視頻矩陣的作用及技術(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)解析

1. 視頻矩陣的作用

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

    * 超級(jí)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(duì)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(zhǎng)距離傳輸沒有得到普遍的使用。

    * 分量視頻在信號(hào)格式的級(jí)別上已經(jīng)明顯高于復(fù)合視頻或超級(jí)視頻，但目前在會(huì)議室多數(shù)是為電腦顯示（VGA或RGBHV信號(hào)格式）服務(wù)，對(duì)器材和傳輸線纜的要求很高（取決于預(yù)期的設(shè)計(jì)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(hào)目前主要應(yīng)用在廣電行業(yè)，而且會(huì)逐漸向SDI或HD-SDI的數(shù)字信號(hào)格式過渡，由于信號(hào)源和資金預(yù)算的限制，會(huì)議室使用不多。DVI信號(hào)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(shí)物展臺(tái)、有線電視解調(diào)器、遠(yuǎn)程視像會(huì)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(hào)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(hào)前面的數(shù)字代表輸入通道的多少，乘號(hào)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(jì)一個(gè)視頻矩陣的基本原則也是根據(jù)信號(hào)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(jià)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(gè)矩陣的通道數(shù)也會(huì)變得比較敏感，對(duì)于以后的擴(kuò)展也是一個(gè)考驗(yàn)。除此之外，下面敘述的幾個(gè)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(hào)的帶寬

    復(fù)合視頻信號(hào)根據(jù)制式的不同，信號(hào)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(duì)比較窄，目前在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中并不是一個(gè)主要的考慮因素，但在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮整個(gè)系統(tǒng)傳輸?shù)膸�寬瓶頸。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(huì)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(gè)芯片的帶寬而已，但因?yàn)橐曨l矩陣的電子線路涉及大量的信號(hào)分配與切換，這種矩陣的標(biāo)稱帶寬會(huì)存在很多的瓶頸，真正使用中會(huì)暴露許多帶寬不夠引發(fā)的問題。

    3. 滿負(fù)載-3dB衰減點(diǎn)

    視頻信號(hào)在理想效果內(nèi)的傳輸帶寬范圍或傳輸距離稱為-3dB點(diǎn)，也稱為1/2功率衰減點(diǎn)。在-3dB點(diǎn)范圍內(nèi)，信號(hào)不會(huì)在處理或傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p失，任何有信號(hào)輸入輸出的器材都會(huì)存在帶寬的限制，視頻信號(hào)平坦的頻率響應(yīng)在-3dB點(diǎn)之前，同時(shí)還要注意所選擇的器材帶寬是否在“滿負(fù)載（Fully Loaded）”的狀態(tài)測(cè)試。因?yàn)橛泻芏嗥放频臉?biāo)稱參數(shù)是在“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的狀態(tài)下測(cè)試，當(dāng)系統(tǒng)在滿負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，傳輸帶寬會(huì)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(diǎn)對(duì)實(shí)際信號(hào)電平的對(duì)應(yīng)值：

    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(hào)的正確傳輸流程建立了基線。這個(gè)信號(hào)的流程維護(hù)了整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)換。阻抗失配會(huì)造成電子信號(hào)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（Return Loss）就越高。較低的阻抗失配可能不會(huì)明顯作用與傳輸普通的復(fù)合視頻信號(hào)，但傳輸信號(hào)的頻率越高，造成的影響會(huì)越明顯。

    在視頻系統(tǒng)中，阻抗匹配是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要嚴(yán)肅看待的問題。早期BNC類型的連接頭同時(shí)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(huì)應(yīng)用于射頻信號(hào)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(huì)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(gè)或多個(gè)信號(hào)之間的相互干擾引起，通常從一個(gè)毗連的通道把額外的信號(hào)加入有效的信號(hào)，會(huì)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(duì)是負(fù)數(shù)，這個(gè)數(shù)值越小，通道隔離的效果越好，信號(hào)串?dāng)_的相對(duì)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(huì)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(shí)測(cè)試是-55dB，在30MHz時(shí)測(cè)試已經(jīng)達(dá)到-45dB，在100MHz時(shí)測(cè)試已經(jīng)高達(dá)-37dB，可見這個(gè)矩陣的通道串?dāng)_在傳輸100MHz信號(hào)時(shí)要比傳輸10MHz信號(hào)略高。

    6. 參考資料：常用視頻矩陣的典型技術(shù)參數(shù)