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(gè)信號占用一條線路，這條物理線路一直被這個(gè)信號所占據(jù)，直到電子開關(guān)切換到另外一個(gè)信號上。這個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)分復(fù)用技術(shù)，時(shí)分復(fù)用技術(shù)分為固定時(shí)隙式時(shí)分復(fù)用技術(shù)和統(tǒng)計(jì)式時(shí)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(shí)隙式時(shí)分復(fù)用技術(shù)最典型的應(yīng)用是運(yùn)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(shí)，交換機(jī)就在主叫用戶終端和被叫用戶終端之間建立一條固定時(shí)隙的物理數(shù)據(jù)傳輸通道，這個(gè)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(gè)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(jì)式時(shí)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(shí)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(diǎn)

    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(gè)劃時(shí)代的進(jìn)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(shí)顯示M路圖象，代價(jià)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(gè)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(shí)時(shí)監(jiān)看，也可以連接到錄象機(jī)（硬盤錄象機(jī)）上，實(shí)時(shí)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(diǎn)是實(shí)現(xiàn)比較容易，使用非常方便，現(xiàn)在在一臺切換矩陣中實(shí)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(yuǎn)程視頻圖象信號如何進(jìn)行切換？遠(yuǎn)程視頻圖象信號全部用模擬信號傳輸是不現(xiàn)實(shí)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(yuǎn)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(jìn)行集中監(jiān)控，其缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)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(gè)小的區(qū)域范圍內(nèi)，還是可行的，只是實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控的代價(jià)很大，費(fèi)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(jìn)行數(shù)字化壓縮，將壓縮碼流組成IP報(bào)文，通過TCP/IP協(xié)議，把這些IP報(bào)文傳到監(jiān)控中心實(shí)時(shí)解碼出視頻圖象，進(jìn)行集中監(jiān)控，這個(gè)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(gè)典型的應(yīng)用：

    在上述應(yīng)用框圖中，PC管理主機(jī)可以通過IP網(wǎng)絡(luò)，對前端的每一臺視頻服務(wù)器進(jìn)行配置、管理、控制，可以實(shí)時(shí)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(gè)網(wǎng)絡(luò)太大，一臺管理主機(jī)可以同時(shí)監(jiān)控很多臺視頻服務(wù)器的圖象，通過PC機(jī)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(jìn)行一次循環(huán)，以一臺PC機(jī)能同時(shí)進(jìn)行16路解碼計(jì)算，一臺PC機(jī)可以同時(shí)監(jiān)控64路視頻圖象，兩臺PC機(jī)就可以監(jiān)控128路視頻圖象，可以依次類推。

    如果在PC機(jī)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(jī)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(shí)代

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

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

    1、視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展，視頻圖象實(shí)時(shí)壓縮的實(shí)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(kuò)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(qiáng)。

    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(diǎn)：

    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(jìn)行集中監(jiān)控，包括通過INTERNET進(jìn)行集中監(jiān)控。