視頻矩陣切換原理及技術(shù)詳解

1、視頻矩陣切換原理及技術(shù)詳解在廣電行業(yè)與顯控等行業(yè)中，矩陣切換器的應(yīng)用日益普及，本文主要針對模擬信號（視 頻、音頻、vga信號）矩陣切換器的一些問題進(jìn)行研討，因為模擬信號的信號格式、電路形 式，主要指標(biāo)及主要問題基本相同，當(dāng)然針對不同的帶寬、阻抗等會有些差異，但可歸為一 類問題，而數(shù)字矩陣在電路形式等方面與模擬方式差別較人，故另外討論。矩陣的概念引用高數(shù)中的線性代數(shù)的概念，一般指在多路輸入的情況下冇多路的輸出 選擇，形成下圖的矩陣結(jié)構(gòu)，既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-路輸入，但某一路輸入都可（同時）接通不同的輸出，如下圖。輸岀1=輸入1,輸出2=輸入2,而輸出3=

2、輸出4=輸入3,或者說，每一路輸出可 “獨立”地在輸入屮進(jìn)行選擇，而不必關(guān)心其它通道的輸出情況，即可以與具它輸出不同， 也可以和同。舉例說，8選4是指有4個獨立的輸出，每個輸岀可在8個輸入屮任選，或者 說有4個獨立的8選1,只是8個輸入是相同的。經(jīng)常與此混淆的是分配的概念，比如8 選1分4,是指在8個輸入屮選擇出1個輸出，并將其分配成4個相同的輸出，雖然外觀上 看冇4個輸出，但這4個輸出是相同的，而不是獨立的。一般習(xí)慣中，將形成mxn的結(jié)構(gòu) 稱為矩陣，而將mx1的結(jié)構(gòu)稱為切換器或選擇器，其實不過nt而己，我們在討論時都當(dāng) 作矩陣對待。矩陣切換器的功能是在多路信號輸入的情況下，可獨立地根據(jù)盂要選

3、擇多路（包括1 路）信號進(jìn)行輸出，完成信號的選擇。二.矩陣切換的原理與技術(shù)指標(biāo)1. 電路原理：切換原理上就是選擇，選擇的方式有很多種，最簡單的就是將信號線 直接接在一起，比如接線板，利用人工將輸出信號線跳接在輸入信號線上，也可完成選擇, 或利用琴鍵開關(guān)完成接通與斷開，當(dāng)然這是人工操作的，機(jī)械的，不存在指標(biāo)等技術(shù)問題, 故不作為矩陣切換討論。第二種方式，利用繼電器也可完成選擇，利用電平控制繼電器的通 斷，可完成輸出線與輸入信號之間的斷開與聯(lián)接，也可完成信號的選擇，笫三種方式是根據(jù)電路原理，利用芯片內(nèi)部電路的導(dǎo)通與關(guān)閉進(jìn)行接通與關(guān)斷，并可通過電平進(jìn)行控制完成信 號的選擇。繼電器方式與芯片方式各有優(yōu)

4、缺點。繼電器方式：如果不考慮輸入匹配與輸出驅(qū)動的電路部分的話，它與聯(lián)線方式一致, 是靠物理接觸進(jìn)行接通與斷開，從這個角度上講，是沒有什么指標(biāo)概念的（最多有接觸電阻 和反應(yīng)時間），因此技術(shù)指標(biāo)好r價格低廉，其缺點在于穩(wěn)定性較差，畢竟是靠物理接觸， 繼電器有一定壽命，原則上講，有8萬次平均無故障操作且操作時有聲響，由于線路板走線 原因，不能做的規(guī)模較大，顯得不夠高檔。芯片方式：由于靠電路進(jìn)行接通與關(guān)斷，芯片本身存在技術(shù)指標(biāo)（在輸入匹配與輸出 驅(qū)動一樣的情況下），因此要保障技術(shù)指標(biāo)，就要選擇專用的切換芯片，因此價格較高，但 穩(wěn)定性好，可形成的矩陣規(guī)模較人。2. 矩陣切換應(yīng)保證的技術(shù)指標(biāo)矩陣切換器根據(jù)

5、不同的應(yīng)用領(lǐng)域，所要求的技術(shù)指標(biāo)也不同。以廣電行業(yè)為例，為 保證終端的顯示質(zhì)量，廣電行業(yè)將整個信號傳輸過程，從攝像頭開始到電視機(jī)為止，都進(jìn)行 了技術(shù)指標(biāo)分配，對模擬矩陣切換和分配，所定的技術(shù)指標(biāo)如表：gb/t14236-93與木公司 vas-128*32實例指標(biāo):序號測花榕標(biāo)單位枝術(shù)榕標(biāo)1介入增益db±0.10.112隨機(jī)信謙岀db6569.13mhz66db±0.20.14徹分增益%±0.50.035徹分相位±0.50.156波形黃真%10%207%0.50.38色度龐度時延豊ns±3-0.39色度龐度增益豊%±10.910路間相侍

6、笏±1011路間申擾db-555t3. 國標(biāo)中口常用到最主要的指標(biāo)如下：1）隨機(jī)信噪比：信號通過任何設(shè)備，都會因為引入“噪聲”而便質(zhì)量變差，信噪比就 是指信號與所產(chǎn)生的噪聲的比，該值越大，表示引入噪聲越小，在視頻信號時，（6mhz以 內(nèi)）信噪比要求至少達(dá)到65dbo2）幅頻特性：信號通過設(shè)備吋，各種頻率的信號會有不同的衰減，-般是頻率越高, 衰減越大，對視頻信號而言，一般不用帶寬的概念（衰減3db時的頻率），而是采用在6mhz 的頻譜內(nèi)（視頻信號的頻譜都在6mhz以內(nèi)）最大的衰減最，標(biāo)準(zhǔn)要求不超過0.2db,如果考 慮到音頻的調(diào)制，在8mhz內(nèi)不超過0.5dbo3）路間串?dāng)_：多路信號

7、在同一設(shè)備中，由于空間的輻射與電源的波動，彼此z間會 形成干擾，稱為串?dāng)_。串?dāng)_不能人于55db。4. 根據(jù)不同的應(yīng)用，對指標(biāo)的要求也不一樣。1）監(jiān)控行業(yè)：監(jiān)控行業(yè)中，由于信號只經(jīng)過攝像，傳輸（一般是基帶傳輸），控制與 顯示，且顯示時対圖象的質(zhì)量要求相対較低，只要能看清，并不作轉(zhuǎn)播等工作，因此監(jiān)控行 業(yè)對矩陣的耍求是功能多（能帶云臺控制、報警等）、指標(biāo)低，此行業(yè)對矩陣的指標(biāo)無明確的 強(qiáng)制要求。2）廣電和視頻會議，廣電不必多言，肯定是服從國標(biāo)，按廣播級標(biāo)準(zhǔn)要求，值得一 提的是視頻會議領(lǐng)域，視頻信號要經(jīng)傳輸，記錄和轉(zhuǎn)播，l受眾對圖象質(zhì)量也有較高要求， 故應(yīng)選擇廣播級指標(biāo)，而不能簡單地采用監(jiān)控類產(chǎn)品。

8、3）vga信號應(yīng)用，由于vga信號帶寬較寬，而且是有五路信號（r、g、b、h、v）同時傳輸，因此要求各通道的指標(biāo)盡可能高（在6mhz之內(nèi)應(yīng)滿足廣電的要求），且必須保 持一致，應(yīng)該按照廣播級對分雖設(shè)備的技術(shù)要求。但由于vga信號切換不象廣電中應(yīng)用得 廣，牽扯到廣人的用戶，故現(xiàn)在也沒冇強(qiáng)制的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，廠家一般都會自己標(biāo)稱一些參數(shù)， 但這種參數(shù)水份較大。例如帶寬，專用的矩陣芯片廠家的標(biāo)稱帶寬為230mhz左右，但許 多廠家利用這種芯片標(biāo)稱能作到350mh乙甚至以上，多少有點胡蘿卜做成龍蝦的味道， 客戶選擇時應(yīng)注意，在選擇時也應(yīng)注意三項主要指標(biāo)。三.矩陣切換器的選擇和常見問題1）種類選擇，廣電和視訊會

9、議應(yīng)用，應(yīng)選用廣播級產(chǎn)品，監(jiān)控應(yīng)用可采用監(jiān)控類 產(chǎn)品，vga信號（有些人也將其視為視頻）要采用vga信號矩陣。2）大小選擇：在一個工程中，應(yīng)將音頻信號和視頻信號和vga信號看成三種不 同的媒體。音頻信號一般情況下輸入數(shù)量較多，如話筒和cd以及碟機(jī)的音頻等，但考慮到 功放和音響-般只有一套，最多在功放z前加一級調(diào)音臺進(jìn)行混音，有可能需要兒路信號， 因此音頻矩陣的輸出不會很大，比如可以32x8或64x8,但沒必要選擇32x32或64x64, 除非是廣電和視訊會議傳輸，每路視頻一定會冇音頻同步傳送。在設(shè)計方案時，信號源的數(shù)量比較容易確定，看看有多少個信號源，矩陣的輸入數(shù) 量就定下來了，但要考慮好獨立

10、的輸出通道個數(shù)，這是根據(jù)系統(tǒng)的操作模式而定，有時可能冇兒臺顯示設(shè)備z間僅冇分配關(guān)系（彼此永遠(yuǎn)一致，不獨立）那么就可考慮占用一個輸出口再 加分配器，如果這些設(shè)備有可能是獨立的，那么還是各占一個獨立的輸出口好一些。在很多情況下，輸入和輸出數(shù)量很大，如果采用大型矩陣，造價會較高（矩陣是越大 越難作、成本也越高）可以考慮是否能夠分紐使川，例如在監(jiān)控時，可以讓顯示墻屮某些顯 示設(shè)備只顯示某一區(qū)域的信號，而其它設(shè)備各自顯示其它特定區(qū)域的信號，那么就可將人規(guī) 模矩陣折分成小規(guī)模的矩陣（如將128x64折分成4臺32x16）如果各區(qū)z間冇可能需要互傳 信號，也可采用如下圖屮的結(jié)構(gòu)：這樣可使矩陣2的輸出小包含矩

11、陣1的部分輸入信號，效果雖沒有全矩陣結(jié)構(gòu)好, 但成本會下降。短陣切換器做為傳輸系統(tǒng)的一部分，所出現(xiàn)的主要問題請見拙作“工程中常見的問題 與解決”，原理是相同的，不外乎是幾種產(chǎn)生的機(jī)理，只耍能將現(xiàn)象分清，解決的方向應(yīng)該 沒有大問題。比較特殊一點的是利用小規(guī)模矩陣組成大規(guī)模的問題，例：在用64x32組成 128x32時,不能用二臺64x32組成128x64,這還是分組使用的概念,而應(yīng)用三臺64x32 組成128x32,如下圖，這是全矩陣的概念，因此組合使用時應(yīng)分清分組使用和全矩陣的區(qū) 別（全矩陣是指每一輸出u都可在所有輸入u1全選，而且彼此獨立）o3）廠家的選擇生產(chǎn)矩陣的廠家很多，標(biāo)稱指標(biāo)各不相同

12、，依本人拙見，由于這類設(shè)備不是實驗室 的樣機(jī)，而是工程應(yīng)用產(chǎn)品，因此工程中的適用性問題和可靠性問題非常重要。工程現(xiàn)場情 況各有不同，在產(chǎn)品的成熟過程中需要經(jīng)過不斷的工程檢驗，發(fā)現(xiàn)問題需要及時改進(jìn)，因此 產(chǎn)品的成熟過程比較長，常見到的情況是：在現(xiàn)場，利用某些品牌的產(chǎn)品，工程屮會出現(xiàn)一 些技術(shù)問題，而用其它品牌的產(chǎn)品后，問題便可解決，并非前一品牌產(chǎn)品冇多大錯誤，只是 它的適用性不及后一-種品牌產(chǎn)品，通俗地講，是學(xué)費沒有交夠，遇到的問題沒有足夠多，產(chǎn) 品設(shè)計上冇考慮不周z處，因此選擇丿力史相對長久的公司的產(chǎn)品，因為它的產(chǎn)品已經(jīng)相對成 熟一些了。廠家的標(biāo)稱指標(biāo)，尤其是vga信號產(chǎn)品，有些水份比較人，無法判斷真?zhèn)?，本?認(rèn)為，與其強(qiáng)調(diào)指標(biāo)，不如強(qiáng)調(diào)可靠性，指標(biāo)在招投標(biāo)中有用，但矩陣設(shè)備是顯示的核心設(shè) 備，如果出問題會是全局性的問題，會使整個系統(tǒng)癱瘓，因此穩(wěn)定性、叮靠性是壓倒一切的, 情愿價格高一