安防视频监控系统数字式视频矩阵切换主机

一、数字矩阵与模拟矩阵系统的性能比较

(1)模拟视频矩阵系统的缺陷。上述的模拟视频矩阵式切换器,其视频切换在模拟视频层完成,信号切换主要是采用单片机或更高档的芯片来控制模拟开关来实现。这种模拟矩阵系统有以下缺点。

•只适合于小范围的区域监控;

•系统的扩展能力差;

•在大系统中,施工困难、安装调试复杂;

•系统升级困难,产品兼容性不好。

而数字视频的切换是在数字视频层完成的,这个过程可以是同步的也可以是异步的。数字矩阵能将任意一个输入的视频图像切换到任意一个视频输出通道,其核心是对数字视频的处理,因而需要在视频输入端增加模/数转换(A/D),在视频输出端增加数/模转换(D/A)输出。视频切换的核心部分由模拟矩阵的模拟开关,变成了对数字视频的处理和传输。

在数字矩阵中,基于对图像的数字处理:可以在实现视频切换的同时,对图像进行很多处理,比如叠加字符、叠加图像,区域遮盖等,这些都是目前DVR所普遍具有的功能,但是对于模拟矩阵,由于它的核心是基于模拟信号的处理,在面对这些功能时,则显得力不从心。

(2)数字矩阵系统与模拟矩阵系统的性能对比。目前,市面上大多数厂家推出的数字矩阵产品最大容量一般是1000多路视频输入,100多个视频输出。但是在一些项目中已经不能满足客户的需求了,PELCO推出了4096个视频输入,512个视频输出的特大系统。Infinova(英飞拓)推出了以太网连网矩阵切换系统,在多级级连的情况下,可以构成最多6万多个视频输入的超大矩阵系统。

上述的数字矩阵系统与模拟矩阵系统的性能对比如表1所示。

表1 数字矩阵系统与模拟矩阵系统的性能对比
项目 数字矩阵 模拟矩阵
视/音频输入 模拟信号与数字信号输入,数量及距离无限制 仅模拟信号输入,数暈及距离有限制
视/音频输出 模拟信号与数字信号上电视墙,能输岀多路 仅模拟信号输出,路数少,不能直接上电视墙
视/音频同步 每路均同步 不能
实时录像 每路均实时 动画
回放 可在电视墙远程回放任一路任一时间视频 不能
群组切换 可256组,报警联动支持16对以上的切换 可16组,报警联动支持1对1的切换
远程切换输出 可远程执行群组、同步、程序切换
主、副控 数量及距离无限制,可远程网络执行 有限制,无法远程操作执行
画面分割功能 支持多台监视器同时多画面分割 无画面分割,需外接
字符叠加功能 系统自带,无须字符叠加器 需字符叠加器
报警输入/输出 数量无限 数量少
设防、撤防 支持多用户不同设防状态 不支持多用户不同设防状态
视频联动电子地图报警 能报电子地图远程大屏显示,并能对换视频与地图窗口 只能实现单一矩阵报警的地图显示
级连 可实现无缝拼接 可级连,但麻烦
网络功能 强大
远程连网及费用 连网方便,成本低 连网困难,成本高
大屏与监视器图像相互调看 可相互调看 不行
云台控制 支持多种协议云台及快球 单一协议
二次开发与扩容 简单方便
集成度与稳定性
成本与功耗
性价比
施工 布线简单、施工成本低 布线复杂、施工成本高
 

 

二、数字视频矩阵的类型

根据数字视频矩阵的实现方式不同,数字视频矩阵有以下两种类型。

(1)总线型数字视频矩阵。其数据的传输和切换是通过一条共用的总线来实现的,如PCI总线,其中最常见的就是PC-DVR型和嵌入式DVR型。

•PC-DVR型的视频输出是VGA,它通过PC显卡来完成图像显示,通常只有1路输出(1块显卡),2路输出的情况(2块显卡)已经很少。

•嵌入式DVR一般的视频输出是监视器,一些新的嵌入式DVR也可支持VGA显示。

PC-DVR型和嵌入式DVR型都可以实现1路视频输出(还可以进行画面分割),可以把这两款产品当成视频矩阵的一个特例,也就是一个只有1路视频输出的特殊情况。

(2)包交换型数字视频矩阵。它是通过包交换的方式(通常是IP包)实现图像数据的传输和切换的。包交换型矩阵目前已经比较普及,比如已经广泛应用的远程监控中心,即在本地录像端把图像压缩,然后把压缩的码流通过网络(可以是高速的专网、Internet.局域网等)发送到远端,在远端解码后,显示在大屏幕上。

包交换型数字矩阵目前有延时长和图像质量差两个比较大的局限性。由于要通过网络传输,因此不可避免的会带来延时,同时为了减少对带宽的占用,往往都需要在发送端对图像进行压缩,然后在接收端实行解压缩,经过有损压缩过的图像很难保证较好的图像质量,同时编/解码过程还会增大延时。所以,目前包交换型矩阵还无法适用于对实时性和图像质量要求比较高的场合。

根据数字视频矩阵不同的功能还可细分为模拟入数字出的编码型数字矩阵、数字入模拟出的解码型数字矩阵、数字入数字出的流媒体型数字矩阵,以及正研发的模拟入模拟出的全能型数字矩阵。

值得指出的是,人的眼睛和耳朵都是接收模拟信号的,数字化信号最终还是要转为模拟信号才能被人接收,所以,数字化系统主要是通过数字化信号处理来避开模拟信号处理过程中的固有缺陷的。

目前,数字技术的发展日新月异、前途广阔。首先,随着硬件性能的提高,在高速总线方面66MHz的PCI总线已经很成熟和普及,如PCI-E或其他的高速串行总线也不断地提出;在芯片技术上已经出现了600MHz、720MHz,甚至是1GHz的高性能DSP,因此硬件平台性能的不断提高,必然使数字矩阵的功能不断地提升而向高端发展。与此同时,在软件上不断有新图像的压缩、处理算法提出,图像压缩的效率不断提高,也不断有更复杂、更智能的图像处理算法得到应用,如智能的移动检测、智能识别技术(人脸识别、指纹识别、车牌识别、签名识别)目前都已经有了比较成熟的应用,这些更高层次的图像处理技术,利用目前硬件平台,已经可以应用到数字视频系统中。随着软、硬件水平的飞速提高,数字矩阵的发展空间会非常广,无论是在性能上还是在功能上必然全面超过模拟矩阵。

三、传统的连网矩阵系统的串口连网方式与以太网连网方式的比较

传统的连网矩阵系统多采用RS-232、RS-422及RS-485等通信协议,现有的许多连网矩阵基本上也都采用这几种通信协议作为网络构架的基础。但这类网络的局限性在于数据传输速率低、传输距离有限,以及必须使用转换器,而且由于各生产商都使用非标准协议,无法保证通用性。

显然,以太网相对于串口通信网络是一种彻底的革新。以太网的优势在于可以方便地接入现有网络、数据传输速率高、用通用的通信协议,并且现有网络(局域网、广域网、城域网和因特网)使其传输距离不再受限。因此,以太网使安防系统集成达到了新的高度。若使用老式的串口通信,网络非常笨重,需要许多接线和转接,如果网络庞大的话,需要很多通信连线,而且还时常无法通信。而使用以太网,则网络扩展及通信都不受限制,只要一根网线就可以和网络内的任何一个点取得联系。以太网使得一定范围(局域网、广域网、城域网)内的设备可以互相通信,不论跨越多少建筑,也不需要增加接线。以太网还为实现系统的简便控制和监视提供无限的可能性。

传统串口连网方式与以太网连网方式的比较如图1所示。


图1 传统串口连网方式与以太网连网方式的比较

因此,相比传统连网构架,以太网连网矩阵的优势是:通信速率高,性能稳定,传输距离不受限制,组网方便、灵活,网络扩展方便,便于系统集成。图像(视频信号)本身具有可视、可记录及信息量大等特点,它能够通观全局、一目了然、判断事件具有极高的准确性,是报警复核、动态监控、过程控制和信息记录的有效手段。

由于以太网连网优势明显,有部分CCTV厂商通过使用计算机来实现接入网络。它把矩阵通过RS232与计算机连接,计算机再接入以太网,在计算机上安装软件实现网络控制。但这种软件连网方式由于使用多台计算机连网,其稳定性能下降。目前Infinova(英飞拓)以太网连网矩阵是业内仅有的通过LAN或WAN实现控制功能的切换控制器产品之一。它有别于以往的网络系统,使用该产品无须再为RS-422/485的通信进行连线,在城市治安项目和高速公路实现全省连网方面优势非常突出。只用建立在高速公路已经存在的收费系统的网络或者城市里已经存在的网络里,因而不必浪费时间在布线问题上。

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