数字视频矩阵
视频矩阵在安防领域有十分广泛的应用，在现有产品中，绝大多数都是传统的模拟视频矩阵。随着近年来数字技术的高速发展，软硬件水平的提高，不断有高性能的DSP和更高速的总线得到应用，使基于数字技术的视频矩阵方案能够得以实现。同时，得益于数字视频处理技术的强大功能，数字视频矩阵的优势逐渐显现，我们有理由相信，数字视频矩阵将成为安防业中新兴的一个热点，也将是视频矩阵以后的一个发展趋势。
数字视频矩阵图片
视频矩阵的基本功能和要求作为视频矩阵，最重要的一个功能就是实现对输入视频图像的切换输出。准确概括就是：将从任意一个输入通道输入的视频图像切换到任意一个视频输出通道。一般来讲,一个M×N矩阵，表示它可以同时支持M路图像输入和N路图像输出。这里需要强调的是必须要做到任意，即任意的一个输入切换到任意的一个输出。
另外，一个矩阵系统通常还应该包括以下基本功能：字符信号叠加；解码器可以控制云台、可变镜头和摄像机；报警器接口；可选的音频同步切换矩阵；控制键盘等。对国内用户来说，字符叠加应为全中文，以方便不懂英文的操作人员使用，矩阵系统还需要支持级联，来实现更高的容量，为了适应不同用户对矩阵系统容量的要求，矩阵系统应该支持模块化和即插即用（PnP），通过增加或减少视频输入、输出卡来实现不同容量的组合。
矩阵系统的发展方向是多功能、大容量、可联网，以及可进行远程切换。一般而言矩阵系统的容量达到64×16即为大容量矩阵。如果需要更大容量的矩阵系统，也可以通过多台矩阵系统级联来实现。矩阵容量越大，所需技术水平越高，设计实现难度也越大。
按实现视频切换的不同方式，视频矩阵分为模拟视频矩阵和数字视频矩阵。模拟视频的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实现。数字视频的视频切换在数字视频层完成，这个过程可以是同步的也可以是异步的。数字矩阵的核心是对数字视频的处理，需要在视频输入端增加AD转换，将模拟信号变为数字信号，在视频输出端增加DA转换，将数字信号再转换为模拟信号输出。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。
数字视频矩阵简介根据数字视频矩阵的实现方式不同，数字视频矩阵可以分为总线型和包交换型。下面以目前安防市场上广泛应用的压缩板卡和硬盘录像机为例，介绍这两种类型的数字视频矩阵。
总线型数字视频矩阵
顾名思义，总线型数字矩阵就是数据的传输和切换是通过一条共用的总线来实现的，例如PCI总线。
其中最常见的就是PC－DVR型和嵌入式DVR型。对于PC－DVR型来说，它的视频输出是VGA，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也可以支持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作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（如图１）。
包交换型数字视频矩阵包交换型矩阵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。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两个比较大的局限性：延时长、图像质量差。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（如图２）。
典型数字视频矩阵方案目前，矩阵市场上已经出现了带有多路视频输出和解码功能的矩阵卡，这种矩阵卡在原有的硬件解码卡的基础之上，同时实现了一卡多路的视频输出。由于采用了全新的高性能DSP，并配合目前已经得到普遍应用的2.2版本PCI总线，我们已经可以利用现有的硬件平台组建一个小型的数字视频矩阵系统。那么，下面就介绍一下实现数字视频矩阵的两个典型方案：
用矩阵卡和DVR板卡组建视频矩阵、实时录像系统
在该系统中，由音视频压缩卡完成图像压缩功能，与PC机构成DVR系统，这和目前市场上主流的PC－DVR完全相同。此外，在系统中增加矩阵卡，并由音视频压缩卡把数字视频数据通过PCI总线发送到矩阵卡，由矩阵卡实现视频的输出，这就构成了一个小型的数字视频矩阵（如图３）。
用矩阵卡组建网络矩阵
在该方案里，通过网络监控中心主机来调度多块解码卡，将从网络远端接收的图像数据切换到各个解码卡进行解码，最后由解码卡实现视频输出（如图４）。
数字视频矩阵优势分析成本优势：视频矩阵和DVR合而为一
采用数字视频矩阵方案，只需一台设备就可以同时实现视频矩阵和DVR的功能，大大地节省了成本。对矩阵的控制和DVR的控制集成在一起，方便灵活。如果采用模拟矩阵，至少需要一台矩阵主机和一台DVR主机，安装调试复杂，除了DVR的成本外，还要为模拟矩阵付出高额的成本。此外，对于模拟矩阵的控制，可能还需要外接其他设备，比如显示设备、矩阵控制器，矩阵控制键盘等，有些复杂的功能甚至需要专门的PC机来进行配置。模拟矩阵的方案还需要视频信号的分配、复用设备来实现DVR的录像功能，而采用数字矩阵，则只需在DVR的基础之上，增加简单的矩阵模块即可，成本相对低廉，且数字矩阵、录像系统的集成度高，稳定性强，也降低了以后维护的成本。
功能优势：配置灵活，功能强大，简单易用
在模拟矩阵＋DVR方案中，矩阵和DVR各自为政，需要分别控制，模拟矩阵提供的操作方式复杂，易操作性很差，且功能单一，如果要实现比较复杂的功能，需要繁琐的操作流程；而采用数字矩阵，通过一个控制平台即可实现对切换矩阵和DVR的同时控制，操作界面可由二次开发商在Windows或Linux下自由开发，可以根据自己客户的需求定制应用程序，定制各种功能，所构建的系统，完全取决于开发商自己的软件。
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，就显得力不从心。这里以字符叠加功能为例，模拟矩阵往往需要外接字符叠加芯片来实现，有的模拟矩阵通常只能实现ASCII码也就是英文字符的叠加，更不用说同时支持简体、繁体，甚至日文了。至于图像叠加等功能，在模拟信号层基本是无法实现的。
数字矩阵可以提供丰富的图像显示模式。传统的模拟矩阵只能进行最简单的1:1的图像输出；而数字矩阵在此基础上还可以实现N→1(通过对图像的缩放处理，可以实现多路图像在一个窗口显示)和1→N(一个输入图像同时在多个输出端显示)的显示方式，甚至是画中画等高级功能。
最后是系统稳定性，数字矩阵＋DVR的方案，系统集成度高、功耗低，稳定性高；而采用模拟矩阵方案，则出故障的概率就会大大增加。
潜力：发展空间巨大
模拟矩阵控制系统目前已经非常成熟，其产品的结构和功能在近几年，甚至是十几年内，都没有发生质的变化，可挖掘的潜力已经十分有限。
而数字矩阵则完全不同，目前数字技术的发展可以用日新月异来形容。首先，随着硬件性能的提高，在高速总线方面：66M的PCI总线已经很成熟和普及，比如PCI－E或其它的高速串行总线在不断的提出；在芯片技术上：已经出现了600M、720M甚至是1GHz的高性能DSP。可以说，得益于硬件平台性能的不断提高，数字矩阵的功能也将不断的提升。
与此同时，软件的进步同样不可忽略，不断有新的图像压缩、处理算法提出，图像压缩效率不断提高，也不断有更复杂、更智能的图像处理算法得到应用，比如智能的移动检测、智能识别技术（人脸识别、指纹识别、车牌识别、签名识别）。这些更高层次的图像处理技术，利用目前的硬件平台，已经可以应用到我们的数字视频系统中。因此随着软、硬件水平的飞速提高，我们有理由相信，数字矩阵的发展空间将会非常宽广，无论是在性能上还是在功能上必然会全面超过模拟矩阵。