基于IP交换的大规模数字视频切换矩阵技术

    1、 从电路交换技术到分组交换技术

    电路交换最基本的应用是一个信号占用一条线路，这条物理线路一直被这个信号所占据，直到电子开关切换到另外一个信号上。这个信号可以是数字信号，也可以是模拟信号。为了在一条物理线路上，传输多个信号，提高线路的利用率，一种方式是采用频分复用技术，将多个信号调制成不同频率，在一条线路上传输，信号源可以是数字信号，也可以是模拟信号，另一种方式就是采用时分复用技术，时分复用技术分为固定时隙式时分复用技术和统计式时分复用技术，传输的信号是数字信号，模拟信号要数字化处理后传输。

    固定时隙式时分复用技术最典型的应用是运行了上百年的电话网，也是电路交换的经典：当用户要求发送信息时，交换机就在主叫用户终端和被叫用户终端之间建立一条固定时隙的物理数据传输通道，这个通道是固定带宽，无论是否有数据传输，或多大的数据传输，一直占据且只占据这个固定的带宽，直到主叫用户终端和被叫用户终端终止连接。

    统计式时分复用技术，是一切分组交换技术的基础，分组交换技术之间的差异只是包的格式的差异，处理控制上的差异。主叫用户和被叫用户之间不再分配固定时隙，带宽是根据应用的要求动态调整的。在最近几十年发展中，分组交换技术经历了X.25、FR（帧中继）、ATM（异步传输模式）等。随着光通信技术的发展，INTERNET的普及，基于分组交换技术基础之上的IP的应用占据绝对主导地位。

    同电路交换相比，分组交换所占用的带宽更低，传输效率更高，因此，分组交换必然会取代电路交换。

    2、 基于电路交换的模拟视频切换矩阵的特点

    传统的视频图象监控，视频信号总是以模拟信号的形式出现。模拟视频切换矩阵的出现，是视频图象监控发展史一个划时代的进步，其最主要的特征是多路（M路）模拟视频图象输入，单路或多路（N路）视频图象输出，一般情况下，N路输出小于M路输入，按事先设定的规则，N路输出切换到M路的任何一路输入上，以便能对M路视频图象都可以监看。M可能很大，但人看不过来，同时显示M路图象，代价很大，从安放应用的角度来看，也没有必要连续监看同一路图象，视频切换矩阵正好满足这个需求。如下图：

    上图中M路图象视频图象输入、N路图象输出。N路输出视频图象可以接到MONITOR上，供保安人员实时监看，也可以连接到录象机（硬盘录象机）上，实时记录视频图象。N路输出图象中的任何一路，可以来自M路图象中的任何一路，切换规则是可事先编程的，由微处理器控制。

    模拟切换矩阵的特点是实现比较容易，使用非常方便，现在在一台切换矩阵中实现的切换路数已经非常高，可以做到1000路以上。

    从上图中可以看出，视频信号的输入/输出都是模拟信号，在宽带网络发展的今天，远程视频图象信号如何进行切换？远程视频图象信号全部用模拟信号传输是不现实的，这就需要利用网络传输技术。

    3、 基于IP交换的数字视频切换矩阵技术

    随着宽带技术的发展，远程集中监控的需要越来越多，规模也越来越大，一种是重建专用网，利用现有的CATV技术，包括WDM技术，将模拟信号不做处理直接传到监控中心，进行集中监控，其缺点是网络建设费用非常高，采用WDM技术，必须是裸光钎（中间是无源的），在有些应用场合，在一个小的区域范围内，还是可行的，只是实现集中监控的代价很大，费用很高。另一种方法技术利用现有的数字网络，对视音频信号进行数字化压缩，将压缩码流组成IP报文，通过TCP/IP协议，把这些IP报文传到监控中心实时解码出视频图象，进行集中监控，这个数字网络可以是VPN，可以是专网，也可以是公网，如PSTN、ISDN、GPRS、CDMA、ADSL、宽带城域网、INTERNET等。

    下图是一个典型的应用：

    在上述应用框图中，PC管理主机可以通过IP网络，对前端的每一台视频服务器进行配置、管理、控制，可以实时监控每一台视频服务器的视频图象。如果视频图象的数量太多，整个网络太大，一台管理主机可以同时监控很多台视频服务器的图象，通过PC机的显示器显示视频图象，并通过事先设定的规则切换图象信号。如15秒切换一次，要求一分钟进行一次循环，以一台PC机能同时进行16路解码计算，一台PC机可以同时监控64路视频图象，两台PC机就可以监控128路视频图象，可以依次类推。

    如果在PC机中插入多片视频解码卡，视频解码卡支持AV输出，可以组成电视墙，多台PC机可以组成巨大的电视墙，方便集中监控、管理。

    4、 模拟视频切换矩阵到数字视频切换矩阵的时代

    模拟集中监控往往是一栋楼、一个大院、一个小区，当范围超出一定距离后，模拟集中监控实现的代价非常大，实现起来很困难（几乎不可能）。

    随着以下几项技术的发展，推动数字视频切换矩阵时代的到来：

    1、视频压缩技术的发展，视频图象实时压缩的实现，视频图象压缩码流大大降低，对网络带宽的要求降低；

    2、网络技术的发展，IP网络覆盖的范围还在不断扩大，网络传输成本在不断降低；

    3、流媒体技术的发展，可控性更强。

    同模拟视频切换矩阵相比，数字视频切换矩阵具有如下优点：

    1、数字监控可以利用现有的网络，不需要为图象监控再建传输网络。只要IP网络能够覆盖得到的范围，都可以进行集中监控，包括通过INTERNET进行集中监控。