和记娱乐视频矩阵切换原理及技术详解

发布时间:2021-02-18 07:02

  视频矩阵切换原理及技术详解_建筑/土木_工程科技_专业资料。视频矩阵切换原理及技术详解

  视频矩阵切换原理及技术详解 在广电行业与显控等行业中,矩阵切换器的应用日益普及,本文主要针对模拟信号(视 频、音频、VGA 信号)矩阵切换器的一些问题进行研讨,因为模拟信号的信号格式、电路形 式,主要指标及主要问题基本相同,当然针对不同的带宽、阻抗等会有些差异,但可归为一 类问题,而数字矩阵在电路形式等方面与模拟方式差别较大,故另外讨论。 矩阵的概念引用高数中的线性代数的概念,一般指在多路输入的情况下有多路的输出 选择,形成下图的矩阵结构,既每一路输出都可与不同的输入信号“短接”,每路输出只能接 通某一路输入,但某一路输入都可(同时)接通不同的输出,如下图。 输出 1=输入 1,输出 2=输入 2,而输出 3=输出 4=输入 3,或者说,每一路输出可 “独立”地在输入中进行选择,而不必关心其它通道的输出情况, 即可以与其它输出不同, 也可以相同。举例说,8 选 4 是指有 4 个独立的输出,每个输出可在 8 个输入中任选,或者 说有 4 个独立的 8 选 1,只是 8 个输入是相同的。经常与此混淆的是分配的概念,比如 8 选 1 分 4,是指在 8 个输入中选择出 1 个输出,并将其分配成 4 个相同的输出,虽然外观上 看有 4 个输出,但这 4 个输出是相同的,而不是独立的。一般习惯中,将形成 M×N 的结构 称为矩阵,而将 M×1 的结构称为切换器或选择器,其实不过 N=1 而已,我们在讨论时都当 作矩阵对待。 矩阵切换器的功能是在多路信号输入的情况下,可独立地根据需要选择多路(包括 1 路)信号进行输出,完成信号的选择。 二.矩阵切换的原理与技术指标 1. 电路原理:切换原理上就是选择,选择的方式有很多种,最简单的就是将信号线 直接接在一起,比如接线板,利用人工将输出信号线跳接在输入信号线上,也可完成选择, 或利用琴键开关完成接通与断开,当然这是人工操作的,机械的,不存在指标等技术问题, 故不作为矩阵切换讨论。第二种方式,利用继电器也可完成选择,利用电平控制继电器的通 断,可完成输出线与输入信号之间的断开与联接,也可完成信号的选择,第三种方式是根据 电路原理, 利用芯片内部电路的导通与关闭进行接通与关断, 并可通过电平进行控制完成信 号的选择。 继电器方式与芯片方式各有优缺点。 继电器方式: 如果不考虑输入匹配与输出驱动的电路部分的话, 它与联线方式一致, 是靠物理接触进行接通与断开,从这个角度上讲,是没有什么指标概念的(最多有接触电阻 和反应时间),因此技术指标好且价格低廉,其缺点在于稳定性较差,毕竟是靠物理接触, 继电器有一定寿命,原则上讲,有 8 万次平均无故障操作且操作时有声响,由于线路板走线 原因,不能做的规模较大,显得不够高档。 芯片方式: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。 2. 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,所定的技术指标如表:GB/T14236-93 与本公司 VAS-128*32 实例指标: 3.国标中日常用到最主要的指标如下: 1) 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,该值越大,表示引入噪声越小,在视频信号时,(6MHZ 以 内)信噪比要求至少达到 65dB。 2) 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,一般不用带宽的概念(衰减 3dB 时的频率),而是采用在 6MHZ 的频谱内(视频信号的频谱都在 6MHZ 以内)最大的衰减量,标准要求不超过 0.2dB,如果考 虑到音频的调制,在 8MHZ 内不超过 0.5dB。 3) 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。 4.根据不同的应用,对指标的要求也不一样。 1) 监控行业:监控行业中,由于信号只经过摄像,传输(一般是基带传输),控制与 显示,且显示时对图象的质量要求相对较低,只要能看清,并不作转播等工作,因此监控行 业对矩阵的要求是功能多(能带云台控制、报警等)、指标低,此行业对矩阵的指标无明确的 强制要求。 2) 广电和视频会议,广电不必多言,肯定是服从国标,按广播级标准要求,值得一 提的是视频会议领域,视频信号要经传输,记录和转播,且受众对图象质量也有较高要求, 故应选择广播级指标,而不能简单地采用监控类产品。 3) VGA 信号应用,由于 VGA 信号带宽较宽,而且是有五路信号(R、G、B、H、 V)同时传输,因此要求各通道的指标尽可能高(在 6MHZ 之内应满足广电的要求),且必须保 持一致,应该按照广播级对分量设备的技术要求。但由于 VGA 信号切换不象广电中应用得 广,牵扯到广大的用户,故现在也没有强制的指标标准,厂家一般都会自己标称一些参数, 但这种参数水份较大。例如带宽,专用的矩阵芯片厂家的标称带宽为 230MHZ 左右,但许 多厂家利用这种芯片标称能作到 350MHZ,甚至以上,多少有点胡萝卜做成龙虾的味道, 客户选择时应注意,在选择时也应注意三项主要指标。 三.矩阵切换器的选择和常见问题 1) 种类选择,广电和视讯会议应用,应选用广播级产品,监控应用可采用监控类 产品,VGA 信号(有些人也将其视为视频)要采用 VGA 信号矩阵。 2) 大小选择:在一个工程中,应将音频信号和视频信号和 VGA 信号看成三种不 同的媒体。音频信号一般情况下输入数量较多,如话筒和 CD 以及碟机的音频等,但考虑到 功放和音响一般只有一套,最多在功放之前加一级调音台进行混音,有可能需要几路信号, 因此音频矩阵的输出不会很大,比如可以 32×8 或 64×8,但没必要选择 32×32 或 64×64, 除非是广电和视讯会议传输,每路视频一定会有音频同步传送。 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,这是根据系统的操作模式而定,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,如果采用大型矩阵,造价会较高(矩阵是越大 越难作、成本也越高)可以考虑是否能够分组使用,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 折分成 4 台 32×16)如果各区之间有可能需要互传 信号,也可采用如下图中的结构: 这样可使矩阵 2 的输出中包含矩阵 1 的部分输入信号,效果虽没有全矩阵结构好, 但成本会下降。 矩阵切换器做为传输系统的一部分, 所出现的主要问题请见拙作“工程中常见的问题 与解决”,原理是相同的,不外乎是几种产生的机理,只要能将现象分清,解决的方向应该 没有大问题。比较特殊一点的是利用小规模矩阵组成大规模的问题,例:在用 64×32 组成 128×32 时,不能用二台 64×32 组成 128×64,这还是分组使用的概念,而应用三台 64×32 组成 128×32,如下图,这是全矩阵的概念,因此组合使用时应分清分组使用和全矩阵的区 别(全矩阵是指每一输出口都可在所有输入中全选,而且彼此独立)。 3)厂家的选择 生产矩阵的厂家很多,标称指标各不相同,依本人拙见,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,利用某些品牌的产品,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, 因此选择历史相对长久的公司的产品, 因为它的产品已经相对成 熟一些了。 厂家的标称指标,尤其是 VGA 信号产品,有些水份比较大,无法判断真伪,本人 认为,与其强调指标,不如强调可靠性,指标在招投标中有用,但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,有些厂家仿造的能力很强,自主研发的能力差一些,在遇到实际问题时,能够真正 明白原理,找到问题并解决的能力不足,会使工程方在工作中走许多弯路,不如选择历史长 久一些,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,有 较强现场解决能力的厂家合作