视频矩阵的作用及技术设计要点解析

1. 视频矩阵的作用

    在现代多媒体会议室，为了满足不同演示场合的需求，通常会具备多种不同的音视频信号源和显示终端，虽然这些音视频信号源和显示终端也可能会同时具备复合视频（Composite-Video）、超级视频（S-Video）、分量视频（Component-Video）甚至数字视频（DVI、SDI）的接口，但目前在多媒体视像会议中被普遍使用的还是复合视频矩阵，主要的原因在如下几方面：

    * 复合视频具备良好的稳定性、兼容性和通用性，传输带宽小，传输距离长。但色度和亮度共享4.2MHz（NTSC）或5.0~5.5MHz（PAL）的频率带宽，互相之间有比较大的串扰，对器材和传输线缆的要求标准不高，信号源丰富，预埋线缆投资较低。

    * 超级视频（S-Video）虽然在减少亮度损耗、亮度/色度串扰方面明显优于复合视频，但对于目前常见的液晶投影机、DLP投影机并达不到非常明显的区别，而且预埋线缆投资是复合视频的两倍，所以在工程长距离传输没有得到普遍的使用。

    * 分量视频在信号格式的级别上已经明显高于复合视频或超级视频，但目前在会议室多数是为电脑显示（VGA或RGBHV信号格式）服务，对器材和传输线缆的要求很高（取决于预期的设计标准和投资预算），预埋线缆投资很高。

    * 类似Y,R-Y,B-Y、Y,Cr,Cb的分量视频信号目前主要应用在广电行业，而且会逐渐向SDI或HD-SDI的数字信号格式过渡，由于信号源和资金预算的限制，会议室使用不多。DVI信号由于有效传输距离的限制（5米左右），目前没有得到广泛应用。

    综上所叙，习惯上音视频矩阵没有特别的注明都默认是复合视频格式。以复合视频格式输出的主要设备有：摄像机、实物展台、有线电视解调器、远程视像会议、磁带录像机、DVD光碟机等，音视频矩阵在系统中介于视频源与显示或复用终端之间，负责将不同的音视频信号源按用户的意愿进行集中调控。

    按照输入、输出通道的不同，常见的视频矩阵一般有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。常规的理解是乘号前面的数字代表输入通道的多少，乘号后面的数字代表输出通道的多少。不论矩阵的输入输出通道多少，它们的控制方法都大致相同：前面板按键控制、分离式键盘控制、第三方控制（RS-232/422/485等），早期有一些国产矩阵通过继电器吸合控制，这种技术目前已经淘汰。

    与BGBHV矩阵一样，设计一个视频矩阵的基本原则也是根据信号源和显示终端数量的多少以决定矩阵的通道数，由于矩阵规格的差异（通道数的多少）在价格上的体现非常明显，在预算一定的情况下，使选择一个矩阵的通道数也会变得比较敏感，对于以后的扩展也是一个考验。除此之外，下面叙述的几个技术指标也是作为器材选型需要考虑的重要因素。

    2. 视频信号的带宽

    复合视频信号根据制式的不同，信号的带宽也有一定的差异，见下表。由于复合视频的传输带宽相对比较窄，目前在系统设计中并不是一个主要的考虑因素，但在设计时需要考虑整个系统传输的带宽瓶颈。专业的音视频矩阵目前普遍都高达150MHz（-3dB，满负载）的带宽，由于应用的要求不同，大部分监控矩阵都不会提供带宽的参数，偶然提供的标称带宽也比较含糊，极有可能是内部某个芯片的带宽而已，但因为视频矩阵的电子线路涉及大量的信号分配与切换，这种矩阵的标称带宽会存在很多的瓶颈，真正使用中会暴露许多带宽不够引发的问题。

    3. 满负载-3dB衰减点

    视频信号在理想效果内的传输带宽范围或传输距离称为-3dB点，也称为1/2功率衰减点。在-3dB点范围内，信号不会在处理或传输的过程中产生严重损失，任何有信号输入输出的器材都会存在带宽的限制，视频信号平坦的频率响应在-3dB点之前，同时还要注意所选择的器材带宽是否在“满负载（Fully Loaded）”的状态测试。因为有很多品牌的标称参数是在“点对点”的状态下测试，当系统在满负载下运行时，传输带宽会大打折扣，这种标称的参数就显得没有任何意义。下表归纳了不同衰减点对实际信号电平的对应值：

    4. 输入输出阻抗

    输入输出阻抗是描述矩阵技术规格的重要参数之一，它为信号的正确传输流程建立了基线。这个信号的流程维护了整个系统的动力转换。阻抗失配会造成电子信号的反射，传送波与反射波相互干扰的结果使电压幅度形成驻波，传输波与反射波电流的比值用VSWR（电压驻波比）表示：阻抗匹配误差越大，VSWR的比值也越大，器材或电缆造成的回波损耗（Return Loss）就越高。较低的阻抗失配可能不会明显作用与传输普通的复合视频信号，但传输信号的频率越高，造成的影响会越明显。

    在视频系统中，阻抗匹配是系统设计中需要严肃看待的问题。早期BNC类型的连接头同时存在50Ω和75Ω两种规格，现在视频阻抗统一75Ω，50Ω阻抗的电缆和连接头仅会应用于射频信号传输，但由于50Ω阻抗的BNC接头制作成本较低，目前仍有不少50Ω阻抗的BNC接头用在视频系统中。短距离的阻抗失配会影响图像的高频细节，引起画面出现“鬼影现象”。   

    5. 通道串扰

    通道串扰是由二个或多个信号之间的相互干扰引起，通常从一个毗连的通道把额外的信号加入有效的信号，会引起画面出现“鬼影现象”。电磁辐射、容抗感应、屏蔽不良是引起通道串扰的主要原因。通道串扰常用表示单位也是dB，而且绝对是负数，这个数值越小，通道隔离的效果越好，信号串扰的相对作用更小。任何视频矩阵在不同频率下的通道串扰数据会有区别，一般频率越高，数值越大：比如某矩阵的通道串扰在10MHz时测试是-55dB，在30MHz时测试已经达到-45dB，在100MHz时测试已经高达-37dB，可见这个矩阵的通道串扰在传输100MHz信号时要比传输10MHz信号略高。

    6. 参考资料：常用视频矩阵的典型技术参数