矩陣(矩陣切換器)

矩陣全稱為矩陣切換器，是用來切換各種信號的輸入輸出。

基本介紹

• 中文名：矩陣
• 外文名：Matrix switchers
• 全稱：矩陣切換器
• 用途：切換各種信號的輸入輸出

簡介

矩陣切換器 英文：Videomatrix switcher

VGA矩陣

矩陣的概念引用高數中的線性代數的概念，一般指在多路輸入的情況下有多路的輸出選擇，形成下圖的矩陣結構，既每一路輸出都可與不同的輸入信號“短接”，每路輸出只能接通某一路輸入，但某一路輸入都可(同時)接通不同的輸出。

輸出1=輸入1，輸出2=輸入2，而輸出3=輸出4=輸入3，或者說，每一路輸出可“獨立”地在輸入中進行選擇，而不必關心其它通道的輸出情況，即可以與其它輸出不同，也可以相同。舉例說，8選4是指有4個獨立的輸出，每個輸出可在8個輸入中任選，或者說有4個獨立的8選1，只是8個輸入是相同的。經常與此混淆的是分配的概念，比如8選1分4，是指在8個輸入中選擇出1個輸出，並將其分配成4個相同的輸出，雖然外觀上看有4個輸出，但這4個輸出是相同的，而不是獨立的。一般習慣中，將形成M×N的結構稱為矩陣，而將M×1的結構稱為切換器或選擇器，其實不過N=1而已，我們在討論時都當作矩陣對待。

矩陣切換器的功能是在多路信號輸入的情況下，可獨立地根據需要選擇多路(包括1路)信號進行輸出，完成信號的選擇。

綜上所述，矩陣是用來切換各種信號的輸入輸出的一個專業產品。

分類

1.如果是音頻信號格式（A），就選擇音頻矩陣切換器。

2.如果是視頻信號格式（V），就選擇視頻矩陣切換器。

3.如果是音視頻混合信號格式（AV），就選擇音視頻矩陣切換器。

4.如果是計算機顯示信號格式（VGA），就選擇VGA矩陣切換器或RGB矩陣切換器。

5.如果是高清設備信號，就選擇DVI或HDMI矩陣切換器。

6.如果是網路數字頻信號，就要選擇網路視頻矩陣切換器。

7.如果是計算機顯示信號格式（VGA）和視頻信號格式（V），就選擇混合矩陣切換器。

8.如果是分量視頻信號格式（PbPr），就選擇分量視頻矩陣切換器。

ASD矩陣

ASD(Automatic Switching Distribution)矩陣也是矩陣的一種，全稱為ASD矩陣切換器。矩陣切換器是將一路或多路視音頻信號分別傳輸給一個或者多個顯示設備。ASD矩陣可以自動搜尋信號切換分配，支持單路或多路自動搜尋信號，並具有多種控制模式選擇，屬於矩陣行業創新產品，廣泛套用於有多個顯示設備的視頻會議室、報告廳、多功能廳及指揮中心等場所。

ASD矩陣採用高可靠性的智慧型VGA處理晶片，設計中採用容錯技術，並可以自我判斷故障點啟用備用電路，並採用了高抗干擾能力的通信接口電路，保證了信號和通信的可靠性，具有斷電現場切換記憶功能、LCD液晶屏顯示切換信息。在多路音視頻信號輸入的情況下，可獨立地根據需要選擇任意一路信號進行視頻全部輸出，音頻單路輸出。ASD矩陣支持RS-232協定和IO口觸發控制，還具有單路和多路自動搜尋信號模式，既能由管理員統一控制也可以由與會人員自行控制，使現代化智慧型會議更加自由方便。

套用

矩陣是監控系統中的模擬設備，主要負責對前端視頻源與控制線的切換控制，舉個例子，如果你有70個攝像機，可是只有7台監視器，那么矩陣可以讓你的監視器循環顯示出70個攝像機畫面輪巡功能。

VGA、AV、RGB、DVI、HDMI矩陣切換器， 可用於多路AV、VGA等信號輸入輸出交叉切換，RGB矩陣提供獨立的RGBHV分量輸入、輸出端子，每路分量信號單獨傳輸，單獨切換，使信號傳輸衰減降至最低，圖像信號能高保真輸出。RGB系列矩陣切換器，採用性能極高的處理芯，

號頻寬達350MHz，帶有斷電現場保護、LCD液晶顯示，內嵌智慧型控制及管理軟體，提供RS232通訊接口，可以與PC、遙控系統或各種遠端控制設備配合使用。RGB系列矩陣提供連網接口，可以讓多台RGB矩陣串聯使用，以擴充多路連線埠。矩陣切換器主要套用於廣播電視工程、多媒體會議廳、大螢幕顯示工程、電視教學、指揮控制中心等場合。

簡短地說，矩陣主機主要是配合電視牆使用，完成畫面切換的功能。但是常見的矩陣一般輸入（接攝像機）是16的倍數，輸出（接監視器）是4的倍數；美國AD矩陣是視頻切換矩陣的鼻祖，業界第一台視頻切換矩陣就出自AD，到目前為止，市場上的模擬視頻切換矩陣基本上還是參照AD矩陣的電路設計和架構。

矩陣套用效果圖

接口選擇

不同矩陣切換器的接口形式也不同，以視頻信號為例，常見的接口形式有：D-15型接口、BNC接口、RCA(蓮花頭)接口、DVI接口、S-VIDEO接口、RJ45接口等等。在工程套用中，要根據切換信號的格式和實際的傳輸需要選擇具體的設備接口形式。例如：計算機視頻信號選擇D-15型接口；工業和軍工視頻信號要選擇BNC接口；家用娛樂和民品視頻設備用蓮花接口；計算機數字視頻用DVI接口；網路數字視頻用RJ45接口，HDMI用數字高清專用接口，等等。接口選擇要準確，儘量不用轉接頭來轉換接口形式，造成不必要的信號損失，影響工程質量。

規模選擇

在設計方案時，信號源的數量比較容易確定，看看有多少個信號源，矩陣的輸入數量規模就定下來了。例如：

音頻信號一般情況下輸入數量較多，如話筒和CD以及碟機的音頻等，音頻矩陣輸入的規模要略大於工程中實際音頻的輸入路數。

但考慮到功放和音響一般只有一套，最多在功放之前加一級調音台進行混音，有可能需要幾路信號，因此音頻矩陣的輸出規模不會很大。

在廣電和視訊會議傳輸系統，每路視頻一定會有音頻同步傳送。因此，音視頻信號輸入、輸出規模是一致的。

在音視頻工程中有時可能有幾台顯示設備之間僅有分配關係，有些工程商採用小規模矩陣加分配器的方法。這種方法是因為工程商不了解矩陣的性能所致（或是出於經濟利益的考慮），因為矩陣產品有信號分配功能，所以不必另加分配器。選擇規模大一些的矩陣，能簡化系統複雜程度，提高圖像質量，系統擴展靈活，是對最終客戶負責的工程商所為。

總之，矩陣規模的選擇要大於實際的輸入輸出信號的數量，以備客戶將來擴展維護使用。

電路原理

切換原理上就是選擇，選擇的方式有很多種，最簡單的就是 將信號線直接接在一起，比如接線板，利用人工將輸出信號線跳接在輸入信號線上，也可完成選擇，或利用琴鍵開關完成接通與斷開，當然這是人工操作的，機械的，不存在指標等技術問題，故不作為矩陣切換討論。第二種方式，利用繼電器也可完成選擇，利用電平控制繼電器的通斷，可完成輸出線與輸入信號之間的斷開與聯接，也可完成信號的選擇，第三種方式是根據電路原理，利用晶片內部電路的導通與關閉進行接通與關斷，並可通過電平進行控制完成信號的選擇。

繼電器方式與晶片方式各有優缺點。

繼電器方式：如果不考慮輸入匹配與輸出驅動的電路部分的話，它與聯線方式一致，是靠物理接觸進行接通與斷開，從這個角度上講，是沒有什麼指標概念的(最多有接觸電阻和反應時間)，因此技術指標好且價格低廉，其缺點在於穩定性較差，畢竟是靠物理接觸，繼電器有一定壽命，原則上講，有8萬次平均無故障操作且操作時有聲響，由於線路板走線原因，不能做的規模較大，顯得不夠高檔。

晶片方式：由於靠電路進行接通與關斷，晶片本身存在技術指標(在輸入匹配與輸出驅動一樣的情況下)，因此要保障技術指標，就要選擇專用的切換晶片，因此價格較高，但穩定性好，可形成的矩陣規模較大。

矩陣切換應保證的技術指標

矩陣切換器根據不同的套用領域，所要求的技術指標也不同。以廣電行業為例，為保證終端的顯示質量，廣電行業將整個信號傳輸過程，從攝像頭開始到電視機為止，都進行了技術指標分配，對模擬矩陣切換和分配，所定的技術指標如表：GB/T14236-93與本公司KT-128*32實例指標：

指標

國標中日常用到最主要的指標如下：

1)隨機信噪比：信號通過任何設備，都會因為 引入“噪聲”而使質量變差，信噪比就是指信號與所產生的噪聲的比，該值越大，表示引入噪聲越小，在視頻信號時，(6MHZ以內)信噪比要求至少達到65dB。

2)幅頻特性：信號通過設備時，各種頻率的信號會有不同的衰減，一般是頻率越高，衰減越大，對視頻信號而言，一般不用頻寬的概念(衰減3dB時的頻率)，而是採用在6MHZ的頻譜內(視頻信號的頻譜都在6MHZ以內)最大的衰減量，標準要求不超過0.2dB，如果考慮到音頻的調製，在8MHZ內不超過0.5dB。

3) 路間串擾：多路信號在同一設備中，由於空間的輻射與電源的波動，彼此之間會形成干擾，稱為串擾。串擾不能大於-55dB。

要求

根據不同的套用，對指標的要求也不一樣。

1) 監控行業：監控行業中，由於信號只經過攝像，傳輸(一般是基帶 傳輸)，控制與顯示，且顯示時對圖象的質量要求相對較低，只要能看清，並不作轉播等工作，因此監控行業對矩陣的要求是功能多(能帶雲台控制、報警等)、指標低，此行業對矩陣的指標無明確的強制要求。

2) 廣電和視頻會議，廣電不必多言，肯定是服從國標，按廣播級標準要求，值得一提的是視頻會議領域，視頻信號要經傳輸，記錄和轉播，且客群對圖象質量也有較高要求，故應選擇廣播級指標，而不能簡單地採用監控類產品。

3) VGA信號套用，由於VGA信號頻寬較寬，而且是有五路信號(R、G、B、H、V)同時傳輸，因此要求各通道的指標儘可能高(在6MHZ之內應滿足廣電的要求)，且必須保持一致，應該按照廣播級對分量設備的技術要求。但由於VGA信號切換不象廣電中套用得廣，牽扯到廣大的用戶，故現在也沒有強制的指標標準。