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基于NVR高清HDMI/VGA输出信号切换上墙的视频矩阵
1. 引言
近年来，网络化、智能化、高清化及无线传输已成为视频监控技术发展的大趋势。市场证明，IP监控凭借其突出的灵活性、可靠性和智能性广泛赢得市场的青睐，而高清网络摄像机也获得了爆发式的增长。
要解决高清信号的切换当前的问题：NVR上墙切换时
高清信号上墙切换的途径。1）通过网络交换机接入网络数字矩阵，由网络数字矩阵进行解码，通过显卡输出HDMI，DVI或VGA接入拼接显示屏幕上墙，这种方式由于网络数字矩阵的CPU处理能力要求非常高，同时受至于显卡容量，通常为6块显卡，对于720P的网络摄像机信号，单台网络数字矩阵往往只能解码的24路图像，同时由于NVR和网络数字矩阵的双重解码，加大了网络数据流量，在某些场合，可能需要另外加入网络流媒体服务器。可见，网络数字矩阵的应用，投入的规模是相当大的。2）通过网络解码器解码HDMI/VGA高清信号,通过HDMI/VGA矩阵切换上墙。由于网络解码器的单机容量有限，通常为4路，8路等，如果网络摄像机数量较多时，也需要大量的网络解码器，配套使用客户端软件辅助完成切换。
大屏切换上墙的实现方式。当前很多工程商采用以下二种常用的方式。1）通过内置拼接盒接入拼接显示器完成拼接。这是最常见也是最经济的一种拼接显示方式，由每一块拼接显示单元根据它所在的显示位置，通过计算处理，如SCALE，只对完整图像分割具中一部分的进行显示，所有的显示单元都独自显示一部分图像，合起来就是一个完整画面。这很象小朋友玩的拼接板，每一块小板块上只是部分图形，拼接在一起了，就是一个整体画面。只不过，它是由专业的处理器来实现的。由于拼接器显示单元需要对图像抽取，因此，输入到每一个显示单元的图像都是相同的，这往往需要借助于矩阵的分配放大功能来实现。2）通过外置拼接处理器来实现。外置拼接器是一个非常专业复杂的图形处理系统，它有基于PC机处理器和基于FPGA大规模集成电路二种类型。外置拼接器内置了矩阵切换功能，不需要另外配置矩阵，可以接入不同的信号源，可以对图形进行开窗、叠加和漫游等处理。
2. 经过上面的分析，我们要问，网络摄像机的图像要接入大屏显示切换查看，有没有更便捷的一种方式，能否减少投入也能达到大屏拼接显示切换的效果呢？答案是有的。这便是深圳市东健宇电子有限公司最新推出的基于NVR高清HDMI/VGA输出信号切换上墙的视频矩阵。请看下面的拓朴图：
网络摄像机的图像通过NVR录像，NVR的HDMI/VGA的高清输出连接到原来用作拼接显示的矩阵，再由矩阵输出到拼接显示单元。跟大多数当前的应用系统相比，我们只加入了一台控制键盘和鼠标无线接收器，就可以实现以下的功能。
1）大屏拼接控制功能，可以支持的大屏协议有鑫康、TCL、忧色、畅锐、众辉、晶日盛、保千里、杰思创、创泰丰、宝视达、汇宇朗景。支持键盘和电脑可以同时控制大屏。
2）键盘鼠标一体化功能。键盘具有输入数字、文字，多画面键，PTZ控制，切换方便， 鼠标具有移动定位准确，查看录像方便的特点。只要用户切换到任一台摄像机，就可以通过鼠标来实现对它的控制。
3）支持多种NVR控制协议，海康、大华、汉邦、大立、同为、兴科安, 可设置同一系统中多种不同厂家NVR存在时，统一控制。如果是VGA信号方式，对于系统中存在的DVR，也同样可以控制管理。
4）摄像机统一编号及伪码表示。系统中所有的摄像机管理用统一的数字编号来管理，同时也可以用伪编码来代替数字编号，方便记忆。
5）
3. 外观
我公司生产的基于NVR高清HDMI/VGA的视频矩阵使用5U高度，标准19英寸长度机箱，机箱使用8mm银色铝拉丝前面板，上下各有一个圆弧突起，增加立体感，层次感，中间内嵌128X64大小的高亮度蓝色背光液晶面板，电源指示灯，工作状态灯，红外输入部件以及二行输入按键。
机箱使用横插卡式模块化结构，它有4块输入模块，4块输出模块，电源模块，控制模块，背板切换模块，人机接口模块及风冷散热模块组成。从机箱的后面看过去，上半部分为16个HDMI接口的输入模块，中间为16个HDMI接口的输出模块，最下半部分为左边为电源模块，右边为控制模块。机箱左边二个风冷散热模块，冷风从左边进入，带上电路工作产生的热风，由风冷散热模块强制抽出去。
机箱表面使用喷油哑黑效果，初看上去，机箱前面板为银色，机壳及机体使用黑色，乍看上去，给人形成高端，大气的视觉效果。
此机箱的外观由我公司申请了外观专利，专利号为......。
我公司的控制键盘，也沿用了这种看上去端庄，大气的效果。它使用上下盖一体成型的模型，键盘外壳使用喷油黑色，中间使用有反差的贴膜片。键帽使用黑底白字英文和蓝色中文，按键使用德国产樱桃按键开关，按键手感非常好，不生硬。尤其是使用4个蓝色按键，高亮显示其重要功能，非常方便使用。
键盘中间使用192X16的大小的全中文的液晶显示屏，左边显示大屏显示区域，左下部为输入状态区，中间为当前的摄像机号，监视器号及录像机号，右边显示为摇杆的显示状态。
键盘后面有电源插座，控制接口PORT，及拔码开关，以及一个无线发射天线和一个USB鼠标插座。
4. 测试目标
按照以下连接示意图，连接NVR，IP摄像机，矩阵，键盘及拼接显示器，开始对矩阵进行测试。
5. 拆机实测
1）输入模块
拧松矩阵输入模块的松不脱螺丝，轻轻往外用力，就可以抽出矩阵的输入模块。每一块输入模块可管理4个输入端口，它实现对输入HDMI信号的端口处理，该端口处理器具有完整的HDMI Tx和Rx内核，从而确保了HDMI连接的高可靠性与无差错传输。由于低质量源端或过长线缆传输的影响，基于多路器的HDMI 开关有时会无法正常工作，或无法有效改善已经被严重衰减的信号。它可确保HDMI链接的可靠性，并能完美地再现信号。它支持自适应均衡。因此，可以做到对长短不同的电缆的自适应。当电缆较长时，均衡幅度自动调高，当电缆较短时，均衡幅度自动调低。与固定幅度均衡相比，自适应均衡不会为了优化对某一长度电缆的接收性能，而损失对其它长度电缆的接收性能。
2）输出模块
我公司的输出模块同样采用模块式4路输出端口设计。它采用美国进口的针对HDMI和DVI应用推出TMDS数字视频均衡器以及电缆驱动器。众所周知，典型的HDMI/DVI输出驱动器将在连接器和高阻(开路)HDMI/DVI发送器输出之间引入信号反射，而它则采用200Ω背向端接电阻提供了可选择的高50%电流模式，从而可吸收输出反射。与传统输出驱动器需要为各自的接口IC提供独立的输入/输出连接器不同的是，它的小尺寸占用极小面积，全部四路输入和输出完全对等，可以灵活配置引脚，从而在电路板上实现最优的信号走线。采用该输出模块它具有的吸收反射和提供信号损失补偿的能力，使其理想HDMI TMDS输出到20米。
3）切换模块
我公司的切换模块全部在高速背板上实现，该背板采用2.0mm厚度多层PCB设计，和所有的其它模块连接的为德国产的高速连接器，它使用一种协议无关的异步数字交叉点开关。针对NRZ（不归零）信令进行了优化，每个端口的数据速率最高达4.25 Gbps。各端口均提供固定输入均衡、可编程输出摆幅和输出预加重。
4) 键盘模块
为了实现键盘的功能繁杂多样，我公司采用32位ARM处理芯片，主频达到72M速度。高度集成有USB OTG、USB HOST功能，完善的协议栈可实现对鼠标的HID类协议的解析。它采有单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。专用的按键检测电路实现按键状态的检测。
这款键盘是在我公司开发的无线小精灵DVR鼠标以及AV矩阵键盘的基础上逐渐得到实现。辅之于全中文的显示，让它可以实现对NVR, HDMI矩阵，拼接屏，高速球机的控制以及鼠标状态的读取及发送。
6. 性能特点
*允许任意HDMI显示器随时接收信号源信号；
*允许任意信号源信号同时在多路显示器上展示；
*支持480p, 720p, 1080i, and 1080p分辨率, 最高的视频分辨率高达1080P；
*支持HDMI 165MHZ的时钟带宽，每通道1.65Gbps数据带宽；
*支持无压缩音频如LPCM；
*支持压缩数字音频信号传输；
*支持 HDCP 设备；
*支持HDMI to HDMI或者DVI to HDMI 线与本机输入端和输出端的连接；
*支持通过前面板按键盘、遥控器或者RS-232，RS-485控制显示设备的输入源；
*LED灯指示输入端口的状态;
*不同声音指示指令是否接收正确;
*全部兼容HDMI1.3；
*具有均衡和放大能力，确保通过长电缆没有质量损失的HDMI信号的传输；
*独特的DDC通道及EDID管理功能；
*标准5U高度工业机箱，内置开关电源设计；
7. 技术参数
*单路连接信号的最大范围：1920x1080p
*视频输出：HDMI1.3b
* HDMI 连接头：A型 19 pin
*信号控制端口：DB9 Pin母（RS-232), 莲花端子（RS-485）红外线接收端口,
*视频放大带宽：2.25Gbps/225MHz
*刷新频率：50/60Hz
*支持的分辨率：
隔行（50/60HZ)：480i,576i,1080i；
逐行（50/60HZ)：480p,576p,720p,1080p；
*功率损耗（最大）：< 100W
*机箱高度：480mm X 223mm X 300mm
*机箱重量：
*产品符合：FCC CE UL 认证 ；
*环保符合ROHS指令；
数据传输方式：2.4G无线传输技术，双向数据传输
传输距离：空旷地可达10米
通信速率：2Mbps
USB鼠标：USB光学鼠标，USB滚轴鼠标
误码率：≤10E-9
工作温度：0℃ - 70℃
相对湿度：5% - 95%