基于IP交換的大規(guī)模數(shù)字視頻切換矩陣技術(shù)

    1、 從電路交換技術(shù)到分組交換技術(shù)

    電路交換最基本的應(yīng)用是一個信號占用一條線路，這條物理線路一直被這個信號所占據(jù)，直到電子開關(guān)切換到另外一個信號上。這個信號可以是數(shù)字信號，也可以是模擬信號。為了在一條物理線路上，傳輸多個信號，提高線路的利用率，一種方式是采用頻分復(fù)用技術(shù)，將多個信號調(diào)制成不同頻率，在一條線路上傳輸，信號源可以是數(shù)字信號，也可以是模擬信號，另一種方式就是采用時分復(fù)用技術(shù)，時分復(fù)用技術(shù)分為固定時隙式時分復(fù)用技術(shù)和統(tǒng)計式時分復(fù)用技術(shù)，傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字信號，模擬信號要數(shù)字化處理后傳輸。

    固定時隙式時分復(fù)用技術(shù)最典型的應(yīng)用是運行了上百年的電話網(wǎng)，也是電路交換的經(jīng)典：當(dāng)用戶要求發(fā)送信息時，交換機就在主叫用戶終端和被叫用戶終端之間建立一條固定時隙的物理數(shù)據(jù)傳輸通道，這個通道是固定帶寬，無論是否有數(shù)據(jù)傳輸，或多大的數(shù)據(jù)傳輸，一直占據(jù)且只占據(jù)這個固定的帶寬，直到主叫用戶終端和被叫用戶終端終止連接。

    統(tǒng)計式時分復(fù)用技術(shù)，是一切分組交換技術(shù)的基礎(chǔ)，分組交換技術(shù)之間的差異只是包的格式的差異，處理控制上的差異。主叫用戶和被叫用戶之間不再分配固定時隙，帶寬是根據(jù)應(yīng)用的要求動態(tài)調(diào)整的。在最近幾十年發(fā)展中，分組交換技術(shù)經(jīng)歷了X.25、FR（幀中繼）、ATM（異步傳輸模式）等。隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，INTERNET的普及，基于分組交換技術(shù)基礎(chǔ)之上的IP的應(yīng)用占據(jù)絕對主導(dǎo)地位。

    同電路交換相比，分組交換所占用的帶寬更低，傳輸效率更高，因此，分組交換必然會取代電路交換。

    2、 基于電路交換的模擬視頻切換矩陣的特點

    傳統(tǒng)的視頻圖象監(jiān)控，視頻信號總是以模擬信號的形式出現(xiàn)。模擬視頻切換矩陣的出現(xiàn)，是視頻圖象監(jiān)控發(fā)展史一個劃時代的進步，其最主要的特征是多路（M路）模擬視頻圖象輸入，單路或多路（N路）視頻圖象輸出，一般情況下，N路輸出小于M路輸入，按事先設(shè)定的規(guī)則，N路輸出切換到M路的任何一路輸入上，以便能對M路視頻圖象都可以監(jiān)看。M可能很大，但人看不過來，同時顯示M路圖象，代價很大，從安放應(yīng)用的角度來看，也沒有必要連續(xù)監(jiān)看同一路圖象，視頻切換矩陣正好滿足這個需求。如下圖：

    上圖中M路圖象視頻圖象輸入、N路圖象輸出。N路輸出視頻圖象可以接到MONITOR上，供保安人員實時監(jiān)看，也可以連接到錄象機（硬盤錄象機）上，實時記錄視頻圖象。N路輸出圖象中的任何一路，可以來自M路圖象中的任何一路，切換規(guī)則是可事先編程的，由微處理器控制。

    模擬切換矩陣的特點是實現(xiàn)比較容易，使用非常方便，現(xiàn)在在一臺切換矩陣中實現(xiàn)的切換路數(shù)已經(jīng)非常高，可以做到1000路以上。

    從上圖中可以看出，視頻信號的輸入/輸出都是模擬信號，在寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的今天，遠程視頻圖象信號如何進行切換？遠程視頻圖象信號全部用模擬信號傳輸是不現(xiàn)實的，這就需要利用網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。

    3、 基于IP交換的數(shù)字視頻切換矩陣技術(shù)

    隨著寬帶技術(shù)的發(fā)展，遠程集中監(jiān)控的需要越來越多，規(guī)模也越來越大，一種是重建專用網(wǎng)，利用現(xiàn)有的CATV技術(shù)，包括WDM技術(shù)，將模擬信號不做處理直接傳到監(jiān)控中心，進行集中監(jiān)控，其缺點是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費用非常高，采用WDM技術(shù)，必須是裸光釬（中間是無源的），在有些應(yīng)用場合，在一個小的區(qū)域范圍內(nèi)，還是可行的，只是實現(xiàn)集中監(jiān)控的代價很大，費用很高。另一種方法技術(shù)利用現(xiàn)有的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，對視音頻信號進行數(shù)字化壓縮，將壓縮碼流組成IP報文，通過TCP/IP協(xié)議，把這些IP報文傳到監(jiān)控中心實時解碼出視頻圖象，進行集中監(jiān)控，這個數(shù)字網(wǎng)絡(luò)可以是VPN，可以是專網(wǎng)，也可以是公網(wǎng)，如PSTN、ISDN、GPRS、CDMA、ADSL、寬帶城域網(wǎng)、INTERNET等。

    下圖是一個典型的應(yīng)用：

    在上述應(yīng)用框圖中，PC管理主機可以通過IP網(wǎng)絡(luò)，對前端的每一臺視頻服務(wù)器進行配置、管理、控制，可以實時監(jiān)控每一臺視頻服務(wù)器的視頻圖象。如果視頻圖象的數(shù)量太多，整個網(wǎng)絡(luò)太大，一臺管理主機可以同時監(jiān)控很多臺視頻服務(wù)器的圖象，通過PC機的顯示器顯示視頻圖象，并通過事先設(shè)定的規(guī)則切換圖象信號。如15秒切換一次，要求一分鐘進行一次循環(huán)，以一臺PC機能同時進行16路解碼計算，一臺PC機可以同時監(jiān)控64路視頻圖象，兩臺PC機就可以監(jiān)控128路視頻圖象，可以依次類推。

    如果在PC機中插入多片視頻解碼卡，視頻解碼卡支持AV輸出，可以組成電視墻，多臺PC機可以組成巨大的電視墻，方便集中監(jiān)控、管理。

    4、 模擬視頻切換矩陣到數(shù)字視頻切換矩陣的時代

    模擬集中監(jiān)控往往是一棟樓、一個大院、一個小區(qū)，當(dāng)范圍超出一定距離后，模擬集中監(jiān)控實現(xiàn)的代價非常大，實現(xiàn)起來很困難（幾乎不可能）。

    隨著以下幾項技術(shù)的發(fā)展，推動數(shù)字視頻切換矩陣時代的到來：

    1、視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展，視頻圖象實時壓縮的實現(xiàn)，視頻圖象壓縮碼流大大降低，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求降低；

    2、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，IP網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍還在不斷擴大，網(wǎng)絡(luò)傳輸成本在不斷降低；

    3、流媒體技術(shù)的發(fā)展，可控性更強。

    同模擬視頻切換矩陣相比，數(shù)字視頻切換矩陣具有如下優(yōu)點：

    1、數(shù)字監(jiān)控可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，不需要為圖象監(jiān)控再建傳輸網(wǎng)絡(luò)。只要IP網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋得到的范圍，都可以進行集中監(jiān)控，包括通過INTERNET進行集中監(jiān)控。