文/邓晔

数字高清矩阵直面安防挑战

文/邓晔

矩阵发展历程

矩阵，全称矩阵切换控制器，作为负责视频切换巡查和前端云镜控制的核心设备，是大中型监控系统中的常规配置产品，作为视频监控系统的核心组成部分之一，从上世纪九十年代初的模拟矩阵到而今如火如荼的数字矩阵/高清矩阵，已经发展了近二十年。在数字化网络化趋势不断扩大的今天，仍然以其简捷灵活的操作方式和实时清晰的显示效果获得用户（特别是公安监管/厂矿企业等侧重实际指挥调度）的认可与肯定。

早年在国内模拟矩阵市场，由于彼时的民族企业缺乏核心技术以及安防行业的刚刚成型，使得我们所使用的矩阵品牌主要还是以国外为主。那时的矩阵都是整套系统引进，甚至连软件界面都是英文的。经过数十年的摸索发展，国内企业渐渐掌握了模拟矩阵的核心技术研发能力，随之也诞生了众多民族品牌。随着“911”恐怖袭击事件的发生，视频监控行业迎来了巨大的发展机遇，摄像头点位的增加使得矩阵在高密度结构设计上不断推陈出新，目前单机容量大都实现256×32甚至256×64的超高密度。2006年正式启动的“3111”平安城市建设工程将联网矩阵系统推向前台，经过多年的市场应用和效果评价，支持互联互控型的网络矩阵IP级联系统成为方案设计的最高系统配置。

但随着整个安防产品向网络化、高清化的发展，原来市场主流的模拟矩阵面临着前所未有的压力。2000年以后，市场应用逐步升温的数字视频技术和智能控制技术也相继开始与矩阵搭配使用，从而极大地丰富了矩阵原本单一传统的应用面，数字矩阵、虚拟矩阵、网络矩阵、智能矩阵、高清矩阵的观念不断地被厂家所提出。

何为数字高清矩阵

目前，数字高清矩阵成为业内宣传主流。我们是否真正了解概念背后的本质？它与网络矩阵（虚拟矩阵）是否存在着区别？

从广义上来说，只要处理对象是数字视频信号，不管是通过光纤或者网络传输的，不管是压缩方式还是非压缩方式的，只要能够实现交换控制功能的，在中心端实现屏幕墙图像切换的主机设备产品都可以称为数字矩阵。如果按照这个定义划分，那么数字矩阵的家族可能会异常庞大。而网络矩阵是以视频编码模块代替模拟矩阵中的视频输入板，以视频解码模块代替模拟矩阵中的视频输出板，从概念上来讲，数字矩阵的范畴涵盖了网络矩阵（IP矩阵/以太网矩阵）。

而随着高清视频逐渐成为安防监控系统的主流，数字高清矩阵也被推到前台。数字高清矩阵目前包括两种类型，一种是HD-SDI输出格式的高清矩阵，另一种是基于IP网络解码的高清矩阵。与传统模拟复合视频矩阵相比，HD-SDI矩阵最突出的优势，是支持720P甚至1080P（3G-SDI）的无损非压缩高清显示，通过同轴线缆传输视频，因为采用的是标准的广电技术规范，所以端到端设备间的配套兼容没有太大的问题。网络高清矩阵可以实现对IP数字高清视频的解码显示，适合目前监控系统网络化IP化的趋势，通过以太网传输视频。

数字高清矩阵市场现状

目前研发数字高清矩阵的有两大阵营，一类是传统安防厂商，一类是广电视听厂商。前者的优势在于对于安防监控系统的深刻理解，了解用户的实际使用需求，同时在网络高清产品上有相对成熟和经济适用的整体解决方案；后者的优势在于对监控中心高清切换显示系统的技术积累。

大多数用户对于数字高清矩阵的认识还比较模糊，不如对网络矩阵的了解更简单直接。这主要是由于在当前网络视频大行其道的市场趋势下，网络矩阵的指向性更明确，更容易被用户接受认同，所以在很多场合和项目中，用户接触看到网络矩阵的机会将更多更频繁，竞争也更为激烈，主流的网络视频厂家虽然都有技术开发的能力，但大多在综合管控的用户需求和操作体验上差强人意。而HDSDI高清矩阵通过多年的技术积累，已经拥有成熟的技术和稳定的客户群体，逐步从原先的电视台、视听中心等小范围领域开始向安防监控领域延伸，目前多应用在如银行、交通等高端行业。因此如何将自身的HD-SDI高清矩阵融入到SDI整套解决系统里才是让更多用户接受的关键，SDI整套系统的市场占有率直接决定了HD-SDI高清矩阵的市场占有率。

作为矩阵国家行业标准第一起草单位，天地伟业一直坚持把矩阵作为核心产品线发展，模拟复合视频矩阵占据了公司产品销售的重要份额，目前在国内市场占有率名列前茅，而VGA/RGB/DVI等高分辨率矩阵产品线也逐渐完整，覆盖大中小各种规格路数，可以满足视听行业的需求。随着模拟视频矩阵市场的增长放缓，高清矩阵正大幅增长，特别是网络高清矩阵，HD-SDI矩阵由于是新兴产品，市场尚未充分发育。

一流的安防企业应该以专业完善的端到端解决方案作为自己的竞争优势，围绕SDI和网络高清，除了矩阵，还提供前端摄像机、传输光端机、编码器、管理平台和存储NVR等全系列产品，而且可提供完整的安装部署调试维护的方案选型和技术指导，帮助工程商快速应用高清矩阵这一新产品。

数字高清矩阵的技术特色

在完整的监控系统中，矩阵起到了视频切换显示的中流砥柱作用，高清监控系统的建设核心思想是视频更准确更智能的管理，屏幕墙的作用更加重要，配合大尺寸的显示屏和拼接系统，用户可以在和原先一样的显示区域看到更加清晰更加完整甚至更多数量的图像画面，帮助用户提高日常管理和应急处置的效率。在监控中心实现高清视频的实时切换显示，感受广播级图像效果，能有效提升系统性能。用户对HD-SDI高清矩阵的高清实时切换、时钟恢复和掉电记忆功能比较认可；而对网络高清矩阵的IP解码的便利性、灵活性和经济性也比较推崇。

HD-SDI高清矩阵的技术核心是高清视频信号切换和多格式兼容，不仅支持720P和1080P（3G-SDI）的无损非压缩实时切换显示，还具有兼容多种数字信号格式等能力，目前天地伟业等一线厂家推出的多格式高清矩阵不仅支持HD-SD信号输入，还支持VGA/RGB/DVI等高分辨率信号的接入和显示。此外，自适应线缆均衡、Genlock外同步视频信号锁相和极强的抗干扰能力等优势都可以让传统的安防用户通过简单方便的系统部署体验到广电级的视频监控效果。

网络高清矩阵的技术核心是高清视频的通用解码兼容，不仅要兼容市面主流品牌网络数字视频，而且还要能实现130万、200万、300万以及500万等不同规格高清视频的显示，此外，还要保证高清网络视频解码时的流畅性和低延时。

此外，还有一些厂家推出各具特色的高清数字矩阵。例如天地伟业的HD-SDI矩阵采用多卡模块化设计（已获得国家发明专利），可以组合配置出各种容量规格的型号，最大路数支持128路视频输入、128视频输出。此外，针对安防行业的特点，还提供全屏幕中文字符叠加、报警联动策略、宏指令智能预案、网络键盘快速控制等集成管理功能，满足用户实战使用需求，是目前业内功能比较丰富的产品之一。此外，HD-SDI高清矩阵的视频输入和视频输出均为BNC接口，目前配套的SDI监视器产品种类少价格贵，需要将BNC接口转换为DVI/HDMI等通用接口，应用时需配套相应转换器，会导致造价提高，天地伟业不仅可以提供种类丰富的各类转换器，而且其高清矩阵可以直接提供DVI/HDMI接口输出，为用户提供一体化的整机解决方案。此外，有的广电视听厂家提供的高清矩阵支持画面拼接和漫游功能，相当于将大屏拼接控制器和矩阵结合到一起，为用户提供集成度更高的产品。而天地伟业网络高清矩阵的优势在于通用兼容性，可以支持目前业内主流厂家的IP高清摄像机，支持720P/1080P等不同高清分辨率，支持多画面分割显示，可以让用户在屏幕墙数量不变的条件下看到更多画面。

数字高清矩阵亟需解决的问题

对于HD-SDI高清矩阵，目前HD-SDI前端摄像机不同格式的输出导致多速率数据时钟恢复和不同码率数据的串行数字信号处理是技术上面临的挑战，开发符合 SMPTE 标准和 ITU 标准的同时，还要兼顾不同码率数据的串行数字信号处理。此外，HD-SDI高清矩阵因芯片成本和方案成本的关系直接影响制造成本，同时研发也会投入部分人力，导致价格居高不下，尽快推出低成本系列产品，让更多项目应用SDI技术，扩大市场份额是主要目标。

对于网络高清矩阵，如果突破带宽及网络地址的限制、实现多级监控系统的互联，以及打造稳定可靠的多业务视频监控平台，已经成为数字视频监控业务需要突破的主要瓶颈。目前，嵌入式网络矩阵通常只能实现一种网络视频信号的解码显示，无法实现跨平台的多种视频流的同时解码，而且其图像显示的清晰度和画面质量在应对越来越大尺寸的显示屏的时候也是捉襟见肘。

安防矩阵的发展方向

对于应用与安防行业的矩阵而言，数字化并非其最终方向。矩阵的未来发展趋势是高清化、网络化、智能化。

高清化

真正适用于安防行业的数字高清矩阵应该是可以实现模拟视频、数字视频、网络视频的混合全交叉切换的设备。目前，多格式矩阵是相对较好的平台结构，它利用高带宽背板和模块化设计，可以将VGA/RGB/DVI/SDI等各类板卡统一接入进行无损快速切换显示，未来还可以内置高清网络解码模块，实现对IP数字视频的混合接入。

网络化

一是将出现以高带宽视频背板、网络视频输入输出模块、光纤输入输出模块为代表的多业务集成型（MSIP技术）网络矩阵。网络高清矩阵现阶段短时间内还无法全面取代HD-SDI数字高清矩阵的市场地位，主要原因在于目前的网络视频的实时性和可靠性无法保证。

二是通信方式的网络化，以IP数据为通讯方式的网络矩阵将逐渐取代RS-422/RS-485等通信方式的矩阵。原因一方面在于矩阵可以通过网络与报警主机、网络码分器、网络控制键盘和管理平台软件等其他外设无缝连接，布线更加简单，便捷灵活；另一方面在于TCP/IP方式将成为第三方平台集成接口的标准，不占用串口，数据保密准确，传输速率高。

智能化

矩阵作为监控系统控制中枢将不仅是被动地执行切换操作，而是可以智能执行整个系统的联动响应，实现自动化的准确监控定位，将人工干预的迟滞和错误的比例降低到最小。在这其中，宏指令/预案管理/组态集控等技术将发挥更加关键的作用，这一技术的理念核心是提供给客户一个开放的可编程的操作指令环境，用户根据自己系统的特点和操作习惯，将一系列繁琐的操作编辑简化为一个按键操作以及自动化响应操作，从而提高监控系统的整体效率和准确性。此外，具备真正智能核心引擎的高清矩阵可以更好地与摄像机/报警探头/门禁控制等数字化设备集成联动，比如摄像机探测到某一路场景出现物体移动/越界/逆向后，矩阵会通过网络即刻获知，并自动从成百上千路视频信号中，将需要定位的多个场景显示给不同的用户屏幕。

以目前天地伟业参与实施的多个平安城市项目建设为例，不论是模数混合型系统还是网络数字系统，最终要实现地是扁平化可视化指挥，即通过视频存储和资源共享，不论在派出所/分局/市局，均能实现对前端实现的快速调看和智能巡查。

结束语

随着各行业大型系统分布点的增多，后端的集中管理平台管理要求越来越高，矩阵产品是监控系统所有资源的整合，起着系统中心的控制作用。传统矩阵现在面临着严峻的考验，虽然模数混合的模式能够较好地解决模拟和数字系统的过渡融合问题，但必须积极主动地迎接数字化浪潮，通过整合产业链，深挖市场需求，加大研发投入，实现视频数字切换技术的二次创新，并不断丰富充实矩阵的增值功能，解决客户的实际问题。令人遗憾的是，由于目前很多品牌的矩阵产品大多遵循拿来主义，直接照搬照抄早期引进的国外品牌矩阵，僵化沿用国外用户的操作习惯和是使用方式，不符合国内用户的要求，系统科学性合理性欠缺，对矩阵的理解还只停留在手动切换/编组循环显示的粗浅层面，而基于图像场景快速定位和报警应急联动策略的核心操控理念，却逐步淡化湮灭在一片数字化掌声中。在高清矩阵推向市场的同时，我们可喜地看到一些矩阵厂家通过技术创新，不断提升自己的方案配套能力，为这一产品注入了更多应用价值。

作者单位：天津天地伟业数码科技有限公司