多格式矩陣的優(yōu)缺點(diǎn)分析及實(shí)現(xiàn)方式

什么是多格式矩陣?

    在同一個(gè)物理機(jī)箱中處理多種信號(hào)格式的多格式矩陣，在最近變得相當(dāng)流行。這一概念初看上去很有魅力，而且在某些應(yīng)用中，具有優(yōu)于每個(gè)機(jī)箱中使用一種格式這一傳統(tǒng)方法之處。但實(shí)際情況并不總是這樣。本文將考察其中涉及的某些問題，以便幫助用戶針對(duì)自己的具體應(yīng)用，分析其相對(duì)價(jià)值。

一．

    傳統(tǒng)的廣播矩陣系統(tǒng)包括若干個(gè)以集成化系統(tǒng)形式運(yùn)行的矩陣切換臺(tái)。每種信號(hào)格式不僅是矩陣系統(tǒng)中的一個(gè)層面或級(jí)，而且通常也是一個(gè)物理分離的機(jī)箱。某些情況下所有的矩陣可能安置在一起，有時(shí)則可能分布在設(shè)施不同部分上(如圖1所示)。

    這種方式具有極大的靈活性，但也意味著這些機(jī)箱有時(shí)并未得到有效的利用，尤其是在大機(jī)箱中切換級(jí)數(shù)少的情況下。

    另一種針對(duì)較少切換級(jí)安排矩陣交叉點(diǎn)的常用方法是將一個(gè)矩陣分割成同一信號(hào)格式若干個(gè)邏輯獨(dú)立級(jí)。這種方法通常適用于3級(jí)模擬分量、或采用一個(gè)模擬視頻機(jī)箱的2級(jí)Y/C視頻矩陣(如圖2所示)。 

    分段式矩陣存在的問題是，交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)利用率很低。圖2所示的Y/C矩陣中，有50%的交叉點(diǎn)永遠(yuǎn)得不到利用。另一個(gè)問題是，它要求切換級(jí)都為相同格式。但最近的發(fā)展已經(jīng)改變了這種狀況。隨著交叉點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展，矩陣成本越來越取決于I/O的成本，而不是取決于交叉點(diǎn)的成本。此外，在同一個(gè)機(jī)箱中混合使用多種信號(hào)格式已變得相當(dāng)可行。這就支持開發(fā)多格式矩陣，這種矩陣本質(zhì)上是一種分段式矩陣，不同段可以傳載不同格式的信號(hào)。

    多格式矩陣的目標(biāo)就是，盡可能地將所有級(jí)合并到同一臺(tái)設(shè)備之中。
格式可能包括模擬和數(shù)字的、在某些情況下SD和HD的視頻和音頻；數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)間碼信號(hào)。多格式矩陣最常見的規(guī)格是128個(gè)輸入×128個(gè)輸出，但從某些制造商那里也可以買到更大或更小規(guī)格的產(chǎn)品。

多格式矩陣好處

二．

    采用多格式矩陣有幾個(gè)明顯的好處，尤其是在一個(gè)機(jī)箱既能滿足當(dāng)前需求又能滿足預(yù)期的未來擴(kuò)展這樣一些簡(jiǎn)單的情況下，好處更加明顯。但在較典型的情況下，很可能需要做出一些折衷選擇，需要對(duì)需求進(jìn)行認(rèn)真的分析，才能確定最佳的設(shè)備選擇。

（1）可升級(jí)性/擴(kuò)展能力

    擁有額外的空間用于插接模塊，以便將來增加容量，是非常有用的。多格式設(shè)計(jì)使我們能夠擴(kuò)展現(xiàn)有級(jí)數(shù)，增加新層級(jí)和/或用一種信號(hào)格式替代另一種格式。

（2）簡(jiǎn)化安裝過程

    由于許多單位已經(jīng)削減了其內(nèi)部技術(shù)人員的數(shù)量，所以新進(jìn)設(shè)備盡可能地容易安裝是非常重要的。采用單機(jī)箱形式的多格式矩陣為快速、簡(jiǎn)易的安裝提供了可能性。

（3）較少的機(jī)箱數(shù)/電源等

    由于一個(gè)多格式矩陣往往可以取代若干個(gè)具有不同格式的矩陣，所以使用多格式機(jī)箱可以減少組件的數(shù)量，同時(shí)可以節(jié)省采購和維護(hù)費(fèi)用，以及機(jī)架空間。

（4）合并同一級(jí)上的多種格式

    有些系統(tǒng)可以將模擬輸入選通到數(shù)字輸出或?qū)��?shù)字輸入選通到模擬輸出，從而提高系統(tǒng)的靈活性，減少對(duì)連接線和外部轉(zhuǎn)換器的需求。此外，許多HD矩陣還能夠處理同一級(jí)上的SD及其它碼率信號(hào)，從而使我們能夠更加靈活地利用矩陣中的數(shù)字視頻級(jí)。

（5）減少對(duì)控制板的需求

    大多數(shù)情況下，每個(gè)矩陣機(jī)箱需要有一只其自己的內(nèi)部控制器，所以，單一機(jī)箱可減少系統(tǒng)中需要的控制器數(shù)目，因而節(jié)省成本。

    在實(shí)際系統(tǒng)中，這些優(yōu)點(diǎn)中有些可能會(huì)受到很大的限制，有許許多多的折衷必須予以考慮。很多系統(tǒng)都需要使用一個(gè)以上的矩陣機(jī)箱，需要對(duì)包括全部采用多格式矩陣、混合使用多格式和單格式矩陣、或全部采用單格式矩陣等多種備選配置方案進(jìn)行比較。每一組要求都是獨(dú)一無二的，事先進(jìn)行精心規(guī)劃，同時(shí)合理地預(yù)計(jì)未來的需求，可以為以后節(jié)省大量的時(shí)間和金錢。

較少的機(jī)箱數(shù)/電源等

3．

   （1）機(jī)箱數(shù)目與機(jī)架空間
    
    這一優(yōu)點(diǎn)隱含的前提條件是“只要單機(jī)箱是夠用的”。很多情況下都需要使用一個(gè)以上的機(jī)箱，所以需要對(duì)不同系統(tǒng)配置中所需要的機(jī)架空間總數(shù)、所使用增加一個(gè)8U的多格式機(jī)箱更小、更便宜。另一方面，較大的機(jī)箱能提供較大的擴(kuò)展容量。
   （2）音頻與視頻共處
對(duì)那些確實(shí)能裝在一個(gè)機(jī)箱中的系統(tǒng)來說，有些設(shè)備中可能存在的一個(gè)問題就是，需要將所有的線纜，特別是視頻和音頻線纜，集中在同一個(gè)位置上。這并不總是好事。將音頻矩陣系統(tǒng)與其它音頻設(shè)備放在同一個(gè)地方，將視頻矩陣系統(tǒng)與其它視頻設(shè)備放在同一個(gè)地方，用控制線纜連接各個(gè)機(jī)箱這一做法，在固定式和移動(dòng)式設(shè)備中都很常見。保留這種靈活性是值得考慮的，特別是在未來的擴(kuò)展很可能意味著需要使用一個(gè)以上機(jī)箱的情況下。

4．合并同一級(jí)上的多種格式

   探討。

    （1）音頻

     大多數(shù)現(xiàn)有的多格式矩陣都是在內(nèi)部以AES數(shù)字信號(hào)的形式為所有音頻選擇路由的，根據(jù)外部線路的需要對(duì)模擬輸入和輸出進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種能力是極其有用的     因?yàn)榇蠖鄶?shù)設(shè)施，甚至是那些主要采用數(shù)字式的設(shè)施中，仍擁有一定數(shù)量的模擬音頻設(shè)備。這種利用最新轉(zhuǎn)換技術(shù)的音頻處理方法在聲學(xué)上是透明的。唯一的缺點(diǎn)就是，與獨(dú)立地為模擬層和數(shù)字級(jí)選擇路由的方法相比，成本有所增加。盡管這一特點(diǎn)非常寶貴，但應(yīng)該說明的是，它并不是多格式矩陣所專有的，許多高端專用音頻矩陣也已經(jīng)采用了這種方法。

     （2）視頻

    乍一看，同樣的情況應(yīng)該也適用于視頻，確實(shí)也有些矩陣能夠做到這一點(diǎn)。但實(shí)際情況要復(fù)雜得多，而且很多情況下并不適用。
  
    盡管在有些設(shè)備中需要對(duì)模擬和數(shù)字視頻進(jìn)行雙向路由選擇，但這種情況遠(yuǎn)不像音頻中那樣常見。除非使用極其昂貴的轉(zhuǎn)換器，否則解碼過程和編碼過程中都很可能產(chǎn)生失真�？紤]這方面的問題時(shí)，第一步就是要明確地定義，模擬輸入和模擬輸出的用處究竟是什么。

     矩陣輸入端上的模/數(shù)轉(zhuǎn)換可用于將現(xiàn)有的模擬源信號(hào)輸入到數(shù)字設(shè)備中。在這種應(yīng)用中，轉(zhuǎn)換與解碼的質(zhì)量是非常重要的，因?yàn)樵撔盘?hào)可能被插入到高質(zhì)量分量數(shù)字素材中。高質(zhì)量轉(zhuǎn)換器是能買到的，但價(jià)格并不便宜。規(guī)模和成本的制約意味著在矩陣的前端使用很多這樣的轉(zhuǎn)換器時(shí)，必須做出某些折衷。如果大部分的模擬輸入會(huì)同時(shí)被使用，則這可能是最佳方案。另一方面，如果只有很少的模擬源信號(hào)偶爾被使用一兩次，則只使用少量質(zhì)量較高的外部轉(zhuǎn)換器并將它們與模擬矩陣和連接線管理系統(tǒng)集成到一起。可能更有意義。

     對(duì)模擬輸出常見的需求是用它們向監(jiān)視器饋送信號(hào)，而這種需求是一個(gè)可以使用低檔數(shù)-模轉(zhuǎn)換器來滿足的需求。在許多情況下，這樣做仍然可能是毫無意義的。安裝在監(jiān)視器上的低成本“磚”型數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和安裝在監(jiān)視墻附近的同樣是低成本的轉(zhuǎn)換器機(jī)箱，都是很常用的，尤其是在移動(dòng)新聞車中，更加常見�？傮w上說，這是一種比將這種能力設(shè)置在矩陣內(nèi)部更靈活、成本也更低的方案。另一種監(jiān)視方法是采用各種多畫面分割器，后者大多采用SDI信號(hào)而不是模擬信號(hào)。在Quartz公司的Xenon矩陣中，甚至于通過向插入矩陣上的一系列Signal Processing Technology（信號(hào)處理技術(shù)）模塊中增加一個(gè)多畫面分割器裝置，這種能力搬移進(jìn)了矩陣內(nèi)部。

    了能將模擬輸出饋送到現(xiàn)有的制作設(shè)備中，有些供應(yīng)商推出了質(zhì)量極高的矩陣內(nèi)置式數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。這在某些設(shè)備中可能帶來嚴(yán)重的問題。許多工程師會(huì)想當(dāng)然地認(rèn)為，來自定時(shí)矩陣系統(tǒng)的模擬輸出能以這種方式加以利用，但絕大多數(shù)這種類型的設(shè)備都沒有彩色定時(shí)模擬輸出。一般說來，這些信號(hào)擁有H和V定時(shí)，但也擁有隨機(jī)的副載波相位，因?yàn)榫仃囋O(shè)備沒有副載波基準(zhǔn)信號(hào)。這就導(dǎo)致了質(zhì)量嚴(yán)重劣化的圖像。

（3）HD/SD級(jí)

   很多矩陣都具有在HD級(jí)上為多種低碼率信號(hào)選擇路由的能力。盡管你不可能將HD輸入選通給SD輸出或?qū)�SD輸入選通給HD輸出，但這種能力仍然使我們能夠更加靈活地利用該矩陣。在許多情況下，HD輸入輸出能力比SD昂貴，所以即使只有很少幾個(gè)HD源信號(hào)，擁有全部HD SDI能力在財(cái)務(wù)上可能有也可能沒有什么意義。
這里，需要認(rèn)真考慮的主要東西是，檢查HD輸入端在傳輸SD信號(hào)時(shí)的輸入均衡能力�，F(xiàn)有的HD輸入芯片具有類似于SD專用芯片的性能，典型情況是使用250米的電纜；但有些矩陣使用的是上一代的芯片，后者限制SD信號(hào)的輸入電纜長(zhǎng)度為小于100米，至于HD信號(hào)也使用同樣的長(zhǎng)度。

減少對(duì)控制卡板的需求

5．

（1）單機(jī)箱系統(tǒng)

    用單機(jī)箱多格式系統(tǒng)取代若干個(gè)單格式機(jī)箱可能會(huì)帶來控制方面的節(jié)省。一般情況下，每個(gè)矩陣機(jī)箱需要有其自己的控制器模塊，所以一個(gè)機(jī)箱就意味著只需要一臺(tái)控制器（有些情況下是一對(duì)冗余控制器）。值得指出的是，實(shí)際情況不一定總是如此。很多矩陣除了機(jī)箱中的控制器之外，還需要使用一臺(tái)外置式系統(tǒng)控制器，所以即使是在單機(jī)箱系統(tǒng)中，也可能需要兩臺(tái)控制器。大多數(shù)Quartz系統(tǒng)的控制盤可以直接連接到機(jī)箱控制器上，所以單機(jī)箱式Quartz系統(tǒng)，如Xenon系統(tǒng)，只需要一臺(tái)控制器。

（2）多機(jī)箱系統(tǒng) 

     一般說來，在多機(jī)箱系統(tǒng)中，每個(gè)機(jī)箱需要有其自己的控制器模塊（大多數(shù)情況下還需要一臺(tái)系統(tǒng)控制器）。這是Quartz公司的多格式矩陣Xenon有其優(yōu)勢(shì)的地方，即擴(kuò)展機(jī)箱并不需要有其自己的控制板。在考慮矩陣系統(tǒng)時(shí)，值得注意的是，矩陣機(jī)箱控制器能否直接連接到控制盤和各種其它設(shè)備上以及是否必須使用系統(tǒng)控制器。此外還必須核實(shí)，擴(kuò)展機(jī)箱是否需要有其自己的機(jī)箱控制板。 結(jié)束語
多格式矩陣在合適的設(shè)施中可能是一個(gè)極好的選擇，但重要的是要考察系統(tǒng)要求的各個(gè)方面。有時(shí)，在一或多級(jí)上采用小型單格式矩陣可能更加有效。Quartz公司可以幫助你分析你的需求，并提出一個(gè)或多個(gè)基于這

    種方式的備選方案。