多媒體會議室視頻矩陣設(shè)計技術(shù)要點分析

2009/05/31

1.視頻矩陣的作用

　　在現(xiàn)代多媒體會議室，為了滿足不同演示場合的需求，通常會具備多種不同的音視頻信號源和顯示終端，雖然這些音視頻信號源和顯示終端也可能會同時具備復(fù)合視頻（Composite-Video）、超級視頻（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)_，對器材和傳輸線纜的要求標(biāo)準(zhǔn)不高，信號源豐富，預(yù)埋線纜投資較低。

超級視頻（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。

分量視頻在信號格式的級別上已經(jīng)明顯高于復(fù)合視頻或超級視頻，但目前在會議室多數(shù)是為電腦顯示（VGA或RGBHV信號格式）服務(wù)，對器材和傳輸線纜的要求很高（取決于預(yù)期的設(shè)計標(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的分量視頻信號目前主要應(yīng)用在廣電行業(yè)，而且會逐漸向SDI或HD-SDI的數(shù)字信號格式過渡，由于信號源和資金預(yù)算的限制，會議室使用不多。DVI信號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)、實物展臺、有線電視解調(diào)器、遠(yuǎn)程視像會議、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)的理解是乘號前面的數(shù)字代表輸入通道的多少，乘號后面的數(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)計一個視頻矩陣的基本原則也是根據(jù)信號源和顯示終端數(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，使選擇一個矩陣的通道數(shù)也會變得比較敏感，對于以后的擴(kuò)展也是一個考驗。除此之外，下面敘述的幾個技術(shù)指標(biāo)也是作為器材選型需要考慮的重要因素。

2.視頻信號的帶寬

　　復(fù)合視頻信號根據(jù)制式的不同，信號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比較窄，目前在系統(tǒng)設(shè)計中并不是一個主要的考慮因素，但在設(shè)計時需要考慮整個系統(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)部某個芯片的帶寬而已，但因為視頻矩陣的電子線路涉及大量的信號分配與切換，這種矩陣的標(biāo)稱帶寬會存在很多的瓶頸，真正使用中會暴露許多帶寬不夠引發(fā)的問題。　　

PALB/G/HPALIPALDPALNPALMNTSCSECAM

每幀線數(shù)625線625線625線625線525線525線625線

行頻范圍KHz15.62515.62515.62515.62515.7515.73415.625

場頻范圍Hz50505050606050

彩色副載波MHz4.434.434.433.583.583.584.4

信號帶寬MHz5.566.54.54.54.56.5

3.滿負(fù)載-3dB衰減點

　　視頻信號在理想效果內(nèi)的傳輸帶寬范圍或傳輸距離稱為 -3dB點，也稱為1/2功率衰減點。在-3dB點范圍內(nèi)，信號不會在處理或傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p失，任何有信號輸入輸出的器材都會存在帶寬的限制，視頻信號平坦的頻率響應(yīng)在-3dB點之前，同時還要注意所選擇的器材帶寬是否在“滿負(fù)載（FullyLoaded）”的狀態(tài)測試。因為有很多品牌的標(biāo)稱參數(shù)是在“點對點”的狀態(tài)下測試，當(dāng)系統(tǒng)在滿負(fù)載下運行時，傳輸帶寬會大打折扣，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對實際信號電平的對應(yīng)值：

　　B換算表@75Ω（以1V為0dB）
　　dB電壓比dB電壓比dB電壓比
　　01-90.355-180.125
　　-10.891-100.316-190.112
　　-20.794-110.282-200.1
　　-30.707-120.25-300.032
　　-40.631-130.224-400.01
　　-50.562-140.2-500.003
　　-60.5-150.178-600.001
　　-70.447-160.158-800
　　-80.398-170.141

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，它為信號的正確傳輸流程建立了基線。這個信號的流程維護(hù)了整個系統(tǒng)的動力轉(zhuǎn)換。阻抗失配會造成電子信號的反射，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（ReturnLoss）就越高。

　　較低的阻抗失配可能不會明顯作用與傳輸普通的復(fù)合視頻信號，但傳輸信號的頻率越高，造成的影響會越明顯。

　　在視頻系統(tǒng)中，阻抗匹配是系統(tǒng)設(shè)計中需要嚴(yán)肅看待的問題。早期 BNC類型的連接頭同時存在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應(yīng)用于射頻信號傳輸，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)_是由二個或多個信號之間的相互干擾引起，通常從一個毗連的通道把額外的信號加入有效的信號，會引起畫面出現(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，而且絕對是負(fù)數(shù)，這個數(shù)值越小，通道隔離的效果越好，信號串?dāng)_的相對作用更小。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時測試是-55dB，在30MHz時測試已經(jīng)達(dá)到-45dB，在100MHz時測試已經(jīng)高達(dá)-37dB，可見這個矩陣的通道串?dāng)_在傳輸100MHz信號時要比傳輸10MHz信號略高。

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 Matrix 12800 Video Model Epica 128 VM2144VS
　　輸入輸出通道 32×16 到 128×128 模塊結(jié)構(gòu) 16×16 到 128×128 模塊結(jié)構(gòu) 8×8 到 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

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