矩陣切換器就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(shè)備,如兩臺電腦主機要共用一個顯示器,矩陣切換器可以將兩臺電腦主機上的內(nèi)容任意切換到同一個或多個顯示器上. 矩陣切換器是一類切換多路信號的輸出的設(shè)備。

　　一、矩陣定義

　　矩陣的概念引用高數(shù)中的線性代數(shù)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(jié)構(gòu)，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，如下圖。

　　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(guān)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(jīng)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，并將其分配成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(jié)構(gòu)稱為矩陣，而將M×1的結(jié)構(gòu)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。

　　二、功能

　　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(jù)需要選擇多路(包括1路)信號進行輸出，完成信號的選擇。

　　目前主要應(yīng)用是大屏幕拼接，視頻會議工程，AV工程、監(jiān)控、BSV液晶拼接等等需要用到多路音視頻信號交替使用的工程中。

　　三、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(guān)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(shù)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(lián)接，也可完成信號的選擇，第三種方式是根據(jù)電路原理，利用芯片內(nèi)部電路的導(dǎo)通與關(guān)閉進行接通與關(guān)斷，并可通過電平進行控制完成信號的選擇。

　　繼電器方式與芯片方式各有優(yōu)缺點。

　　繼電器方式：

　　如果不考慮輸入匹配與輸出驅(qū)動的電路部分的話，它與聯(lián)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，是沒有什么指標概念的(最多有接觸電阻和反應(yīng)時間)，因此技術(shù)指標好且價格低廉，其缺點在于穩(wěn)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，由于線路板走線原因，不能做的規(guī)模較大。

　　芯片方式：

　　由于靠電路進行接通與關(guān)斷，芯片本身存在技術(shù)指標(在輸入匹配與輸出驅(qū)動一樣的情況下)，因此要保障技術(shù)指標，就要選擇專用的切換芯片，因此價格較高，但穩(wěn)定性好，可形成的矩陣規(guī)模較大。

　　四、矩陣切換器應(yīng)保證的技術(shù)指標

　　矩陣切換器根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，所要求的技術(shù)指標也不同。以廣電行業(yè)為例，為保證終端的顯示質(zhì)量，廣電行業(yè)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(shù)指標分配，對模擬矩陣切換和分配，所定的技術(shù)指標如表：GB/T14236-93 實例指標：

　　五、分類

　　A.矩陣切換器按類型分為九種：

　　HDMI信號矩陣切換器、DVI信號矩陣切換器、VGA信號矩陣切換器、RGB信號矩陣切換器、分量視頻信號矩陣切換器、混合視頻信號矩陣切換器、音視頻信號矩陣切換器、音頻信號矩陣切換器和視頻信號矩陣切換器。

　　B.按行業(yè)應(yīng)用分：

　　監(jiān)控行業(yè)、廣電行業(yè)、視頻會議行業(yè);VGA信號應(yīng)用，由于VGA信號帶寬較寬，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盡可能高，且必須保持一致，應(yīng)該按照廣播級對分量設(shè)備的技術(shù)要求。

　　矩陣切換器-相關(guān)產(chǎn)品

　　分配器：將單路信號在沒有信號損失的情況下分成多路相同的信號，輸出給多個顯示設(shè)備。

　　長線驅(qū)動器：整合VGA信號在長距離傳輸中出現(xiàn)的拖尾重影等問題。

　　選擇器：將多路輸入信號選擇其中一路輸出給顯示設(shè)備。

　　切換矩陣：將多種信號源選擇兩種或兩種以上輸出給不同的顯示設(shè)備。此外還有開關(guān)器;倍線器等。

　　矩陣切換器可獨立成為音頻切換矩陣，也可以使用專用級聯(lián)線纜實現(xiàn)和VIDEO,VGA,RGB矩陣實現(xiàn)同步切換。該設(shè)備具有斷電現(xiàn)場保護功能，能保存設(shè)備關(guān)機前的工作狀態(tài)，具備與計算機聯(lián)機使用的RS-232通訊接口，并提供通訊協(xié)議和演示程序，方便聯(lián)機使用。

　　六、特性

　　·實現(xiàn)自動增益技術(shù), 帶有斷電現(xiàn)場保護功能;

　　·自帶輪巡功能，可設(shè)置輪巡開關(guān)、輪巡時間與輪巡通道;

　　·提供最多32個用戶自定義的輸出通道配置方案，并可對方案進行儲存與調(diào)用;

　　·可以通過矩陣控制服務(wù)器IP地址對矩陣進行控制;

　　·支持面板控制、遙控控制、串口控制方式;

　　·面板、遙控器鎖定功能;

　　·恢復(fù)設(shè)備出廠設(shè)置;

　　·前面板LCD狀態(tài)顯示;

　　·LCD屏幕保護功能;

　　·蜂鳴器開關(guān)設(shè)置;

　　·通過拼接按鈕控制，實現(xiàn)拼接功能。

　　七、技術(shù)參數(shù)

　　基 本

　　帶寬400Mhz(-3db)滿載 亮色度干擾-55dB@5Mhz 微分相位0.05o(RL=150Ω) 微分增益0.05%(RL=150Ω) 最大傳播延時5ns(±1) 切換速度≤180ns

　　視頻信號輸入

　　------- 信號類型VGA-UXGA 視頻信號 接口VGA15HDF 接口 最小電平0.5Vp-p 最大電平1.0Vp-p 阻抗75Ω 回波損耗-30db@5MHz

　　信號輸出

　　------- 信號類型VGA-UXGA 視頻信號 接口VGA15HDF 接口 輸出電平0.7Vp-p 阻抗75Ω 回波損耗-30db@5MHz 直流補償最大 5mV

　　同步

　　------- 輸入/輸出信號類型TTL 輸入電平0V-5.0Vp-p:4.0V 輸出電平5Vp-p 輸入阻抗510Ω 輸出阻抗75 Ω 極性正或負(與輸入完全一致)

　　控制類型

　　串行控制接口RS-232，9針母D型接口 波特率與協(xié)議波特率9600 數(shù)據(jù)位8位 停止位1，無奇偶校驗位 串行控制口結(jié)構(gòu)2=TX，3=RX，5=GND 無線技術(shù)IR 紅外遙控 矩陣切換器-矩陣切換器應(yīng)用。

　　廣泛應(yīng)用于需要切換和選擇VGA信號的各類場合，如：廣播電視、大屏幕投影電視、電化教育、電視電話會議、多媒體會議室、公司會議室、部隊、政府機關(guān)、控制中心、教室、飯店、家庭影院以及視頻會議室等。

　　八、接口定義

　　VGA 接口采用非對稱分布的15pin 連接方式，其工作原理：是將顯存內(nèi)以數(shù)字格式存儲的圖像(幀) 信號在RAMDAC 里經(jīng)過模擬調(diào)制成模擬。

　　高頻信號，然后再輸出到投影機成像，這樣VGA信號在輸入端( 投影機內(nèi)) ，就不必像其它視頻信號那樣還要經(jīng)過矩陣解碼電路的換算。

　　從前面的視頻成像原理可知VGA的視頻傳輸過程是最短的，所以VGA 接口擁有許多的優(yōu)點，如無串擾無電路合成分離損耗等。

　　九、常見問題

　　1) 種類選擇

　　廣電和視訊會議應(yīng)用，應(yīng)選用廣播級產(chǎn)品，監(jiān)控應(yīng)用可采用監(jiān)控類產(chǎn)品，VGA信號(有些人也將其視為視頻)要采用VGA信號矩陣。

　　2) 大小選擇

　　在一個工程中，應(yīng)將音頻信號和視頻信號和VGA信號看成三種不同的媒體。音頻信號一般情況下輸入數(shù)量較多，如話筒和CD以及碟機的音頻等，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(diào)音臺進行混音，有可能需要幾路信號，因此音頻矩陣的輸出不會很大，比如可以32×8或64×8，但沒必要選擇32×32或64×64，除非是廣電和視訊會議傳輸，每路視頻一定會有音頻同步傳送。

　　在設(shè)計方案時，信號源的數(shù)量比較容易確定，看看有多少個信號源，矩陣的輸入數(shù)量就定下來了，但要考慮好獨立的輸出通道個數(shù)，這是根據(jù)系統(tǒng)的操作模式而定，有時可能有幾臺顯示設(shè)備之間僅有分配關(guān)系(彼此永遠一致，不獨立)那么就可考慮占用一個輸出口再加分配器，如果這些設(shè)備有可能是獨立的，那么還是各占一個獨立的輸出口好一些。

　　十、矩陣切換器的現(xiàn)實應(yīng)用以及產(chǎn)品分類

　　矩陣切換器的功能是將一路或多路音視頻信號分別傳輸給一個或者多個顯示設(shè)備，因此我們可以按照信號源的不同來分類矩陣切換器。也就是，根據(jù)想要切分的信號不同，來確定矩陣切換器的種類。矩陣切換器按信號源的類型可以分為：VGA、AV、VIDEO、DVI、HDMI矩陣切換器等等。例如：VGA矩陣切換器就是輸入輸出信號為VGA信號的矩陣切換器。其它類型可以類推。像矩陣就有很多種類如AV矩陣、VGA矩陣、RGB矩陣、DVI矩陣等，下面將著重介紹一下幾種常見信號源的種類。

　　矩陣，實現(xiàn)多路信號進，多路信號輸出，可以將任意一個輸出口進行信號切換，來輸出任意一個輸入信號。

　　VGA信號：

　　顯卡所處理的信息最終都要輸出到顯示器上，顯卡的輸出接口就是電腦與顯示器之間的橋梁，它負責向顯示器輸出相應(yīng)的圖像信號。CRT顯示器因為設(shè)計制造上的原因，只能接受模擬信號輸入，這就需要顯卡能輸入模擬信號。VGA接口就是顯卡上輸出模擬信號的接口，VGA(Video Graphics Array)接口，也叫D-Sub接口。雖然液晶顯示器可以直接接收數(shù)字信號，但很多低端產(chǎn)品為了與VGA接口顯卡相匹配，因而采用VGA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。VGA接口是顯卡上應(yīng)用最為廣泛的接口類型，絕大多數(shù)的顯卡都帶有此種接口。

　　目前大多數(shù)計算機與外部顯示設(shè)備之間都是通過模擬VGA接口連接，計算機內(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三原色信號和行、場同步信號，信號通過電纜傳輸?shù)斤@示設(shè)備中。對于模擬顯示設(shè)備，如模擬CRT顯示器，信號被直接送到相應(yīng)的處理電路，驅(qū)動控制顯像管生成圖像。而對于LCD、DLP等數(shù)字顯示設(shè)備，顯示設(shè)備中需配置相應(yīng)的A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。在經(jīng)過D/A和A/D2次轉(zhuǎn)換后，不可避免地造成了一些圖像細節(jié)的損失。VGA接口應(yīng)用于CRT顯示器無可厚非，但用于連接液晶之類的顯示設(shè)備，則轉(zhuǎn)換過程的圖像損失會使顯示效果略微下降。VGA矩陣實現(xiàn)的是多路VGA信號輸入，多路信號輸出。

　　RGB信號：

　　對一種顏色進行編碼的方法統(tǒng)稱為"顏色空間"或"色域"。用最簡單的話說，世界上任何一種顏色的"顏色空間"都可定義成一個固定的數(shù)字或變量。RGB(紅、綠、藍)只是眾多顏色空間的一種。采用這種編碼方法，每種顏色都可用三個變量來表示-紅色、綠色以及藍色的強度。記錄及顯示彩色圖像時，RGB是最常見的一種方案。但是，它缺乏與早期黑白顯示系統(tǒng)的良好兼容性。因此，件多電子電器廠商普遍采用的做法是，將RGB轉(zhuǎn)換成YUV顏色空同，以維持兼容，再根據(jù)需要換回RGB格式，以便在電腦顯示器上顯示彩色圖形。RGB矩陣是將VGA信號轉(zhuǎn)換成RGB信號來實現(xiàn)矩陣功能。

　　AV信號：

　　AV端口(又稱復(fù)合端口)原文為Composite video connector，是家用影音電器用來傳送類比視訊的常見端口。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。歐洲的電視機通常以SCART端口取代RCA端口，不過SCART的設(shè)計上可以載送畫質(zhì)比YUV更好的RGB訊號，故也被用來連接顯示器、電視游樂器或DVD播放機。在專業(yè)應(yīng)用當中，也有使用BNC端口以求獲得更佳訊號品質(zhì)。在AV端口中傳送的是類比電視訊號的三個來源要素：Y、U、V，以及作為同步化基準的脈沖信號。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信號存在就可以看到黑白的電視影像。U信號與V信號之間承載了顏色的資料，U和V先被混合成一個信號中的兩組正交相位(此混合后的信號稱為彩度(chrominance))，再與Y信號作加總。因為Y是基頻信號而UV是與載波混合在一起，所以這個加總的動作等同于分頻多工。

　　十一、控制方式

　　按鍵控制：通過面板按鍵直接切換;

　　紅外遙控控制：使用紅外遙控器進行遙控切換;

　　明控矩陣管理軟件：由專用矩陣管理軟件軟件控制,連接接口可以使用RS232接

　　口或TCP/IP接口(可選配);

　　觸摸屏控制及面板：使用可編程觸摸屏 或者面板 連接

　　即插即用;

　　中控控制：可以用中控控制和切換;

　　一般指在多路輸入的情況下有多路的輸出選擇，形成的矩陣結(jié)構(gòu)，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，一般習慣中，將形成M×N的結(jié)構(gòu)稱為矩陣切換器，而將M×1的結(jié)構(gòu)稱為切換器或選擇器，1×M的結(jié)構(gòu)稱為分配器。矩陣的原理是利用芯片內(nèi)部電路的導(dǎo)通與關(guān)閉進行接通與關(guān)斷，并可通過電瓶進行控制完成信號的選擇。