无论是传统模拟监控市场，还是新兴的HD-SDI、IP监控市场，视频图像分辨率迅速向更高清晰度过渡，已是不争的事实。监控系统前端的革新，同样也带动了后端矩阵控制产品迈向高清化和数字化阶段，一批模拟矩阵企业以及新晋IT厂商纷纷瞄准高清视频监控市场，加入到数字监控矩阵产品的开发阵营中来，在原先较为稳定的矩阵市场掀起了一场“高清”风暴。
但不得不承认的是，高清化进程并非一蹴而就的事。实际上，当前的视频监控市场正处于标清和高清并存的状况，特别是在一些大型的公安或政府行业改造项目中，存在着大量标清、高清共存的现象。在这一形势下，设备应用就显得较为复杂：一项大型扩建项目可能同时会有很多不同视频清晰度和种类的安防设备(如模拟标清前端、模拟高线数前端、标清网络前端、高清网络前端、高清SDI前端等等)，这对于作为控制切换设备的矩阵来说，已大大超出了传统意义上安防模拟矩阵设备的功能，也对后端的矩阵产品提出了新的需求和挑战！
总体来看，目前对高清监控矩阵需求量较为明显的行业包括广电、银行、机场、公安、军 队等中高端市场，且通常这类系统的价格不菲，利润颇高，这也是促使厂商抢进这一市场的主要原因之一。在高清矩阵方案的开发上，ADI、Vitesse、MINDSPEED等公司的矩阵切换器方案(如高清HDMI矩阵和高清混合矩阵等)；以及ALTERA、LATTICE、京微雅格等厂商开发的FPGA方案等等，都是市场上主要的供应品牌及产品；而在系统设备方面，杭州红苹果、杭州力弘电子、深圳宽博科技、北京博睿联创、大连科迪等厂商则是高清监控矩阵技术开发领域中的佼佼者。
高清数字矩阵应用需求各异
按照实现视频切换的不同方式，视频监控矩阵可分为模拟矩阵和数字矩阵两种，据统计，目前在已建成的视频监控项目中，两者的市场应用比例约为6:4左右(也有厂商认为已接近5:5)，但总体而言，模拟矩阵属于技术较为成熟的一类产品，现阶段的高清数字矩阵在产品和方案运用的成熟度上与其还存在着一定的差距。而对于前些年被业界寄予厚望的HD-SDI市场，由于受到技术与应用成本的局限，发展远不如预期，也造成HD-SDI矩阵的实际应用日渐式微。行业人士普遍认为，随着视频高清技术的日趋成熟，更多的计算机技术、网络技术会被融入到高清数字矩阵中来，这一类型的产品终将拥有自己的一片天地，并在联网型视频监控系统中扮演更为重要的角色。
杭州力弘电子有限公司研发总监陈曦 |
相较于原来的模拟监控矩阵，高清数字矩阵在开发上的技术“门槛”更高。杭州力弘电子有限公司研发总监陈曦分析道，例如对于大容量的需求，以前在模拟矩阵上通常是单个系统就可以做到1024输入、128输出，甚至更高，但如今，在高清矩阵的设计上往往不采用这种设计方式，主要是现在的主机采用的是数字传输方式，单设备最大只需要做到128或256就可以了，设备之间可以采用高速数据通讯的方式将视频进行相互传输，以达到整个系统虚拟成一个设备的目的，这就像堆“积木”，可按照用户的应用需要任意堆叠。
浙江红苹果电子有限公司市场总监胡利军 |
而在兼容性方面，高清数字监控矩阵要求能够做到多协议接入(如：信号源设备可以自动识别协议)，既可连接以前的模拟设备，又可连接未来最新的设备。在输入/输出方面，伴随高清视频技术的快速发展，已经不能像以前那样只要有BNC接头就可以了，而是需要在输入和输出端具有网络、BNC、YcYbYr、HDMI、DVI、HD-SDI等多种制式的输入和输出，也促使混插型主机成为了大型系统的首选。在OSD(屏幕菜单调节方式)处理上，原来的模拟信号图像叠加OSD有多种方式，但目前的高清画面对OSD的叠加难度更高，以FPGA方案为例，市场对价格更为低廉的芯片产生了强烈的需求。另外，随着拼接电视墙越来越受到市场的青睐，使得支持多画面及画面拼接功能成为了高清数字矩阵厂商下一个重要的开发方向。
除此之外，浙江红苹果电子有限公司市场总监胡利军更为强调的是厂商对高速可编程、数字编解码等前沿技术的掌握与开发实力。“模拟矩阵主要是对模拟交换器件的应用，对速率和带宽的要求不高，因此对背板设计和加工的要求不高；而高清数字矩阵是对大数据、高速信号的处理，大量使用到可编程技术、FPGA、DSP等各类先进算法，以及数字编解码技术等，对PCB板的设计和加工也提出了更高的要求。对于一些没有这方面技术积累的公司来说，要想在短时间内研发出稳定、成熟的产品是非常困难的。”
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第2页：方案选择因地制宜
第3页：可靠性和可部署性亟待解决
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方案选择因地制宜
根据视频信号源的不同格式，目前市场上较常见的高清监控矩阵的种类包括：IP高清数字矩阵、高清HDMI矩阵、DVI高清数字矩阵(广电和视讯行业纯切换)、混合高清视频矩阵(可处理IP、HDMI、DVI、模拟以及HD-SDI等多种信号)、HD-SDI高清矩阵、3G-SDI高清矩阵等。就技术方案的实现，亚德诺(ADI)半导体技术(上海)有限公司渠道管理及新兴市场事业部高级客户应用经理章新明介绍道，在整体高清视频监控矩阵的选型上主要有三种方案，一是FPGA方案，配合并行接口HDMI接收器和HDMI发送器，特点是操作灵活，但布板困难，适合于小型矩阵；二是数字差分交叉矩阵方案，配合HDMI中继器(如前后各16片ADV7623配合4片16×16交叉矩阵ADN4604构成的16×16HDMI矩阵)，特点是布板紧凑简单，可做大型矩阵；三是模拟高清视频矩阵(如750Mhz带宽的16×16模拟矩阵)，特点是成本低，但抗干扰能力则稍弱。
亚德诺半导体技术(上海)有限公司渠道管理及新兴市场事业部高级客户应用经理章新明 |
“以FPGA带ARM核的方案为例，”陈曦表示，“在高清监控矩阵一般采用FPGA来做OSD和视频协议转换、高速差分传输的处理，系统运行速度快，可以同时做几路视频的OSD处理，ARM微处理器则只负责做一些控制类的操作、协议的接受等，如京微雅格的M7系列。”他认为，从半导体层面来说，当前需要解决的主要问题在于如何实现高速无压的状态下叠加对应的OSD，同时能支持大多数主流品牌摄像机、云台的接入协议转换，并能达到1080p/60pfs多路高效压缩存储的目的。
胡利军也补充道， FPGA的主要优势首先是灵活性，产品开发人员可按照自己的行业经验或对矩阵产品的市场和应用预期，来灵活增加颇具特色的功能开发，形成个性化产品，协助厂家根据自身优势，针对性地对某个行业或某个特定的功能做纵向的研究，也更符合应用需求专业化发展的趋势。其次，从运行处理方式来说，FPGA是多通道并行处理，可实现多任务同时处理，性能和效率较之以前可大幅提升，这对于实现当前大规模、多路数、功能强大的高清数字矩阵的应用更为有利。
在另一方面，针对视频交叉矩阵芯片的开发，ADI最新的产品是12×12交叉矩阵ADN4612，支持高达11.3Gb/s的高带宽，可直流/交流耦合，具备小抖动、低功耗的优势。此外，ADI开发的ADV7625/26/27系列均可支持4kx2k的HDMI中继器；ADV7619则支持4k×2k分辨率的HDMI接收器，配合FPGA和矽映电子科技(Silicon Image)的HDMI Tx发送端芯片也可制作成小型FGPA型4k×2k HDMI矩阵；另一个低成本的方案是用6片4×2 HDMI芯片ADV7630搭建出4×4的高清数字矩阵系统。
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第3页：可靠性和可部署性亟待解决
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可靠性和可部署性亟待解决
高清监控矩阵仍然处于不断演进的过程中。章新明特别提到，伴随着传输的视频带宽不断增加，高频信号在线路中不同频率有不同的衰减，因此芯片供应厂商需要在芯片内增加预加重和均衡(EQ)功能，并且让这种功能可编程，以适应不同的线长。同时，他预计，未来更高速度的串行接口(类似于JESD204B)将会被开发出来，以适应高带宽大型数字矩阵的需要。
“尽管目前支持1600×1200，甚至高达4K×2K分辨率的芯片已经推出市场，但在系统的布局、布线上还存在着许多挑战，尤其是插卡式的大型矩阵系统。”这些挑战主要来自于监控工程应用对可靠性、实时性和可部署性的需求，如在可靠性方面，要求有强大的算法基础、有针对具体应用需求的规则和抗干扰能力；在实时性方面，要求系统具备实时输入、实时运算和实时控制的能力；在可部署性方面，要求系统能与当前混合式(模拟与数字)监控系统无缝联接，可独立工作、可内嵌至设备，并具备规则设定与维护能力，以及达到低成本的目标。
为了提高系统的可靠性，一批矩阵开发厂商进行了大胆的尝试。以杭州红苹果开发的PE70网络高清矩阵为例，该系统支持多协议高清解码，采用分布式构架，每个矩阵本身自带流转和服务功能，除了大大减轻和节省带宽资源外，还可以实现网络中的各个终端自动环网均衡负载，从而保证了视频专网的稳定性和安全性。该设备既可支持中小型应用，又可支持网络叠加与扩容，实现大型网络高清视频监控项目的应用，并拥有强大的高清视频上墙的图控功能。胡利军认为，视频监控系统的上墙显示监看是不可或缺的，未来矩阵系统将朝着数字高清化、集成化、智能化，以及更加友善的人机界面方向发展。
此外，基于多种高清视频监控方案，要实现大规模的组网建设需求，在后端的矩阵控制上也有不少的技术难点。“不同系统的通信格式构建在不同的结构上，IP网络监控是通过网络进行通信，HD-SDI监控是通过同轴差分进行数据传输，而高清晰度模拟系统是通过电缆进行模拟视频的传输，如果要将三者组建在一个监控组网内，就必须要将所有设备进行格式转换。其中，不同制式的图像转换是最大的问题，如何将像素大小不同、数据格式不同、传输延时不同的画面投射到统一的大屏幕上，这需要方案厂家和芯片设计厂家的共同努力。”陈曦说。据了解，目前力弘电子的做法是将所有的数字和模拟视频信号转换为统一的数字格式，再转换成高速差分对进入高速差分切换芯片中进行数据交换，最后在输出端将差分再转换成对应的高清视频输出。
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