由矩阵变革透析监控设备模块化设计方向

    近日，天地伟业数码科技有限公司的监控设备通用模块化结构设计获得国家知识产权局颁发的发明专利。该专利为实现矩阵内部各类功能模块的灵活搭配组合，提供了先进完整的解决方案，拓展了矩阵的应用领域，更统一规范了产品的结构，在业界尚属首创。

    国内市场现状

    安防系统根据不同的客户需求以及技术实现方式，细分为多个功能模块，包括：音视频切换、前端云镜控制、报警采集联动、数字录像存储、网络远程传输、门禁控制管理和数据传输转发等等。每个功能模块经过多年演变发展，已经成为各自独立的行业和产品线。在以视频监控为控制核心的一个典型安防项目中，涉及到的具体应用产品一般包括：视频矩阵、音频矩阵、硬盘录像机、网络视频服务器、报警信号处理器、门禁控制器等。每种设备实现不同的功能，起到不同的作用，满足用户相对独立的需求，因此设计成不同的功能板卡和硬件结构，机箱的大小规格和外观工艺也各不相同。这种状况一直延续了几十年，但是在IT技术瞬息万变、全方位竞争日益激烈的大环境下，安防企业在做产品战略规划时，都不禁面对两个问题：一是在专注行业化解决方案的趋势下，如何整合多个不同类别的产品，为用户提供高集成度/使用便捷/运维高效的一体化产品/系统；二是为应对价格竞争，必须实现成本压缩和质量控制的产业化要求。原先市场需求平缓的时代，安防企业挠头的问题就是产品种类多产量少，每类产品都对应一种甚至多种硬件结构，致使设备板卡机箱多种多样且彼此间并不通用，无法保证统一采购批量生产和品质检验。而模块化结构设计作为最有效的解决手段正深刻地影响着监控产品研发制造和市场趋势的发展方向。

    矩阵作为比较典型的模块化结构设计产品，充分体现了这一理念的初始构想。其最初的诉求不外乎两点：一是由于监控系统的视频点位会随着系统扩容而增加，同时出于保障用户投资的考虑，必须要求矩阵的输入/输出能够根据实际要求任意组合扩展；二是由于监控系统为7×24小时连续工作，为降低各类故障的出现对系统宕机的影响，并实现快速现场维护，必须要求矩阵的功能板卡模块化。于是，矩阵的硬件构成通常包括：机架式机箱、总线背板、CPU控制单元、电源模块、视频输入模块、视频输出模块以及字符叠加模块、切换模块、丢失检测模块、数据缓冲模块等板卡，只是由于每个厂家的设计原理不同，才各有区分和特点。而总线制报警主机虽然系统结构不同，但从实现方式上看，也是分为报警主机、总线驱动模块、8防区扩展模块、单/双防区输入模块和报警输出模块等。

     技术发展变革
    
     但仔细分析就会发现，即便是矩阵这类较早实现模块化结构设计的产品，也存在着较大的局限性，比如每种功能板卡只能安插在背板上的固定插槽，无法灵活组合，而且只有视频输入输出模块支持扩展，无法为系统扩充增加新的功能单元。随着视频监控系统点位容量和覆盖面的快速提升、视频监控与周界报警复核联动的迅猛增加、以及音视频信息网络化共享的逐渐普及，客户面临着系统扩展板卡复杂困难、部署安装运维成本提高、新功能需求无法满足升级等问题。
    
    　　为解决这一难题，天地伟业于2007年在业界率先提出了通用化模块结构设计理念，创造性地开发出MSIP平台技术，并将这一先进技术先后移植到智能网络矩阵、多业务光端机、网络视频服务器和多个行业化产品线中。其核心设计思想是将音视频输入输出、字符叠加、全交叉切换管理、光接收发射、报警输入输出、网络视频编解码、门禁控制管理等各功能模块按照标准协议统一硬件接口和底层协议栈，通过标准机架式机箱的内嵌式导轨卡槽组装到通用总线背板上。各种功能模块根据统一的标准属性类别编码，能够依照实际需求灵活搭配，内置到通用总线背板的任意插槽，板卡数量位置无须地址限定，系统自动扫描识别后快速上线运行，日后客户可自行扩展升级维护各类功能模块，系统部署成本降低至少20%。安装使用更加方便快捷，规模生产质量更加稳定。
    
     以基于MSIP创新专利技术的TC-87L系列智能网络矩阵为例，标准机型中，CPU单元、码分器、网络交换机、电源模块、视频输入模块、视频输出模块全部内置，单机箱可支持最大256路模拟视频输入64路模拟视频输出，为提高安装部署和维护效率，更采用了高集成度的芯片封装技术，将视频输入缓冲、视频全交叉切换、视频丢失检测功能全部集成到视频输入模块中，将视频输出缓冲、字符叠加功能全部集成到视频输出模块中，而且视频输入/输出模块采用单插板设计，进一步压缩容积优化结构。此外，基于通用高速总线背板的扩展组件结构，智能网络矩阵可以内置多个32路报警信号输入模块，支持开路/闭路/电平报警，还可以支持网络视频输出模块，可设为4路CIF输出或者1路D1输出，用户在网络内任意节点即可通过客户端远程浏览控制前端图像场景，目前还在开发网络视频输入模块，将支持多路数字视频信号输入显示，从而实现模拟数字视频信号的混合切换控制。众多的基准功能模块和扩展功能模块必须基于一个核心结构管理，智能网络矩阵通过创新的WEB集控网页功能，以音视频信息流为数据参照主线，绑定网络视频输入输出、报警输入联动、报警分区控制、用户权限管理、前端操作级别仲裁等各项设置子项，使得多业务模块得以一体化集成，用户无需复杂连接和繁琐调试即可安装使用，而基于标准协议接口的网络键盘和集控平台软件也为用户提供了方便灵活的人机交互界面。
    
     既然以音视频信息流为关联主体，则多模块集成的主要作用就在于能够实现与声音图像的综合联动，比如周界报警探测器触发报警后关联预设的一路或多路视频切换显示和录像存储，音频信号超过设定分贝阈值后关联预设的视频切换显示，视频场景感知设定区域有物体移动后关联预设的视频切换显示，如果前端摄像机是云台变焦摄像机，则会启动预设的预置位和巡航轨迹。对于综合联动的智能预设处理，完全可以借助宏指令实现快捷编辑和自定义调用。宏是一个用户自定义的操作指令，以替代人工进行的一系列费时而难以记忆的重复性键盘操作，自动完成预设的各种操作，提供对紧急事态的应急预案处理。比如利用宏的强大功能，系统可以自动在不同监视器上同时调用切换不同的图像，同时调用不同多个摄像机的预置位，同时控制多个报警点的布撤防，同时打开和关闭多个辅助开关等。而智能网络矩阵内置的增强型中文宏指令，系统支持1024条宏指令，42个宏动作，涵盖了最常用的操作功能，每条宏指令可编辑128个动作，用户可根据实际情况定制出复合自己需求的监控系统。为便于学习使用，系统提供了中文编程环境，用户无需安装任何设置软件，既可通过智能网络键盘进行指令编辑，也可通过IE浏览器进行网络远程设置，同时每个宏动作均提供中文操作说明，每条宏指令可编辑中文注释，方便记忆和管理。为解决多用户同时登录操作的调用，系统设定每个用户对宏指令的不同调用权限。开放式的编程环境植入了智能逻辑判断架构，支持嵌套调用、模块循环、日期时间预定和事件触发（矩阵开机、矩阵关机、用户登录、视频丢失、触点报警、触点消警等），不再限于常规宏指令对简单动作的顺序式命令行操作。宏就像一个友好的人机交互界面，将需求输入，通过简单的配置，就可以让系统自动实现对各个扩展功能模块的统一调用和关联操作，用户无需关心底层的硬件设备如何实现指令互通和数据交换。究其根本就在于所有功能模块均采用了统一的协议栈和标准的接口设计，从而组成高度智能的一体化集成设备。
    
     一些国内一线矩阵厂商也先后发力，开始推出类似架构的集成型产品，比如诶比的MS/TS系列存控系统和英飞拓的USP多业务网络交换平台，各有特点优势。
    
    应用方向突破

    模块化结构设计仅是作为矩阵在传统视频监控领域的技术改进么？只是在矩阵增加网络视频编解码模块、增加数字录像模块、增加光纤收发模块就可以么？在安防产业深入行业化的今天，不能将眼光局限于传统的监控安保应用领域，我们必须为行业用户提供模块组合集成度更高、更符合实际业务需求、全功能视频绑定的一体化产品。 

    比如天地伟业面向机房监控管理推出的TC-W9系列行业专用主机，基于智能网络矩阵的机架式机箱、CPU单元和高速总线背板，配置了视频输入模块（16路模拟输入）和网络视频输出模块（4路H.264压缩、本地存储），同时还增加了门禁管理模块（四门区出入刷卡控制）、8路模拟量输入采集模块（各类电压电流传感器）、供电模块（48v直流供电）、数据交换模块（6路串行数据接口扩展）、报警模块（16路开关量输入、8路开关量输出）。

    这类产品虽然具备了矩阵切换图像和控制前端云台镜头的功能，但实际上已经脱离了简单意义上的视频监控系统范畴。尽管是嵌入式的系统架构，但是扩展了变量采集模块和数据交换模块后，外界环境的温湿度、水浸、电压电流、UPS、新风空调、数字电表等状态数据就可以通过传感器或专用接口，传输到主机进行记录存储，并连同本地重要场景的音视频信息，通过网络视频编码模块，传输到网络任意节点的服务器上，实现远程监控。不但可以在视频图像上实时叠加显示采集到的各类数据，而且在后台的数据库管理界面可以设定阈值和图表监测。为防止现场有人闯入和破坏，通过扩展报警模块，可以实现各类报警探测器的报警联动图像切换/抓拍/录像/灯光打开和短信通知；为加强内部防范管理，通过扩展门禁管理模块，可以实现刷卡联动图像切换/抓拍/录像和短信通知，刷卡记录可脱机存储，并支持刷卡布撤防。设备可内置硬盘，实现对抓拍录像资料的本地存储。系统的客户端管理软件，可通过网络远程管理监控前端的多台主机，现场视频图像和数据一目了然，风险监测万无一失。

    不难发现，通过丰富强大的扩展功能模块，原本简单孤立的视频监控系统一旦与用户的业务流程和实际需求紧密结合，就能够发挥出图像采集真实可靠的优势，从而为安全管理提供有力依据资料。该系列产品可应用的场合包括：能源行业（电力行业变电站/升压站，水利行业变电站/泵站），以视频监控+报警为主；通信行业（电信/移动/联通机房/基站，计算机/网络机房），以视频监控+供电管理（含UPS）+门禁+报警为主；仓储行业（军队/武警仓库，粮库/烟草库/冷库，医药/食品仓库/文物仓库/危险品仓库），以视频监控+门禁/巡更+温湿度为主；环保行业（重大污染源监控，高污染场所，高危场所），以视频监控为主；轨道交通（铁路/地铁/轻轨沿线变电室/机房），以视频监控+供电管理（含UPS）+门禁+报警为主；图书馆/档案馆/资料馆/博物馆/美术馆/展览馆，以视频监控+门禁/巡更+温湿度为主。 

    结语： 

    通用模块化结构设计获得创新专利并大批量投入正式商用，是矩阵类监控设备架构解决方案的重大革新，真正实现了中国监控设备厂商从跟随到领先的跨越式蜕变。这应归因于其技术的领先性和创新性，及对于监控行业发展做出的积极影响和卓越贡献。该形态结构完全改变了传统插卡式机箱模式，为模拟切换到模拟数字混合切换乃至全数字切换带来了全新的技术革命。在安装运维人力配套资源节省、视频图像质量等方面都具有明显优势，可帮助客户实现投入产出比的最大化。天地伟业对通用模块化结构的持续投入和大规模商用确保了持续明显的领先优势。截至2009年6月，通用模块化结构设备出货累计超过30万路，广泛应用于平安城市、监狱看守所、车站港口、等重点项目。