多格式矩陣的優(yōu)缺點分析及實現(xiàn)方式

什么是多格式矩陣?

    在同一個物理機箱中處理多種信號格式的多格式矩陣，在最近變得相當流行。這一概念初看上去很有魅力，而且在某些應用中，具有優(yōu)于每個機箱中使用一種格式這一傳統(tǒng)方法之處。但實際情況并不總是這樣。本文將考察其中涉及的某些問題，以便幫助用戶針對自己的具體應用，分析其相對價值。

一．

    傳統(tǒng)的廣播矩陣系統(tǒng)包括若干個以集成化系統(tǒng)形式運行的矩陣切換臺。每種信號格式不僅是矩陣系統(tǒng)中的一個層面或級，而且通常也是一個物理分離的機箱。某些情況下所有的矩陣可能安置在一起，有時則可能分布在設(shè)施不同部分上(如圖1所示)。

    這種方式具有極大的靈活性，但也意味著這些機箱有時并未得到有效的利用，尤其是在大機箱中切換級數(shù)少的情況下。

    另一種針對較少切換級安排矩陣交叉點的常用方法是將一個矩陣分割成同一信號格式若干個邏輯獨立級。這種方法通常適用于3級模擬分量、或采用一個模擬視頻機箱的2級Y/C視頻矩陣(如圖2所示)。 

    分段式矩陣存在的問題是，交叉點結(jié)構(gòu)利用率很低。圖2所示的Y/C矩陣中，有50%的交叉點永遠得不到利用。另一個問題是，它要求切換級都為相同格式。但最近的發(fā)展已經(jīng)改變了這種狀況。隨著交叉點技術(shù)的發(fā)展，矩陣成本越來越取決于I/O的成本，而不是取決于交叉點的成本。此外，在同一個機箱中混合使用多種信號格式已變得相當可行。這就支持開發(fā)多格式矩陣，這種矩陣本質(zhì)上是一種分段式矩陣，不同段可以傳載不同格式的信號。

    多格式矩陣的目標就是，盡可能地將所有級合并到同一臺設(shè)備之中。
格式可能包括模擬和數(shù)字的、在某些情況下SD和HD的視頻和音頻；數(shù)據(jù)信號和時間碼信號。多格式矩陣最常見的規(guī)格是128個輸入×128個輸出，但從某些制造商那里也可以買到更大或更小規(guī)格的產(chǎn)品。

多格式矩陣好處

二．

    采用多格式矩陣有幾個明顯的好處，尤其是在一個機箱既能滿足當前需求又能滿足預期的未來擴展這樣一些簡單的情況下，好處更加明顯。但在較典型的情況下，很可能需要做出一些折衷選擇，需要對需求進行認真的分析，才能確定最佳的設(shè)備選擇。

（1）可升級性/擴展能力

    擁有額外的空間用于插接模塊，以便將來增加容量，是非常有用的。多格式設(shè)計使我們能夠擴展現(xiàn)有級數(shù)，增加新層級和/或用一種信號格式替代另一種格式。

（2）簡化安裝過程

    由于許多單位已經(jīng)削減了其內(nèi)部技術(shù)人員的數(shù)量，所以新進設(shè)備盡可能地容易安裝是非常重要的。采用單機箱形式的多格式矩陣為快速、簡易的安裝提供了可能性。

（3）較少的機箱數(shù)/電源等

    由于一個多格式矩陣往往可以取代若干個具有不同格式的矩陣，所以使用多格式機箱可以減少組件的數(shù)量，同時可以節(jié)省采購和維護費用，以及機架空間。

（4）合并同一級上的多種格式

    有些系統(tǒng)可以將模擬輸入選通到數(shù)字輸出或?qū)��?shù)字輸入選通到模擬輸出，從而提高系統(tǒng)的靈活性，減少對連接線和外部轉(zhuǎn)換器的需求。此外，許多HD矩陣還能夠處理同一級上的SD及其它碼率信號，從而使我們能夠更加靈活地利用矩陣中的數(shù)字視頻級。

（5）減少對控制板的需求

    大多數(shù)情況下，每個矩陣機箱需要有一只其自己的內(nèi)部控制器，所以，單一機箱可減少系統(tǒng)中需要的控制器數(shù)目，因而節(jié)省成本。

    在實際系統(tǒng)中，這些優(yōu)點中有些可能會受到很大的限制，有許許多多的折衷必須予以考慮。很多系統(tǒng)都需要使用一個以上的矩陣機箱，需要對包括全部采用多格式矩陣、混合使用多格式和單格式矩陣、或全部采用單格式矩陣等多種備選配置方案進行比較。每一組要求都是獨一無二的，事先進行精心規(guī)劃，同時合理地預計未來的需求，可以為以后節(jié)省大量的時間和金錢。

較少的機箱數(shù)/電源等

3．

   （1）機箱數(shù)目與機架空間
    
    這一優(yōu)點隱含的前提條件是“只要單機箱是夠用的”。很多情況下都需要使用一個以上的機箱，所以需要對不同系統(tǒng)配置中所需要的機架空間總數(shù)、所使用增加一個8U的多格式機箱更小、更便宜。另一方面，較大的機箱能提供較大的擴展容量。
   （2）音頻與視頻共處
對那些確實能裝在一個機箱中的系統(tǒng)來說，有些設(shè)備中可能存在的一個問題就是，需要將所有的線纜，特別是視頻和音頻線纜，集中在同一個位置上。這并不總是好事。將音頻矩陣系統(tǒng)與其它音頻設(shè)備放在同一個地方，將視頻矩陣系統(tǒng)與其它視頻設(shè)備放在同一個地方，用控制線纜連接各個機箱這一做法，在固定式和移動式設(shè)備中都很常見。保留這種靈活性是值得考慮的，特別是在未來的擴展很可能意味著需要使用一個以上機箱的情況下。

4．合并同一級上的多種格式

   探討。

    （1）音頻

     大多數(shù)現(xiàn)有的多格式矩陣都是在內(nèi)部以AES數(shù)字信號的形式為所有音頻選擇路由的，根據(jù)外部線路的需要對模擬輸入和輸出進行轉(zhuǎn)換。這種能力是極其有用的     因為大多數(shù)設(shè)施，甚至是那些主要采用數(shù)字式的設(shè)施中，仍擁有一定數(shù)量的模擬音頻設(shè)備。這種利用最新轉(zhuǎn)換技術(shù)的音頻處理方法在聲學上是透明的。唯一的缺點就是，與獨立地為模擬層和數(shù)字級選擇路由的方法相比，成本有所增加。盡管這一特點非常寶貴，但應該說明的是，它并不是多格式矩陣所專有的，許多高端專用音頻矩陣也已經(jīng)采用了這種方法。

     （2）視頻

    乍一看，同樣的情況應該也適用于視頻，確實也有些矩陣能夠做到這一點。但實際情況要復雜得多，而且很多情況下并不適用。
  
    盡管在有些設(shè)備中需要對模擬和數(shù)字視頻進行雙向路由選擇，但這種情況遠不像音頻中那樣常見。除非使用極其昂貴的轉(zhuǎn)換器，否則解碼過程和編碼過程中都很可能產(chǎn)生失真�？紤]這方面的問題時，第一步就是要明確地定義，模擬輸入和模擬輸出的用處究竟是什么。

     矩陣輸入端上的模/數(shù)轉(zhuǎn)換可用于將現(xiàn)有的模擬源信號輸入到數(shù)字設(shè)備中。在這種應用中，轉(zhuǎn)換與解碼的質(zhì)量是非常重要的，因為該信號可能被插入到高質(zhì)量分量數(shù)字素材中。高質(zhì)量轉(zhuǎn)換器是能買到的，但價格并不便宜。規(guī)模和成本的制約意味著在矩陣的前端使用很多這樣的轉(zhuǎn)換器時，必須做出某些折衷。如果大部分的模擬輸入會同時被使用，則這可能是最佳方案。另一方面，如果只有很少的模擬源信號偶爾被使用一兩次，則只使用少量質(zhì)量較高的外部轉(zhuǎn)換器并將它們與模擬矩陣和連接線管理系統(tǒng)集成到一起。可能更有意義。

     對模擬輸出常見的需求是用它們向監(jiān)視器饋送信號，而這種需求是一個可以使用低檔數(shù)-模轉(zhuǎn)換器來滿足的需求。在許多情況下，這樣做仍然可能是毫無意義的。安裝在監(jiān)視器上的低成本“磚”型數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和安裝在監(jiān)視墻附近的同樣是低成本的轉(zhuǎn)換器機箱，都是很常用的，尤其是在移動新聞車中，更加常見�？傮w上說，這是一種比將這種能力設(shè)置在矩陣內(nèi)部更靈活、成本也更低的方案。另一種監(jiān)視方法是采用各種多畫面分割器，后者大多采用SDI信號而不是模擬信號。在Quartz公司的Xenon矩陣中，甚至于通過向插入矩陣上的一系列Signal Processing Technology（信號處理技術(shù)）模塊中增加一個多畫面分割器裝置，這種能力搬移進了矩陣內(nèi)部。

    了能將模擬輸出饋送到現(xiàn)有的制作設(shè)備中，有些供應商推出了質(zhì)量極高的矩陣內(nèi)置式數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。這在某些設(shè)備中可能帶來嚴重的問題。許多工程師會想當然地認為，來自定時矩陣系統(tǒng)的模擬輸出能以這種方式加以利用，但絕大多數(shù)這種類型的設(shè)備都沒有彩色定時模擬輸出。一般說來，這些信號擁有H和V定時，但也擁有隨機的副載波相位，因為矩陣設(shè)備沒有副載波基準信號。這就導致了質(zhì)量嚴重劣化的圖像。

（3）HD/SD級

   很多矩陣都具有在HD級上為多種低碼率信號選擇路由的能力。盡管你不可能將HD輸入選通給SD輸出或?qū)�SD輸入選通給HD輸出，但這種能力仍然使我們能夠更加靈活地利用該矩陣。在許多情況下，HD輸入輸出能力比SD昂貴，所以即使只有很少幾個HD源信號，擁有全部HD SDI能力在財務上可能有也可能沒有什么意義。
這里，需要認真考慮的主要東西是，檢查HD輸入端在傳輸SD信號時的輸入均衡能力。現(xiàn)有的HD輸入芯片具有類似于SD專用芯片的性能，典型情況是使用250米的電纜；但有些矩陣使用的是上一代的芯片，后者限制SD信號的輸入電纜長度為小于100米，至于HD信號也使用同樣的長度。

減少對控制卡板的需求

5．

（1）單機箱系統(tǒng)

    用單機箱多格式系統(tǒng)取代若干個單格式機箱可能會帶來控制方面的節(jié)省。一般情況下，每個矩陣機箱需要有其自己的控制器模塊，所以一個機箱就意味著只需要一臺控制器（有些情況下是一對冗余控制器）。值得指出的是，實際情況不一定總是如此。很多矩陣除了機箱中的控制器之外，還需要使用一臺外置式系統(tǒng)控制器，所以即使是在單機箱系統(tǒng)中，也可能需要兩臺控制器。大多數(shù)Quartz系統(tǒng)的控制盤可以直接連接到機箱控制器上，所以單機箱式Quartz系統(tǒng)，如Xenon系統(tǒng)，只需要一臺控制器。

（2）多機箱系統(tǒng) 

     一般說來，在多機箱系統(tǒng)中，每個機箱需要有其自己的控制器模塊（大多數(shù)情況下還需要一臺系統(tǒng)控制器）。這是Quartz公司的多格式矩陣Xenon有其優(yōu)勢的地方，即擴展機箱并不需要有其自己的控制板。在考慮矩陣系統(tǒng)時，值得注意的是，矩陣機箱控制器能否直接連接到控制盤和各種其它設(shè)備上以及是否必須使用系統(tǒng)控制器。此外還必須核實，擴展機箱是否需要有其自己的機箱控制板。 結(jié)束語
多格式矩陣在合適的設(shè)施中可能是一個極好的選擇，但重要的是要考察系統(tǒng)要求的各個方面。有時，在一或多級上采用小型單格式矩陣可能更加有效。Quartz公司可以幫助你分析你的需求，并提出一個或多個基于這

    種方式的備選方案。