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視頻矩陣的作用及技術(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)解析
2009年01月07日 13:49 july

        在現(xiàn)代多媒體會(huì)議室,為了滿足不同演示場合的需求,通常會(huì)具備多種不同的音視頻信號(hào)源和顯示終端,雖然這些音視頻信號(hào)源和顯示終端也可能會(huì)同時(shí)具備復(fù)合視頻(Composite-Video)、超級(jí)視頻(S-Video)、分量視頻(Component-Video)甚至數(shù)字視頻(DVI、SDI)的接口,但目前在多媒體視像會(huì)議中被普遍使用的還是復(fù)合視頻矩陣,主要的原因在如下幾方面:

        * 復(fù)合視頻具備良好的穩(wěn)定性、兼容性和通用性,傳輸帶寬小,傳輸距離長。但色度和亮度共享4.2MHz(NTSC)或5.0~5.5MHz(PAL)的頻率帶寬,互相之間有比較大的串?dāng)_,對(duì)器材和傳輸線纜的要求標(biāo)準(zhǔn)不高,信號(hào)源豐富,預(yù)埋線纜投資較低。

        * 超級(jí)視頻(S-Video)雖然在減少亮度損耗、亮度/色度串?dāng)_方面明顯優(yōu)于復(fù)合視頻,但對(duì)于目前常見的液晶投影機(jī)、DLP投影機(jī)并達(dá)不到非常明顯的區(qū)別,而且預(yù)埋線纜投資是復(fù)合視頻的兩倍,所以在工程長距離傳輸沒有得到普遍的使用。

        * 分量視頻在信號(hào)格式的級(jí)別上已經(jīng)明顯高于復(fù)合視頻或超級(jí)視頻,但目前在會(huì)議室多數(shù)是為電腦顯示(VGA或RGBHV信號(hào)格式)服務(wù),對(duì)器材和傳輸線纜的要求很高(取決于預(yù)期的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和投資預(yù)算),預(yù)埋線纜投資很高。

        * 類似Y,R-Y,B-Y、Y,Cr,Cb的分量視頻信號(hào)目前主要應(yīng)用在廣電行業(yè),而且會(huì)逐漸向SDI或HD-SDI的數(shù)字信號(hào)格式過渡,由于信號(hào)源和資金預(yù)算的限制,會(huì)議室使用不多。DVI信號(hào)由于有效傳輸距離的限制(5米左右),目前沒有得到廣泛應(yīng)用。

         綜上所敘,習(xí)慣上音視頻矩陣沒有特別的注明都默認(rèn)是復(fù)合視頻格式。以復(fù)合視頻格式輸出的主要設(shè)備有:攝像機(jī)、實(shí)物展臺(tái)、有線電視解調(diào)器、遠(yuǎn)程視像會(huì)議、磁帶錄像機(jī)、DVD光碟機(jī)等,音視頻矩陣在系統(tǒng)中介于視頻源與顯示或復(fù)用終端之間,負(fù)責(zé)將不同的音視頻信號(hào)源按用戶的意愿進(jìn)行集中調(diào)控。

        按照輸入、輸出通道的不同,常見的視頻矩陣一般有8×2、8×4、8×8、16×4、16×8、16×16、32×8、32×16、32×32、64×16、64×32、64×64、128×128等。常規(guī)的理解是乘號(hào)前面的數(shù)字代表輸入通道的多少,乘號(hào)后面的數(shù)字代表輸出通道的多少。不論矩陣的輸入輸出通道多少,它們的控制方法都大致相同:前面板按鍵控制、分離式鍵盤控制、第三方控制(RS-232/422/485等),早期有一些國產(chǎn)矩陣通過繼電器吸合控制,這種技術(shù)目前已經(jīng)淘汰。

        與BGBHV矩陣一樣,設(shè)計(jì)一個(gè)視頻矩陣的基本原則也是根據(jù)信號(hào)源和顯示終端數(shù)量的多少以決定矩陣的通道數(shù),由于矩陣規(guī)格的差異(通道數(shù)的多少)在價(jià)格上的體現(xiàn)非常明顯,在預(yù)算一定的情況下,使選擇一個(gè)矩陣的通道數(shù)也會(huì)變得比較敏感,對(duì)于以后的擴(kuò)展也是一個(gè)考驗(yàn)。除此之外,下面敘述的幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)也是作為器材選型需要考慮的重要因素。

 2. 視頻信號(hào)的帶寬         復(fù)合視頻信號(hào)根據(jù)制式的不同,信號(hào)的帶寬也有一定的差異,見下表。由于復(fù)合視頻的傳輸帶寬相對(duì)比較窄,目前在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中并不是一個(gè)主要的考慮因素,但在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮整個(gè)系統(tǒng)傳輸?shù)膸捚款i。專業(yè)的音視頻矩陣目前普遍都高達(dá)150MHz(-3dB,滿負(fù)載)的帶寬,由于應(yīng)用的要求不同,大部分監(jiān)控矩陣都不會(huì)提供帶寬的參數(shù),偶然提供的標(biāo)稱帶寬也比較含糊,極有可能是內(nèi)部某個(gè)芯片的帶寬而已,但因?yàn)橐曨l矩陣的電子線路涉及大量的信號(hào)分配與切換,這種矩陣的標(biāo)稱帶寬會(huì)存在很多的瓶頸,真正使用中會(huì)暴露許多帶寬不夠引發(fā)的問題。

 

 

PAL B/G/H

PAL I

PAL D

PAL N

PAL M

NTSC

SECAM

每幀線數(shù)

625

625

625

625

525

525

625

行頻范圍KHz

15.625

15.625

15.625

15.625

15.75

15.734

15.625

場頻范圍Hz

50

50

50

50

60

60

50

彩色副載波MHz

4.43

4.43

4.43

3.58

3.58

3.58

4.4

信號(hào)帶寬MHz

5.5

6

6.5

4.5

4.5

4.5

6.5

    3. 滿負(fù)載-3dB衰減點(diǎn)

        視頻信號(hào)在理想效果內(nèi)的傳輸帶寬范圍或傳輸距離稱為-3dB點(diǎn),也稱為1/2功率衰減點(diǎn)。在-3dB點(diǎn)范圍內(nèi),信號(hào)不會(huì)在處理或傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p失,任何有信號(hào)輸入輸出的器材都會(huì)存在帶寬的限制,視頻信號(hào)平坦的頻率響應(yīng)在-3dB點(diǎn)之前,同時(shí)還要注意所選擇的器材帶寬是否在“滿負(fù)載(Fully Loaded)”的狀態(tài)測(cè)試。因?yàn)橛泻芏嗥放频臉?biāo)稱參數(shù)是在“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的狀態(tài)下測(cè)試,當(dāng)系統(tǒng)在滿負(fù)載下運(yùn)行時(shí),傳輸帶寬會(huì)大打折扣,這種標(biāo)稱的參數(shù)就顯得沒有任何意義。下表歸納了不同衰減點(diǎn)對(duì)實(shí)際信號(hào)電平的對(duì)應(yīng)值:

dB換算表@75Ω(以1V0dB

dB

電壓比

 

dB

電壓比

 

dB

電壓比

0

1

-9

0.355

-18

0.125

-1

0.891

-10

0.316

-19

0.112

-2

0.794

-11

0.282

-20

0.1

-3

0.707

-12

0.25

-30

0.032

-4

0.631

-13

0.224

-40

0.01

-5

0.562

-14

0.2

-50

0.003

-6

0.5

-15

0.178

-60

0.001

-7

0.447

-16

0.158

-80

0

-8

0.398

-17

0.141

 

    4. 輸入輸出阻抗

         輸入輸出阻抗是描述矩陣技術(shù)規(guī)格的重要參數(shù)之一,它為信號(hào)的正確傳輸流程建立了基線。這個(gè)信號(hào)的流程維護(hù)了整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)換。阻抗失配會(huì)造成電子信號(hào)的反射,傳送波與反射波相互干擾的結(jié)果使電壓幅度形成駐波,傳輸波與反射波電流的比值用VSWR(電壓駐波比)表示:阻抗匹配誤差越大,VSWR的比值也越大,器材或電纜造成的回波損耗(Return Loss)就越高。較低的阻抗失配可能不會(huì)明顯作用與傳輸普通的復(fù)合視頻信號(hào),但傳輸信號(hào)的頻率越高,造成的影響會(huì)越明顯。

       在視頻系統(tǒng)中,阻抗匹配是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要嚴(yán)肅看待的問題。早期BNC類型的連接頭同時(shí)存在50Ω和75Ω兩種規(guī)格,現(xiàn)在視頻阻抗統(tǒng)一75Ω,50Ω阻抗的電纜和連接頭僅會(huì)應(yīng)用于射頻信號(hào)傳輸,但由于50Ω阻抗的BNC接頭制作成本較低,目前仍有不少50Ω阻抗的BNC接頭用在視頻系統(tǒng)中。短距離的阻抗失配會(huì)影響圖像的高頻細(xì)節(jié),引起畫面出現(xiàn)“鬼影現(xiàn)象”。   

    5. 通道串?dāng)_        通道串?dāng)_是由二個(gè)或多個(gè)信號(hào)之間的相互干擾引起,通常從一個(gè)毗連的通道把額外的信號(hào)加入有效的信號(hào),會(huì)引起畫面出現(xiàn)“鬼影現(xiàn)象”。電磁輻射、容抗感應(yīng)、屏蔽不良是引起通道串?dāng)_的主要原因。通道串?dāng)_常用表示單位也是dB,而且絕對(duì)是負(fù)數(shù),這個(gè)數(shù)值越小,通道隔離的效果越好,信號(hào)串?dāng)_的相對(duì)作用更小。任何視頻矩陣在不同頻率下的通道串?dāng)_數(shù)據(jù)會(huì)有區(qū)別,一般頻率越高,數(shù)值越大:比如某矩陣的通道串?dāng)_在10MHz時(shí)測(cè)試是-55dB,在30MHz時(shí)測(cè)試已經(jīng)達(dá)到-45dB,在100MHz時(shí)測(cè)試已經(jīng)高達(dá)-37dB,可見這個(gè)矩陣的通道串?dāng)_在傳輸100MHz信號(hào)時(shí)要比傳輸10MHz信號(hào)略高。

 

    6. 參考資料:常用視頻矩陣的典型技術(shù)參數(shù)

參考品牌

Extron

AutoPatch

ALTINEX

產(chǎn)品網(wǎng)址

www.extron.com

www.autopatch.com

www.altinex.com

參考型號(hào)

Matrix 12800 Video Model

Epica 128

VM2144VS

輸入輸出通道

32×16 128×128 模塊結(jié)構(gòu)

16×16 128×128 模塊結(jié)構(gòu)

8×8 128×128 模塊結(jié)構(gòu)

視頻帶寬

150MHz-3dB),滿載

10MHz-3dB),滿載

280MHz-3dB),半負(fù)載

低頻響應(yīng)

0MHz-10MHz<0.1dB

/

/

高頻響應(yīng)

0MHz-30MHz<0.5dB

/

/

視頻相位失真

0.1%@3.58-4.43MHz

0.2%@3.58

2%

視頻增益失真

0.1?@3.58-4.43MHz

0.2?@3.58

/

視頻通道串?dāng)_

-62dB@10MHz-52dB@30MHz

<-50dB@5MHz

-35dB@10MHz-31dB@35MHz

輸入輸出阻抗

標(biāo)準(zhǔn)75Ω

標(biāo)準(zhǔn)75Ω

標(biāo)準(zhǔn)75Ω

回波損耗

<-30dB@5MHz

-45dB@5MHz

-40dB@10MHz

行頻范圍

15KHz-150KHz

/

/

場頻范圍

30Hz-150Hz

/

/

遠(yuǎn)程控制

RS-232/RS-422/TCP/IP

RS-232/RS-422/TCP/IP

RS-232/TCP/IP

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