數(shù)字矩陣發(fā)展——IP監(jiān)控原動力

1、數(shù) 字 矩 陣 的 發(fā) 展IP監(jiān)控的原動力文/王湘文隨著監(jiān)控系統(tǒng)的不斷普及，通過硬盤錄像機(jī)采集原始的模擬視頻過程已達(dá)到一個相當(dāng)?shù)乃?，那么接下來就是對這些原始的錄像數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘與再利用。如邊防部隊各大隊的錄像機(jī)及前端的模擬視頻在過去三年內(nèi)早已部署完成，但在市支隊指揮中心或省總隊指揮中心需要重新利用這些視頻數(shù)據(jù)， IP監(jiān)控將承擔(dān)這一新的歷史使命。而數(shù)字網(wǎng)絡(luò)矩陣更是承載著其中原動力的核心作用，其在IP監(jiān)控的應(yīng)用里也將被賦予新的職能?！叭娓采w、重點監(jiān)控”是數(shù)字監(jiān)控市場的新一代風(fēng)向標(biāo)。如通過32+2×2的多屏顯示，兩邊各16個26寸屏(4×4)每個顯示16畫面，中間4臺52寸

2、屏組成2×2的拼接，周圍用來顯示來自不同分局/分所/分廠的所有網(wǎng)絡(luò)視頻，每個屏可以顯示最多16路視頻，即進(jìn)行全面覆蓋，中間的大屏通過數(shù)字矩陣的程序、同步、群組、報警聯(lián)動或手動切換，方便對其中任意一路進(jìn)行放大顯示，或顯示電子地圖。這正是新的數(shù)字監(jiān)控市場迫切需要的基本功能。一、 IP監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)字矩陣需求的新動向1. 網(wǎng)絡(luò)解碼能力的要求在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)的解碼能力是其中最重要的瓶頸資源。早期的DSP解碼卡或網(wǎng)絡(luò)解碼器技術(shù)方案，由于市場銷量遠(yuǎn)低于編碼的市場，及單芯片解碼能力非常有限，至今都維持著解碼是編碼2倍以上的單路成本。按?？?路解碼能解4路D1、8路CIF，單臺機(jī)最多裝4張

3、解碼卡來核算，一個512路CIF畫質(zhì)（32臺錄像機(jī)）的解碼需要高達(dá)64張4路解碼卡、16臺服務(wù)器，相當(dāng)于兩臺42U的大機(jī)箱才能實現(xiàn)，業(yè)內(nèi)人士應(yīng)該不難核算出它的硬件成本將超過二十萬。當(dāng)前端輸入升級到720P或1080P的編碼能力后，后端的解碼、顯示將會面臨著更大的挑戰(zhàn)，要控制管理這么多視頻輸入與輸出，平臺軟件一項的成本也是一個不低的數(shù)字，在操作方面對于普通的安保人員來說將是一個巨大的挑戰(zhàn)。2. 多畫面分割的要求解碼卡不僅有解碼能力的限制，更重要的是在多畫面分割顯示方面有著更大的局限，其中關(guān)鍵的一個因素是解碼卡受制與DSP的DA芯片，最高只能達(dá)到D1(704×576)的單通道顯示輸出。仍

4、以?？档?路解碼卡為例，一張卡最多只能實現(xiàn)2個4分屏。一張4路解碼卡是由2個獨立的DSP芯片組成，即一個芯片只能完成2路D1或4路CIF的解碼。結(jié)合解碼能力，若超過4分屏以上則需要通過其它芯片解碼，再通過PCI將解碼后的原始圖片傳替給輸出的通道，如果實現(xiàn)9個CIF將需要三個芯片才能完成。而分畫面分割的問題在D1畫質(zhì)的多畫面分割方面將會更加突出。一個16路D1的16分屏將需要4張四路解碼卡資源才能完成，不僅成本非常昂貴，而且PCI上需進(jìn)行14路原始圖像的傳輸，最后的總輸出分辨率還只能是704×576，即D1畫質(zhì)的輸入最后還是回到了QCIF畫質(zhì)。多畫面分割在模擬矩陣?yán)镆彩且粋€行業(yè)的瓶頸。

5、面對這個問題，業(yè)內(nèi)人士可謂是費盡心思，在工程應(yīng)用里能看到多種不同的解決思路，但都會存在這樣或那樣不可調(diào)和的矛盾。比如通過視頻分配與畫面分割器來完成，128路以上的視頻將需要32個畫面分割器來實現(xiàn)，但其存在不能任意切換的巨大缺陷。 只有單路輸出達(dá)到1280×1024（或以上）的分辨率，多畫面分割顯示視頻才有意義；1280×1024的分辨率，按4分屏顯示，可以充分展現(xiàn)D1(704×576)編碼優(yōu)勢，按16分屏顯示，也能達(dá)到CIF畫質(zhì)效果。配合大尺寸的液晶監(jiān)視器，就解決了較低成本來實現(xiàn)多路數(shù)解碼輸出顯示的問題。3. 多屏輸出顯示的要求具備了超高的解碼能力，高分辨率多畫面

6、分割顯示，但還需要對應(yīng)的屏幕輸出數(shù)量,51212路按每屏16路來顯示，也需要32塊以上的屏幕輸出接口。隨著電視及顯示器等顯示設(shè)備的不斷進(jìn)步，輸出的接口也從原來的模擬AV/BNC，升級到VGA或DVI數(shù)字接口。最近一兩年，更是出現(xiàn)了HDMI高清數(shù)字視頻輸出接口，通過數(shù)字屏接口、線路傳輸及數(shù)字屏直接顯示，在解碼輸出后不再需要A/D或D/A轉(zhuǎn)換，就能完成實現(xiàn)4個D1分屏的高清晰度輸出。一個上百萬的大型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，如果不借助于廉價的顯示輸出設(shè)備進(jìn)行多屏顯示輸出，而單靠一臺電腦通過IE去一臺一臺的訪問，就大有勞民傷財之嫌。4. 多廠家設(shè)備兼容的要求從1996年安訊士研發(fā)出業(yè)內(nèi)第一款網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)以來，通過

7、十多年的發(fā)展，國內(nèi)國外出現(xiàn)了大大小小上百個IP監(jiān)控設(shè)備提供商。這些廠家的硬盤錄像機(jī)、視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等設(shè)備遍布在各個機(jī)構(gòu)與地區(qū)。在高度自由競爭卻又沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的市場環(huán)境下，同一個項目里的設(shè)備往往會出現(xiàn)三個、五個廠家生產(chǎn)的，而在省級以上大型聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控里甚至?xí)霈F(xiàn)超過十個以上的廠家，要更換成統(tǒng)一的設(shè)備不僅會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也不符合自由競爭的商業(yè)原則，再渴求所有設(shè)備廠家執(zhí)行所謂的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更是緣木求魚。5. 實時流媒體轉(zhuǎn)發(fā)的要求流媒體轉(zhuǎn)發(fā)是IP監(jiān)控里最常用的功能，我們一般了解的是它在一對多轉(zhuǎn)發(fā)方面的功能，但為什么會在稍大一點的系統(tǒng)就必須用到流媒體，其重要的原因是IP監(jiān)控設(shè)備普遍存在的一個重要局

8、限。IP設(shè)備最常用的芯片是DSP，因為其能完成高運算能力要求的圖像壓縮計算，但正因為如此，其在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面是非常薄弱的。如果是DVR，通過MIPS等芯片進(jìn)行處理，這個瓶頸就更為明顯。因為這個芯片要負(fù)責(zé)通過PCI總線從DSP取到視頻流，并同時負(fù)責(zé)錄像存儲，那么在網(wǎng)絡(luò)方面的資源就非常少了。不僅從芯片本身的功能，或是嵌入式設(shè)備上程序表達(dá)空間的局限，或是從1000M網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的消化難度，都對IP編碼設(shè)備形成了難以突破的屏障。按?？档挠脖P錄像機(jī)而言，它的總會話資源是24路，單路最多訪問是6個。即最多可以實現(xiàn)第一個用戶預(yù)覽全部16路視頻，第二個則最多只能預(yù)覽8路視頻?；蚴?個用戶，同時訪問其中某4路視頻。另

9、一個重要局限是它的總帶寬資源是25Mbps，這個局限在D1畫質(zhì)的情況尤為明顯，也就是說DS8016HF最多每路只能達(dá)到1.28Mbps，而且沒法向第二個用戶提供任何視頻了。從技術(shù)的角度，?？的苓_(dá)到這個水平已屬不易，相信國內(nèi)IP監(jiān)控廠家在通訊方面少有能與?？灯?，但從用戶的角度特別是大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)里，這是IP編碼設(shè)備未能形成燎原之勢的重要因素。通過市場力量的推動，電影/廣播系統(tǒng)里的流媒體被引入到安防行業(yè)里，流媒體一對多轉(zhuǎn)發(fā)成為了這個問題的救星，許多大公司都推出了類似的技術(shù)服務(wù)。但好景不長，源于電影/廣播系統(tǒng)里的流媒體屬于文件型流，經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)后的延時平均在4秒左右。這在網(wǎng)絡(luò)電影等行業(yè)里是可以接受

10、的，即便是現(xiàn)場轉(zhuǎn)播也是可以接受的，但習(xí)慣了模擬視頻全實時效果的安防行業(yè)，非常難以接受這個條件。特別是通過網(wǎng)絡(luò)對球機(jī)進(jìn)行控制后，誰也不能接受4秒針以后才開始動。經(jīng)過業(yè)內(nèi)一些IP監(jiān)控廠家的潛心研究，引入了電信多媒體交換機(jī)的核心即實時流媒體（Realtime Stream）技術(shù)，實現(xiàn)了大容量網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)的實時轉(zhuǎn)發(fā)，達(dá)到了電信級在600毫秒以內(nèi)的行業(yè)要求標(biāo)準(zhǔn),同時也實現(xiàn)了PTZ的一對多控制、報警信號的一對多廣播。直到實時流媒體技術(shù)的引入，才算是真正意義上安防行業(yè)的流媒體。模擬矩陣的核心切換功能是通過8816多路交叉開關(guān)來實現(xiàn)切換的，它來自于第一代電話交換即線路交換的主要芯片。數(shù)字矩陣是通過實時流媒體來

11、實現(xiàn)切換，同樣來自于第二代（IP）電話交換即包交換功能。只有擁有實時的網(wǎng)絡(luò)切換功能，實現(xiàn)了模擬矩陣在切換方面的功能邏輯，才算得上是真正意義上的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)矩陣，而不是個別商家實現(xiàn)了簡單的解碼輸出功能的“網(wǎng)絡(luò)解碼器”。6. 多機(jī)聯(lián)網(wǎng)矩陣切換的要求數(shù)字矩陣源于網(wǎng)絡(luò)，并與網(wǎng)絡(luò)有著密不可分的關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)的重要特征在于它的分布式計算能力。那么其功能不應(yīng)受制于類似于模擬矩陣或硬盤錄像一樣單臺機(jī)箱的約束，而是應(yīng)充分的借用它在網(wǎng)絡(luò)方面的先天優(yōu)勢，方便地進(jìn)行分布式計算。多機(jī)無縫級聯(lián)是大型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)里必備的功能，多機(jī)全交叉切換則是網(wǎng)絡(luò)矩陣賴以生存的重要職能。如果說實時流媒體是數(shù)字矩陣的軟芯片，那么網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)就是它的硬

12、芯片。很多人能夠理解非常復(fù)雜的模擬系統(tǒng)的接線結(jié)構(gòu)，或許也是電腦方面的專家，但對于家喻戶曉的普通網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，卻不知道它在這樣大型的監(jiān)控系統(tǒng)里起著不可估量的作用。通過實時流媒體及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，進(jìn)行多機(jī)聯(lián)網(wǎng)全交叉矩陣切換,則可輕松實現(xiàn)256入256出(16屏)、512入512出(32屏)等超大型聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。7. 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡的要求在大型的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，核心骨干網(wǎng)的負(fù)載能力是一個最重要的指標(biāo)。越是大型的系統(tǒng)，每兆字節(jié)的傳輸成本越高。一個512路以上的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，相當(dāng)于一個上千戶寬帶用戶的網(wǎng)絡(luò)資源需求。在實時性方面的要求，比以文本傳輸或可間斷非實文件流為主的民用寬帶要求要高得多，所以在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡方

13、面需做出非常專業(yè)的考慮。然而因為IP監(jiān)控的剛剛興起，甲方或工程商缺少專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面的知識與經(jīng)驗。相關(guān)的廠家雖然技術(shù)員的水平相對要高一些，但往往不會從產(chǎn)品的角度做出比較負(fù)責(zé)任的考慮與設(shè)計，反而會出于商業(yè)的目的設(shè)計一些比較獨立的僅具有商業(yè)目的的產(chǎn)品，比如網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器。在這樣大的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，要最大可能的對獨立的子系統(tǒng)或分區(qū)進(jìn)行物理切割，比如分區(qū)的前端DVR/VS/IPC與后端訪問網(wǎng)絡(luò)相隔離。而像網(wǎng)絡(luò)矩陣本身不能產(chǎn)生附加帶寬的同時，需要起到這個分區(qū)或切割的職能，比如采用雙1000M網(wǎng)口設(shè)計，一個網(wǎng)口用來輸入某一區(qū)域前端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)過來的視頻，另一個網(wǎng)口再進(jìn)入主干網(wǎng)，自身完成了解碼、存儲功能，從而

14、通過流媒體的轉(zhuǎn)發(fā)，巧妙地實現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)的職能。這樣，就把整個網(wǎng)絡(luò)的壓力降到了最低，那么網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴產(chǎn)生的機(jī)會就大大降低了。8. 海量網(wǎng)絡(luò)磁盤存儲的要求最近幾年，海量存儲技術(shù)一直在快速地進(jìn)步。從07年初的160G，快速跳過 250G、320G、500G、750G，并逐漸進(jìn)化到1000G、1500G,及目前最高的2000G硬盤。目前2000G硬盤在價格上與三年前的160G硬盤是持平的。也就意味著目前通過一臺2U機(jī)箱的9個2000G硬盤，相當(dāng)于三年前112個以上160G硬盤位超大型存儲陣列，這差不多是一個省級數(shù)據(jù)中心的存儲量。這樣的技術(shù)進(jìn)步是眾人皆知的，因為它直接影響到普通PC市場的變化。顯然，數(shù)字監(jiān)控的重

15、要的本地錄像功能自然也會受它的影響。隨著犯罪水平的不斷提高，作案的時候連同監(jiān)控設(shè)備一起搬走或是一起破壞的事件屢屢發(fā)生，集中存儲或是集中存儲與本地存儲相結(jié)合的需求日趨強(qiáng)烈。伴隨著海量存儲技術(shù)的不斷進(jìn)步，海量存儲的成本不斷降低，這種需求自然而然的成為了IP監(jiān)控的必備功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)集中存儲的需求產(chǎn)品化后，即出現(xiàn)了專門的獨立存儲服務(wù)器。這個產(chǎn)品雖然解決了存儲的問題，但卻加重了核心骨干網(wǎng)上的壓力。比如512路視頻進(jìn)入骨干網(wǎng)后，按512K來算，即產(chǎn)生了256M的實際網(wǎng)絡(luò)帶寬。如果這個256M的帶寬，經(jīng)流媒體服務(wù)器，再轉(zhuǎn)存儲服務(wù)器，然后輸出到解碼服務(wù)器，有一部分通過分控訪問，就會產(chǎn)生超過1000M實際碼流的網(wǎng)

16、絡(luò)風(fēng)暴。采用流媒體、存儲、解碼輸出一體化設(shè)計，即網(wǎng)絡(luò)視頻一經(jīng)輸入到某臺矩陣，則少有機(jī)會再需轉(zhuǎn)發(fā)出來。這樣的方案不僅可以最大程度降低網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的風(fēng)險，更重要的是通過本機(jī)的本地內(nèi)存復(fù)制等機(jī)制，使網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难訒r降到最低，從而使圖像的實時性、連慣性等方面得到非常大的提升，這就從根本上解決了這一系列問題。綜上所述，新一代數(shù)字矩陣如果能完全滿足上述要求，不斷豐富IP監(jiān)控的功能特點，使數(shù)字矩陣賦予新的職能，才能發(fā)揮IP監(jiān)控的原動力作用，把IP監(jiān)控推向新的發(fā)展高峰。二、 新一代網(wǎng)絡(luò)VGA數(shù)字矩陣2007年誕生了行業(yè)最具創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)VGA數(shù)字矩陣，它具備了上述8大功能特點的同時，還充分應(yīng)用了目前通訊、電子、軟件等多

17、個行業(yè)的技術(shù)資源，從而實現(xiàn)了安防行業(yè)多個不同產(chǎn)品的整合功能。我們可以稱之為數(shù)字矩陣產(chǎn)品的璀璨之星、后起之秀。巧妙利用電信行業(yè)的多媒體交換機(jī)核心實時流媒體技術(shù)，實現(xiàn)了模擬矩陣的實時切換功能。充分借用模擬矩陣的多媒體控制軟件界面的表示邏輯，實現(xiàn)了模擬矩陣所有的群組、同步、程序、報警聯(lián)動及手動切換的功能邏輯。溶入了平臺軟件在DVS等設(shè)備管理、多廠家兼容、多級聯(lián)網(wǎng)等方面的業(yè)務(wù)邏輯。兼容了國外廠家三星（SAMSUNG）、索尼（SONY）、安士訊(AXIS)、博世(BOSCH),國內(nèi)廠家?？怠⒋笕A、大立、漢邦、恒億、金鵬、朗馳、黃河、德加拉、拓普生、華宇等廠家的硬盤錄像機(jī)、視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的網(wǎng)絡(luò)視音頻流。運用1000G以上工業(yè)服務(wù)器硬盤實現(xiàn)海量集中存儲，發(fā)揮了高性能的中央處理器的多路網(wǎng)絡(luò)視頻解碼能力，從而可輸出到大尺寸、高分辨率的液晶屏/等離子屏/DLP屏等顯示設(shè)備進(jìn)行多畫面分割顯示。 多機(jī)無縫并聯(lián)及多分控串聯(lián)支持多機(jī)無縫并行級聯(lián),組成M*N的64個屏幕1024個窗口輸出的大型網(wǎng)絡(luò)電視墻,即任意視頻輸入可切換到任意屏幕輸出。支持64個以上分控電視墻的串行級聯(lián),即多個分控點可以串行到總控電視墻,組成多級網(wǎng)