視頻矩陣的應(yīng)用及分類(lèi)

視頻矩陣的應(yīng)用及分類(lèi)

視頻矩陣-基本功能和要求

一個(gè)矩陣系統(tǒng)通常還應(yīng)該包括以下基本功能：字符信號(hào)疊加；解碼器接口以控制云臺(tái)和攝像機(jī)；報(bào)警器接口；控制主機(jī)，以及音頻控制箱、報(bào)警接口箱、控制鍵盤(pán)等附件。對(duì)國(guó)內(nèi)用戶來(lái)說(shuō)，字符疊加應(yīng)為全中文，以方便不懂英文的操作人員使用，矩陣系統(tǒng)還需要支持級(jí)聯(lián)，來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的容量，為了適應(yīng)不同用戶對(duì)矩陣系統(tǒng)容量的要求，矩陣系統(tǒng)應(yīng)該支持模塊化和即插即用（PnP）的，可以通過(guò)增加或減少視頻輸入、輸出卡來(lái)實(shí)現(xiàn)不同容量的組合。

矩陣系統(tǒng)的發(fā)展方向是多功能、大容量、可聯(lián)網(wǎng)以及可進(jìn)行遠(yuǎn)程切換。一般而言矩陣系統(tǒng)的容量達(dá)到64×16即為大容量矩陣。如果需要更大容量的矩陣系統(tǒng)，也可以通過(guò)多臺(tái)矩陣系統(tǒng)級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。矩陣容量越大，所需技術(shù)水平越高，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)難度也越大。

矩陣的分類(lèi)

隨著圖像信號(hào)技術(shù)的發(fā)展，和人類(lèi)對(duì)音視頻視覺(jué)的提高；圖像信號(hào)的傳輸經(jīng)過(guò)了幾個(gè)階段的發(fā)展，從AV視頻到色差分量（YPbPr），再到VGA信號(hào)，現(xiàn)在到DVI及HDMI、DISPLAYPORT等；在這過(guò)程中，由于應(yīng)用方便的需要形成了信號(hào)矩陣切換，所以說(shuō)在

每個(gè)信號(hào)階段都有相應(yīng)的矩陣切換器；現(xiàn)在隨著IP技術(shù)和圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展，形成了多媒體流（基于MPEG-4，H2.64）交換的虛擬矩陣器；

按照傳輸信號(hào)形式來(lái)分為：模擬矩陣切換器和數(shù)字矩陣切換器；

模擬矩陣切換器如下：

矩陣切換器的功能是將一路或多路視音頻信號(hào)分別傳輸給一個(gè)或者多個(gè)顯示設(shè)備，因此我們可以按照信號(hào)源的不同來(lái)分類(lèi)矩陣切換器。也就是，根據(jù)想要切分的信號(hào)不同，來(lái)確定矩陣切換器的種類(lèi)。矩陣切換器按信號(hào)源的類(lèi)型可以分為：VGA、AV、V，YPbPr矩陣切換器等等。例如：VGA矩陣切換器就是輸入輸出信號(hào)為[]VGA信號(hào)的矩陣切換器。其它類(lèi)型可以類(lèi)推，這里就不再累述。下面將著重介紹一下信號(hào)源的種類(lèi)。

VGA矩陣：

VGA（VideoGraphicsArray）即顯示繪圖陣列，是IBM于1987年提出的一個(gè)使用模擬信號(hào)的電腦顯示標(biāo)準(zhǔn)。VGA支持在640X480的較高分辨率下同時(shí)顯示16種色彩或256種灰度，同時(shí)在320X240分辨率下可以同時(shí)顯示256種顏色。VGA由于良好的性能迅速開(kāi)始流行，廠商們紛紛在VGA基礎(chǔ)上加以擴(kuò)充，如將顯存提高至1M并使其支持更高分辨率如800X600或1024X768，這些擴(kuò)充的模式就稱之為VESA(VideoElectronicsStandardsAssociation，視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))的SuperVGA模式，簡(jiǎn)稱SVGA，現(xiàn)在的顯卡和顯示器都支持SVGA模式。

VGA信號(hào)的組成分為五種：RGBHV，分別是紅綠藍(lán)三原色和行場(chǎng)同步信號(hào)。VGA傳輸距離非常短，實(shí)際工程中為了傳輸更遠(yuǎn)的距離，人們把VGA線拆開(kāi)，將RGBHV五種信號(hào)分離出來(lái)，分別用五根同軸電纜傳輸，這種傳輸方式叫RGB傳輸，習(xí)慣上這種信號(hào)也叫RGB信號(hào)，其實(shí)本質(zhì)上RGB和VGA是沒(méi)有什么區(qū)別的。

VGA接口，也叫D-Sub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(yīng)用的接口類(lèi)型，絕大多數(shù)的顯卡都帶有此種接口。目前大多數(shù)計(jì)算機(jī)與外部顯示設(shè)備之間都是通過(guò)模擬VGA接口連接，計(jì)算機(jī)內(nèi)部以數(shù)字方式生成的顯示圖像信息，被顯卡中的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)镽、G、B三原色信號(hào)和行、場(chǎng)同步信號(hào)，信號(hào)通過(guò)電纜傳輸?shù)斤@示設(shè)備中。

RGB矩陣：

VGA信號(hào)的組成分為五種：RGBHV，分別是紅綠藍(lán)三基色和行場(chǎng)同步信號(hào)。VGA傳輸距離非常短，實(shí)際工程中為了傳輸更遠(yuǎn)的距離，人們把VGA線拆開(kāi)，將RGBHV五種信號(hào)分離出來(lái)，分別用五根同軸電纜傳輸，這種傳輸方式叫RGB傳輸，習(xí)慣上這種信號(hào)也叫RGB信號(hào)，其實(shí)信號(hào)本質(zhì)上RGB和VGA是沒(méi)有什么區(qū)別。

RGB傳輸采用BNC加同軸電纜傳輸。RGB電纜有5個(gè)連接頭用于接收紅、綠、藍(lán)、水平同步和垂直同步信號(hào)。BNC接頭可以隔絕視頻輸入信號(hào)，使信號(hào)相互間干擾減少且信號(hào)頻寬較普通D-SUB大，可達(dá)到zui佳信號(hào)響應(yīng)效果。

AV矩陣：

AV端口（又稱復(fù)合端口）原文為Compositevideoconnector，是家用影音電器用來(lái)傳送類(lèi)比視訊如NTSC、PAL、SECAM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(jī)通常以SCART端口取代RCA端口，不過(guò)SCART的設(shè)計(jì)上可以載送畫(huà)質(zhì)比YUV更好的RGB訊號(hào)，故也被用來(lái)連接顯示器、電視游樂(lè)器或DVD播放機(jī)。在專業(yè)應(yīng)用當(dāng)中，也有使用BNC端口以求獲得更佳訊號(hào)品質(zhì)。

在AV端口中傳送的是類(lèi)比電視訊號(hào)的三個(gè)來(lái)源要素：Y、U、V，以及作為同步化基準(zhǔn)的脈沖信號(hào)。Y代表影像的亮度(luminance，又稱brightness)，并且包含了同步脈沖，只要有Y信號(hào)存在就可以看到黑白的電視影像。U信號(hào)與號(hào)之間承載了顏色的資料，U和V先被混合成一個(gè)信號(hào)中的兩組正交相位（此混合后的信號(hào)稱為彩度(chrominance)），再與Y信號(hào)作加總。因?yàn)閅是基頻信號(hào)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。

數(shù)字矩陣切換器如下

DVI矩陣：

DVI（DigitalVisualInterface）接口，即數(shù)字視頻接口。它是1999年由SiliconImage、In（英特爾）、Compaq（康柏）、IBM、HP（惠普）、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同組成DDWG（DigitalDisplayWorkingGroup，數(shù)字顯示工作組）推出的接口標(biāo)準(zhǔn)。

DVI接口是以SiliconImage公司的PanalLink接口技術(shù)為基礎(chǔ)，基于TMDS（TransitionMinimizedDifferentialSignaling，zui小化傳輸差分信號(hào)）電子協(xié)議作為基本電氣連接。TMDS是一種微分信號(hào)機(jī)制，可以將象素?cái)?shù)據(jù)編碼，并通過(guò)串行連接傳遞。顯卡產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)由發(fā)送器按照TMDS協(xié)議編碼后通過(guò)TMDS通道發(fā)送給接收器，經(jīng)過(guò)解碼送給數(shù)字顯示設(shè)備。

一個(gè)DVI顯示系統(tǒng)包括一個(gè)傳送器和一個(gè)接收器。傳送器是信號(hào)的來(lái)源，可以內(nèi)建在顯卡芯片中，也可以以附加芯片的形式出現(xiàn)在顯卡PCB上；而接收器則是顯示器上的一塊電路，它可以接受數(shù)字信號(hào)，將其解碼并傳遞到數(shù)字顯示電路中，通過(guò)這兩者，顯卡發(fā)出的信號(hào)成為顯示器上的圖象。

目前的DVI接口分為兩種：

一個(gè)是DVI-D接口，只能接收數(shù)字信號(hào)，接口上只有3排8列共24個(gè)針腳，其中右上角的一個(gè)針腳為空。不兼容模擬信號(hào)。另外一種則是DVI-I接口，可同時(shí)兼容模擬和數(shù)字信號(hào)。兼容模擬信號(hào)并不意味著模擬信號(hào)的接口D-Sub接口可以連接在DVI-I接口上，而是必須通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)換接頭才能使用，一般采用這種接口的顯卡都會(huì)帶有相關(guān)的轉(zhuǎn)換接頭。

DVI信號(hào)，HDCP信號(hào)和HDMI信號(hào)針對(duì)VGA信號(hào)而言，如果排除各種協(xié)議的話，信號(hào)通道本質(zhì)是一致的，都是DVI信號(hào)。因此先介紹DVI信號(hào)的特點(diǎn)。

在模擬顯示方式中，將待顯示的數(shù)字R.G..B信號(hào)（8bit并行信號(hào)）在顯卡中經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，傳輸后進(jìn)入顯示器，經(jīng)處理后驅(qū)動(dòng)R.G..B電子槍，顯示到熒光屏上，整個(gè)過(guò)程是模擬的。而數(shù)字顯示方式不同，模擬的R.G.B信號(hào)到達(dá)顯示設(shè)備后（LCD或DLP，PDP等）經(jīng)過(guò)A/D處理，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，隨后由數(shù)字信號(hào)在TFTLCDsourcedriver中通過(guò)DAC轉(zhuǎn)換變成模擬信號(hào)控制液晶板透射或反射光線或DMD晶片反射光線或由等離子體發(fā)光，達(dá)到顯示的效果。在這個(gè)過(guò)程中明顯地存在一個(gè)由數(shù)字→模擬→數(shù)字→模擬的轉(zhuǎn)換過(guò)程，信號(hào)損失較大（一次A/D，D/A過(guò)程將在頻譜上損失6dB，帶寬zui大保留為像素時(shí)鐘的1/2），并且會(huì)存在諸如拖尾，模糊，重影等傳輸問(wèn)題。當(dāng)前帶有數(shù)字接口的計(jì)算機(jī)顯卡已經(jīng)相當(dāng)普遍，甚至筆記本電腦也配備了DVI接口，顯示設(shè)備中也是越來(lái)越多的設(shè)備帶有數(shù)字信號(hào)接口，因此數(shù)字→數(shù)字方式的應(yīng)用環(huán)境已經(jīng)成熟。

DVI原理上是將待顯示的R.G.B數(shù)字信號(hào)與H.號(hào)進(jìn)行組合編碼，每個(gè)像素點(diǎn)按10bit的數(shù)字信號(hào)按zui小非歸零編碼方式進(jìn)行并→串轉(zhuǎn)換，把編碼后的R.G..B數(shù)字串行碼流與像素時(shí)鐘等4個(gè)信號(hào)按照平衡方式進(jìn)行傳輸，其每路碼流速率為原像素點(diǎn)時(shí)鐘的10倍，以1024×768×70的分辨率為例，碼流時(shí)鐘為70MHz×10，折合為0.7GHZ。一般DVI1.0的碼流在0.24GHZ到1.65GHZ之間。

DVI有DVI1.0和DVI2.0兩種標(biāo)準(zhǔn)，其中DVI1.0僅用了其中的一組信號(hào)傳輸信道，傳輸圖像的zui高像素時(shí)鐘為165M（1600RGB*1200@60Hz，UXGA），信道中的zui高信號(hào)傳輸碼流為1.65GHz。DVI2.0則用了全部的兩組信號(hào)傳輸信道，傳輸圖像的zui高像素時(shí)鐘為330M，每組信道中的zui高信號(hào)傳輸碼流也為1.65GHz。在顯示設(shè)備中，目前還沒(méi)有DVI2.0的應(yīng)用，因此本文所討論的DVI都是指DVI1.0標(biāo)準(zhǔn)。

HDMI矩陣：

HDMI（High－DefinitionMultimediaInterface）又被稱為高清晰度多媒體接口，是*支持在單線纜上傳輸，不經(jīng)過(guò)壓縮的全數(shù)字高清晰度、多聲道音頻和智能格式與控制命令數(shù)據(jù)的數(shù)字接口。HDMI接口由SiliconImage美國(guó)晶像公司倡導(dǎo)，聯(lián)合索尼、日立、松下、飛利浦、湯姆遜、東芝等八家的消費(fèi)類(lèi)電子制造商聯(lián)合成立的工作組共同開(kāi)發(fā)的。HDMIzui早的接口規(guī)范HDMI1.0于2002年12月公布，目前的zui高版本是于今年6月發(fā)布的HDMI1.3規(guī)范。

HDMI源于DVI接口技術(shù)，它們主要是以美國(guó)晶像公司的TMDS信號(hào)傳輸技術(shù)為核心，這也就是為何HDMI接口和DVI接口能夠通過(guò)轉(zhuǎn)接頭相互轉(zhuǎn)換的原因。美國(guó)晶像公司是HDMI八個(gè)發(fā)起者中*的集成電路設(shè)計(jì)制造公司，是高速串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域的，因?yàn)橄旅嬉岬降腡MDS信號(hào)傳輸技術(shù)就是它們開(kāi)發(fā)出來(lái)的，所以這里稍微提及一下TMDS（TransitionMinimizedDifferentialSignaling）也被稱為zui小化傳輸差分信號(hào)，是指通過(guò)異或及異或非等邏輯算法將原始信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成10位，前8為數(shù)據(jù)由原始信號(hào)經(jīng)運(yùn)算后獲得，第9位指示運(yùn)算的方式，第10位用來(lái)對(duì)應(yīng)直流平衡（DC-balanced，就是指在編碼過(guò)程中保證信道中直流偏移為零，電平轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)不同邏輯接口間的匹配），轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)以差分傳動(dòng)方式傳送。這種算法使得被傳輸信號(hào)過(guò)渡過(guò)程的上沖和下沖減小，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)趨于直流平衡，使信號(hào)對(duì)傳輸線的電磁干擾減少，提高信號(hào)傳輸?shù)乃俣群涂煽啃浴?/p>

一般情況下，HDMI連接由一對(duì)信號(hào)源和接受器組成，有時(shí)候一個(gè)系統(tǒng)中也可以包含多個(gè)HDMI輸入或者輸出設(shè)備。每個(gè)HDMI信號(hào)輸入接口都可以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接收連接器的信息，同樣信號(hào)輸出接口也會(huì)攜帶所有的信號(hào)信息。HDMI數(shù)據(jù)線和接收器包括三個(gè)不同的TMDS數(shù)據(jù)信息通道和一個(gè)時(shí)鐘通道，這些通道支持視頻、音頻數(shù)據(jù)和附加信息，視頻、音頻數(shù)據(jù)和附加信息通過(guò)三個(gè)通道傳送到接收器上，而視頻的像素時(shí)鐘則通過(guò)TMDS時(shí)鐘通道傳送，接收器接受這個(gè)頻率參數(shù)之后，再還原另外三個(gè)數(shù)據(jù)信息通道傳遞過(guò)來(lái)的信息。

HDMI在針腳上和DVI兼容，只是采用了不同的封裝。與DVI相比，HDMI可以傳輸數(shù)字音頻信號(hào)，并增加了對(duì)HDCP的支持，同時(shí)提供了更好的DDC可選功能。HDMI支持5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，zui遠(yuǎn)可傳輸15米，足以應(yīng)付一個(gè)1080p的視頻和一個(gè)8聲道的音頻信號(hào)。而因?yàn)橐粋€(gè)1080p的視頻和一個(gè)8聲道的音頻信號(hào)需求少于4GB/s，因此HDMI還有很大余量。這允許它可以用一個(gè)電纜分別連接DVD播放器，接收器和PRR。此外HDMI支持EDID、DDC2B，因此具有HDMI的設(shè)備具有“即插即用”的特點(diǎn)，信號(hào)源和顯示設(shè)備之間會(huì)自動(dòng)進(jìn)行“協(xié)商”，自動(dòng)選擇zui合適的視頻/音頻格式。HDMI接口支持HDCP協(xié)議，為看有版權(quán)的高清電影電視打下基礎(chǔ)

包交換型虛擬矩陣器：

包交換型虛擬矩陣器是通過(guò)包交換的方式(通常是IP包)實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的傳輸和切換。包交換型矩陣目前已經(jīng)比較普及，比如已經(jīng)廣泛應(yīng)用的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，即在本地錄像端把圖像壓縮，然后把壓縮的碼流通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（可以是高速的專網(wǎng)、internet、局域網(wǎng)等）發(fā)送到遠(yuǎn)端，在遠(yuǎn)端解碼后，顯示在大屏幕上。包交換型數(shù)字矩陣目前有兩個(gè)比較大的局限性：延時(shí)大、圖像質(zhì)量差。由于要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此不可避免的會(huì)帶來(lái)延時(shí)，同時(shí)為了減少對(duì)帶寬的占用，往往都需要在發(fā)送端對(duì)圖像進(jìn)行壓縮，然后在接收端實(shí)行解壓縮，經(jīng)過(guò)有損壓縮過(guò)的圖像很難保證較好的圖像質(zhì)量，同時(shí)編、解碼過(guò)程還會(huì)增大延時(shí)。所以目前包交換型矩陣還無(wú)法適用于對(duì)實(shí)時(shí)性和圖像質(zhì)量要求比較高的場(chǎng)合。比較適合監(jiān)控使用，不法滿足電視和會(huì)議的要求