矩阵主机：视频矩阵切换的核心部件

矩阵主机是以单片机技术为基础的微处理系统，通常将系统控制单元与视频矩阵切换器集成一体，其核心部件为微处理器（CPU）。矩阵主机除具有矩阵切换器实现对多路音视频信号的切换外，还可通过通信线缆对指定地址的前端设备（云台、电动镜头、雨刷、照明灯或摄像机电源等）进行各种控制。

微处理器通过各种接口芯片随时扫描控制面板上各种控制按键的状态，同时也扫描通信端口是否有主控键盘或分控键盘传来的控制指令，还会扫描报警接口板是否有报警输出，如图3-53所示。当控制面板或控制键盘上有按键被按下时，微处理器可正确判断该按键的功能含义，并向相应控制电路发出控制指令信号。

图3-53 矩阵主机的工作原理框图

（一）矩阵主机系统的主要功能

（1）视频切换控制：控制所有摄像机输入和监视器输出的视频切换。切换可通过键盘的操作、执行系统切换队列或报警的自动响应功能等来控制。

矩阵系统切换包括自由切换、程序切换、同步切换、群组切换和报警切换等五种系统切换方式。自由切换是将一组摄像机输入编程到一个监视器上循环显示，最多可由64个摄像机信号构成，每个摄像机画面可停留不同的时间。每台监视器拥有独立的切换队列。程序切换是指一个程序切换队列可由系统内置工作间预编程，有32个队列可由操作者或由定时调用在任何时刻调到任意一个监视器上运行。每组切换队列可由32支摄像机及其预置点、停留时间、辅助开关动作构成。在一组切换中，可多次出现同一个摄像机画面或一个摄像机的多个辅助动作。同步切换是指将一组摄像机画面顺序地切换到一组连续的监视器上显示，有32个系统同步切换队列可由系统设置菜单预编程。每个系统同步切换队列由最多32个摄像机及其预置点、停留时间、辅助形状动作构成。群组切换是将一组系统同步切换队列自动顺序地切换到多组连续的监视器上显示，有16个系统群组切换队列可由系统设置菜单预编程，每个系统群组切换队列由最多32个系统同步切换队列构成。报警切换是指系统在接收到报警信号时将摄像机画面切换到设防监视器上显示。每个报警切换可联动摄像机图像及其预置点、辅助开关。

（2）报警联动功能：报警是由连接到矩阵系统的报警设备发出的触点信号组成，最多有256个独立的报警触点可被编程，用来在接收到报警时切换摄像机输入到监视器上去。可以对报警摄像机和报警监视器分别编程。

（3）系统控制输入输出功能：在矩阵系统上有4个通信端口允许连接系统控制输入设备，包括键盘、报警接口、计算机或其他设备。

（4）摄像机控制功能：数据线端口输出控制指令通过解码器（或其他通信控制设备）可控制摄像机云台上、下、左、右、自动等，以及镜头的光圈、变焦、变倍和辅助功能，也可控制智能高速球。

（二）矩阵主机应用案例

如图3-54所示是一台矩阵主机的典型应用示意图，其中既有视频切换功能，还有报警联动、音频连接、矩阵键盘、DVR、云镜控制等功能。

（三）视频矩阵主机系统的分类

（1）根据系统的连接方式的不同可分为总线型连接与星形连接两种。

1）总线型连接方式：总线型连接方式是指视频监控系统中的所有控制设备（如矩阵切换主机、操作键盘、解码器、多媒体计算机控制平台、报警接口箱等）之间是通过一根通信总线相连接的，各控制设备之间的数据交换都是在这根通信总线上进行的。总线型连接方式采用RS-485标准连接，如图3-55所示。

2）星形连接方式：星形连接方式指视频监控系统中的所有控制设备（如矩阵切换主机、操作键盘、解码器、多媒体计算机控制平台、报警接口箱等）之间是通过矩阵切换主机相连接的，各控制设备之间的数据交换都要通过矩阵切换主机进行转发，如图3-56所示。

（2）按系统的容量大小不同可分为小规模矩阵切换主机和大规模矩阵切换主机。

1）小规模矩阵切换主机：小规模矩阵切换主机亦可称为固定容量矩阵切换主机，这类矩阵切换主机的规模一般都不是很大，且在产品出厂前，其矩阵规模已经固定，在以后的使

图3-54 矩阵切换主机的工作原理图(www.xing528.com)

图3-55 HN-4301矩阵切换主机的总线型连接方式示意图

用中不能随意扩展。如32×16（32路视频输入、16路视频输出）、16×8（16路视频输入、8路视频输出）、8×4（8路视频输入、4路视频输出）矩阵切换主机均属于小规模矩阵切换主机。

2）大规模矩阵切换主机：大规模矩阵切换主机亦可称为可变容量矩阵切换主机，其规划具有较强的可扩展性，用户可根据不同时期的需要可随意扩展。如128×32（128路视频输入、32路视频输出）、1024×64（1024路视频输入、64路视频输出）矩阵切换主机均属于大规模矩阵切换主机。

（四）视频矩阵主机对前端设备的控制方式

矩阵切换主机对前端设备控制的方式有直接控制和间接控制两种。

直接控制方式是指由中心控制室直接拨动某一动作所需的电源开关，通过电缆来向前端设备供电。这种方法简单、易行，但只适用于短距离、监控点数量较少的场合。因为控制电缆较长时，会因电压降较大，出现控制失灵的现象。

间接控制方式是指由中心控制室发送一电流较小的低控制电压来控制前端接口控制设备中的执行机构等，从而启动前端相应控制设备的电源的一种控制方式。这种方式适用于远距离、监控点数目较多的场合。由于是低控制电压，功率较小，需要在前端设备处适当增加控制信号驱动放大器或多路断电器转换开关。

（五）音频编码控制方式

音频编码控制方式根据使用的音频信号的不同，可分为单音频和多音频编码控制方式。n个音频信号组码时会出现2ⁿ个码组，3个音频信号组成的8个码组，见表3-9。

为了提高抗干扰性，通常仅采用序号为5、6、7的3个码组。这是因为序号为2、3、4的码组是单音频码组，而序号8的码组与序号为5、6、7的码组之间码距为1，即两者之间只有一个频率的差别，只要其中一个码元信号失误就会产生误动作。

图3-56 HN4304矩阵切换主机的星形连接示意图

表3-9 音频信号的控制编码表

注：0表示码组中没有该频率的码元，1表示码组中有该频率的码元。

（六）脉冲编码控制方式

脉冲编码控制方式是利用脉冲的有无来进行组合的，不同的组合就构成了不同的脉冲编码，不同的脉冲编码又代表着不同的控制信号，从而实现对前端设备的控制。

在视频监控系统中，通常选用8B码（即8位的二进制码）来实现对256个动作的控制。