本文目录
- 什么是矩阵切换器
- VGA矩阵的作用、原理、应用是什么
- 视频矩阵的作用原理
- 矩阵切换器的技术指标
什么是矩阵切换器
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。 一．矩阵切换的概念及功能 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KT-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。 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，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，因此选择专业生产公司的产品，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，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。
VGA矩阵的作用、原理、应用是什么
在这里先谈一下我跟广州明控的合作感受：
广州明控的矩阵我经常用到的，我是一个做贸易的，我从2011年开始使用明控的VGA矩阵、AV矩阵、RGB矩阵、视频矩阵以及中控系统，设备相当稳定，价格很优惠。最重要的是，售后很少，设备很少出现故障，所以，大家不要担心明控公司的设备质量问题，我与明控已经走过3个年头了，合作的很愉快，明控人是值得信赖的。
VGA矩阵的作用、原理、应用是什么？
VGA矩阵切换器是专门用于对计算机显示信号进行切换和分配的设备，将VGA信号从输入通道切换输送到输出通道中的任一通道上，并且输出通道间彼此独立。通俗的说，就是可以将进入VGA矩阵的多路VGA信号中的任意一路显示到你制定的显示器上。比如说一个8进8出的VGA矩阵，其中输入到矩阵的VGA信号是7路，而显示终端设备是8个22寸的显示器，这样的话，7路输入信号可以任意选择8个显示器的一个或者多个。1路输入信号也可以同时在8个显示器显示，也可以几个显示器显示。
矩阵本身是一个数学概念，它在电子行业里是一类电子产品的简称，它的全名叫做“矩阵切换器”。矩阵切换器中的“矩阵”两字，是引用了高等数学线性代数中的矩阵概念。具体到矩阵切换器这个电子产品中，是指在多路输入的情况下有多路的输出选择，形成矩阵结构。
VGA矩阵切换器主要应用是大屏幕拼接，视频会议工程，音视频工程，安防监控，部队演习，大型舞台，气象环境等需要用到多路音视频信号交替使用的工程中。
VGA矩阵切换器的端口接入举例：（VGA矩阵8进8出为例）
VGA矩阵切换器最简单的使用就是如上图，是一个单一的系统，没有跟其他的系统连接在一起。8路电脑主机信号输入到VGA矩阵的输入口，通过矩阵处理以后，从输出口输出到8个显示器，8个显示器可以显示任何一台主机的信号。显示器显示的信号是单一的，不能有多个信号。矩阵的普通控制方式就是3种：第一种是通过矩阵本身的按键来控制整个矩阵的切换；第二种是通过电脑软件来控制整个矩阵的切换；第三种是通过遥控器来控制整个矩阵的切换；
VGA矩阵切换器的应用于中控系统和大屏幕拼接系统中：
VGA矩阵切换器应用于其他系统，矩阵的基本功能还是一样不变的，就是对VGA信号进行切换，不同的是对矩阵的控制方式有所不同。VGA矩阵切换器应用于中控系统时，VGA矩阵受控于中控主机，是用中控主机给矩阵发指令来执行切换任务的。VGA矩阵切换器应用于液晶拼接系统时，VGA矩阵受控于拼接处理器，是通过处理器给矩阵发指令来执行切换任务的。VGA矩阵切换器的串口是国际标准接口，所以能接受国际标准代码，故可以使用很多有串口输出代码的设备控制VGA矩阵（还可以通过网络控制VGA矩阵）。
视频矩阵的作用原理
矩阵可以把提供信号源的设备的任意一路的信号送到任意一路的显示终端上，可以做到音频和视频同步或者不同步，随心所欲，方便，节约成本。常见的类型是根据接口类型划分（VGA、AV、RGB），还有混合矩阵，就是设备中不同的接口类型，还根据接口数量来划分，如 8系列的有8进2出，8进4出，8进8出等 。根据档次分有电信广播级：切换的时候没有闪烁和雪花，很平稳，接下来是专业矩阵、切换的时候稍微出现点黑屏，但也没有闪烁，然后是民用的，大多数会议室用的就是这种，切换的瞬间有闪烁的雪花和抖动，但切换完画面很稳定。
矩阵切换器的技术指标
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：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，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。