大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中的矩陣組網(wǎng)技術(shù)

近年來(lái)，隨著各類自然災(zāi)害、公眾安全事故、刑事治安案件頻頻發(fā)生，社會(huì)治安狀況日益復(fù)雜，建立健全城市公共安全體系成為社會(huì)城市化發(fā)展的必然趨勢(shì)。于是，一方面，單一個(gè)體的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的容量逐步加大，另一方面，以“平安城市”為代表的大型聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)分散的社會(huì)視頻監(jiān)控資源進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的互聯(lián)互通互控。

與此同時(shí)，數(shù)字化已經(jīng)成為城市發(fā)展的必然趨勢(shì)，數(shù)字技術(shù)可以應(yīng)用于日常的城市安全管理，事故應(yīng)急救援行動(dòng)等，這就為大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)提供了有利條件，并為城市公共安全的發(fā)展提供了契機(jī)。

系統(tǒng)特點(diǎn)：

大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)象一般分為兩類：一類是博物館、機(jī)場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館、智能樓宇、大型廠礦企業(yè)等相對(duì)集中的區(qū)域監(jiān)控；另一類是“平安城市”社會(huì)治安動(dòng)態(tài)管理、高速公路、各級(jí)看守所、邊檢口岸、電力電信機(jī)房等地域跨度較大的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。

這兩類系統(tǒng)都具備如下的特點(diǎn)：

1、攝像頭眾多：?jiǎn)蜗到y(tǒng)的監(jiān)控點(diǎn)達(dá)到上百個(gè)甚至數(shù)百個(gè)；聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控點(diǎn)成千上萬(wàn)，甚至數(shù)十萬(wàn)。

2、接入系統(tǒng)的任意攝像頭可以遠(yuǎn)距離調(diào)看和共享。

3、系統(tǒng)越大，各級(jí)的分控中心數(shù)量越多，對(duì)視頻的權(quán)限需求也就更復(fù)雜。

4、視頻資料的保存要求系統(tǒng)能具備分布式后臺(tái)存儲(chǔ)的能力。

針對(duì)這種情況，很多設(shè)備生產(chǎn)廠商和系統(tǒng)集成商，結(jié)合各地的實(shí)際情況，提出了自己的系統(tǒng)構(gòu)建解決方案，不論是模擬組網(wǎng)模式、模擬數(shù)字結(jié)合組網(wǎng)模式，還是全數(shù)字組網(wǎng)模式，都是在利用網(wǎng)絡(luò)的帶寬優(yōu)勢(shì)，通過(guò)視頻壓縮和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)所有視頻以及控制信號(hào)在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的最佳傳輸和共享。于是所有的精力都集中在如何解決各自模式下的問(wèn)題，比如網(wǎng)絡(luò)堵塞、編解碼延時(shí)、畫質(zhì)降低、格式協(xié)議統(tǒng)一等等。

市場(chǎng)需求：

但從使用者的角度出發(fā)，會(huì)發(fā)現(xiàn)用戶對(duì)大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求，不再滿足于保障人員和資產(chǎn)的安全，不僅對(duì)視頻瀏覽的便捷性（任意時(shí)間和任意地點(diǎn)觀看視頻）、視頻錄像的品質(zhì)（實(shí)時(shí)、高畫質(zhì)）和視頻畫面的指標(biāo)（高幀率、高分辨率）提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，而且要求視頻監(jiān)控系統(tǒng)向更快的聯(lián)動(dòng)反應(yīng)速度、異常事件應(yīng)急處理、行為分析和視頻數(shù)字識(shí)別轉(zhuǎn)變。

這就需要廠商充分了解客戶實(shí)際需求，完善網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)架構(gòu)的同時(shí)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)上充分考慮如何適應(yīng)用戶的要求，解決實(shí)際操作中的問(wèn)題。矩陣作為大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)中不可或缺的核心設(shè)備，目前的市場(chǎng)又為其提出哪些新的問(wèn)題？

1、矩陣的視頻容量多。不僅是輸入攝像頭數(shù)量的增加，而且由于各級(jí)管理部門對(duì)視頻資源的共享要求，矩陣的輸出也從以前的幾十路擴(kuò)充到上百路。傳統(tǒng)的矩陣由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，單機(jī)的輸出路數(shù)少，如果要組成這樣的大系統(tǒng)，需要幾十個(gè)切換箱，不僅體積大、造價(jià)高，而且機(jī)箱之間繁多的視頻轉(zhuǎn)接線也容易導(dǎo)致視頻信號(hào)的衰減，從而影響顯示的效果。

2、要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣的遠(yuǎn)程控制。大型監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)遇到跨地域的聯(lián)網(wǎng)控制和管理，對(duì)于傳統(tǒng)矩陣，視頻輸出可以通過(guò)光端機(jī)或者編解碼器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，矩陣的通訊信號(hào)大多采用RS-485或者RS-232方式，如果距離比較遠(yuǎn)或者沒(méi)有現(xiàn)成的光纖資源，就必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸。

3、矩陣級(jí)聯(lián)系統(tǒng)兼顧圖像實(shí)時(shí)高清和互聯(lián)互控。在平安城市項(xiàng)目中，大多需要采用矩陣級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，不僅市局的中心矩陣要控制切換下級(jí)派出所矩陣，不同轄區(qū)的派出所矩陣之間經(jīng)常需要互相調(diào)看圖像控制云臺(tái)，從而更從容的應(yīng)對(duì)跨轄區(qū)的突發(fā)緊急

4、終端用戶數(shù)量多。和傳統(tǒng)矩陣系統(tǒng)只需要幾個(gè)分控用戶不同，現(xiàn)在的大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)注重協(xié)同管理和對(duì)監(jiān)控區(qū)域的及時(shí)處理，所以終端用戶的數(shù)量通常會(huì)增加到十幾個(gè)甚至幾十個(gè)（比如平安城市項(xiàng)目往往需要區(qū)局矩陣為下級(jí)所有派出所用戶分配多路視頻輸出的切換控制權(quán)限），并發(fā)的控制信號(hào)和廣播的狀態(tài)數(shù)據(jù)也同步增加，這就給矩陣CPU處理能力和總線吞吐數(shù)據(jù)的能力帶來(lái)較大的負(fù)荷。而且不同的用戶需要具備不同的權(quán)限以便操作不同的監(jiān)視器和攝像頭，每個(gè)攝像頭都可以為每個(gè)用戶設(shè)定不同的權(quán)限。

5、多級(jí)視頻傳輸中圖像的文字標(biāo)識(shí)。視頻聯(lián)網(wǎng)后，經(jīng)過(guò)多級(jí)矩陣疊加的中英文信息不僅標(biāo)注位置不統(tǒng)一，而且容易重疊，無(wú)法看清標(biāo)注內(nèi)容，甚至覆蓋了視頻圖像，影響了圖像的質(zhì)量，不利于進(jìn)行綜合指揮調(diào)度。而且目前對(duì)于視頻圖像的疊加的漢字也從簡(jiǎn)單標(biāo)注提升到字體美觀和利于觀看的標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的16×16/16×12點(diǎn)陣漢字和不可調(diào)整的字號(hào)已經(jīng)很難滿足要求。

6、快球控制操作的靈敏和準(zhǔn)確度需要提升。隨著平安城市建設(shè)的展開，快球由于其高速的云臺(tái)旋轉(zhuǎn)和準(zhǔn)確的角度定位等特點(diǎn)，市場(chǎng)占有率迅速攀升。這就要求矩陣能夠提供對(duì)快球的完美支持。比如城市治安監(jiān)控不但需要通過(guò)快球?qū)崿F(xiàn)對(duì)高速移動(dòng)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤，更需要對(duì)緩慢移動(dòng)的行人進(jìn)行近景放大后的準(zhǔn)確追蹤定位，而目前大多數(shù)矩陣對(duì)快球云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制精度太粗，放大圖像后的云臺(tái)操作容易偏離目標(biāo)，無(wú)法精確定位；甚至云臺(tái)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候不能鏡頭變倍；鏡頭變倍的時(shí)候不支持變速；這些都無(wú)疑將系統(tǒng)的整體性能大打折扣。

7、對(duì)緊急事件的應(yīng)急預(yù)案處理。矩陣作為視頻切換的核心設(shè)備，需要響應(yīng)各種聯(lián)動(dòng)信息，將關(guān)聯(lián)的視頻圖像及時(shí)切換顯示在屏幕墻上。特別是大型系統(tǒng)，在遇到突發(fā)事態(tài)時(shí)，要根據(jù)發(fā)生的情況，采用不同的策略，這時(shí)，準(zhǔn)確、豐富、及時(shí)的圖像顯示將提供有力的幫助。傳統(tǒng)的矩陣只能根據(jù)報(bào)警信號(hào)，聯(lián)動(dòng)預(yù)先編輯好的切換序列，即便具備了宏指令，也只是聯(lián)動(dòng)切換一個(gè)輸入，如果是不同時(shí)間段內(nèi)的不同警情需要將不同快球的不同預(yù)置位顯示在不同的監(jiān)視器上，就無(wú)能為力了。

8、對(duì)報(bào)警點(diǎn)和視頻點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)管理。系統(tǒng)需要根據(jù)實(shí)際的客戶要求，將不同的報(bào)警點(diǎn)劃歸到不同的分區(qū)，每個(gè)分區(qū)可以具備獨(dú)立的報(bào)警響應(yīng)，而且支持報(bào)警記錄和操作記錄，對(duì)于分散區(qū)域的獨(dú)立布防監(jiān)控管理非常有幫助。

9、多個(gè)監(jiān)視器同步切換快速。由于矩陣輸出路數(shù)較多，經(jīng)常需要多個(gè)監(jiān)視器同時(shí)翻頁(yè)切換，而這正是對(duì)矩陣切換速度的考驗(yàn)，如果盡可能地讓用戶感覺(jué)不到多個(gè)監(jiān)視器各自前后視頻切換時(shí)的滾動(dòng)條紋，是衡量矩陣性能的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

10、具備可靠的接口保護(hù)。由于大型系統(tǒng)連接設(shè)備龐雜繁多，室外監(jiān)控點(diǎn)比例大，給矩陣的穩(wěn)定性也帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，視頻輸入輸出接口和控制通訊接口都需要考慮防靜電、防雷感應(yīng)和防電源浪涌。

針對(duì)上面這些問(wèn)題，各矩陣廠商都在積極尋找對(duì)策，拿出自己的解決方案：

1、單機(jī)箱一般都能支持256×32以上，通過(guò)新一代的高密度/低功耗切換處理芯片和處理平臺(tái)架構(gòu)，在保證設(shè)備散熱和穩(wěn)定工作的前提下，努力減少機(jī)箱的高度和內(nèi)部冗余空間。

2、CPU核心支持以太網(wǎng)接口，逐步從1M～2M向10M/100M發(fā)展，通訊帶寬越高，越能夠滿足更大量的數(shù)據(jù)傳輸。而CPU處理器也在從8位機(jī)向16位機(jī)/32位機(jī)過(guò)渡，以便給系統(tǒng)提供更高的主頻和尋址空間。

3、基于以太網(wǎng)技術(shù)的新一代網(wǎng)絡(luò)矩陣IP級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，不僅可以借助多種視頻傳輸方式實(shí)現(xiàn)區(qū)域之間的互聯(lián)互控，而且數(shù)據(jù)通訊摒棄了傳統(tǒng)的RS-485/422/232方式，全部通過(guò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，設(shè)置連接維護(hù)更加簡(jiǎn)單方便。

4、不但鍵盤、報(bào)警主機(jī)等設(shè)備全面網(wǎng)絡(luò)化，而且矩陣能夠同時(shí)接入的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)用戶也在不斷增多，通過(guò)多用戶權(quán)限組態(tài)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)用戶對(duì)每個(gè)攝像機(jī)具備不同的操作控制權(quán)限。

5、在原有的單行8個(gè)漢字信息顯示的基礎(chǔ)上，不但字號(hào)和字符灰度可調(diào)，而且可以多行疊加顯示，實(shí)現(xiàn)分級(jí)標(biāo)注管理。這對(duì)于大量視頻場(chǎng)景的分區(qū)域劃分標(biāo)識(shí)很有幫助。

6、控制鍵盤三維搖桿的操作精度不斷提高，更加細(xì)分的云臺(tái)變速和鏡頭變速，將快球控制的靈敏度和準(zhǔn)確度提高到極致。

7、宏指令的設(shè)計(jì)更加豐富靈活，用戶可以根據(jù)不同事件嵌套調(diào)用，快速執(zhí)行，還可以指定在一定時(shí)間段，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行宏指令，當(dāng)外部事件觸發(fā)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行預(yù)定策略。

8、報(bào)警分區(qū)數(shù)量更多，各分區(qū)還可以聯(lián)動(dòng)不同的操作和切換顯示模式，比如能夠適應(yīng)最高防范等級(jí)的A.T.V.報(bào)警聯(lián)動(dòng)切換技術(shù)。

9、單個(gè)監(jiān)視器的切換速度提高的同時(shí)，更加注重十幾個(gè)甚至幾十個(gè)監(jiān)視器的同時(shí)切換時(shí)間也要滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的16ms。

10、為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，萬(wàn)無(wú)一失，視頻端口和控制端口的保護(hù)不斷加強(qiáng)，不只是光電隔離，還應(yīng)該劇本防雷、防靜電和防浪涌沖擊。

上述僅是矩陣發(fā)展趨勢(shì)的一部分，還有諸多問(wèn)題需要制造廠商面對(duì)和解決。由此可見(jiàn)，矩陣設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠商在單機(jī)視頻容量、通訊控制方式、宏指令操作、字符疊加技術(shù)、矢量變速搖桿等方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，更貼近用戶的實(shí)際使用，更符合技術(shù)發(fā)展的未來(lái)潮流。矩陣不僅擺脫了原先的切換控制主機(jī)的概念束縛，更為大中型和超大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供強(qiáng)大靈活的智能管理，將成為先進(jìn)強(qiáng)大的新一代智能監(jiān)控中樞！