻(pín)層完成。信号切換主要是采用單片機或更複雜(zá)的芯片控制模拟開(kāi)關實現。
 數字矩陣
視頻(pín)切換在數字視頻(pín)層完成，這個過程可以是同步的也可以是異步的。數字矩陣的核心是對數字視頻(pín)的處理，需要在視頻(pín)輸入端增加AD轉換，将模拟信号變爲數字信号，在視頻(pín)輸出端增加DA轉換，将數字信号轉換爲模拟信号輸出。視頻(pín)切換的核心部分(fēn)由模拟矩陣的模拟開(kāi)關，變将成了對數字視頻(pín)的處理和傳輸。

二、數字視頻(pín)矩陣簡介
1．數字視頻(pín)矩陣的分(fēn)類
根據數字視頻(pín)矩陣的實現方式不同，數字視頻(pín)矩陣可以分(fēn)爲總線型和包交換型。
總線型數字視頻(pín)矩陣
顧名思義，總線型數字矩陣就是數據的傳輸和切換是通過一(yī)條共用的總線來實現的，例如PCI總線。
總線型矩陣中(zhōng)最常見的就是PC－DVR和嵌入式DVR。對于PC－DVR來說，它的視頻(pín)輸出是VGA，通過PC顯卡來完成圖像顯示，通常隻有1路輸出（1塊顯卡），2路輸出的情況（2塊顯卡）已經很少；嵌入式DVR一(yī)般的視頻(pín)輸出是監視器，一(yī)些新的嵌入式DVR也可以支持VGA顯示。在上面的兩個例子中(zhōng)，它們都可以實現1路視頻(pín)輸出（還可以進行畫面分(fēn)割），可以把這兩款産品當作視頻(pín)矩陣的一(yī)個特例，也就是一(yī)個隻有1路視頻(pín)輸出的特殊情況。

                     PC－DVR（PC＋H卡、HC卡）構成的總線型數字矩陣

包交換型數字視頻(pín)矩陣
包交換型矩陣是通過包交換的方式(通常是IP包)實現圖像數據的傳輸和切換。包交換型矩陣目前已經比較普及，比如已經廣泛應用的遠程監控中(zhōng)心，即在本地錄像端把圖像壓縮，然後把壓縮的碼流通過網絡（可以是高速的專網、internet、局域網等）發送到遠端，在遠端解碼後，顯示在大(dà)屏幕上。包交換型數字矩陣目前有兩個比較大(dà)的局限性：延時大(dà)、圖像質量差。由于要通過網絡傳輸，因此不可避免的會帶來延時，同時爲了減少對帶寬的占用，往往都需要在發送端對圖像進行壓縮，然後在接收端實行解壓縮，經過有損壓縮過的圖像很難保證較好的圖像質量，同時編、解碼過程還會增大(dà)延時。所以目前包交換型矩陣還無法适用于對實時性和圖像質量要求比較高的場合。

                              包交換型數字矩陣

三、數字視頻(pín)矩陣優勢分(fēn)析
成本優勢：視頻(pín)矩陣和DVR合二爲一(yī)
采用數字視頻(pín)矩陣方案，隻需一(yī)台設備就可以同時實現視頻(pín)矩陣和DVR的功能，大(dà)大(dà)的節省了成本。對矩陣的控制和DVR的控制集成在一(yī)起，方便靈活。如果采用模拟矩陣，至少需要一(yī)台矩陣主機和一(yī)台DVR主機，安裝調試複雜(zá)，除了DVR的成本外(wài)，還要爲模拟矩陣付出高額的成本。此外(wài)，對于模拟矩陣的控制，可能還需要外(wài)接其他設備，比如顯示設備、矩陣控制器，矩陣控制鍵盤等，有些複雜(zá)的功能甚至需要專門的PC機來進行配置。模拟矩陣的方案還需要視頻(pín)信号的分(fēn)配、複用設備來實現DVR的錄像功能，而采用數字矩陣，則隻需在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、錄像系統的集成度高，穩定性增強，也降低了以後維護的成本。
功能優勢：配置靈活，功能強大(dà)，簡單易用
在模拟矩陣＋DVR方案中(zhōng)，矩陣和DVR各自爲政，需要分(fēn)别控制，模拟矩陣提供的操作方式複雜(zá)，易操作性很差，且功能單一(yī)，如果要實現比較複雜(zá)的功能，需要很繁瑣的操作流程；而采用數字矩陣，通過一(yī)個控制平台即可實現對切換矩陣和DVR的同時控制，操作界面可由二次開(kāi)發商(shāng)在Windows或Linux下(xià)自由開(kāi)發，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，完全取決于開(kāi)發商(shāng)自己的軟件。
在數字矩陣中(zhōng)，基于對圖像的數字處理：可以在實現視頻(pín)切換的同時，對圖像進行很多處理，比如疊加字符、疊加圖像，區域遮蓋等，這些都是目前DVR所普遍具有的功能，但是對于模拟矩陣，由于它的核心是基于模拟信号的處理，在面對這些功能時，則顯得力不從心。這裏以字符疊加功能爲例，模拟矩陣往往需要外(wài)接字符疊加芯片來實現，通常隻能實現ASCII碼也就是英文字符的疊加，而能夠實現漢字疊加的模拟則可以說是寥寥無幾，更不用說同時支持簡體(tǐ)、繁體(tǐ)，甚至日文了。至于圖像疊加等功能，在模拟信号層基本是無法實現的。
數字矩陣可以提供更豐富的圖像顯示模式。傳統的模拟矩陣隻能進行最簡單的1:1的圖像輸出；而數字矩陣在此基礎上還可以實現N→1(通過對圖像的縮放(fàng)處理，可以實現多路圖像在一(yī)個窗口顯示)和1→N(一(yī)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(zhōng)畫等高級功能。
最後是系統穩定性，數字矩陣＋DVR的方案，系統集成度高、功耗低，穩定性高；而采用模拟矩陣方案，由于需要多台設備，出問題的概率則大(dà)大(dà)增加。
潛力：發展空間巨大(dà)
模拟矩陣控制系統目前已經非常成熟，其産品的結構和功能在近幾年，甚至是十幾年内，都沒有發生(shēng)大(dà)的變化，可挖掘的潛力已經十分(fēn)有限。
而數字矩陣則完全不同，目前數字技術的發展可以用日新月異、前途廣闊來形容。首先，随着硬件性能的提高，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：已經出現了600M、720M甚至是1GHz的高性能DSP，可以說，得益于硬件平台性能的不斷提高，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，也不斷有更複雜(zá)、更智能的圖像處理算法得到應用，比如智能的移動檢測、智能識别技術（人臉識别，指紋識别、車(chē)牌識别、簽名識别）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，利用目前硬件平台，已經可以應用到我(wǒ)們的數字視頻(pín)系統中(zhōng)。因此随着軟、硬件水平的的飛速提高，我(wǒ)們有理由相信，數字矩陣的發展空間會非常廣，無論是在性能上還是在功能上必然會全面超過模拟矩陣。
二次開(kāi)發簡單、便捷
和以前的H卡和D卡分(fēn)别使用各自的SDK不同，新的SDK将同時支持H卡、HC卡和MD卡。隻需通過一(yī)個SDK即可以同時實現編碼、解碼、和矩陣控制，新的SDK中(zhōng)編碼、解碼部分(fēn)和原有SDK中(zhōng)的編碼、解碼部分(fēn)兼容，用戶隻需增加矩陣控制部分(fēn)即可，極大(dà)的降低了用戶進行二次開(kāi)發的複雜(zá)性。同時：H卡、HC卡和MD卡可以混插，便于對現有的工(gōng)程進行維護和擴展。
四、海康威視的數字視頻(pín)矩陣解決方案
我(wǒ)們的數字視頻(pín)矩陣解決方案是基于海康威視已經推出的HC系列壓縮卡和即将發布的MD系列矩陣解碼卡來實現的。HC卡負責系統的錄像、預覽、網絡傳輸功能，這部分(fēn)的應用已經十分(fēn)成熟。而MD卡是實現視頻(pín)矩陣的關鍵，MD卡在實現原有解碼卡的全部功能外(wài)，增加了矩陣輸出，實現了視頻(pín)矩陣功能；同時MD卡也可以獨立于HC卡，隻做硬件解碼卡使用，通過網絡連接到遠端的視頻(pín)服務器，即可以是海康威視的闆卡也可以是嵌入式設備，構成網絡視頻(pín)矩陣，這一(yī)點和原有解碼卡相同，但新的MD卡在功能上和D卡比較，會有很大(dà)的擴充，比如，解碼路數大(dà)大(dà)提高，原有D卡1個DSP隻能解1路，現在則至少可以解4路。同時具備多窗口畫面分(fēn)割功能，用戶可以對解碼圖像做任意組合輸出。新增加的同步功能，可以在各路解碼器之間實現同步。
1．DS4002MD卡主要參數
操作系統支持Windows2000/XP,及Linux。
作爲矩陣使用：
每塊卡支持2路矩陣輸出，可穩定支持4路。
配合HC卡使用，可實現64×4的視頻(pín)矩陣，同時保證64路實時壓縮。
作爲解碼使用：
解碼功能和原有解碼卡完全兼容。
每塊卡支持4路解碼（實時解碼4路CIF、4路2CIF或2路4CIF），2路模拟輸出，最高可支持64路解碼，32路模拟輸出。
2．DS4002MD典型方案
⑴組建本地視頻(pín)矩陣、實時錄像系統
在該系統中(zhōng)，由HC卡構成64路DVR系統，這和目前的闆卡方案完全相同，另外(wài)增加了2塊MD卡完成4路模拟輸出，實現視頻(pín)矩陣功能。

                一(yī)個64×4的數字視頻(pín)矩陣＋實時錄像系統

⑵組建網絡矩陣
由16塊DS4002MD組成網絡矩陣，同時支持64路網絡解碼和32路模拟輸出。

                        32路視頻(pín)輸出的網絡監控中(zhōng)心