1 引言 
        在重大事件、零售場、交通控制等方面，都需要進(jìn)行視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存在多點分布與集中監(jiān)控的矛盾，不適合采用一對一的監(jiān)視。一對一的監(jiān)視即一部攝像機對應(yīng)一臺監(jiān)視器，這樣監(jiān)控室體積龐大，投資高。一般采用一對多的監(jiān)控，即一臺監(jiān)視器對應(yīng)多臺攝像機，用足夠少的監(jiān)視設(shè)備實現(xiàn)多點監(jiān)控，這樣視頻切換控制設(shè)備在監(jiān)控系統(tǒng)中具有極其重要的地位。在視頻切換控制中，矩陣切換應(yīng)用十分廣泛。
 
         2 視頻矩陣切換原理
         視頻矩陣切換控制將多路輸入信號任意選擇一路或多路分別輸出給一路或多路顯示設(shè)備，用于規(guī)模較大的監(jiān)控系統(tǒng)中。它可以選擇性地觀察圖像，在某臺監(jiān)視器上輸出顯示。在多路視頻輸入的情況下有多路的輸出選擇，形成矩陣結(jié)構(gòu)，即每一路輸出都可與不同的輸入信號“短接”，每路輸出只能接通某一路輸入，但某一路輸入都可（同時）接通不同的輸出，如圖1。

        圖中“·”表示某一路輸出與某一路輸入相連，如輸出4與輸入3相連，也就是說4路輸出此時輸出的3路輸入信號。只要進(jìn)行合適的切換選擇，就可以實現(xiàn)將多路信號從輸入通道切換輸送到輸出通道中的任一通道上，并且輸出通道間彼此獨立，也就便于進(jìn)行視頻信號切換和分配。

        3、基于單片機的32×8視頻矩陣切換器硬件設(shè)計
        視頻監(jiān)控行業(yè)中，信號只經(jīng)過攝像，傳輸（一般是基帶傳輸），控制與顯示，且顯示時對圖像的質(zhì)量要求相對較低，只要能看清，并不作轉(zhuǎn)播等工作，因此監(jiān)控行業(yè)對視頻切換矩陣的要求是指標(biāo)低、功能多（能帶云臺控制等）、便于遠(yuǎn)程控制。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的矩陣切換系統(tǒng)應(yīng)包括以下基本功能：視頻信號切換、控制云臺和攝像機鏡頭的動作、可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
 
        3.1 視頻矩陣切換器基本接口電路
　　32×8視頻矩陣切換器基本接口原理電路如圖2所示。整個視頻矩陣切換器主要由89C2051單片機和兩片MT8816組成。MT8816是MI公司生產(chǎn)的8×16模擬開關(guān)矩陣，采用CMOS工藝制作。AT89C2051單片機是由美國ATMEL公司推出的單片機，它的指令與IN公司的MCS-51系列單片機*兼容，本身帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器，AT89C2051芯片作為微控制器用于對切換矩陣各單元進(jìn)行切換控制以及用于構(gòu)成人機界面和構(gòu)建RS485串行通信接口。



        圖中用P0.0-P0.6作為兩片MT8816的行地址和列地址控制線，P0.7作為兩個芯片的片選信號。P3。2-P3。4分別作為選通脈沖ST、數(shù)據(jù)輸入DI、復(fù)位信號RESET。兩片的ROW0-ROW15都作為輸入，兩片的COL0-COL7依次并聯(lián)作為輸出。即32路輸入，8路輸出。

　　實際應(yīng)用中，視頻矩陣切換器輸入部分加匹配電路，輸出部分加緩沖放大器。這里省略未畫。模擬開關(guān)芯片的地址選擇信號依次接單片機的地址線，分別對32路輸入和8路輸出進(jìn)行譯碼控制。通過數(shù)據(jù)線DI寫入的邏輯“1”或“0”將決定地址譯碼對應(yīng)的XiYj（i=0,…,31; j=0,…,7）交叉點開關(guān)的通斷，邏輯“1”將其打開，Yj路輸出上就有Xi路輸入信號，反之，邏輯 “0”。

         實現(xiàn)多功能控制的接口電路

        多功能控制的實現(xiàn)是通過人機界面控制鍵盤，一方面實現(xiàn)對視頻信號的本地切換，另一方面實現(xiàn)對于云臺、鏡頭等的遠(yuǎn)程控制。解碼器能是把控制碼轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，實現(xiàn)對云臺、鏡頭等的動作進(jìn)行調(diào)整。然而解碼器不能直接接收鍵盤發(fā)來的控制信號，需要設(shè)計一個連接兩者的接口電路。這里利用AT89C0251的串行通信口進(jìn)行通信實現(xiàn)接口。串口通信標(biāo)準(zhǔn)有RS-232C和RS-485。RS-232C是廣泛應(yīng)用的串口通信標(biāo)準(zhǔn)，但數(shù)據(jù)傳輸速度慢（zui快傳輸速度為20Kbit/s）、傳輸距離短（zui大電纜長度為15m）、接口處各信號間容易產(chǎn)生干擾，并且只能進(jìn)行一對一的通信。RS-485是一個多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，一個發(fā)送器zui多可允許驅(qū)動32個負(fù)載設(shè)備，RS-485的zui大傳輸距離為1200m，zui大傳輸速度可達(dá)10Mbit/s，它在遠(yuǎn)程通信和多機總線系統(tǒng)中具有很大的吸引力。視頻監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控點與監(jiān)控室的距離往往超過15m，且存在多點監(jiān)控的問題，因此串行通信標(biāo)準(zhǔn)選用RS-485。本設(shè)計采用75176（ RS-485的收發(fā)芯片）完成RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口通信。切換矩陣主機AT89C2051與控制鍵盤及解碼器的接口電路框圖如圖3所示。

          圖中控制鍵盤通過搖桿或按鍵發(fā)出RS485差分控制信號，經(jīng)過75176收發(fā)器，將485差分信號轉(zhuǎn)換成AT89C2051可以接收的TTL電平信號。89C2051串口接收數(shù)據(jù)后，進(jìn)行控制信號判斷，如為本地視頻切換控制信號則進(jìn)行譯碼，變成對應(yīng)地址碼，并在數(shù)據(jù)線寫入相應(yīng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對視頻信號的切換控制；如為遠(yuǎn)程控制信號則轉(zhuǎn)換協(xié)議，發(fā)送TTL電平控制信號，再經(jīng)75176把TTL電平信號轉(zhuǎn)換成可以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?85差分信號，這個485差分控制信號就可以被解碼器接收，從而命令繼電器開合來控制云臺和鏡頭等的動作。

         以視頻矩陣切換器為核心組成的視頻監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)
        由視頻切換控制矩陣組成的視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖4。