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音視頻矩陣切換器的設計技術要點
1. 音視頻矩陣切換器的作用
在現代多媒體會議室，為了滿足不同演示場合的需求，通常會具備多種不同的音視頻信號源和顯示終端，雖然這些音視頻信號源和顯示終端也可能會同時具備複合視頻（Composite-Video）、超級視頻（S-Video）、分量視頻（Component-Video）甚至數位視頻（DVI、SDI）的介面，但目前在多媒體視像會議中被普遍使用的還是複合視頻矩陣，主要的原因在如下幾方面:
· 複合視頻具備良好的穩定性、相容性和通用性，傳輸帶寬小，傳輸距離長。但色度和亮度共用4.2MHz（NTSC）或5.0~5.5MHz（PAL）的頻率帶寬，互相之間有比較大的串擾，對器材和傳輸線纜的要求標準不高，信號源豐富，預埋線纜投資較低。
· 超級視頻（S-Video）雖然在減少亮度損耗、亮度/色度串擾方面明顯優於複合視頻，但對於目前常見的液晶投影機、DLP投影機並達不到非常明顯的區別，而且預埋線纜投資是複合視頻的兩倍，所以在工程長距離傳輸沒有得到普遍的使用。
· 分量視頻在信號格式的級別上已經明顯高於複合視頻或超級視頻，但目前在會議室多數是為電腦顯示（VGA或RGBHV信號格式）服務，對器材和傳輸線纜的要求很高（取決於預期的設計標準和投資預算），預埋線纜投資很高。
· 類似Y,R-Y,B-Y、Y,Cr,Cb的分量視頻信號目前主要應用在廣電行業，而且會逐漸向SDI或HD-SDI的數位信號格式過渡，由於信號源和資金預算的限制，會議室使用不多。DVI信號由於有效傳輸距離的限制（5米左右），目前沒有得到廣泛應用。
綜上所敘，習慣上音視頻矩陣切換器沒有特別的注明都默認是複合視頻格式。以複合視頻格式輸出的主要設備有:攝像機、實物展臺、有線電視解調器、遠端視像會議、磁帶錄影機、DVD光碟機等，音視頻矩陣切換器在系統中介於視頻源與顯示或複用終端之間，負責將不同的音視頻信號源按用戶的意願進行集中調控。
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。常規的理解是乘號前面的數字代表輸入通道的多少，乘號後面的數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），並且都能達到以下的功能:
1) 可以根據使用的需要，在不同的顯示終端上同時顯示相同或不同的視頻源內容
2) 可以將攝像機、影碟機、錄影機、有線電視、電視會議等各種視頻信號進行方便快捷的處理和調用
3) 管理員可以獨立監視任意一路視頻信號，但不會影響其他終端顯示的內容和效果
4) 管理員可以對任意視頻信號進行錄影，但不會影響其他終端顯示的內容和效果
5) 管理員可以將任意一路視頻信號送往會議終端或其他分會場，但不會影響其他埠顯示內容和效果
與BGBHV矩陣一樣，設計一個視頻矩陣的基本原則也是根據信號源和顯示終端數量的多少以決定矩陣的通道數，由於矩陣規格的差異（通道數的多少）在價格上的體現非常明顯，在預算一定的情況下，使選擇一個矩陣的通道數也會變得比較敏感，對於以後的擴展也是一個考驗。除此之外，下面敍述的幾個問題也是作為器材選型需要考慮的因素。
2. 視頻信號的帶寬
複合視頻信號根據制式的不同，信號的帶寬也有一定的差異，見下表。由於複合視頻的傳輸帶寬相對比較窄，目前在系統設計中並不是一個主要的考慮因素。
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PAL B/G/H |
PAL I |
PAL D |
PAL N |
PAL M |
NTSC |
SECAM |
每幀線數 |
625線 |
625線 |
625線 |
625線 |
525線 |
525線 |
625線 |
行頻範圍KHz |
15.625 |
15.625 |
15.625 |
15.625 |
15.75 |
15.734 |
15.625 |
場頻範圍Hz |
50 |
50 |
50 |
50 |
60 |
60 |
50 |
彩色副載波MHz |
4.43 |
4.43 |
4.43 |
3.58 |
3.58 |
3.58 |
4.4 |
信號帶寬MHz |
5.5 |
6 |
6.5 |
4.5 |
4.5 |
4.5 |
6.5 |
3. -3dB衰減點
視頻信號在理想效果內的傳輸帶寬範圍或傳輸距離稱為-3dB點，也稱為1/2功率衰減點。在-3dB點範圍內，信號不會在處理或傳輸的過程中產生嚴重損失，任何有信號輸入輸出的器材都會存在帶寬的限制，視頻信號平坦的頻率回應在-3dB點之前，同時還要注意所選擇的器材帶寬是否在“滿負載（Fully Loaded）”的狀態測試。因為有很多品牌的標稱參數是在“點對點”的狀態下測試，當系統在滿負載下運行時，傳輸帶寬會大打折扣，這種標稱的參數就顯得沒有任何意義。
4. 視頻信號的線性失真
由於系統特性而產生的失真，與信號本身幅度無關，輸出信號與輸入信號之間保持線性關係，公式U2=KU1 ，其中U2代表輸出信號，K代表傳輸函數（頻率或時間函數），U1代表輸入信號。系統幅頻特性和相頻特性不均勻，是由於電路中存在電抗性元件及各種分佈參量引起。
5. 視頻信號的非線性失真
信號在傳輸中引起的失真與被傳輸信號本身的幅度有關時，這種失真稱非線性失真，輸出輸入信號之間已經不是簡單的線性關係。公式:U2=K（U1）U1，傳輸函數K（U1）不僅是頻率或時間的函數，而且是輸入信號的函數。
非線性失真由非線性元器件引起，它們的參數隨作用於它們的信號電平而變化（受信號電平大小影響）。傳輸系統的非線性與信號動態範圍有關，失真的範圍很廣，從信號成分大致分為如下內容:
· 亮度信號的非線性失真
· 色度增益的非線性失真
· 色度相位的非線性失真
· 色度、亮度的交調失真
· 微分增益失真
· 微分相位失真
· 同步信號靜態非線性失真
· 同步信號動態非線性失真
6. 行時間波形失真
反映行頻至500KHz的中頻失真，代表圖像中較大尺寸內容在水準方向的亮度變化，中頻失真會造成圖像沿水準方向界限不清，嚴重時造成水準方向拖尾，有點類似RGBHV信號的“低頻響應不良”故障。
7. 色度/亮度增益差
輸出信號亮度分量和色度分量幅度比與輸入信號幅度比的改變稱為色度/亮度增益差，由於通道對色度分量和亮度分量的放大不一致造成。色飽和度失真，類似色飽和度調節不當，增益差為負時，圖像色彩變淡、人物神色不佳；增益差為負時，顏色過濃、輪廓不分明，類似濃重的填色畫，缺乏真實感。
8. 亮度非線性
當平均圖像電平為某一定值時，將起始電平從消隱電平逐步增加到白電平的小幅度階躍，信號加至通道輸入端、輸出端相應各階躍幅度比值間的最大差值。
亮度非線性會造成圖像失去灰度、層次減少、解析度降低（由於色度信號是迭加在亮度信號上），產生色飽和度失真。亮度非線性由元器件的非線性造成:工作點不對，輸入幅度過大。
9. 微分增益失真
由於圖像亮度信號幅度變化引起色度信號幅度的失真稱為微分增益失真，不同亮度背景下的色飽和度失真，影響彩色效果（如穿鮮紅衣服從暗處走向亮處，鮮紅衣服變濃或變淡）。
GY/T107-92（電視播控系統視頻運行指標）甲級標準規定微分增益失真±0.2°，目前具備良好性能的視頻矩陣都會控制在±0.1°。
10. 微分相位失真
由於圖像亮度信號幅度變化引起色度信號相位的失真稱為微分相位失真，不同亮度背景下色調產生失真，會造成某種顏色變成其他顏色（如穿鮮紅衣服從暗處走到亮處，鮮紅衣服會偏黃或偏紫）。
在NTSC系統中，彩色信號向量角的變化代表了色調的變化，所以微分相位對信號的影響是很嚴重的。而PAL系統因為採用了逐行倒相技術，所以自身補償作用使得用色飽和度的變化代替了色調的變化。總的來說，微分相位是用來描述亮度信號的幅度變化對彩色色調影響的一個參數。
GY/T107-92（電視播控系統視頻運行指標）甲級標準規定微分相位失真±0.2%，目前具備良好性能的視頻矩陣都會控制在±0.1%。
11. 微分失真的原因
色度信號4.43MHz±1.3M處在視頻高端，容易受通道中分佈參量影響:工作點的不正確對結電容影響大，從而影響傳輸通道的阻抗參量。
控制微分相位失真和微分增益失真，需要保證傳輸通道中視頻放大器和視頻處理單元，要有足夠大的動態範圍，改善傳輸通道的幅頻特性和相頻特性，嚴格控制元器件分佈參量的影響。
12. 色度/亮度交調失真
把規定幅度的色度信號迭加在恒定幅度的亮度信號上並加至通道的輸入端，而平均圖像電平保持在某一特定值時，輸出端由於迭加的色度信號而引起亮度信號幅度的變化稱為色度/亮度交調失真。
在彩色信號中，色度信號是迭加在亮度信號上的，由於系統非線性存在，會使色度信號的正負半周失去對稱性，相當於產生了一個直流分量（軸移），它使亮度信號出現非線性幅度失真，失真大小隨副載波幅度變化，是微分相位增益的逆過程。
圖像出現彩色字幕時，失真較明顯，彩色字幕相對應的背景亮度上的對比度產生失真。
13. 隨機信噪比
隨機信噪比指整個頻譜上的雜波，但是高頻的雜波干擾在圖像上表現的是細小的微粒，人眼不易察覺，因此加上一加權網路，使干擾的情況符合人眼觀看的實際狀況，稱為隨機信噪比的加權。
14. 週期信噪比
週期信噪比來自電源干擾:1KHz以內交流聲及其諧波的干擾，原因是穩壓電源紋波係數大、空間交流電磁場感應、接地不良或地線佈置不合理（接地點地電位不同引起的共模干擾）、箝位元電路不良造成。週期噪音會造成靜止或滾動黑條、黑帶，嚴重時垂直方向圖像扭動，破壞同步 |
