模拟矩阵与数字矩阵的区别及方案应用

安防行业销售员知识系列矩阵篇在视频监控方案中，矩阵是一个中端产品，前端为摄像机，后端为电视墙，远程查看的PC（软件）。

主要实现的功能就是整合前端的视频资源，按照客户的要求实现电视上墙、球机控制、远程视频查看等功能。

总体分为两大类，模拟矩阵，数字矩阵。

模拟矩阵，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复杂的芯片控制模拟开关实现。

基本实现电路为：模拟矩阵相关的几个重要参数：监视器画面切换时不黑屏；带音频的矩阵输出同步；报警联动；输入和输出路数越大设计和制作难度更大；相同协议间的控制；不同协议间的控制；与DVR 的连接；单台DVR；多台DVR；网络功能；远程多媒体网络控制；本地矩阵间联网控制等。

模拟矩阵系统切换，矩阵系统切换可分为自由切换、程序切换、同步切换、群组切换和报警切换五种系统切换方式。

自由切换：一个自由切换队列是将一组摄像机输入编程到一个监视器上循环显示。

最多可由N 个摄像机信号构成，每个摄像头画面可停留不同的时间。

每个监视器拥有独立的切换队列。

程序切换：一个程序切换队列可由系统内置菜单预编程，有N/N个队列可由操作者或由定时调用在任何时刻调到任意一个监视器上运行。

每组切换队列可由N/N个摄像机及其预置点、停留时间、辅助开关动作构成。

在一组切换中，可多次出现同一个摄像机画面或一个摄像机的多个辅助动作。

同步切换：一个同步切换队列是指将一组摄像机画面顺序地切换到一组连续的监视器上显示。

有N/N个系统同步切换队列可由系统设置菜单预编程。

每个系统同步切换队列由最多N/N个摄像机及其预置点、停留时间、辅助开关动作构成。

群组切换：一个群组切换队列是指将一组系统同步切换队列自动顺序地切换到多组连续的监视器上显示。

有N/N/2个系统群组切换队列可由系统设置菜单预编程。

每个系统群组切换队列由最多N/N个系统同步切换队列构成。

报警切换：系统报警切换队列是指系统在接收到报警信号时将摄像机画面切换到设防监视器上显示。

每个报警切换可联动摄像机图像及其预置点、辅助开关。

注：切换是指一组摄像机输入自动循环地显示在监视器上。

每个摄像机画面的显示时间可设为不同的时间，并且一个摄像机画面可在一组切换队列中重复出现多次。

切换可正序或反序进行。

模拟矩阵最常用的设备配置音视频矩阵主机、控制键盘、多媒体系统、监视器、摄像机、解码器、云台、码转换器、高速球、监听器、报警主机、报警探头、录像机等。

目前市面上比较知名的模拟矩阵生产厂家有：AD、海康、大华、天地伟业、景阳、英飞拓、AP等，生产厂家很多，基本核心就是对中央处理器的二次开发能力和外围设备的开发能力差别。

模拟矩阵的典型拓扑：数字矩阵切换器作为视频矩阵，最重要的一个功能就是实现对输入视频图像的切换输出。

准确概括那就是：将视频图像从任意一个输入通道切换到任意一个输出通道显示。

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，即任意的一个输入和任意的一个输出。

数字矩阵,是针对前端设备全部是网络数字视频流输入，到监控中心输出上电视墙专门制作的一款产品，用于完成输出、切换、存储、转发、远程控制视频等功能。

其中数字矩阵产品，超强的解码能力是网络数字矩阵视频输出的优势，单机可实现多路VGA/DVI/HDMI高清晰度显示输出。

满足了监控系统的“全面覆盖，重点监控”,1:1显示输出的行业主流需求。

系统支持电脑VGA显示器实现成本低廉的电视墙，也支持等离子液晶屏、专用液晶监视器、DID液晶屏、投影仪、DLP大屏输出。

任意一路视频图像的解码和输出都可以在管理中心自定义和统一控制。

图像连接成功时音频同步于视频预览. 各屏输出1/4/9/16画面,可实现独特的多路入多路出1:1显示。

单屏显示输出分辨率为1920*1080，发挥了液晶屏高分辨率的优势，单屏四画面也能充分展现数字编码的优势。

采用标准的TCP/IP输入及输出,通过普通1000M交换机进行多机联网全交叉矩阵切换,所有视频通过数字矩阵、大屏、窗口、前端摄像机统一编号识别，实现数字矩阵、大屏、窗口、视频全交叉切换。

提供DDNS支持组件，支持ADSL动态域名下联网的视频监控网络，支持能够承载IP数据的各种网络（互联网、数据专线、卫星、无线微波等），支持跨路由器的远程监控；支持多播功能数字矩阵顾名思义就是具备模拟矩阵的切换功能，输入是网络数字信号，输出是高清数字信号。

数字矩阵是真正基于宽带ADSL/VPN/Wireless/LAN/3G等支持异构网络输入信号，输出是HDMI高清接口的网络数字矩阵。

网络数字矩阵是一整套网络监控系统里面的核心设备，所有产品对外的数据接口只有一根网络或一根光纤，可以级联上万路视频，完全的模拟矩阵操作方式。

根据不同的功能细分为，模拟入数字出，数字入模拟出，数字入数字出三种不同的类型：（1）模拟入数字出的编码数字视频矩阵产品设备，分别为N路CIF视频压缩、存储、上电视墙，N路D1视频压缩、存储、上电视墙。

模拟视频输入，通过VGA/DVI/HDMI接口上电视墙分屏显示。

相比较模拟矩阵在项目中实现相同的功能，省掉了视频分配器、硬盘录像机、画面分割器等相关设备。

（2）数字入模拟出的解码数字视频矩阵根据不同的输出方式分为8-16个BNC方式的解码数字视频矩阵，BNC输出监视器的是独立画面，VGA输出中间液晶大屏的多画面分割模式，D1与CIF自适应解码。

（3）数字入数字出的网络数字矩阵是纯数字矩阵设备，前端设备全部输入都是网络数字信号，如DVS、网络摄像机、百万高清摄像机，网络数字矩阵是通过一根1000M的网口把网络视频输入到数字矩阵，通过数字HDMI接口输出上电视墙。

网络数字矩阵充分利用网络分组交换技术进行音视频数据的交换，主要包括以下几方面的功能：（1）可以把任意一路压缩的音视频输入解码切换到任意一路大屏窗口输出（多路视频输入到少路视频输出）的手动或自动切换功能，即拥有模拟矩阵的手动切换、循环切换及报警联动切换的功能；（2）可以在局域网、无线网、广域网、3G网上进行上述手动或自动切换，并可通过网络优势进行多网络数字矩阵级联；（3）具备网络视频转发功能，局域网内的所有视频都可以任意转发调取视频。

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。

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。

总线型矩阵中最常见的就是PC－DVR和嵌入式DVR。

对于PC－DVR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。

在上面的两个例子中，它们都可以实现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。

PC－DVR（PC+H卡、HC卡）构成的总线型数字矩阵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：延时大、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。

成本优势视频矩阵和DVR合二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，大大的节省了成本。

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，稳定性增强，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，需要很繁琐的操作流程；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，则显得力不从心。

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，通常只能实现ASCII码也就是英文字符的叠加，而能够实现汉字叠加的模拟则可以说是寥寥无几，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。

数字矩阵可以提供更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，由于需要多台设备，出问题的概率则大大增加。

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，都没有发生大的变化，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、前途广阔来形容。

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也不断的提出；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，必然使数字矩阵的功能不断的提升，不断的向高端发展。