矩陣切換器概述

　　矩陣切換器就是將一路或多路視音頻信號分別傳輸給一個(gè)或者多個(gè)顯示設備,如兩臺電腦主機要共用一個(gè)顯示器,矩陣切換器可以將兩臺電腦主機上的內容任意切換到同一個(gè)或多個(gè)顯示器上. 矩陣切換器是一類(lèi)切換多路信號的輸出的設備。

　　一、矩陣定義

　　矩陣的概念引用高數中的線(xiàn)性代數的概念，一般指在多路輸入的情況下有多路的輸出選擇，形成下圖的矩陣結構，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一路輸入，但某一路輸入都可(同時(shí))接通不同的輸出，如下圖。

　　輸出1=輸入1，輸出2=輸入2，而輸出3=輸出4=輸入3，或者說(shuō)，每一路輸出可“獨立”地在輸入中進(jìn)行選擇，而不必關(guān)心其它通道的輸出情況，即可以與其它輸出不同，也可以相同。舉例說(shuō)，8選4是指有4個(gè)獨立的輸出，每個(gè)輸出可在8個(gè)輸入中任選，或者說(shuō)有4個(gè)獨立的8選1，只是8個(gè)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(gè)輸入中選擇出1個(gè)輸出，并將其分配成4個(gè)相同的輸出，雖然外觀(guān)上看有4個(gè)輸出，但這4個(gè)輸出是相同的，而不是獨立的。一般習慣中，將形成M×N的結構稱(chēng)為矩陣，而將M×1的結構稱(chēng)為切換器或選擇器，其實(shí)不過(guò)N=1而已，我們在討論時(shí)都當作矩陣對待。

　　二、功能

　　矩陣切換器的功能是在多路信號輸入的情況下，可獨立地根據需要選擇多路(包括1路)信號進(jìn)行輸出，完成信號的選擇。

　　目前主要應用是大屏幕拼接，視頻會(huì )議工程，AV工程、監控、BSV液晶拼接等等需要用到多路音視頻信號交替使用的工程中。

　　三、原理

　　切換原理上就是選擇，選擇的方式有很多種，最簡(jiǎn)單的就是將信號線(xiàn)直接接在一起，比如接線(xiàn)板，利用人工將輸出信號線(xiàn)跳接在輸入信號線(xiàn)上，也可完成選擇，或利用琴鍵開(kāi)關(guān)完成接通與斷開(kāi)，當然這是人工操作的，機械的，不存在指標等技術(shù)問(wèn)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(xiàn)與輸入信號之間的斷開(kāi)與聯(lián)接，也可完成信號的選擇，第三種方式是根據電路原理，利用芯片內部電路的導通與關(guān)閉進(jìn)行接通與關(guān)斷，并可通過(guò)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)缺點(diǎn)。

　　繼電器方式：

　　如果不考慮輸入匹配與輸出驅動(dòng)的電路部分的話(huà)，它與聯(lián)線(xiàn)方式一致，是靠物理接觸進(jìn)行接通與斷開(kāi)，從這個(gè)角度上講，是沒(méi)有什么指標概念的(最多有接觸電阻和反應時(shí)間)，因此技術(shù)指標好且價(jià)格低廉，其缺點(diǎn)在于穩定性較差，畢竟是靠物理接觸，繼電器有一定壽命，原則上講，有8萬(wàn)次平均無(wú)故障操作且操作時(shí)有聲響，由于線(xiàn)路板走線(xiàn)原因，不能做的規模較大。

　　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(在輸入匹配與輸出驅動(dòng)一樣的情況下)，因此要保障技術(shù)指標，就要選擇專(zhuān)用的切換芯片，因此價(jià)格較高，但穩定性好，可形成的矩陣規模較大。

　　四、矩陣切換器應保證的技術(shù)指標

　　矩陣切換器根據不同的應用領(lǐng)域，所要求的技術(shù)指標也不同。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(gè)信號傳輸過(guò)程，從攝像頭開(kāi)始到電視機為止，都進(jìn)行了技術(shù)指標分配，對模擬矩陣切換和分配，所定的技術(shù)指標如表：GB/T14236-93 實(shí)例指標：

　　五、分類(lèi)

　　A.矩陣切換器按類(lèi)型分為九種：

　　HDMI信號矩陣切換器、DVI信號矩陣切換器、VGA信號矩陣切換器、RGB信號矩陣切換器、分量視頻信號矩陣切換器、混合視頻信號矩陣切換器、音視頻信號矩陣切換器、音頻信號矩陣切換器和視頻信號矩陣切換器。

　　B.按行業(yè)應用分：

　　監控行業(yè)、廣電行業(yè)、視頻會(huì )議行業(yè);VGA信號應用，由于VGA信號帶寬較寬，而且是有五路信號(R、G、B、H、V)同時(shí)傳輸，因此要求各通道的指標盡可能高，且必須保持一致，應該按照廣播級對分量設備的技術(shù)要求。

　　矩陣切換器-相關(guān)產(chǎn)品

　　分配器：將單路信號在沒(méi)有信號損失的情況下分成多路相同的信號，輸出給多個(gè)顯示設備。

　　長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)器：整合VGA信號在長(cháng)距離傳輸中出現的拖尾重影等問(wèn)題。

　　選擇器：將多路輸入信號選擇其中一路輸出給顯示設備。

　　切換矩陣：將多種信號源選擇兩種或兩種以上輸出給不同的顯示設備。此外還有開(kāi)關(guān)器;倍線(xiàn)器等。

　　矩陣切換器可獨立成為音頻切換矩陣，也可以使用專(zhuān)用級聯(lián)線(xiàn)纜實(shí)現和VIDEO,VGA,RGB矩陣實(shí)現同步切換。該設備具有斷電現場(chǎng)保護功能，能保存設備關(guān)機前的工作狀態(tài)，具備與計算機聯(lián)機使用的RS-232通訊接口，并提供通訊協(xié)議和演示程序，方便聯(lián)機使用。

　　六、特性

　　·實(shí)現自動(dòng)增益技術(shù), 帶有斷電現場(chǎng)保護功能;

　　·自帶輪巡功能，可設置輪巡開(kāi)關(guān)、輪巡時(shí)間與輪巡通道;

　　·提供最多32個(gè)用戶(hù)自定義的輸出通道配置方案，并可對方案進(jìn)行儲存與調用;

　　·可以通過(guò)矩陣控制服務(wù)器IP地址對矩陣進(jìn)行控制;

　　·支持面板控制、遙控控制、串口控制方式;

　　·面板、遙控器鎖定功能;

　　·恢復設備出廠(chǎng)設置;

　　·前面板LCD狀態(tài)顯示;

　　·LCD屏幕保護功能;

　　·蜂鳴器開(kāi)關(guān)設置;

　　·通過(guò)拼接按鈕控制，實(shí)現拼接功能。

　　七、技術(shù)參數

　　基 本

　　帶寬400Mhz(-3db)滿(mǎn)載 亮色度干擾-55dB@5Mhz 微分相位0.05o(RL=150Ω) 微分增益0.05%(RL=150Ω) 最大傳播延時(shí)5ns(±1) 切換速度≤180ns

　　視頻信號輸入

　　------- 信號類(lèi)型VGA-UXGA 視頻信號 接口VGA15HDF 接口 最小電平0.5Vp-p 最大電平1.0Vp-p 阻抗75Ω 回波損耗-30db@5MHz

　　信號輸出

　　------- 信號類(lèi)型VGA-UXGA 視頻信號 接口VGA15HDF 接口 輸出電平0.7Vp-p 阻抗75Ω 回波損耗-30db@5MHz 直流補償最大 5mV

　　同步

　　------- 輸入/輸出信號類(lèi)型TTL 輸入電平0V-5.0Vp-p:4.0V 輸出電平5Vp-p 輸入阻抗510Ω 輸出阻抗75 Ω 極性正或負(與輸入完全一致)

　　控制類(lèi)型

　　串行控制接口RS-232，9針母D型接口 波特率與協(xié)議波特率9600 數據位8位 停止位1，無(wú)奇偶校驗位 串行控制口結構2=TX，3=RX，5=GND 無(wú)線(xiàn)技術(shù)IR 紅外遙控 矩陣切換器-矩陣切換器應用。

　　廣泛應用于需要切換和選擇VGA信號的各類(lèi)場(chǎng)合，如：廣播電視、大屏幕投影電視、電化教育、電視電話(huà)會(huì )議、多媒體會(huì )議室、公司會(huì )議室、部隊、政府機關(guān)、控制中心、教室、飯店、家庭影院以及視頻會(huì )議室等。

　　八、接口定義

　　VGA 接口采用非對稱(chēng)分布的15pin 連接方式，其工作原理：是將顯存內以數字格式存儲的圖像(幀) 信號在RAMDAC 里經(jīng)過(guò)模擬調制成模擬。

　　高頻信號，然后再輸出到投影機成像，這樣VGA信號在輸入端( 投影機內) ，就不必像其它視頻信號那樣還要經(jīng)過(guò)矩陣解碼電路的換算。

　　從前面的視頻成像原理可知VGA的視頻傳輸過(guò)程是最短的，所以VGA 接口擁有許多的優(yōu)點(diǎn)，如無(wú)串擾無(wú)電路合成分離損耗等。

　　九、常見(jiàn)問(wèn)題

　　1) 種類(lèi)選擇

　　廣電和視訊會(huì )議應用，應選用廣播級產(chǎn)品，監控應用可采用監控類(lèi)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(gè)工程中，應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量較多，如話(huà)筒和CD以及碟機的音頻等，但考慮到功放和音響一般只有一套，最多在功放之前加一級調音臺進(jìn)行混音，有可能需要幾路信號，因此音頻矩陣的輸出不會(huì )很大，比如可以32×8或64×8，但沒(méi)必要選擇32×32或64×64，除非是廣電和視訊會(huì )議傳輸，每路視頻一定會(huì )有音頻同步傳送。

　　在設計方案時(shí)，信號源的數量比較容易確定，看看有多少個(gè)信號源，矩陣的輸入數量就定下來(lái)了，但要考慮好獨立的輸出通道個(gè)數，這是根據系統的操作模式而定，有時(shí)可能有幾臺顯示設備之間僅有分配關(guān)系(彼此永遠一致，不獨立)那么就可考慮占用一個(gè)輸出口再加分配器，如果這些設備有可能是獨立的，那么還是各占一個(gè)獨立的輸出口好一些。

　　十、矩陣切換器的現實(shí)應用以及產(chǎn)品分類(lèi)

　　矩陣切換器的功能是將一路或多路音視頻信號分別傳輸給一個(gè)或者多個(gè)顯示設備，因此我們可以按照信號源的不同來(lái)分類(lèi)矩陣切換器。也就是，根據想要切分的信號不同，來(lái)確定矩陣切換器的種類(lèi)。矩陣切換器按信號源的類(lèi)型可以分為：VGA、AV、VIDEO、DVI、HDMI矩陣切換器等等。例如：VGA矩陣切換器就是輸入輸出信號為VGA信號的矩陣切換器。其它類(lèi)型可以類(lèi)推。像矩陣就有很多種類(lèi)如AV矩陣、VGA矩陣、RGB矩陣、DVI矩陣等，下面將著(zhù)重介紹一下幾種常見(jiàn)信號源的種類(lèi)。

　　矩陣，實(shí)現多路信號進(jìn)，多路信號輸出，可以將任意一個(gè)輸出口進(jìn)行信號切換，來(lái)輸出任意一個(gè)輸入信號。

　　VGA信號：

　　顯卡所處理的信息最終都要輸出到顯示器上，顯卡的輸出接口就是電腦與顯示器之間的橋梁，它負責向顯示器輸出相應的圖像信號。CRT顯示器因為設計制造上的原因，只能接受模擬信號輸入，這就需要顯卡能輸入模擬信號。VGA接口就是顯卡上輸出模擬信號的接口，VGA(Video Graphics Array)接口，也叫D-Sub接口。雖然液晶顯示器可以直接接收數字信號，但很多低端產(chǎn)品為了與VGA接口顯卡相匹配，因而采用VGA接口。VGA接口是一種D型接口，上面共有15針空，分成三排，每排五個(gè)。VGA接口是顯卡上應用最為廣泛的接口類(lèi)型，絕大多數的顯卡都帶有此種接口。

　　目前大多數計算機與外部顯示設備之間都是通過(guò)模擬VGA接口連接，計算機內部以數字方式生成的顯示圖像信息，被顯卡中的數字/模擬轉換器轉變?yōu)镽、G、B三原色信號和行、場(chǎng)同步信號，信號通過(guò)電纜傳輸到顯示設備中。對于模擬顯示設備，如模擬CRT顯示器，信號被直接送到相應的處理電路，驅動(dòng)控制顯像管生成圖像。而對于LCD、DLP等數字顯示設備，顯示設備中需配置相應的A/D(模擬/數字)轉換器，將模擬信號轉變?yōu)閿底中盘?。在?jīng)過(guò)D/A和A/D2次轉換后，不可避免地造成了一些圖像細節的損失。VGA接口應用于CRT顯示器無(wú)可厚非，但用于連接液晶之類(lèi)的顯示設備，則轉換過(guò)程的圖像損失會(huì )使顯示效果略微下降。VGA矩陣實(shí)現的是多路VGA信號輸入，多路信號輸出。

　　RGB信號：

　　對一種顏色進(jìn)行編碼的方法統稱(chēng)為"顏色空間"或"色域"。用最簡(jiǎn)單的話(huà)說(shuō)，世界上任何一種顏色的"顏色空間"都可定義成一個(gè)固定的數字或變量。RGB(紅、綠、藍)只是眾多顏色空間的一種。采用這種編碼方法，每種顏色都可用三個(gè)變量來(lái)表示-紅色、綠色以及藍色的強度。記錄及顯示彩色圖像時(shí)，RGB是最常見(jiàn)的一種方案。但是，它缺乏與早期黑白顯示系統的良好兼容性。因此，件多電子電器廠(chǎng)商普遍采用的做法是，將RGB轉換成YUV顏色空同，以維持兼容，再根據需要換回RGB格式，以便在電腦顯示器上顯示彩色圖形。RGB矩陣是將VGA信號轉換成RGB信號來(lái)實(shí)現矩陣功能。

　　AV信號：

　　AV端口(又稱(chēng)復合端口)原文為Composite video connector，是家用影音電器用來(lái)傳送類(lèi)比視訊的常見(jiàn)端口。AV端口通常是黃色的RCA端口，另外配合兩條紅色與白色的RCA端口傳送音訊。歐洲的電視機通常以SCART端口取代RCA端口，不過(guò)SCART的設計上可以載送畫(huà)質(zhì)比YUV更好的RGB訊號，故也被用來(lái)連接顯示器、電視游樂(lè )器或DVD播放機。在專(zhuān)業(yè)應用當中，也有使用BNC端口以求獲得更佳訊號品質(zhì)。在A(yíng)V端口中傳送的是類(lèi)比電視訊號的三個(gè)來(lái)源要素：Y、U、V，以及作為同步化基準的脈沖信號。Y代表影像的亮度(luminance，又稱(chēng)brightness)，并且包含了同步脈沖，只要有Y信號存在就可以看到黑白的電視影像。U信號與V信號之間承載了顏色的資料，U和V先被混合成一個(gè)信號中的兩組正交相位(此混合后的信號稱(chēng)為彩度(chrominance))，再與Y信號作加總。因為Y是基頻信號而UV是與載波混合在一起，所以這個(gè)加總的動(dòng)作等同于分頻多工。

　　十一、控制方式

　　按鍵控制：通過(guò)面板按鍵直接切換;

　　紅外遙控控制：使用紅外遙控器進(jìn)行遙控切換;

　　明控矩陣管理軟件：由專(zhuān)用矩陣管理軟件軟件控制,連接接口可以使用RS232接

　　口或TCP/IP接口(可選配);

　　觸摸屏控制及面板：使用可編程觸摸屏 或者面板 連接

　　即插即用;

　　中控控制：可以用中控控制和切換;

　　一般指在多路輸入的情況下有多路的輸出選擇，形成的矩陣結構，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一路輸入，但某一路輸入都可(同時(shí))接通不同的輸出，一般習慣中，將形成M×N的結構稱(chēng)為矩陣切換器，而將M×1的結構稱(chēng)為切換器或選擇器，1×M的結構稱(chēng)為分配器。矩陣的原理是利用芯片內部電路的導通與關(guān)閉進(jìn)行接通與關(guān)斷，并可通過(guò)電瓶進(jìn)行控制完成信號的選擇。