多格式矩阵的优缺点分析及实现方式

什么是多格式矩阵?

    在同一个物理机箱中处理多种信号格式的多格式矩阵，在最近变得相当流行。这一概念初看上去很有魅力，而且在某些应用中，具有优于每个机箱中使用一种格式这一传统方法之处。但实际情况并不总是这样。本文将考察其中涉及的某些问题，以便帮助用户针对自己的具体应用，分析其相对价值。

一．

    传统的广播矩阵系统包括若干个以集成化系统形式运行的矩阵切换台。每种信号格式不仅是矩阵系统中的一个层面或级，而且通常也是一个物理分离的机箱。某些情况下所有的矩阵可能安置在一起，有时则可能分布在设施不同部分上(如图1所示)。

    这种方式具有极大的灵活性，但也意味着这些机箱有时并未得到有效的利用，尤其是在大机箱中切换级数少的情况下。

    另一种针对较少切换级安排矩阵交叉点的常用方法是将一个矩阵分割成同一信号格式若干个逻辑独立级。这种方法通常适用于3级模拟分量、或采用一个模拟视频机箱的2级Y/C视频矩阵(如图2所示)。 

    分段式矩阵存在的问题是，交叉点结构利用率很低。图2所示的Y/C矩阵中，有50%的交叉点永远得不到利用。另一个问题是，它要求切换级都为相同格式。但最近的发展已经改变了这种状况。随着交叉点技术的发展，矩阵成本越来越取决于I/O的成本，而不是取决于交叉点的成本。此外，在同一个机箱中混合使用多种信号格式已变得相当可行。这就支持开发多格式矩阵，这种矩阵本质上是一种分段式矩阵，不同段可以传载不同格式的信号。

    多格式矩阵的目标就是，尽可能地将所有级合并到同一台设备之中。
格式可能包括模拟和数字的、在某些情况下SD和HD的视频和音频；数据信号和时间码信号。多格式矩阵最常见的规格是128个输入×128个输出，但从某些制造商那里也可以买到更大或更小规格的产品。

多格式矩阵好处

二．

    采用多格式矩阵有几个明显的好处，尤其是在一个机箱既能满足当前需求又能满足预期的未来扩展这样一些简单的情况下，好处更加明显。但在较典型的情况下，很可能需要做出一些折衷选择，需要对需求进行认真的分析，才能确定最佳的设备选择。

（1）可升级性/扩展能力

    拥有额外的空间用于插接模块，以便将来增加容量，是非常有用的。多格式设计使我们能够扩展现有级数，增加新层级和/或用一种信号格式替代另一种格式。

（2）简化安装过程

    由于许多单位已经削减了其内部技术人员的数量，所以新进设备尽可能地容易安装是非常重要的。采用单机箱形式的多格式矩阵为快速、简易的安装提供了可能性。

（3）较少的机箱数/电源等

    由于一个多格式矩阵往往可以取代若干个具有不同格式的矩阵，所以使用多格式机箱可以减少组件的数量，同时可以节省采购和维护费用，以及机架空间。

（4）合并同一级上的多种格式

    有些系统可以将模拟输入选通到数字输出或将数字输入选通到模拟输出，从而提高系统的灵活性，减少对连接线和外部转换器的需求。此外，许多HD矩阵还能够处理同一级上的SD及其它码率信号，从而使我们能够更加灵活地利用矩阵中的数字视频级。

（5）减少对控制板的需求

    大多数情况下，每个矩阵机箱需要有一只其自己的内部控制器，所以，单一机箱可减少系统中需要的控制器数目，因而节省成本。

    在实际系统中，这些优点中有些可能会受到很大的限制，有许许多多的折衷必须予以考虑。很多系统都需要使用一个以上的矩阵机箱，需要对包括全部采用多格式矩阵、混合使用多格式和单格式矩阵、或全部采用单格式矩阵等多种备选配置方案进行比较。每一组要求都是独一无二的，事先进行精心规划，同时合理地预计未来的需求，可以为以后节省大量的时间和金钱。

较少的机箱数/电源等

3．

   （1）机箱数目与机架空间
    
    这一优点隐含的前提条件是“只要单机箱是够用的”。很多情况下都需要使用一个以上的机箱，所以需要对不同系统配置中所需要的机架空间总数、所使用增加一个8U的多格式机箱更小、更便宜。另一方面，较大的机箱能提供较大的扩展容量。
   （2）音频与视频共处
对那些确实能装在一个机箱中的系统来说，有些设备中可能存在的一个问题就是，需要将所有的线缆，特别是视频和音频线缆，集中在同一个位置上。这并不总是好事。将音频矩阵系统与其它音频设备放在同一个地方，将视频矩阵系统与其它视频设备放在同一个地方，用控制线缆连接各个机箱这一做法，在固定式和移动式设备中都很常见。保留这种灵活性是值得考虑的，特别是在未来的扩展很可能意味着需要使用一个以上机箱的情况下。

4．合并同一级上的多种格式

   探讨。

    （1）音频

     大多数现有的多格式矩阵都是在内部以AES数字信号的形式为所有音频选择路由的，根据外部线路的需要对模拟输入和输出进行转换。这种能力是极其有用的     因为大多数设施，甚至是那些主要采用数字式的设施中，仍拥有一定数量的模拟音频设备。这种利用最新转换技术的音频处理方法在声学上是透明的。唯一的缺点就是，与独立地为模拟层和数字级选择路由的方法相比，成本有所增加。尽管这一特点非常宝贵，但应该说明的是，它并不是多格式矩阵所专有的，许多高端专用音频矩阵也已经采用了这种方法。

     （2）视频

    乍一看，同样的情况应该也适用于视频，确实也有些矩阵能够做到这一点。但实际情况要复杂得多，而且很多情况下并不适用。
  
    尽管在有些设备中需要对模拟和数字视频进行双向路由选择，但这种情况远不像音频中那样常见。除非使用极其昂贵的转换器，否则解码过程和编码过程中都很可能产生失真。考虑这方面的问题时，第一步就是要明确地定义，模拟输入和模拟输出的用处究竟是什么。

     矩阵输入端上的模/数转换可用于将现有的模拟源信号输入到数字设备中。在这种应用中，转换与解码的质量是非常重要的，因为该信号可能被插入到高质量分量数字素材中。高质量转换器是能买到的，但价格并不便宜。规模和成本的制约意味着在矩阵的前端使用很多这样的转换器时，必须做出某些折衷。如果大部分的模拟输入会同时被使用，则这可能是最佳方案。另一方面，如果只有很少的模拟源信号偶尔被使用一两次，则只使用少量质量较高的外部转换器并将它们与模拟矩阵和连接线管理系统集成到一起。可能更有意义。

     对模拟输出常见的需求是用它们向监视器馈送信号，而这种需求是一个可以使用低档数-模转换器来满足的需求。在许多情况下，这样做仍然可能是毫无意义的。安装在监视器上的低成本“砖”型数/模转换器和安装在监视墙附近的同样是低成本的转换器机箱，都是很常用的，尤其是在移动新闻车中，更加常见。总体上说，这是一种比将这种能力设置在矩阵内部更灵活、成本也更低的方案。另一种监视方法是采用各种多画面分割器，后者大多采用SDI信号而不是模拟信号。在Quartz公司的Xenon矩阵中，甚至于通过向插入矩阵上的一系列Signal Processing Technology（信号处理技术）模块中增加一个多画面分割器装置，这种能力搬移进了矩阵内部。

    了能将模拟输出馈送到现有的制作设备中，有些供应商推出了质量极高的矩阵内置式数/模转换器。这在某些设备中可能带来严重的问题。许多工程师会想当然地认为，来自定时矩阵系统的模拟输出能以这种方式加以利用，但绝大多数这种类型的设备都没有彩色定时模拟输出。一般说来，这些信号拥有H和V定时，但也拥有随机的副载波相位，因为矩阵设备没有副载波基准信号。这就导致了质量严重劣化的图像。

（3）HD/SD级

   很多矩阵都具有在HD级上为多种低码率信号选择路由的能力。尽管你不可能将HD输入选通给SD输出或将SD输入选通给HD输出，但这种能力仍然使我们能够更加灵活地利用该矩阵。在许多情况下，HD输入输出能力比SD昂贵，所以即使只有很少几个HD源信号，拥有全部HD SDI能力在财务上可能有也可能没有什么意义。
这里，需要认真考虑的主要东西是，检查HD输入端在传输SD信号时的输入均衡能力。现有的HD输入芯片具有类似于SD专用芯片的性能，典型情况是使用250米的电缆；但有些矩阵使用的是上一代的芯片，后者限制SD信号的输入电缆长度为小于100米，至于HD信号也使用同样的长度。

减少对控制卡板的需求

5．

（1）单机箱系统

    用单机箱多格式系统取代若干个单格式机箱可能会带来控制方面的节省。一般情况下，每个矩阵机箱需要有其自己的控制器模块，所以一个机箱就意味着只需要一台控制器（有些情况下是一对冗余控制器）。值得指出的是，实际情况不一定总是如此。很多矩阵除了机箱中的控制器之外，还需要使用一台外置式系统控制器，所以即使是在单机箱系统中，也可能需要两台控制器。大多数Quartz系统的控制盘可以直接连接到机箱控制器上，所以单机箱式Quartz系统，如Xenon系统，只需要一台控制器。

（2）多机箱系统 

     一般说来，在多机箱系统中，每个机箱需要有其自己的控制器模块（大多数情况下还需要一台系统控制器）。这是Quartz公司的多格式矩阵Xenon有其优势的地方，即扩展机箱并不需要有其自己的控制板。在考虑矩阵系统时，值得注意的是，矩阵机箱控制器能否直接连接到控制盘和各种其它设备上以及是否必须使用系统控制器。此外还必须核实，扩展机箱是否需要有其自己的机箱控制板。 结束语
多格式矩阵在合适的设施中可能是一个极好的选择，但重要的是要考察系统要求的各个方面。有时，在一或多级上采用小型单格式矩阵可能更加有效。Quartz公司可以帮助你分析你的需求，并提出一个或多个基于这

    种方式的备选方案。