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矩阵切换器概述
作者:管理员 发布于:2012-9-5 14:01:58 文字: 【大】 【中】 【小】

矩阵切换器就是将一路或多路视音频信号分别传输给一个或者多个显示设备,如两台电脑主机要共用一个显示器,矩阵切换器可以将两台电脑主机上的内容任意切换到同一个或多个显示器上. 矩阵切换器是一类切换多路信号的输出的设备。

一、矩阵定义

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。

二、功能

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。

  目前主要应用是大屏幕拼接,视频会议工程,AV工程、监控、BSV液晶拼接等等需要用到多路音视频信号交替使用的工程中。

三、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。

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。

四、矩阵切换器应保证的技术指标

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 实例指标:

五、分类

A.矩阵切换器按类型分为九种:

  HDMI信号矩阵切换器、DVI信号矩阵切换器、VGA信号矩阵切换器、RGB信号矩阵切换器、分量视频信号矩阵切换器、混合视频信号矩阵切换器、音视频信号矩阵切换器、音频信号矩阵切换器和视频信号矩阵切换器。

B.按行业应用分:

  监控行业、广电行业、视频会议行业;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,且必须保持一致,应该按照广播级对分量设备的技术要求。

矩阵切换器-相关产品

  分配器:将单路信号在没有信号损失的情况下分成多路相同的信号,输出给多个显示设备。

  长线驱动器:整合VGA信号在长距离传输中出现的拖尾重影等问题。

  选择器:将多路输入信号选择其中一路输出给显示设备。

  切换矩阵:将多种信号源选择两种或两种以上输出给不同的显示设备。此外还有开关器;倍线器等。

  矩阵切换器可独立成为音频切换矩阵,也可以使用专用级联线缆实现和VIDEO,VGA,RGB矩阵实现同步切换。该设备具有断电现场保护功能,能保存设备关机前的工作状态,具备与计算机联机使用的RS-232通讯接口,并提供通讯协议和演示程序,方便联机使用。

六、特性

  ·实现自动增益技术, 带有断电现场保护功能;

  ·自带轮巡功能,可设置轮巡开关、轮巡时间与轮巡通道;

  ·提供最多32个用户自定义的输出通道配置方案,并可对方案进行储存与调用;

  ·可以通过矩阵控制服务器IP地址对矩阵进行控制;

  ·支持面板控制、遥控控制、串口控制方式; 

  ·面板、遥控器锁定功能;

  ·恢复设备出厂设置;

  ·前面板LCD状态显示;

  ·LCD屏幕保护功能;

  ·蜂鸣器开关设置;

  ·通过拼接按钮控制,实现拼接功能。

七、技术参数

基 本

  带宽400Mhz(-3db)满载 亮色度干扰-55dB@5Mhz 微分相位0.05o(RL=150Ω) 微分增益0.05%(RL=150Ω) 最大传播延时5ns(±1) 切换速度≤180ns

视频信号输入

  ------- 信号类型VGA-UXGA 视频信号 接口VGA15HDF 接口 最小电平0.5Vp-p 最大电平1.0Vp-p 阻抗75Ω 回波损耗-30db@5MHz

信号输出

  ------- 信号类型VGA-UXGA 视频信号 接口VGA15HDF 接口 输出电平0.7Vp-p 阻抗75Ω 回波损耗-30db@5MHz 直流补偿最大 5mV

同步

  ------- 输入/输出信号类型TTL 输入电平0V-5.0Vp-p:4.0V 输出电平5Vp-p 输入阻抗510Ω 输出阻抗75 Ω 极性正或负(与输入完全一致)

控制类型

  串行控制接口RS-232,9针母D型接口 波特率与协议波特率9600 数据位8位 停止位1,无奇偶校验位 串行控制口结构2=TX,3=RX,5=GND 无线技术IR 红外遥控 矩阵切换器-矩阵切换器应用。

  广泛应用于需要切换和选择VGA信号的各类场合,如:广播电视、大屏幕投影电视、电化教育、电视电话会议、多媒体会议室、公司会议室、部队、政府机关、控制中心、教室、饭店、家庭影院以及视频会议室等。

八、接口定义

VGA 接口采用非对称分布的15pin 连接方式,其工作原理:是将显存内以数字格式存储的图像(帧) 信号在RAMDAC 里经过模拟调制成模拟。

  高频信号,然后再输出到投影机成像,这样VGA信号在输入端( 投影机内) ,就不必像其它视频信号那样还要经过矩阵解码电路的换算。

  从前面的视频成像原理可知VGA的视频传输过程是最短的,所以VGA 接口拥有许多的优点,如无串扰无电路合成分离损耗等。

九、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。

十、矩阵切换器的现实应用以及产品分类

  矩阵切换器的功能是将一路或多路音视频信号分别传输给一个或者多个显示设备,因此我们可以按照信号源的不同来分类矩阵切换器。也就是,根据想要切分的信号不同,来确定矩阵切换器的种类。矩阵切换器按信号源的类型可以分为:VGA、AV、VIDEO、DVI、HDMI矩阵切换器等等。例如:VGA矩阵切换器就是输入输出信号为VGA信号的矩阵切换器。其它类型可以类推。像矩阵就有很多种类如AV矩阵、VGA矩阵、RGB矩阵、DVI矩阵等,下面将着重介绍一下几种常见信号源的种类。

  矩阵,实现多路信号进,多路信号输出,可以将任意一个输出口进行信号切换,来输出任意一个输入信号。

VGA信号:

  显卡所处理的信息最终都要输出到显示器上,显卡的输出接口就是电脑与显示器之间的桥梁,它负责向显示器输出相应的图像信号。CRT显示器因为设计制造上的原因,只能接受模拟信号输入,这就需要显卡能输入模拟信号。VGA接口就是显卡上输出模拟信号的接口,VGA(Video Graphics Array)接口,也叫D-Sub接口。虽然液晶显示器可以直接接收数字信号,但很多低端产品为了与VGA接口显卡相匹配,因而采用VGA接口。VGA接口是一种D型接口,上面共有15针空,分成三排,每排五个。VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型,绝大多数的显卡都带有此种接口。

  目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟VGA接口连接,计算机内部以数字方式生成的显示图像信息,被显卡中的数字/模拟转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号,信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备,如模拟CRT显示器,信号被直接送到相应的处理电路,驱动控制显像管生成图像。而对于LCD、DLP等数字显示设备,显示设备中需配置相应的A/D(模拟/数字)转换器,将模拟信号转变为数字信号。在经过D/A和A/D2次转换后,不可避免地造成了一些图像细节的损失。VGA接口应用于CRT显示器无可厚非,但用于连接液晶之类的显示设备,则转换过程的图像损失会使显示效果略微下降。VGA矩阵实现的是多路VGA信号输入,多路信号输出。

RGB信号:

  对一种颜色进行编码的方法统称为"颜色空间"或"色域"。用最简单的话说,世界上任何一种颜色的"颜色空间"都可定义成一个固定的数字或变量。RGB(红、绿、蓝)只是众多颜色空间的一种。采用这种编码方法,每种颜色都可用三个变量来表示-红色、绿色以及蓝色的强度。记录及显示彩色图像时,RGB是最常见的一种方案。但是,它缺乏与早期黑白显示系统的良好兼容性。因此,件多电子电器厂商普遍采用的做法是,将RGB转换成YUV颜色空同,以维持兼容,再根据需要换回RGB格式,以便在电脑显示器上显示彩色图形。RGB矩阵是将VGA信号转换成RGB信号来实现矩阵功能。

AV信号:

  AV端口(又称复合端口)原文为Composite video connector,是家用影音电器用来传送类比视讯的常见端口。AV端口通常是黄色的RCA端口,另外配合两条红色与白色的RCA端口传送音讯。欧洲的电视机通常以SCART端口取代RCA端口,不过SCART的设计上可以载送画质比YUV更好的RGB讯号,故也被用来连接显示器、电视游乐器或DVD播放机。在专业应用当中,也有使用BNC端口以求获得更佳讯号品质。在AV端口中传送的是类比电视讯号的三个来源要素:Y、U、V,以及作为同步化基准的脉冲信号。Y代表影像的亮度(luminance,又称brightness),并且包含了同步脉冲,只要有Y信号存在就可以看到黑白的电视影像。U信号与V信号之间承载了颜色的资料,U和V先被混合成一个信号中的两组正交相位(此混合后的信号称为彩度(chrominance)),再与Y信号作加总。因为Y是基频信号而UV是与载波混合在一起,所以这个加总的动作等同于分频多工。

十一、控制方式

  按键控制:通过面板按键直接切换;

  红外遥控控制:使用红外遥控器进行遥控切换;

  明控矩阵管理软件:由专用矩阵管理软件软件控制,连接接口可以使用RS232接

  口或TCP/IP接口(可选配);

  触摸屏控制及面板:使用可编程触摸屏 或者面板 连接

  即插即用;

  中控控制:可以用中控控制和切换;

  一般指在多路输入的情况下有多路的输出选择,形成的矩阵结构,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,一般习惯中,将形成M×N的结构称为矩阵切换器,而将M×1的结构称为切换器或选择器,1×M的结构称为分配器。矩阵的原理是利用芯片内部电路的导通与关闭进行接通与关断,并可通过电瓶进行控制完成信号的选择。

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