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[分享]视频矩阵未来发展

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发表于 2006-10-14 21:27:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
视频矩阵未来发展 (1)(中国安防产品网)
任何一个安防系统,控制设备是核心,视频矩阵是典型。它不仅决定了电视监控系统的容量(可监控图像的数量)、系统的模式(视频网络的拓朴结构)、系统的控制方式(控制网络的结构、编码规则)和显示方式(直接观察图像的数量、时序的间隔与顺序),确定了电视监控系统与安防其它子系统的集成方式(非可视信息与图像的相互关系、各种功能的联动),还是安防系统的统一的操作平台(人机交互界面),特别是通过多媒体界面实现图形化管理(GUI),它的网络接口可以实现安防系统的远程管理。一个好的矩阵几乎可以实现安防系统所有的功能要求。因此,可以说:熟悉了矩阵就熟悉安防系统、用好了矩阵就可以灵活地构成多种实用的安防系统。   
视频矩阵是电视技术在实时监控领域应用和推广的体现,顺应电视技术的进步而产生和发展。了解和探索电视监控技术以及安防技术的进步过程和发展趋势,展望其未来,观察视频矩阵可窥一斑而知全貌。
视频矩阵经典系统标志 所谓经典系统就是从摄像到显示直接连接的方式,系统的信息流是模拟的视频基带信号。电视监控从几个图像的一对一显示、或顺序显示发展到几百路甚至更多的图像系统,必须解决的一个问题是大量视频信息的分配、切换和显示,以及如何实现视频信息的资源共享。随其应运而生,完成这个功能的设备就是视频矩阵。可以说视频矩阵是电视监控系统由小到大发展的必然结果。它实现视频信号的交汇、附加信息的叠加、系统功能的遥控和控制。但最基本的功能是建立信源(摄像机)到信宿(视频监视器)电气上的直接连接(物理连接),或在它们之间建立视频通道。
视频矩阵基本上采用模块式设计,由输入、输出、CPM和PSM几个单元组成。输入模块完成视频信号的切换(视频通道的建立);输出模块进行附加信息(时间、地理、状态)的迭加,输入和输出模块及其数量可以根据系统的规模来配置。CPM单元是矩阵的中枢,它实现人机交互,控制输入、输出模块的运行;形成控制信号,实现系统的遥控和控制;同时还要有多媒体计算机接口、与其它安防子系统(报警、出入管理)的接口和网络接口;PSM是设备的供电单元;这样的结构和功能对越大型的系统越能表现出优势。
显然这种系统建立在集总式结构上是最经典的,也是目前最常用的系统模式。它的基本特征是:所有的图像(视频信号)都传送到一个中心点,连接到一个中心设备上,这个点、这个设备就是视频矩阵。通过矩阵对图像(视频信号)的切换和分配功能,实现各种显示方式,并将图像传送至其它需要共享图像资源的地点,它的网络结构是标准的星形结构。目前无论系统规模的大小(大至千路、小到几路),大多数电视监控系统采用这种模式。所以人们把视频矩阵看作经典系统(模拟信号、集总式结构)的标志。利用矩阵还可以构成多级星形结构,也是集总式系统的一种形式,适用于分级管理的场合。但它实现系统图像资源的充分共享比较困难。
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 楼主| 发表于 2006-10-14 21:48:50 | 显示全部楼层

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视频矩阵未来发展 (2)(中国安防产品网)
% [, A2 ?6 i9 I7 E 以视频矩阵为中心建立的电视监控系统具有以下特点:
g/ w& k0 `* E0 T% E: q1、系统(视频矩阵位于的监控中心)拥有最完整的资源,它不仅可同时获得系统的全部图像信号,而且拥有系统最大的带宽(等于总路数乘上每路的视频带宽),所以可以充分地实现系统和设备的技术能力,特别是摄像机的技术能力,获得很高的技术指标。
" u1 s: p( Y2 Y" j( ~8 _ 2、最佳的观察效果,系统可以实时地、以现行电视制式显示、观察任何图像,符合人们的视觉习惯。目前,大多数字系统还达不到这样图像的效果。
3 G: c! Y8 E+ V& V0 @# [+ F9 J3、最小的系统开销,远距离传输和传输过程中的干扰问题是模拟系统的弱势之处。主要是由于带宽的限制、及干扰对模拟信号劣化的不可修复性。但是、对于局域性的系统,这两个问题的影响不太,模拟的集总式系统仍是获得高质量图像开销最低的方式。
' y4 B% r5 A( y' u7 y 4、技术成熟、相关产品的配套性好、技术标准完备,用户可有多种选择。
7 j/ b Y2 k3 B$ A9 @" U# z4 N: ?5 ]9 n$ W 当然、它也有不足之处,例如视频矩阵是设备系统的中心,也是系统可靠性的要点,出现故障,会导致全系统失效;再者,模拟系统的可扩展性差。
: f# B& a9 ~+ k6 g6 l# C数字视频矩阵概念未明
0 c5 e2 g4 s y V, a2 f2 N$ | 随着电视技术数字化的进程,电视监控系统也出现了一些数字设备,(全)数字系统成了一种时尚,于是出现了数字视频矩阵的概念,一些厂家还推出了所谓数字视频矩阵设备。严格地讲,目前数字视频矩阵还是一个不清楚的概念。首先,它的基本功能是什么?应用的网络环境是什么?还都不清楚,至少在认识上还不统一。目前数字化系统主要有下面两种情况:一是按着模拟视频矩阵的概念,对输入的数字视频信号(数据流)建立通道式的连接(多少入对多少出),这样的设备在电视演播室中早已有之。它所适应的系统(网络)结构是集总式的。但采用这种结构(全数字流、集总式结构)的电视监控系统很少。另一种方式是在LAN的环境下,利用DVR、视频网关或采用IP摄像机使图像源数字化。通过网络交换机来实现数字流的切换,这时系统的输出可认为是B/S或C/S结构中的客户机,但这种切换不是建立实时的、直接的通道,是有延时的。这是一种分布式结构(也有人称为数模混合方式),它的特点是:
( @4 B3 y* S5 x1 f& M1、数字视频(图像信息)在多次传输、记录和处理过程中,不再降低图质量。同时,既能实现分布地存贮和本地控制,又能作到集中的图像调用、记录和统一地管理。图像检索方便,保密性强。
/ c9 N9 {) V; g9 r; V* q& R 2、系统可以自主生成。便于与广域网连接,实现远程监控
7 f& m% v$ y# J R1 N1 b 3、系统的可扩展性和可升级性好。
1 W U8 {' @1 ~4 n* ?2 Q. E: x+ q 但它存在一些亟待提高的问题:主要是中心监控室不能同时获得系统全部的实时图像。图像质量(分辨能力、连续性)还达不到模拟系统的水平。更重要的一点是,产品尚不完全成熟、接口关系不统一、还没有形成基本的标准和统一、科学的评价方法。尽管如此,这种方式将是电视监控系统从模拟向数字化过渡的最佳途径
; @0 }2 e4 q1 q2 i; x+ A: |( ~ 有些多输出的数字视频记录设备称自己为数字矩阵,它没有在输入和输出信号之间建立一个传输通道,实质上只是在并行地进行多路的图像变换和编解码处理,输入和输出之间的连接不是直接的(有变换),也不是实时的(有延迟)。而且输入信号通常是模拟的视频信号,输出则可能是数字信号或模拟信号。
& `" I3 e) a1 d0 `8 F$ N! C网络是虚拟的矩阵 
2 y8 J0 `3 R3 T5 r) y2 i) B) w7 I远程监控是电视监控技术的一个重要发展方向,特别是IPv6的出现为其展示了更加广阔的前景。利用网络环境构成电视监控系统,信源与信宿之间的信号切换(联通)不能由单一的硬件(矩阵)来完成。其实由硬件(路由器、交换机、服务器)和软件(协议)所构成的网络环境本身就是一个(IP地址之间的)大矩阵。在这个的基础上,可以构成虚拟的电视监控系统专网,这就产生了虚拟视频矩阵的概念。所谓虚拟矩阵是以网络为媒介,通过TCP/IP和流媒体技术,实现数字图像信号在网上多路复用的传输(它的路由是不确定的)。由于电视监控系统通常要设置一个中心室,要有一台视频网络服务器来实现对整个系统(前端设备及需要通过该中心共享系统资源的设备)的管理和控制,而且要有足够数量的图像显示在中心室的电视墙上(由监视器或显示器组成),该服务器就有了类似于视频矩阵实现输入(图像信号)至输出(显示或共享设备)的切换功能和系统的控制功能。所以,有时称其为网络矩阵(IP MATRIX)。
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 楼主| 发表于 2006-10-15 07:06:45 | 显示全部楼层

re:视频矩阵未来发展 (3)(中国安防产品网...

视频矩阵未来发展 (3)(中国安防产品网)
9 m9 v5 W- c# B( J8 x$ g* {6 L 但是、有一个问题必须指出:系统中不被访问的前端设备(IP),图像信号是不被传送的,由此带来的延时对电视监控的实时性要求可能是致命的。同时、由于数据率的限制,系统的图像质量(连续性、分辨率)也不高。IPv6可以实现永远在线和提供更高的带宽,为建立高质量的网络视频监控系统提供了条件,特别是它具有无限的容量(无限的图像源和无限的用户)。网络视频监控系统的发展将促进IP摄像机的规格化和兼容性的实现。
- `$ C9 f N& r0 o5 y- \ 通过上面的论述,似乎可以对数字视频矩阵提出一个概念性的定义;

1、 实现数字图像信号的交换;

2、不同于模拟矩阵只是建立视频信号的传输通道,不对视频信号作任何处理。数字矩阵将对数字信号进行适当的变换,其输入信号与输出信号的形态或格式可能会不同;

3、 系统应用于网络环境;

4、 数字矩阵可能不是一个具体的硬设备,而是具有特定功能的系统。

矩阵的评价
  
视频(模拟)矩阵的评价方法已经很完善,有明确的标准可依。数字视频系统则不然。大多数产品还没有技术标准,就连一些基本的参数也还存在不同的理解。本文主要是从模拟与数字视频的差别,以及由此带来的评价指标和方法不同来发表一些看法。
1、如上所述,视频(模拟)矩阵就是一个传输通道,因此,可以把它作一个黑盒子,从视频信号通过后的劣化程度来评价其性能(视频通道的测试方法)。主要的指标有:
a. 带宽、视频矩阵最主要的指标、它影响图像的分辨率。通常要求矩阵有超过8MHz的带宽,并且有平坦的幅频特性,以保证它有较小的相位失真。  

b. 信噪比,反映电子开关对输入图像信号信噪比的影响。通常选用一个S/N大于70db的视频信号作输入,测量输出信号的S/N,就是矩阵的信噪比。  

c. 串扰、反映相邻通道间视频信号的互相干扰,它也表现为由于相邻通道的串扰,致使测试通道的S/N的下降。因此,可能通过测量相邻通道有无视频信号通过时,测试通道S/N的变化来计算出矩阵的串扰值。  

d. 图像的主观评价、对于模拟视频系统,主观测试是非常重要和有效的。不仅是因为它可以反映观察者的感觉,还因为模拟视频的主观测试是与客观测试的结果是直接相对应的。通过主观测试可以对图像的灰度、对比度,各种失真给出评价。

2、数字系统不能采用上述的评价方法,因为系统的输入与输出可能不同。测试结果与图像效果也不对应,主要指标可以选择以下几个:  
a. 图像格式、数字系统的图像格式和质量等级是设定的,它基本上确定了图像的分辨率和相关质量,通常它并不受系统数据率(有时也称带宽)的限定,这是与模拟视频不同的。  

b. 数据率、是系统总资源的表示,与模拟系统的带宽相对应,但它限定图像传输帧率,影响图像的连续性。  

c. 时延(响应时间)、系统输出与输入建立通信及显示图像与现场图像的延时。这个指标对于模拟系统是没有的,但对于数字系统,特别是网络监控系统是很重要的,它影响系统的实时性。  

d. PSNR(峰值信噪比)、不同于模拟系统,它主要反映图像在模/数转换和压缩编码过程中,由于量化所引起的图像平均能量的变化,来自外部的干扰对它的影响不大。  

e.图像的主观评价,数字系统的主观测试与客观测试不是相对应的,直接观察的效果不能用于解释客观测试的结果。它主要是评价图像在变换过程中(主要压缩/解压缩)出现的不良产物及其对图像效果的影响,如像块间的不平滑、运动目标的拖尾、亮、色分离等。  
总之数字视频系统的评价方法尚不完善,许多概念和标准还在研究和讨论之中。这些方法和标准统一、规范了,所谓数字视频矩阵的评价也就规范了(模拟系统也是这样)。
结语  
视频矩阵已是很成熟、完善、应用很普及的产品了,可以从技术上给它作个总结了。它在电视监控系统(安防系统)中的主导和主流地位(特别是在大型系统中)还会保持相当长的时间。数字系统是电视技术发展的必然,因此,会出现数字矩阵的概念和设备(系统),这是我们要研究的课题。网络监控是安防系统的一个发展趋势,网络的矩阵功能是可能成为数字矩阵的一个解决方案,让我们拭目以待。
$ d7 R3 R% E/ D7 R& x 来自:中国安防产品网
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