由矩陣變革透析監(jiān)控設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)方向

    近日，天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司的監(jiān)控設(shè)備通用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的發(fā)明專利。該專利為實(shí)現(xiàn)矩陣內(nèi)部各類功能模塊的靈活搭配組合，提供了先進(jìn)完整的解決方案，拓展了矩陣的應(yīng)用領(lǐng)域，更統(tǒng)一規(guī)范了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，在業(yè)界尚屬首創(chuàng)。

    國(guó)內(nèi)市場(chǎng)現(xiàn)狀

    安防系統(tǒng)根據(jù)不同的客戶需求以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，細(xì)分為多個(gè)功能模塊，包括：音視頻切換、前端云鏡控制、報(bào)警采集聯(lián)動(dòng)、數(shù)字錄像存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸、門(mén)禁控制管理和數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)發(fā)等等。每個(gè)功能模塊經(jīng)過(guò)多年演變發(fā)展，已經(jīng)成為各自獨(dú)立的行業(yè)和產(chǎn)品線。在以視頻監(jiān)控為控制核心的一個(gè)典型安防項(xiàng)目中，涉及到的具體應(yīng)用產(chǎn)品一般包括：視頻矩陣、音頻矩陣、硬盤(pán)錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、報(bào)警信號(hào)處理器、門(mén)禁控制器等。每種設(shè)備實(shí)現(xiàn)不同的功能，起到不同的作用，滿足用戶相對(duì)獨(dú)立的需求，因此設(shè)計(jì)成不同的功能板卡和硬件結(jié)構(gòu)，機(jī)箱的大小規(guī)格和外觀工藝也各不相同。這種狀況一直延續(xù)了幾十年，但是在IT技術(shù)瞬息萬(wàn)變、全方位競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的大環(huán)境下，安防企業(yè)在做產(chǎn)品戰(zhàn)略規(guī)劃時(shí)，都不禁面對(duì)兩個(gè)問(wèn)題：一是在專注行業(yè)化解決方案的趨勢(shì)下，如何整合多個(gè)不同類別的產(chǎn)品，為用戶提供高集成度/使用便捷/運(yùn)維高效的一體化產(chǎn)品/系統(tǒng)；二是為應(yīng)對(duì)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，必須實(shí)現(xiàn)成本壓縮和質(zhì)量控制的產(chǎn)業(yè)化要求。原先市場(chǎng)需求平緩的時(shí)代，安防企業(yè)撓頭的問(wèn)題就是產(chǎn)品種類多產(chǎn)量少，每類產(chǎn)品都對(duì)應(yīng)一種甚至多種硬件結(jié)構(gòu)，致使設(shè)備板卡機(jī)箱多種多樣且彼此間并不通用，無(wú)法保證統(tǒng)一采購(gòu)批量生產(chǎn)和品質(zhì)檢驗(yàn)。而模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為最有效的解決手段正深刻地影響著監(jiān)控產(chǎn)品研發(fā)制造和市場(chǎng)趨勢(shì)的發(fā)展方向。

    矩陣作為比較典型的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，充分體現(xiàn)了這一理念的初始構(gòu)想。其最初的訴求不外乎兩點(diǎn)：一是由于監(jiān)控系統(tǒng)的視頻點(diǎn)位會(huì)隨著系統(tǒng)擴(kuò)容而增加，同時(shí)出于保障用戶投資的考慮，必須要求矩陣的輸入/輸出能夠根據(jù)實(shí)際要求任意組合擴(kuò)展；二是由于監(jiān)控系統(tǒng)為7×24小時(shí)連續(xù)工作，為降低各類故障的出現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)宕機(jī)的影響，并實(shí)現(xiàn)快速現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，必須要求矩陣的功能板卡模塊化。于是，矩陣的硬件構(gòu)成通常包括：機(jī)架式機(jī)箱、總線背板、CPU控制單元、電源模塊、視頻輸入模塊、視頻輸出模塊以及字符疊加模塊、切換模塊、丟失檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)緩沖模塊等板卡，只是由于每個(gè)廠家的設(shè)計(jì)原理不同，才各有區(qū)分和特點(diǎn)。而總線制報(bào)警主機(jī)雖然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，但從實(shí)現(xiàn)方式上看，也是分為報(bào)警主機(jī)、總線驅(qū)動(dòng)模塊、8防區(qū)擴(kuò)展模塊、單/雙防區(qū)輸入模塊和報(bào)警輸出模塊等。

     技術(shù)發(fā)展變革
    
     但仔細(xì)分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)，即便是矩陣這類較早實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，也存在著較大的局限性，比如每種功能板卡只能安插在背板上的固定插槽，無(wú)法靈活組合，而且只有視頻輸入輸出模塊支持?jǐn)U展，無(wú)法為系統(tǒng)擴(kuò)充增加新的功能單元。隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)點(diǎn)位容量和覆蓋面的快速提升、視頻監(jiān)控與周界報(bào)警復(fù)核聯(lián)動(dòng)的迅猛增加、以及音視頻信息網(wǎng)絡(luò)化共享的逐漸普及，客戶面臨著系統(tǒng)擴(kuò)展板卡復(fù)雜困難、部署安裝運(yùn)維成本提高、新功能需求無(wú)法滿足升級(jí)等問(wèn)題。
    
    　　為解決這一難題，天地偉業(yè)于2007年在業(yè)界率先提出了通用化模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，創(chuàng)造性地開(kāi)發(fā)出MSIP平臺(tái)技術(shù)，并將這一先進(jìn)技術(shù)先后移植到智能網(wǎng)絡(luò)矩陣、多業(yè)務(wù)光端機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和多個(gè)行業(yè)化產(chǎn)品線中。其核心設(shè)計(jì)思想是將音視頻輸入輸出、字符疊加、全交叉切換管理、光接收發(fā)射、報(bào)警輸入輸出、網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼、門(mén)禁控制管理等各功能模塊按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議統(tǒng)一硬件接口和底層協(xié)議棧，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架式機(jī)箱的內(nèi)嵌式導(dǎo)軌卡槽組裝到通用總線背板上。各種功能模塊根據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)屬性類別編碼，能夠依照實(shí)際需求靈活搭配，內(nèi)置到通用總線背板的任意插槽，板卡數(shù)量位置無(wú)須地址限定，系統(tǒng)自動(dòng)掃描識(shí)別后快速上線運(yùn)行，日后客戶可自行擴(kuò)展升級(jí)維護(hù)各類功能模塊，系統(tǒng)部署成本降低至少20%。安裝使用更加方便快捷，規(guī)模生產(chǎn)質(zhì)量更加穩(wěn)定。
    
     以基于MSIP創(chuàng)新專利技術(shù)的TC-87L系列智能網(wǎng)絡(luò)矩陣為例，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型中，CPU單元、碼分器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、電源模塊、視頻輸入模塊、視頻輸出模塊全部?jī)?nèi)置，單機(jī)箱可支持最大256路模擬視頻輸入64路模擬視頻輸出，為提高安裝部署和維護(hù)效率，更采用了高集成度的芯片封裝技術(shù)，將視頻輸入緩沖、視頻全交叉切換、視頻丟失檢測(cè)功能全部集成到視頻輸入模塊中，將視頻輸出緩沖、字符疊加功能全部集成到視頻輸出模塊中，而且視頻輸入/輸出模塊采用單插板設(shè)計(jì)，進(jìn)一步壓縮容積優(yōu)化結(jié)構(gòu)。此外，基于通用高速總線背板的擴(kuò)展組件結(jié)構(gòu)，智能網(wǎng)絡(luò)矩陣可以內(nèi)置多個(gè)32路報(bào)警信號(hào)輸入模塊，支持開(kāi)路/閉路/電平報(bào)警，還可以支持網(wǎng)絡(luò)視頻輸出模塊，可設(shè)為4路CIF輸出或者1路D1輸出，用戶在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意節(jié)點(diǎn)即可通過(guò)客戶端遠(yuǎn)程瀏覽控制前端圖像場(chǎng)景，目前還在開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)視頻輸入模塊，將支持多路數(shù)字視頻信號(hào)輸入顯示，從而實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)字視頻信號(hào)的混合切換控制。眾多的基準(zhǔn)功能模塊和擴(kuò)展功能模塊必須基于一個(gè)核心結(jié)構(gòu)管理，智能網(wǎng)絡(luò)矩陣通過(guò)創(chuàng)新的WEB集控網(wǎng)頁(yè)功能，以音視頻信息流為數(shù)據(jù)參照主線，綁定網(wǎng)絡(luò)視頻輸入輸出、報(bào)警輸入聯(lián)動(dòng)、報(bào)警分區(qū)控制、用戶權(quán)限管理、前端操作級(jí)別仲裁等各項(xiàng)設(shè)置子項(xiàng)，使得多業(yè)務(wù)模塊得以一體化集成，用戶無(wú)需復(fù)雜連接和繁瑣調(diào)試即可安裝使用，而基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口的網(wǎng)絡(luò)鍵盤(pán)和集控平臺(tái)軟件也為用戶提供了方便靈活的人機(jī)交互界面。
    
     既然以音視頻信息流為關(guān)聯(lián)主體，則多模塊集成的主要作用就在于能夠?qū)崿F(xiàn)與聲音圖像的綜合聯(lián)動(dòng)，比如周界報(bào)警探測(cè)器觸發(fā)報(bào)警后關(guān)聯(lián)預(yù)設(shè)的一路或多路視頻切換顯示和錄像存儲(chǔ)，音頻信號(hào)超過(guò)設(shè)定分貝閾值后關(guān)聯(lián)預(yù)設(shè)的視頻切換顯示，視頻場(chǎng)景感知設(shè)定區(qū)域有物體移動(dòng)后關(guān)聯(lián)預(yù)設(shè)的視頻切換顯示，如果前端攝像機(jī)是云臺(tái)變焦攝像機(jī)，則會(huì)啟動(dòng)預(yù)設(shè)的預(yù)置位和巡航軌跡。對(duì)于綜合聯(lián)動(dòng)的智能預(yù)設(shè)處理，完全可以借助宏指令實(shí)現(xiàn)快捷編輯和自定義調(diào)用。宏是一個(gè)用戶自定義的操作指令，以替代人工進(jìn)行的一系列費(fèi)時(shí)而難以記憶的重復(fù)性鍵盤(pán)操作，自動(dòng)完成預(yù)設(shè)的各種操作，提供對(duì)緊急事態(tài)的應(yīng)急預(yù)案處理。比如利用宏的強(qiáng)大功能，系統(tǒng)可以自動(dòng)在不同監(jiān)視器上同時(shí)調(diào)用切換不同的圖像，同時(shí)調(diào)用不同多個(gè)攝像機(jī)的預(yù)置位，同時(shí)控制多個(gè)報(bào)警點(diǎn)的布撤防，同時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉多個(gè)輔助開(kāi)關(guān)等。而智能網(wǎng)絡(luò)矩陣內(nèi)置的增強(qiáng)型中文宏指令，系統(tǒng)支持1024條宏指令，42個(gè)宏動(dòng)作，涵蓋了最常用的操作功能，每條宏指令可編輯128個(gè)動(dòng)作，用戶可根據(jù)實(shí)際情況定制出復(fù)合自己需求的監(jiān)控系統(tǒng)。為便于學(xué)習(xí)使用，系統(tǒng)提供了中文編程環(huán)境，用戶無(wú)需安裝任何設(shè)置軟件，既可通過(guò)智能網(wǎng)絡(luò)鍵盤(pán)進(jìn)行指令編輯，也可通過(guò)IE瀏覽器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程設(shè)置，同時(shí)每個(gè)宏動(dòng)作均提供中文操作說(shuō)明，每條宏指令可編輯中文注釋，方便記憶和管理。為解決多用戶同時(shí)登錄操作的調(diào)用，系統(tǒng)設(shè)定每個(gè)用戶對(duì)宏指令的不同調(diào)用權(quán)限。開(kāi)放式的編程環(huán)境植入了智能邏輯判斷架構(gòu)，支持嵌套調(diào)用、模塊循環(huán)、日期時(shí)間預(yù)定和事件觸發(fā)（矩陣開(kāi)機(jī)、矩陣關(guān)機(jī)、用戶登錄、視頻丟失、觸點(diǎn)報(bào)警、觸點(diǎn)消警等），不再限于常規(guī)宏指令對(duì)簡(jiǎn)單動(dòng)作的順序式命令行操作。宏就像一個(gè)友好的人機(jī)交互界面，將需求輸入，通過(guò)簡(jiǎn)單的配置，就可以讓系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)擴(kuò)展功能模塊的統(tǒng)一調(diào)用和關(guān)聯(lián)操作，用戶無(wú)需關(guān)心底層的硬件設(shè)備如何實(shí)現(xiàn)指令互通和數(shù)據(jù)交換。究其根本就在于所有功能模塊均采用了統(tǒng)一的協(xié)議棧和標(biāo)準(zhǔn)的接口設(shè)計(jì)，從而組成高度智能的一體化集成設(shè)備。
    
     一些國(guó)內(nèi)一線矩陣廠商也先后發(fā)力，開(kāi)始推出類似架構(gòu)的集成型產(chǎn)品，比如誒比的MS/TS系列存控系統(tǒng)和英飛拓的USP多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)交換平臺(tái)，各有特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。
    
    應(yīng)用方向突破

    模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)僅是作為矩陣在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控領(lǐng)域的技術(shù)改進(jìn)么？只是在矩陣增加網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼模塊、增加數(shù)字錄像模塊、增加光纖收發(fā)模塊就可以么？在安防產(chǎn)業(yè)深入行業(yè)化的今天，不能將眼光局限于傳統(tǒng)的監(jiān)控安保應(yīng)用領(lǐng)域，我們必須為行業(yè)用戶提供模塊組合集成度更高、更符合實(shí)際業(yè)務(wù)需求、全功能視頻綁定的一體化產(chǎn)品。 

    比如天地偉業(yè)面向機(jī)房監(jiān)控管理推出的TC-W9系列行業(yè)專用主機(jī)，基于智能網(wǎng)絡(luò)矩陣的機(jī)架式機(jī)箱、CPU單元和高速總線背板，配置了視頻輸入模塊（16路模擬輸入）和網(wǎng)絡(luò)視頻輸出模塊（4路H.264壓縮、本地存儲(chǔ)），同時(shí)還增加了門(mén)禁管理模塊（四門(mén)區(qū)出入刷卡控制）、8路模擬量輸入采集模塊（各類電壓電流傳感器）、供電模塊（48v直流供電）、數(shù)據(jù)交換模塊（6路串行數(shù)據(jù)接口擴(kuò)展）、報(bào)警模塊（16路開(kāi)關(guān)量輸入、8路開(kāi)關(guān)量輸出）。

    這類產(chǎn)品雖然具備了矩陣切換圖像和控制前端云臺(tái)鏡頭的功能，但實(shí)際上已經(jīng)脫離了簡(jiǎn)單意義上的視頻監(jiān)控系統(tǒng)范疇。盡管是嵌入式的系統(tǒng)架構(gòu)，但是擴(kuò)展了變量采集模塊和數(shù)據(jù)交換模塊后，外界環(huán)境的溫濕度、水浸、電壓電流、UPS、新風(fēng)空調(diào)、數(shù)字電表等狀態(tài)數(shù)據(jù)就可以通過(guò)傳感器或?qū)Ｓ媒涌�，傳輸�(shù)街鳈C(jī)進(jìn)行記錄存儲(chǔ)，并連同本地重要場(chǎng)景的音視頻信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻編碼模塊，傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點(diǎn)的服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。不但可以在視頻圖像上實(shí)時(shí)疊加顯示采集到的各類數(shù)據(jù)，而且在后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理界面可以設(shè)定閾值和圖表監(jiān)測(cè)。為防止現(xiàn)場(chǎng)有人闖入和破壞，通過(guò)擴(kuò)展報(bào)警模塊，可以實(shí)現(xiàn)各類報(bào)警探測(cè)器的報(bào)警聯(lián)動(dòng)圖像切換/抓拍/錄像/燈光打開(kāi)和短信通知；為加強(qiáng)內(nèi)部防范管理，通過(guò)擴(kuò)展門(mén)禁管理模塊，可以實(shí)現(xiàn)刷卡聯(lián)動(dòng)圖像切換/抓拍/錄像和短信通知，刷卡記錄可脫機(jī)存儲(chǔ)，并支持刷卡布撤防。設(shè)備可內(nèi)置硬盤(pán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)抓拍錄像資料的本地存儲(chǔ)。系統(tǒng)的客戶端管理軟件，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理監(jiān)控前端的多臺(tái)主機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像和數(shù)據(jù)一目了然，風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)萬(wàn)無(wú)一失。

    不難發(fā)現(xiàn)，通過(guò)豐富強(qiáng)大的擴(kuò)展功能模塊，原本簡(jiǎn)單孤立的視頻監(jiān)控系統(tǒng)一旦與用戶的業(yè)務(wù)流程和實(shí)際需求緊密結(jié)合，就能夠發(fā)揮出圖像采集真實(shí)可靠的優(yōu)勢(shì)，從而為安全管理提供有力依據(jù)資料。該系列產(chǎn)品可應(yīng)用的場(chǎng)合包括：能源行業(yè)（電力行業(yè)變電站/升壓站，水利行業(yè)變電站/泵站），以視頻監(jiān)控+報(bào)警為主；通信行業(yè)（電信/移動(dòng)/聯(lián)通機(jī)房/基站，計(jì)算機(jī)/網(wǎng)絡(luò)機(jī)房），以視頻監(jiān)控+供電管理（含UPS）+門(mén)禁+報(bào)警為主；倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)（軍隊(duì)/武警倉(cāng)庫(kù)，糧庫(kù)/煙草庫(kù)/冷庫(kù)，醫(yī)藥/食品倉(cāng)庫(kù)/文物倉(cāng)庫(kù)/危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)），以視頻監(jiān)控+門(mén)禁/巡更+溫濕度為主；環(huán)保行業(yè)（重大污染源監(jiān)控，高污染場(chǎng)所，高危場(chǎng)所），以視頻監(jiān)控為主；軌道交通（鐵路/地鐵/輕軌沿線變電室/機(jī)房），以視頻監(jiān)控+供電管理（含UPS）+門(mén)禁+報(bào)警為主；圖書(shū)館/檔案館/資料館/博物館/美術(shù)館/展覽館，以視頻監(jiān)控+門(mén)禁/巡更+溫濕度為主。 

    結(jié)語(yǔ)： 

    通用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獲得創(chuàng)新專利并大批量投入正式商用，是矩陣類監(jiān)控設(shè)備架構(gòu)解決方案的重大革新，真正實(shí)現(xiàn)了中國(guó)監(jiān)控設(shè)備廠商從跟隨到領(lǐng)先的跨越式蛻變。這應(yīng)歸因于其技術(shù)的領(lǐng)先性和創(chuàng)新性，及對(duì)于監(jiān)控行業(yè)發(fā)展做出的積極影響和卓越貢獻(xiàn)。該形態(tài)結(jié)構(gòu)完全改變了傳統(tǒng)插卡式機(jī)箱模式，為模擬切換到模擬數(shù)字混合切換乃至全數(shù)字切換帶來(lái)了全新的技術(shù)革命。在安裝運(yùn)維人力配套資源節(jié)省、視頻圖像質(zhì)量等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)，可幫助客戶實(shí)現(xiàn)投入產(chǎn)出比的最大化。天地偉業(yè)對(duì)通用模塊化結(jié)構(gòu)的持續(xù)投入和大規(guī)模商用確保了持續(xù)明顯的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。截至2009年6月，通用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)備出貨累計(jì)超過(guò)30萬(wàn)路，廣泛應(yīng)用于平安城市、監(jiān)獄看守所、車站港口、等重點(diǎn)項(xiàng)目。