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什么是矩阵切换器?

什么是矩阵切换器?

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简介
 
  矩阵全称为矩阵切换器,是用来切换各种信号的输入输出。   
 
  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。   
 
  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。
 
  矩阵是用来切换各种信号的输入输出的一个专业产品。 矩阵切换器的分类  
 
  1.如果是音频信号格式(A),就选择音频矩阵切换器。  
 
  2.如果是视频信号格式(V),就选择视频矩阵切换器。   
 
  3.如果是音视频混合信号格式(AV),就选择音视频矩阵切换器。   
 
  4.如果是计算机显示信号格式(VGA),就选择VGA矩阵切换器或RGB矩阵切换器。   
 
  5.如果是高清设备信号,就选择DVI或HDMI矩阵切换器。   
 
  6.如果是网络数字频信号,就要选择网络视频矩阵切换器。   
 
  7.如果是计算机显示信号格式(VGA)和视频信号格式(V),就选择混合矩阵切换器。   
 
  8、如果是分量视频信号格式(PbPr),就选择分量视频矩阵切换器。
 
矩阵切换器的应用
 
  矩阵是监控系统中的模拟设备,主要负责对前端视频源与控制线的切换控制,举个例子, cuanbu 32*32混合矩阵如果你有70个摄像机,可是只有7台监视器,那么矩阵可以让你的监视器循环显示出70个摄像机画面轮巡功能。
 
  不同矩阵切换器的接口形式也不同,以视频信号为例,常见的接口形式有:D-15型接口、BNC接口、RCA(莲花头)接口、DVI接口、S-VIDEO接口、RJ45接口等等。在工程应用中,要根据切换信号的格式和实际的传输需要选择具体的设备接口形式。例如:计算机视频信号选择D-15型接口;工业和军工视频信号要选择BNC接口;家用娱乐和民品视频设备用莲花接口;计算机数字视频用DVI接口;网络数字视频用RJ45接口,HDMI用数字高清专用接口,等等。接口选择要准确,尽量不用转接头来转换接口形式,造成不必要的信号损失,影响工程质量。
 
矩阵规模的选择
 
  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,矩阵的输入数量规模就定下来了。例如:   
 
  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,音频矩阵输入的规模要略大于工程中实际音频的输入路数。   
 
  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规模不会很大。   
 
  在广电和视讯会议传输系统,每路视频一定会有音频同步传送。因此,音视频信号输入、输出规模是一致的。  
 
在音视频工程中有时可能有几台显示设备之间仅有分配关系,有些工程商采用小规模矩阵加分配器的方法。这种方法是因为工程商不了解矩阵的性能所致(或是出于经济利益的考虑),因为矩阵产品有信号分配功能,所以不必另加分配器。选择规模大一些的矩阵,能简化系统复杂程度,提高图像质量,系统扩展灵活,是对最终客户负责的工程商所为。   
 
  总之,矩阵规模的选择要大于实际的输入输出信号的数量,以备客户将来扩展维护使用。
 
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。   
 
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. 指标 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。
 
要求
 
  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。