矩陣作為在監(jiān)控系統(tǒng)中的核心設(shè)備，起著不可忽視的作用。本文就以傳統(tǒng)的模擬矩陣為例，為讀者介紹其相關(guān)知識，以供參考。

    本文所提及的矩陣指的是監(jiān)控系統(tǒng)中模擬信號（視頻、音頻信號）切換器，而數(shù)字矩陣因為在電路形式、工作原理等方面與模擬矩陣差別較大，本文不作討論。

矩陣概念
    矩陣是數(shù)學領(lǐng)域的專用名詞，線性代數(shù)中為便于數(shù)組運算而引入的概念。

    監(jiān)控系統(tǒng)中的矩陣通常指的是視頻矩陣切換器或音頻矩陣切換器，它是一種專用設(shè)備。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機和監(jiān)視器是不可或缺的基本設(shè)備（元素），一個監(jiān)控系統(tǒng)中往往需要多個攝像機和多個監(jiān)視器構(gòu)成一套實時監(jiān)控系統(tǒng)，攝像機是輸入設(shè)備（簡稱輸入），監(jiān)視器是輸出設(shè)備（簡稱輸出），那么，視頻矩陣一般指的是在多路輸入的情況下有多路的輸出選擇，即每一路輸出都可以選擇監(jiān)看任一路的輸入信號，每路輸出只能接通某一路輸入，但某一路輸入可同時接通多路不同的輸出。

    比如：系統(tǒng)構(gòu)成有M個輸入（攝像機），N個輸出（監(jiān)視器），需要有N個設(shè)備，可以實現(xiàn)M個輸入中的任意一個輸入可以隨意切換到N個輸出中的任何一個輸出。習慣上：
?當M＞1、N＞1時，能夠達到上述要求的設(shè)備就稱為視頻矩陣；
?當M＞1、N＝1時，稱為視頻切換器；
?當M＝1、N＞1時，稱為視頻分配器。

矩陣切換的原理與技術(shù)指標
    矩陣切換的原理是通過線路的短接搭橋，把輸入信號連接到輸出設(shè)備上，早期的機械式切換開關(guān)或繼電器電路構(gòu)成的設(shè)備同樣可以達到上述目的，但由于操作復雜、壽命短、故障率高、容量小體積大、信號損耗嚴重等原因，已經(jīng)遭到淘汰，故本文不作為矩陣切換討論?，F(xiàn)今意義上的矩陣是根據(jù)電路原理，利用芯片電子開關(guān)的導通與關(guān)閉進行接通與關(guān)斷，并通過電平進行控制完成信號的選通。

    矩陣由于靠電路進行接通與關(guān)斷，芯片本身存在技術(shù)指標（在輸入匹配與輸出驅(qū)動一樣的情況下），因此要保障技術(shù)指標，就要選擇專用的切換芯片，因此價格較高，但穩(wěn)定性好，可形成的矩陣規(guī)模較大。

    1、矩陣切換應(yīng)保證的技術(shù)指標：矩陣切換器根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，所要求的技術(shù)指標也不同。以廣電行業(yè)為例，為保證終端的顯示質(zhì)量，廣電行業(yè)將整個信號傳輸過程，從攝像頭開始到電視機為止，都進行了技術(shù)指標分配，對模擬矩陣切換和分配，所定的技術(shù)指標參照國標：GB/T14236-93。

    2、國標中最主要的指標如下：
?隨機信噪比：信號通過任何設(shè)備，都會因為引入“噪聲”而使質(zhì)量變差，信噪比就是指信號與所產(chǎn)生的噪聲的比，計算公式：Ｙ＝20log（信號／噪聲），單位：dB該值越大，表示引入噪聲越小，視頻信號（6MHZ以內(nèi)）信噪比要求至少達到65dB；
?幅頻特性：信號通過設(shè)備時，各種頻率的信號會有不同的衰減，一般是頻率越高，衰減越大，對視頻信號而言，帶寬越大，頻響越好，設(shè)計良好的矩陣可以達到12MHZ甚至更高；
?路間串擾：多路信號在同一設(shè)備中，由于空間的輻射與電源的波動，彼此之間會形成干擾，稱為串擾。串擾不能大于-55dB。[nextpage]

    3、根據(jù)不同的應(yīng)用，對指標的要求也不一樣。
    監(jiān)控行業(yè)中，由于信號只經(jīng)過攝像、傳輸、控制與顯示，且顯示時對圖像的質(zhì)量要求相對較低，只要能看清，并不作轉(zhuǎn)播等，因此監(jiān)控行業(yè)對矩陣的要求是功能多、技術(shù)指標相對要低些。目前，此行業(yè)對矩陣的指標無明確的國家標準，只有參考企業(yè)標準。

矩陣的功能要求
切換與智能切換
矩陣的基本功能是切換，但矩陣作為監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備，它不僅能滿足被動方式的手動切換操作，更應(yīng)該考慮眾多的智能自動切換功能，包括：
?全交叉切換：就是任意一個輸出可以選擇任意一個輸入，而不是只能選擇其中一部分；
?智能事件切換功能：比較典型的就是報警事件聯(lián)動切換，根據(jù)報警事件的發(fā)生自動切換相關(guān)聯(lián)的輸入信號；
?定時切換：把輸入分成序列組，按需要啟動序列切換，使輸入信號按規(guī)定的時間間隔在指定的監(jiān)視器上自動切換顯示；
?成組切換：輸入分組，按序輸出到某一輸出，或把輸出分組，一次操作完成多個輸出同時切換。

視頻丟失檢測功能
    視頻丟失檢測功能就是當輸入設(shè)備或輸入線路出現(xiàn)故障，使得無視頻信號輸入時，則在輸出設(shè)備上顯示相關(guān)的文字提示信息，比如顯示“視頻丟失”。視頻丟失檢測功能是矩陣必備的功能之一。

日期，時間，輸入標題顯示功能
    標題顯示功能能夠讓使用者明確監(jiān)視點的位置，某些使用場合如賓館、商務(wù)樓、電梯轎廂、道路等存在許多相似畫面，如果沒有明確的標題顯示很容易引起使用者的混亂?？紤]到標題顯示的效果，采用帶邊框顯示的文字標題（例如：白底黑邊框技術(shù)），使更能提高觀察效果。

矩陣切換器的選擇
矩陣的內(nèi)部總線概念
    矩陣的內(nèi)部總線數(shù)量是由設(shè)計時決定的，單臺矩陣的內(nèi)部總線數(shù)量決定了單臺矩陣最大的輸入／輸出數(shù)量。表1列出總線數(shù)量與單機最大輸出的關(guān)系。

    矩陣內(nèi)部總線數(shù)量的多少直接影響到矩陣設(shè)計、制造的難度和成本，合理選擇矩陣總線類型是節(jié)省投資的好方法，避免“殺雞用牛刀”的現(xiàn)象出現(xiàn)。

容量選擇
    在設(shè)計方案時，信號源的數(shù)量比較容易確定，看看有多少個信號源，矩陣的輸入數(shù)量就定下來了。

    但要考慮好獨立的輸出通道個數(shù)，這是根據(jù)系統(tǒng)的實際需求而定。有時可能有幾臺顯示設(shè)備之間僅有分配關(guān)系（彼此永遠一致，不獨立），那么就可考慮占用一個矩陣輸出口再加分配器，如果這些設(shè)備有可能是獨立的，那么還是各占一個獨立的輸出口好一些。

    在很多情況下，輸入和輸出數(shù)量很大，如果實際使用中需要全交叉功能，當輸出數(shù)量確定后，只能選擇總線數(shù)量大于等于輸出數(shù)量的矩陣類型才能滿足使用要求。這也就是所謂的全矩陣概念。

    如果可以分組使用，例如在監(jiān)控時，可以讓顯示墻中某些顯示設(shè)備只顯示某一區(qū)域的信號，而其它設(shè)備各自顯示其它特定區(qū)域的信號，那么就可將大規(guī)模矩陣折分成小規(guī)模的矩陣（如將128×64拆分成4臺32×16）。這種使用方法可以節(jié)省成本，減少投入，但缺點是不能實現(xiàn)全交叉切換。[nextpage]

矩陣擴容
一般視頻矩陣由４大模塊構(gòu)成。
?CPU模塊：矩陣控制的核心模塊；
?輸出模塊：連接監(jiān)視器的圖像輸出模塊；
?輸入模塊：連接圖像源的矩陣模塊；
?電源模塊。

1、輸入擴容方法：
?單機擴容：在一個CPU模塊、單個機箱的前提下，通過增加輸入板卡的數(shù)量達到擴容的目的，其最大可達容量是單個機箱插滿所有輸入卡后所能達到的最大單機輸入數(shù)量；
?單主機擴容：在一個CPU模塊的前提下，通過增加機箱和輸入板卡的數(shù)量達到擴容的目的，其最大容量的大小取決于內(nèi)部通訊協(xié)議、CPU模塊的資源和軟件設(shè)計，此種擴容方法通常不影響矩陣的技術(shù)指標；
?串聯(lián)擴容：由多臺單機獨立矩陣構(gòu)成，前臺矩陣的輸出與后臺矩陣的輸入串聯(lián)，這種擴容方法會影響矩陣的技術(shù)指標，造成矩陣指標的下降。

2、輸出擴容方法：
?單機擴容：在一個CPU模塊和單個機箱的前提下，通過增加輸出板卡的數(shù)量達到擴容的目的，其最大容量是單個機箱插滿所有輸出卡后所能達到的最大總線數(shù)量；
?多機堆疊：采用多臺輸入容量相等的矩陣并聯(lián)，把輸入經(jīng)分配后同時輸入到并聯(lián)的矩陣組，達到輸出擴容的目的，該方法只要保證信號源分配良好，一般不會降低矩陣性能，但成本高。

3、廠家的選擇
    生產(chǎn)矩陣的廠家很多，標稱指標各不相同，由于這類設(shè)備不是實驗室的樣機，而是工程應(yīng)用產(chǎn)品，因此工程中的適用性問題和可靠性問題非常重要。工程現(xiàn)場情況各有不同，在產(chǎn)品的成熟過程中需要經(jīng)過不斷的工程檢驗，發(fā)現(xiàn)問題需要及時改進，因此產(chǎn)品的成熟過程比較長，常見到的情況是：在現(xiàn)場，使用某些品牌的產(chǎn)品，工程中會出現(xiàn)一些技術(shù)問題，而用其它品牌的產(chǎn)品后，問題便可解決，并非前一品牌產(chǎn)品有多大錯誤，只是它的適用性不及后一種品牌產(chǎn)品，通俗地講，是學費沒有交夠，遇到的問題沒有足夠多，產(chǎn)品設(shè)計上有考慮不周之處，因此選擇專業(yè)生產(chǎn)公司的產(chǎn)品，因為它的產(chǎn)品已經(jīng)相對成熟一些。

    廠家的標稱指標，矩陣設(shè)備是顯示的核心設(shè)備，如果出問題會是全局性的問題，會使整個系統(tǒng)癱瘓，因此穩(wěn)定性、可靠性是壓倒一切的，情愿價格高一點，甚至是指標低一點，也要保證穩(wěn)定、可靠。

    技術(shù)支持方面，在工程現(xiàn)場中遇到的問題千奇百怪，廠家的技術(shù)支持能力是很重要的指標，有獨立的研發(fā)能力，對問題產(chǎn)生的機理有正確認識，產(chǎn)品適用性強，穩(wěn)定可靠，與有較強的現(xiàn)場解決能力的廠家合作。

部分建議
1、應(yīng)該選擇有獨立研發(fā)能力的廠家所推出的品牌矩陣，盡量不要使用仿制技術(shù)的產(chǎn)品，更不要貪圖便宜而采用直接復制的或假冒的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的后續(xù)支持力度及技術(shù)水平肯定不如前者。

2、大容量矩陣設(shè)計水平及技術(shù)指標的簡易測試方法：
把同一個信號源依次切換到不同的監(jiān)視器上，比如：
?１號攝像機切到１號監(jiān)視器；
?１號攝像機切到２號監(jiān)視器；
?１號攝像機切到３號監(jiān)視器；
?１號攝像機切換到Ｎ號監(jiān)視器。

    一般情況下，任何矩陣都會隨著Ｎ的數(shù)量增加，指標會逐漸下降，比較明顯的是圖像色彩會變差，當達到一定數(shù)量時，圖象質(zhì)量下降嚴重，肉眼很容易觀察，質(zhì)量優(yōu)良的矩陣的Ｎ數(shù)量明顯大于質(zhì)量差的矩陣。