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世博中国馆
日期: 2017-07-21
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  DVI信号的工程应用中有两大问题需要解决,因为信号源和显示设备都已具有DVI接口,因此,传输和切换就成为主要问题,关于DVI的传输,前面已有文章作过专门讨论,现在主要讨论DVI的矩阵切换问题。

  DVI信号是最大码流1.65G(1600×1200×60时)的四路数字信号,在作矩阵切换时有许多与模拟矩阵不同的问题。如果是一般的DVI切换,可利用DVI的解/编码等芯片完成(甚至也有用继电器方式解决的,在实际使用中根本不可取,因为没有驱动能力,传输距离太短)。例如将DVI信号解码为并行数据,由于此时码流较低(最大为165MHZ),可利用通用数字电路进行切换,然后再编码。但由于走线结构问题,这种方式可形成的切换器较小,在2选1,4选1这种范围,再大时就很难完成了,因此要用到专用的高速芯片完成矩切换,如目前已有的3.3G的切换芯片就可构成8选8的DVI矩阵切换。

  相比之下,切换芯片本身倒不是矩阵切换器的主要问题,主要问题在于其间的技术工艺问题,最典型的问题是驱动能力和走线工艺。

  DVI信号正常的传输距离在7米左右,作为矩阵切换器的输入/输出端口,因为不知道信号是从多远处“走”来的,还“剩”多少驱动能力,而切换器本身要有接插件和内部走线(接插件对驱动能力的损失比我们预想的大很多),工程中不可能去冒险只利用原信号的驱动能力,因此会在输入端口先进行Repeater,完成切换器与路程的“隔离”,形成“一个标准长度”。同理在输出端口上也不敢不作驱动处理,否则输出的线路有可能(极有可能)达不到“一个标准长度”(实验结果是最多能保留一半),这样矩阵对外部条件要求得太高,工程中无法应用。这种“隔离”的作法相当于加了16套Repeater,成本有较大增加,并在内部的联接和走线方面带来许多技术问题。将输入和输出端口完全隔离的作法也有其配备灵活的好处。实际工程中,如果事先能考虑到走线的距离和信号接口,就可利用输入,输出接口板替换的方式,完成多种功能组合。例如输入接口板可以是简单的Repeater;也可以是光纤接收器,直接从光纤中得到DVI信号;也可以是电缆均衡器(Cable Equalizer)完成长线接收;也可以是VGA转DVI的转换器,可将少量的VGA信号转换为DVI信号,形成全数字系统。也在考虑将Video和Audio信号进行数字转换的接口板,完成下面要谈到的多媒体数字矩阵的功能。输出口亦然,简单的Repeater完成“一个标准长度”的输出;光纤发射器,将DVI信号直接转换为光信号进入光纤传输系统;也可将DVI转换为VGA信号,完成某些特殊应用;也可输出模拟或数字的Video、Audio信号。组合应用非常灵活。

  目前所应用的是一块34×34,3.3G码流的数字切换芯片,按DVI信号4组为一路计算,可形成8×8的DVI矩阵(实际上输入和输出各富余2路),如果DVI信号没有那么多,例如只有5×4的DVI信号,那么输入,输出端口只占用了20×16,有14×18的富余,而这些富余通道完全可构成,比如8×8或8×16的数字视频,数字音频的矩阵。因为芯片关心的只是不超过3.3G码流的数字流,无所谓DVI或视频或音频信号。随着数字应用的发展,数字视频(SDI、D1、MPEG2、MPEG4等)和数字音频有了很多应用,在将来HDMI(1.95G)或HDCP标准完成及应用开始之后,本款DVI的矩阵配合HDMI接口板,完全可适用与HDMI的矩阵切换,因为实际上,该矩阵是一款高速数字矩阵。在目前看,本款DVI矩阵配合各种不同的输入,输出接口板,就可形成一款多媒体数字矩阵,配合灵活的控制介面,本矩阵将是一款现场可编程(现场决定DVI,数字视频,数字音频的入/出路数)的多功能媒体矩阵,其带来的好处是不言而喻的

工程应用举例,系统框图如下:
 

  会议室距机房的距离在120—200米左右不等,考虑到电磁环境差,又要保证图像质量(最大分辨率1280×1024)因此干线传输利用光纤传输系统,即可保证图像质量又可解决电磁环境问题。

  每个会议室中,考虑到计算机距投影机在20米左右,因此在投影机一端(后端)使用 Cable Equalizer 保证传输距离,专门改制一台DVI的2选1与1分2合成的切换器完成本地信号与回传信号的切换,并保证信号上行。本地其它信号如笔记本等VGA信号,利用投影机的VGA通道直接显示,不走数字系统,因为距离很短,质量可以保证,成本也低。

  主控机房中,利用光接收器将上行的信号解调成DVI信号,接入矩阵,矩阵输出下行的DVI信号直接经光纤传输系统下行,其中有些信号需要保留,可将DVI信号直接送到媒体存储器当中。本系统中视频利用模拟方式,未进入数字系统。

成本分析(仅是估算):

1.光纤传输与电缆传输
光纤3-4元/米,收/发器一对1万元
电缆25元/米,长线驱动器4000元
按150米计算分别为10600元和8000元左右,价格可比2 矩阵切换模拟方式2.5万元左右,数字方式7.5万元左右,明显高出,但考虑到存储等格式转换,相差没有那么大。

3 本地系统
DVI 2选1+1分2,在4000元左右
Cable Equalizer 在3000元左右,考虑到电缆,应在7500元左右
模拟方式,电缆和分配器及切换器,应在4000元左右

  由此看来,目前的数字应用方案较之模拟方案,成本要高,主要是在矩阵切换方面(目前专用芯片价格太高,只能等其降价,同时接口板的成本也较高),但得到的好处是所有投影机的质量与笔记本的质量相同,充分发挥了投影机的品质且成功解决了长距离传输和电磁环境问题,性价比方面有其自有特点。因此在考虑工程方案时,可考虑数字和模拟两套方案,甲方要求质量很高或有其它特殊情况,如距离很长或电磁环境不好,经费方面不是过于紧张,可建议采用数字方案(数字的,光纤传输的方案在技术领先性上应无可挑剔,图象质量也确实漂亮)。

  现在投影机的指标越来越高,但实际上到达投影机的信号源质量很难保证,造成高端显示设备的浪费,以1280×1024×60为例,像素时钟为108MHZ,按照奈奎斯持采样原理,折合模拟带宽在150MHZ左右,如果以电缆方式传输100米,即使配合较好的长线驱动器,所能保障带宽极限在150MHZ左右,显示设备端的信号带宽不会超过100MHZ(不信可以测量一下),对高端显示设备而言是极大的浪费。
 
 

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