矩阵作为在监控系统中的核心设备，起着不可忽视的作用。本文就以传统的模拟矩阵为例，为读者介绍其相关知识，以供参考。

    本文所提及的矩阵指的是监控系统中模拟信号（视频、音频信号）切换器，而数字矩阵因为在电路形式、工作原理等方面与模拟矩阵差别较大，本文不作讨论。

矩阵概念
    矩阵是数学领域的专用名词，线性代数中为便于数组运算而引入的概念。

    监控系统中的矩阵通常指的是视频矩阵切换器或音频矩阵切换器，它是一种专用设备。在视频监控系统中，摄像机和监视器是不可或缺的基本设备（元素），一个监控系统中往往需要多个摄像机和多个监视器构成一套实时监控系统，摄像机是输入设备（简称输入），监视器是输出设备（简称输出），那么，视频矩阵一般指的是在多路输入的情况下有多路的输出选择，即每一路输出都可以选择监看任一路的输入信号，每路输出只能接通某一路输入，但某一路输入可同时接通多路不同的输出。

    比如：系统构成有M个输入（摄像机），N个输出（监视器），需要有N个设备，可以实现M个输入中的任意一个输入可以随意切换到N个输出中的任何一个输出。习惯上：
•当M＞1、N＞1时，能够达到上述要求的设备就称为视频矩阵；
•当M＞1、N＝1时，称为视频切换器；
•当M＝1、N＞1时，称为视频分配器。

矩阵切换的原理与技术指标
    矩阵切换的原理是通过线路的短接搭桥，把输入信号连接到输出设备上，早期的机械式切换开关或继电器电路构成的设备同样可以达到上述目的，但由于操作复杂、寿命短、故障率高、容量小体积大、信号损耗严重等原因，已经遭到淘汰，故本文不作为矩阵切换讨论。现今意义上的矩阵是根据电路原理，利用芯片电子开关的导通与关闭进行接通与关断，并通过电平进行控制完成信号的选通。

    矩阵由于靠电路进行接通与关断，芯片本身存在技术指标（在输入匹配与输出驱动一样的情况下），因此要保障技术指标，就要选择专用的切换芯片，因此价格较高，但稳定性好，可形成的矩阵规模较大。

    1、矩阵切换应保证的技术指标：矩阵切换器根据不同的应用领域，所要求的技术指标也不同。以广电行业为例，为保证终端的显示质量，广电行业将整个信号传输过程，从摄像头开始到电视机为止，都进行了技术指标分配，对模拟矩阵切换和分配，所定的技术指标参照国标：GB/T14236-93。

    2、国标中最主要的指标如下：
•随机信噪比：信号通过任何设备，都会因为引入“噪声”而使质量变差，信噪比就是指信号与所产生的噪声的比，计算公式：Ｙ＝20log（信号／噪声），单位：dB该值越大，表示引入噪声越小，视频信号（6MHZ以内）信噪比要求至少达到65dB；
•幅频特性：信号通过设备时，各种频率的信号会有不同的衰减，一般是频率越高，衰减越大，对视频信号而言，带宽越大，频响越好，设计良好的矩阵可以达到12MHZ甚至更高；
•路间串扰：多路信号在同一设备中，由于空间的辐射与电源的波动，彼此之间会形成干扰，称为串扰。串扰不能大于-55dB。[nextpage]

    3、根据不同的应用，对指标的要求也不一样。
    监控行业中，由于信号只经过摄像、传输、控制与显示，且显示时对图像的质量要求相对较低，只要能看清，并不作转播等，因此监控行业对矩阵的要求是功能多、技术指标相对要低些。目前，此行业对矩阵的指标无明确的国家标准，只有参考企业标准。

矩阵的功能要求
切换与智能切换
矩阵的基本功能是切换，但矩阵作为监控系统的核心设备，它不仅能满足被动方式的手动切换操作，更应该考虑众多的智能自动切换功能，包括：
•全交叉切换：就是任意一个输出可以选择任意一个输入，而不是只能选择其中一部分；
•智能事件切换功能：比较典型的就是报警事件联动切换，根据报警事件的发生自动切换相关联的输入信号；
•定时切换：把输入分成序列组，按需要启动序列切换，使输入信号按规定的时间间隔在指定的监视器上自动切换显示；
•成组切换：输入分组，按序输出到某一输出，或把输出分组，一次操作完成多个输出同时切换。

视频丢失检测功能
    视频丢失检测功能就是当输入设备或输入线路出现故障，使得无视频信号输入时，则在输出设备上显示相关的文字提示信息，比如显示“视频丢失”。视频丢失检测功能是矩阵必备的功能之一。

日期，时间，输入标题显示功能
    标题显示功能能够让使用者明确监视点的位置，某些使用场合如宾馆、商务楼、电梯轿厢、道路等存在许多相似画面，如果没有明确的标题显示很容易引起使用者的混乱。考虑到标题显示的效果，采用带边框显示的文字标题（例如：白底黑边框技术），使更能提高观察效果。

矩阵切换器的选择
矩阵的内部总线概念
    矩阵的内部总线数量是由设计时决定的，单台矩阵的内部总线数量决定了单台矩阵最大的输入／输出数量。表1列出总线数量与单机最大输出的关系。

    矩阵内部总线数量的多少直接影响到矩阵设计、制造的难度和成本，合理选择矩阵总线类型是节省投资的好方法，避免“杀鸡用牛刀”的现象出现。

容量选择
    在设计方案时，信号源的数量比较容易确定，看看有多少个信号源，矩阵的输入数量就定下来了。

    但要考虑好独立的输出通道个数，这是根据系统的实际需求而定。有时可能有几台显示设备之间仅有分配关系（彼此永远一致，不独立），那么就可考虑占用一个矩阵输出口再加分配器，如果这些设备有可能是独立的，那么还是各占一个独立的输出口好一些。

    在很多情况下，输入和输出数量很大，如果实际使用中需要全交叉功能，当输出数量确定后，只能选择总线数量大于等于输出数量的矩阵类型才能满足使用要求。这也就是所谓的全矩阵概念。

    如果可以分组使用，例如在监控时，可以让显示墙中某些显示设备只显示某一区域的信号，而其它设备各自显示其它特定区域的信号，那么就可将大规模矩阵折分成小规模的矩阵（如将128×64拆分成4台32×16）。这种使用方法可以节省成本，减少投入，但缺点是不能实现全交叉切换。[nextpage]

矩阵扩容
一般视频矩阵由４大模块构成。
•CPU模块：矩阵控制的核心模块；
•输出模块：连接监视器的图像输出模块；
•输入模块：连接图像源的矩阵模块；
•电源模块。

1、输入扩容方法：
•单机扩容：在一个CPU模块、单个机箱的前提下，通过增加输入板卡的数量达到扩容的目的，其最大可达容量是单个机箱插满所有输入卡后所能达到的最大单机输入数量；
•单主机扩容：在一个CPU模块的前提下，通过增加机箱和输入板卡的数量达到扩容的目的，其最大容量的大小取决于内部通讯协议、CPU模块的资源和软件设计，此种扩容方法通常不影响矩阵的技术指标；
•串联扩容：由多台单机独立矩阵构成，前台矩阵的输出与后台矩阵的输入串联，这种扩容方法会影响矩阵的技术指标，造成矩阵指标的下降。

2、输出扩容方法：
•单机扩容：在一个CPU模块和单个机箱的前提下，通过增加输出板卡的数量达到扩容的目的，其最大容量是单个机箱插满所有输出卡后所能达到的最大总线数量；
•多机堆叠：采用多台输入容量相等的矩阵并联，把输入经分配后同时输入到并联的矩阵组，达到输出扩容的目的，该方法只要保证信号源分配良好，一般不会降低矩阵性能，但成本高。

3、厂家的选择
    生产矩阵的厂家很多，标称指标各不相同，由于这类设备不是实验室的样机，而是工程应用产品，因此工程中的适用性问题和可靠性问题非常重要。工程现场情况各有不同，在产品的成熟过程中需要经过不断的工程检验，发现问题需要及时改进，因此产品的成熟过程比较长，常见到的情况是：在现场，使用某些品牌的产品，工程中会出现一些技术问题，而用其它品牌的产品后，问题便可解决，并非前一品牌产品有多大错误，只是它的适用性不及后一种品牌产品，通俗地讲，是学费没有交够，遇到的问题没有足够多，产品设计上有考虑不周之处，因此选择专业生产公司的产品，因为它的产品已经相对成熟一些。

    厂家的标称指标，矩阵设备是显示的核心设备，如果出问题会是全局性的问题，会使整个系统瘫痪，因此稳定性、可靠性是压倒一切的，情愿价格高一点，甚至是指标低一点，也要保证稳定、可靠。

    技术支持方面，在工程现场中遇到的问题千奇百怪，厂家的技术支持能力是很重要的指标，有独立的研发能力，对问题产生的机理有正确认识，产品适用性强，稳定可靠，与有较强的现场解决能力的厂家合作。

部分建议
1、应该选择有独立研发能力的厂家所推出的品牌矩阵，尽量不要使用仿制技术的产品，更不要贪图便宜而采用直接复制的或假冒的产品，这些产品的后续支持力度及技术水平肯定不如前者。

2、大容量矩阵设计水平及技术指标的简易测试方法：
把同一个信号源依次切换到不同的监视器上，比如：
•１号摄像机切到１号监视器；
•１号摄像机切到２号监视器；
•１号摄像机切到３号监视器；
•１号摄像机切换到Ｎ号监视器。

    一般情况下，任何矩阵都会随着Ｎ的数量增加，指标会逐渐下降，比较明显的是图像色彩会变差，当达到一定数量时，图象质量下降严重，肉眼很容易观察，质量优良的矩阵的Ｎ数量明显大于质量差的矩阵。