视频矩阵系统的分析与应用
摘要目前，随着视频监控数字化的发展，互联网已经在逐渐改变我们的工作和生活。

当今，过去使用频次较多的模拟监控系统逐渐被数字网络监控系统所代替，数字视频监控系统能够监控的点更多，且更密。

因此，这就对监控前端的视频监控中心或指挥中心的视频矩阵系统提出了更高的要求。

本文对视频矩阵系统的分析与应用进行了研究。

关键词视频矩阵系统；分析；应用
1 视频矩阵系统概述
所谓视频矩阵，就是一种监控设备上的电子装置，该装置主要使用的方法是阵列切换方法。

通过该方法，把M路视频信号任意输出至N路。

我们将这样一种视频矩阵组成的系统称之为视频矩阵系统。

通常情况下，n<m。

需要注意的是，有一部分视频矩阵附带有音频切换功能，可以实现音频信号和视频信号进行切换，这种切换往往是同步的。

所以，也有人称之为视音频矩阵。

当今的视频矩阵系统实现方式主要有两种，一种是模拟矩阵，另外一种就是数字矩阵。

现今，视频矩阵系统在各种监控场合中有应用。

矩阵进行图像快速切换功能的实现，与键盘控制器是分不开的。

键盘控制器能够跟变速智能球机、解码器、矩阵等终端接收器进行配套使用[1]。

2 视频矩阵系统的分类
按实现视频切换的不同方式，视频矩阵分为模拟矩阵和数字矩阵。

因此，视频矩阵系统也分为两类，一种是模拟矩阵系统，另外一种就是数字矩阵系统。

2.1 模拟矩阵
通过对模拟矩阵进行分析，可知其视频切换在模拟视频层完成的。

信号切换借助的两个工具，一个是单片机，另外一个就是复杂的芯片控制模拟开关。

通过这两个工具，可以实现信号的切换的功能。

2.2 数字矩阵
数字矩阵的视频切换是在数字视频层实现的，通过对这个过程进行分析，可知其不仅可为同步的，也可为异步的。

在数字矩阵中，其中非常关键的工作就是对数字视频进行处理。

具体的过程是，首先是要在视频输入端添加AD转换。

如此，模拟信号就可以转变为数字信号。

另外，在视频输出端添加AD转换，这样就可以把数字信号转化为模拟信号，从而方便输出信号。

在视频切换的过程中，关键的部分是由模拟矩阵的模拟开关，不仅实现了数字视频的处理，还实现了数字视频的传输[2]。

3 视频矩阵系统在工程中的应用研究
虽然数字视频矩阵系统与模拟视频矩阵系统比较而言，前者更具有优势，且得到了较大范围的应用。

然而，由于成套品功能或性能上存在的缺陷，我们需要对视频矩阵系统在工程中的应用进行一些再规划设计。

通过对硬件设备进行选配，从而使图像质量得到提高，使功能更强，使系统集成的管理接口的可扩展性更好，操作界面更好。

3.1 功能需求
本文研究的安防系统主要包括视频监控系统、门禁系统、报警系统等，要求视频监控系统用软件实现对基于网络传输的视频图像进行存储、显示，优先考虑对每路视频图像进行640*480、25帧/秒的存储要求，并建立以视频监控系统为核心，报警系统为事件标记的集成应用系统由于项目中使用的硬件设备，厂家都有各自的软件系统进行配套使用，但相互之间的接口不统一，不满足建立一个集中管理的智能化监控中心的需求，需要对视频监控软件进行重新规划设计，并为集成提供可扩展的管理接口和良好的操作界面。

3.2 软件功能设计
图像存储模块：支持M-JPEG、MPEG4压缩格式，能兼容网络摄像机和视频服务器。

以每台服务器支持16路摄像机为前提，实现：动态侦测、录像、检索、本地回放、直观显示各视频监控点的工作状况，提供外部接口，能与监控中心工作站配合，支持远程启动录像指令和远程录像回放，并能实现与从文报警、CSS门禁联动，与报警事件为标识，对视频信息进行记录和检索回放等。

图像解码模块：支持M-JPEG、MPEG4压缩格式，能兼容网络摄像机和视频服务器。

要求实现：显示队列管理和个性设置，将视频信息按既定的队列和时间间隔进行单画面全屏轮巡显示。

报警集成模块：能接收报警管理软件和门禁管理软件的触发信号，确保防区报警信息转换为统一格式，并传递到监控中心工作站，为报警联动提供信息依据。

监控中心模块：是系统的管理中心，由服务器和客户端两部分组成，主要对监控中心进行综合管理和控制[3]。

3.3 硬件优化配置
图像存储设备配置：网络摄像机和视频服务器对视频信息进行MPEG4编码后，每路視频的码流大约为2Mbps。

从网络传输的角度来看，图像存储模块要实现16路摄像机的动态侦测及录像，100M的链路显得有些不足，因此图像存储服务器采用1000M网卡。

要在图像存储服务器上直观显示各视频监控点的工作状况，最好的方式是采用16画面分割显示现场情况，但要实现25帧/秒的帧率，对服务器的性能要求很高。

图像存储服务器每秒收到的帧数为25*16=400帧。

为了反映不同配置的计算机在解码方面的运算处理能力，我们对不同配置的服务器进行了解码环节的应用测试，部分测试数据见下表：
由于每个线程的启动无法保证完全同步，可能造成了4线程有个别线程消耗时间很短。

通过这些数据，表明解码速度主要与CPU主频率和前端总线有关。

多线程就受到多核、多CPU、HT等相关技术影响。

此数据是CPU全力解码的情况。

每路摄像机的网络传输、硬盘存储等对CPU的消耗约3%，考虑这些消耗，CPU能支持的摄像机路数会有下降[4]。

4 结束语
视频矩阵系统，将是未来辅助领导，决策者，进行关键决策和战略路线的重要工具和手段。

在科学技术飞速发展的过程中，视频矩阵系统从最初的模拟视频矩阵实现了数字视频矩阵的转变，清晰度得到逐渐提升，控制方式也越来越多样化，系统集成化也越来越强。

随着系统规模的增加，这也预示着对产品的创新能力和市场适应能力提出了更高的要求。

参考文献
[1] 陈秋芳，康炳峰.远程多媒体监控系统的实现和分析[J].计算机与网络，2000，（12）：26-27.
[2] 林建中，王缨，郭世满.数字传输技术基础北京[M].北京：北京邮电大学出版社，2003：51.
[3] 周慧惨.数字视频的网络传输关键技术研究[D].长沙：湖南大学，2004.
[4] 余思琛，秦暄，成春晟，等.基于多媒体通信的视频墙系统设计[J].指挥信息系统与技术，2013，（6）：75-79.。