IP监控的原动力...

 

数 字 矩 阵 的 发 展

        ——IP监控的原动力

随着监控系统的不断普及，通过硬盘录像机采集原始的模拟视频过程已达到一个相当的水平，那么接下来就是对这些原始的录像数据进行深度挖掘与再利用。如边防部队各大队的录像机及前端的模拟视频在过去三年内早已部署完成，但在市支队指挥中心或省总队指挥中心需要重新利用这些视频数据， IP监控将承担这一新的历史使命。而数字网络矩阵更是承载着其中原动力的核心作用，其在IP监控的应用里也将被赋予新的职能。

    “全面覆盖、重点监控”是数字监控市场的新一代风向标。如通过32+2×2的多屏显示，两边各16个26寸屏(4×4)每个显示16画面，中间4台52寸屏组成2×2的拼接，周围用来显示来自不同分局/分所/分厂的所有网络视频，每个屏可以显示最多16路视频，即进行全面覆盖，中间的大屏通过数字矩阵的程序、同步、群组、报警联动或手动切换，方便对其中任意一路进行放大显示，或显示电子地图。这正是新的数字监控市场迫切需要的基本功能。

一、   IP监控系统对数字矩阵需求的新动向

1. 网络解码能力的要求

在大规模网络监控系统中，网络的解码能力是其中最重要的瓶颈资源。早期的DSP解码卡或网络解码器技术方案，由于市场销量远低于编码的市场，及单芯片解码能力非常有限，至今都维持着解码是编码2倍以上的单路成本。

按海康4路解码能解4路D1、8路CIF，单台机最多装4张解码卡来核算，一个512路CIF画质（32台录像机）的解码需要高达64张4路解码卡、16台服务器，相当于两台42U的大机箱才能实现，业内人士应该不难核算出它的硬件成本将超过二十万。

当前端输入升级到720P或1080P的编码能力后，后端的解码、显示将会面临着更大的挑战，要控制管理这么多视频输入与输出，平台软件一项的成本也是一个不低的数字，在操作方面对于普通的安保人员来说将是一个巨大的挑战。

2. 多画面分割的要求

解码卡不仅有解码能力的限制，更重要的是在多画面分割显示方面有着更大的局限，其中关键的一个因素是解码卡受制与DSP的DA芯片，最高只能达到D1(704×576)的单通道显示输出。

仍以海康的4路解码卡为例，一张卡最多只能实现2个4分屏。一张4路解码卡是由2个独立的DSP芯片组成，即一个芯片只能完成2路D1或4路CIF的解码。结合解码能力，若超过4分屏以上则需要通过其它芯片解码，再通过PCI将解码后的原始图片传替给输出的通道，如果实现9个CIF将需要三个芯片才能完成。

而分画面分割的问题在D1画质的多画面分割方面将会更加突出。一个16路D1的16分屏将需要4张四路解码卡资源才能完成，不仅成本非常昂贵，而且PCI上需进行14路原始图像的传输，最后的总输出分辨率还只能是704×576，即D1画质的输入最后还是回到了QCIF画质。

多画面分割在模拟矩阵里也是一个行业的瓶颈。面对这个问题，业内人士可谓是费尽心思，在工程应用里能看到多种不同的解决思路，但都会存在这样或那样不可调和的矛盾。比如通过视频分配与画面分割器来完成，128路以上的视频将需要32个画面分割器来实现，但其存在不能任意切换的巨大缺陷。

只有单路输出达到1280×1024（或以上）的分辨率，多画面分割显示视频才有意义；1280×1024的分辨率，按4分屏显示，可以充分展现D1(704×576)编码优势，按16分屏显示，也能达到CIF画质效果。配合大尺寸的液晶监视器，就解决了较低成本来实现多路数解码输出显示的问题。

3. 多屏输出显示的要求

具备了超高的解码能力，高分辨率多画面分割显示，但还需要对应的屏幕输出数量,51212路按每屏16路来显示，也需要32块以上的屏幕输出接口。

随着电视及显示器等显示设备的不断进步，输出的接口也从原来的模拟AV/BNC，升级到VGA或DVI数字接口。最近一两年，更是出现了HDMI高清数字视频输出接口，通过数字屏接口、线路传输及数字屏直接显示，在解码输出后不再需要A/D或D/A转换，就能完成实现4个D1分屏的高清晰度输出。

一个上百万的大型网络监控系统，如果不借助于廉价的显示输出设备进行多屏显示输出，而单靠一台电脑通过IE去一台一台的访问，就大有劳民伤财之嫌。

4. 多厂家设备兼容的要求

从1996年安讯士研发出业内第一款网络摄像机以来，通过十多年的发展，国内国外出现了大大小小上百个IP监控设备提供商。这些厂家的硬盘录像机、视频服务器、网络摄像机等设备遍布在各个机构与地区。

在高度自由竞争却又没有统一标准的市场环境下，同一个项目里的设备往往会出现三个、五个厂家生产的，而在省级以上大型联网监控里甚至会出现超过十个以上的厂家，要更换成统一的设备不仅会造成巨大的经济损失，也不符合自由竞争的商业原则，再渴求所有设备厂家执行所谓的行业标准更是缘木求鱼。

5. 实时流媒体转发的要求

流媒体转发是IP监控里最常用的功能，我们一般了解的是它在一对多转发方面的功能，但为什么会在稍大一点的系统就必须用到流媒体，其重要的原因是IP监控设备普遍存在的一个重要局限。

IP设备最常用的芯片是DSP，因为其能完成高运算能力要求的图像压缩计算，但正因为如此，其在网络传输方面是非常薄弱的。如果是DVR，通过MIPS等芯片进行处理，这个瓶颈就更为明显。因为这个芯片要负责通过PCI总线从DSP取到视频流，并同时负责录像存储，那么在网络方面的资源就非常少了。不仅从芯片本身的功能，或是嵌入式设备上程序表达空间的局限，或是从1000M网络技术的消化难度，都对IP编码设备形成了难以突破的屏障。

按海康的硬盘录像机而言，它的总会话资源是24路，单路最多访问是6个。即最多可以实现第一个用户预览全部16路视频，第二个则最多只能预览8路视频。或是6个用户，同时访问其中某4路视频。另一个重要局限是它的总带宽资源是25Mbps，这个局限在D1画质的情况尤为明显，也就是说DS8016HF最多每路只能达到1.28Mbps，而且没法向第二个用户提供任何视频了。从技术的角度，海康能达到这个水平已属不易，相信国内IP监控厂家在通讯方面少有能与海康匹敌，但从用户的角度特别是大规模的网络监控系统里，这是IP编码设备未能形成燎原之势的重要因素。

通过市场力量的推动，电影/广播系统里的流媒体被引入到安防行业里，流媒体一对多转发成为了这个问题的救星，许多大公司都推出了类似的技术服务。但好景不长，源于电影/广播系统里的流媒体属于文件型流，经转发后的延时平均在4秒左右。这在网络电影等行业里是可以接受的，即便是现场转播也是可以接受的，但习惯了模拟视频全实时效果的安防行业，非常难以接受这个条件。特别是通过网络对球机进行控制后，谁也不能接受4秒针以后才开始动。

经过业内一些IP监控厂家的潜心研究，引入了电信多媒体交换机的核心即实时流媒体（Realtime Stream）技术，实现了大容量网络视频数据的实时转发，达到了电信级在600毫秒以内的行业要求标准,同时也实现了PTZ的一对多控制、报警信号的一对多广播。直到实时流媒体技术的引入，才算是真正意义上安防行业的流媒体。

模拟矩阵的核心切换功能是通过8816多路交叉开关来实现切换的，它来自于第一代电话交换即线路交换的主要芯片。数字矩阵是通过实时流媒体来实现切换，同样来自于第二代（IP）电话交换即包交换功能。只有拥有实时的网络切换功能，实现了模拟矩阵在切换方面的功能逻辑，才算得上是真正意义上的数字网络矩阵，而不是个别商家实现了简单的解码输出功能的“网络解码器”。

6. 多机联网矩阵切换的要求

数字矩阵源于网络，并与网络有着密不可分的关系，网络的重要特征在于它的分布式计算能力。那么其功能不应受制于类似于模拟矩阵或硬盘录像一样单台机箱的约束，而是应充分的借用它在网络方面的先天优势，方便地进行分布式计算。

多机无缝级联是大型网络监控系统里必备的功能，多机全交叉切换则是网络矩阵赖以生存的重要职能。如果说实时流媒体是数字矩阵的软芯片，那么网络交换机就是它的硬芯片。很多人能够理解非常复杂的模拟系统的接线结构，或许也是电脑方面的专家，但对于家喻户晓的普通网络交换机，却不知道它在这样大型的监控系统里起着不可估量的作用。

通过实时流媒体及网络交换机，进行多机联网全交叉矩阵切换,则可轻松实现256入256出(16屏)、512入512出(32屏)等超大型联网监控系统。

7. 网络负载平衡的要求

在大型的网络监控系统中，核心骨干网的负载能力是一个最重要的指标。越是大型的系统，每兆字节的传输成本越高。一个512路以上的网络监控系统，相当于一个上千户宽带用户的网络资源需求。在实时性方面的要求，比以文本传输或可间断非实文件流为主的民用宽带要求要高得多，所以在网络负载平衡方面需做出非常专业的考虑。然而因为IP监控的刚刚兴起，甲方或工程商缺少专业的网络建设方面的知识与经验。相关的厂家虽然技术员的水平相对要高一些，但往往不会从产品的角度做出比较负责任的考虑与设计，反而会出于商业的目的设计一些比较独立的仅具有商业目的的产品，比如网络存储服务器。

在这样大的网络监控系统中，要最大可能的对独立的子系统或分区进行物理切割，比如分区的前端DVR/ＤVS/IPC与后端访问网络相隔离。而像网络矩阵本身不能产生附加带宽的同时，需要起到这个分区或切割的职能，比如采用双1000M网口设计，一个网口用来输入某一区域前端设备网络过来的视频，另一个网口再进入主干网，自身完成了解码、存储功能，从而通过流媒体的转发，巧妙地实现了网关的职能。这样，就把整个网络的压力降到了最低，那么网络风暴产生的机会就大大降低了。

8. 海量网络磁盘存储的要求

最近几年，海量存储技术一直在快速地进步。从07年初的160G，快速跳过 250G、320G、500G、750G，并逐渐进化到1000G、1500G,及目前最高的2000G硬盘。

目前2000G硬盘在价格上与三年前的160G硬盘是持平的。也就意味着目前通过一台2U机箱的9个2000G硬盘，相当于三年前112个以上160G硬盘位超大型存储阵列，这差不多是一个省级数据中心的存储量。

这样的技术进步是众人皆知的，因为它直接影响到普通PC市场的变化。显然，数字监控的重要的本地录像功能自然也会受它的影响。随着犯罪水平的不断提高，作案的时候连同监控设备一起搬走或是一起破坏的事件屡屡发生，集中存储或是集中存储与本地存储相结合的需求日趋强烈。伴随着海量存储技术的不断进步，海量存储的成本不断降低，这种需求自然而然的成为了IP监控的必备功能。

当网络集中存储的需求产品化后，即出现了专门的独立存储服务器。这个产品虽然解决了存储的问题，但却加重了核心骨干网上的压力。比如512路视频进入骨干网后，按512K来算，即产生了256M的实际网络带宽。如果这个256M的带宽，经流媒体服务器，再转存储服务器，然后输出到解码服务器，有一部分通过分控访问，就会产生超过1000M实际码流的网络风暴。

采用流媒体、存储、解码输出一体化设计，即网络视频一经输入到某台矩阵，则少有机会再需转发出来。这样的方案不仅可以最大程度降低网络风暴的风险，更重要的是通过本机的本地内存复制等机制，使网络传输的延时降到最低，从而使图像的实时性、连惯性等方面得到非常大的提升，这就从根本上解决了这一系列问题。

综上所述，新一代数字矩阵如果能完全满足上述要求，不断丰富IP监控的功能特点，使数字矩阵赋予新的职能，才能发挥IP监控的原动力作用，把IP监控推向新的发展高峰。

二、   新一代网络VGA数字矩阵

2007年诞生了行业最具创新的网络VGA数字矩阵，它具备了上述8大功能特点的同时，还充分应用了目前通讯、电子、软件等多个行业的技术资源，从而实现了安防行业多个不同产品的整合功能。我们可以称之为数字矩阵产品的璀璨之星、后起之秀。

    巧妙利用电信行业的多媒体交换机核心—实时流媒体技术，实现了模拟矩阵的实时切换功能。充分借用模拟矩阵的多媒体控制软件界面的表示逻辑，实现了模拟矩阵所有的群组、同步、程序、报警联动及手动切换的功能逻辑。

    溶入了平台软件在DVS等设备管理、多厂家兼容、多级联网等方面的业务逻辑。兼容了国外厂家三星（SAMSUNG）、索尼（SONY）、安士讯(AXIS)、博世(BOSCH),国内厂家海康、大华、大立、汉邦、恒亿、金鹏、朗驰、黄河、德加拉、拓普生、华宇等厂家的硬盘录像机、视频服务器、网络摄像机的网络视音频流。

运用1000G以上工业服务器硬盘实现海量集中存储，发挥了高性能的中央处理器的多路网络视频解码能力，从而可输出到大尺寸、高分辨率的液晶屏/等离子屏/DLP屏等显示设备进行多画面分割显示。

多机无缝并联及多分控串联

支持多机无缝并行级联,组成M*N的64个屏幕1024个窗口输出的大型网络电视墙,即任意视频输入可切换到任意屏幕输出。支持64个以上分控电视墙的串行级联,即多个分控点可以串行到总控电视墙,组成多级网络监控系统，典型应用为512入512出大型网络液晶电视墙系统，如下图所示：

三、   结语

综上所述，VGA数字矩阵是一款航母级的专业数字矩阵产品，引领了整个数字监控行业的巨大变革。它除了解决上述IP监控目前所面临的难题外，还能突破模拟矩阵众多的先天功能缺陷、大幅度简化系统布线结构、降低系统故障率。目前，它已广泛应用于平安城市视频监控、军队监狱监控、电力铁路监控、机关学校监控、厂矿企业监控、花园小区监控等项目。

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