劉力：高級工程師；畢業于清華大學無線電系，后進入中國科學院自動化研究所工作；曾參加國家重點科技項目的研發，現任北京利國電子公司總經理。聯系作者：liguo@liguo.com.cn
在了解完數字信號的特性及在傳輸、轉換、EDID方面的特性之后，我們最后介紹數字信號的切換問題。
1、現行數字切換芯片的規模及對矩陣的影響
當前國際上生產高速(3.3G碼流)數字切換芯片的廠家很少，基本上就是一兩家，所生產的數字切換芯片的規模從36×36、72×72到144×144，目前尚未見到最大規模的芯片，這就是對數字切換的規模有所限制。對于單組的數字信號，如SDI和HD-SDI，由于其信號是單組的，即采用時分復用的方法將Y.Cr.Cb信號共用了一路通道，因此對應上述芯片，很容易就可以將設備制作成36×36(一般是32×32)，72×72(一般是64×64)和144×144(一般是128×128)的SDI/HD-SDI矩陣。但對于四路的信號，如DVI和HDMI信號及DP信號，由于考慮到傳輸路徑的一致，往往選用四組信號共用一個芯片的方法，因此矩陣的規模就一下子降了下來，如只能做到8×8、16×16、32×32的數字矩陣，這是芯片規模造成的。如果采用四組信號分別走不同的路徑走不同的芯片，理論上是可以的，但是PCB布線就成為一個很困難的問題。要知道像素時鐘是G一級的，這就意味著像素間的時鐘是在p秒的量級，而一米路線路徑延遲是在幾個n秒的量級，如果四組碼流的傳輸路徑相差幾厘米，就有可能造成像素間產生“錯點”這對技術工藝要求較高。因此，目前四組信號的矩陣規模基本上都在32×32，再大的就很困難了，但32×32的規模對于較大場合的應用明顯不夠，因此就出現了許多的變通方法，后面會一一介紹到。
2、DVI/HDMI信號的切換
由以前介紹的數字信號的特點中我們知道，每一路DVI和HDMI的信號是分別含有R.G.G和數字時鐘的四組高速數據碼流(其它控制信號如EDID、HDCP和CEC等速率較低，走另外通道)，因此在傳輸切換時，要對四組信號同時進行切換，并且四組信號所走的傳輸路徑應該一致，其實在該類信號的其它應用中也都有同樣的問題，如分配器或傳輸設備中，但由于以往的設備往往只處理一路信號，如分配器將一路信號分配成多路，在制作中很容易保障四組碼流的傳輸路徑一致，但在矩陣切換中這一點不太容易保證。但這種四組碼流的切換矩陣的性能應該是最好的，這可以保障DVI信號、HDMI信號和DP信號的通過(當然要更換不同的接口，其它通訊部分的通道也要有相應的改變)，缺點是：矩陣規模不夠大。
3、SDI/HD-SDI的切換
由于SDI/HD-SDI信號中只有一組碼流，因此矩陣的規模很容易作大，目前已達到144×144，從矩陣規模上SDI/HD-SDI信號矩陣是夠大了，但其缺點：該信號是YUV色域的信號，其彩色分辨率及色彩還原性要差一些，另外，由于絕大部分的設備(尤其是顯示設備)不支持SDI/HD-SDI接口，因此在應用中要大量使用轉換器(在以前我們介紹過，不建議將RGB色域的信號轉換為YUV色域的信號)，增大了設備的成本，降低了系統的可靠性，這往往是一種被逼無奈的結果，應盡力避免，在廣電行業中，因為其信號源和后續設備都有SDI/HD-SDI接口，因此可大量使用SDI/HD-SDI矩陣，這不在我們的討論之列。
4、多媒體切換
由于現行工程系統中，信號的種類很多，有DVI、HDMI、DP、SDI、HD-SDI、VGA、Video、YC、YPrPb等等，傳輸的途徑有通過電纜的、網線的、光纖的等等，因此如果能出現一款多媒體(流媒體)的切換中心，將各種類型的輸入/輸出信號進行管理，無疑是大家非常希望見到的。
多媒體的管理中心包含以下幾個方面①數字切換核心的類型，②信號的接口形式與轉換，我們可以分別討論。
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①數字切換核心
目前所見到的數字切換核心只有兩種，一種是四通道的DVI、HDMI、DP核心的切換，另一種是單通道的SDI、HD-SDI核心的切換，這兩種方法的優缺點上面已經分析過了，SDI單通道為核心組成的矩陣，矩陣規模可作大一些，同等規模(如32×32)時對比四通道的矩陣主通道的成本要低(這很明顯，畢竟是4:1的關系)，但接口芯片的成本并不低，其核心中只能通過SDI信號，如果是大量非SDI信號的話，就需要將其它類型的信號轉換為SDI信號，這樣造成信號質量損失，同時大大地增加了成本，因為SDI信號為廣電行業專用芯片，器件生產廠家較少，價格較高。而DVI/HDMI/DP這類四通道為核心的矩陣，其問題是矩陣規模較小，同等規模矩陣主通道比較貴，但其中可通過的信號質量好，適用性強。
②信號接口形成與轉換
如果輸入與輸出信號的類型不是完全一致的或是傳輸方式不是一致的，就會要求接口的形式不同，目前常見的幾種信號形式上面也列舉了，但如何轉換就根據切換的核心不同而不同，而這種轉換包括僅是接口形式的轉換，也包括Scaler的轉換，以利國公司的產品為例，我公司目前所作的數字矩陣包括SDI的矩陣和DVI的矩陣，SDI的矩陣不去討論，在DVI的矩陣中我們有幾種接口板，如光纖傳輸的接口板，每塊板子上有4路光收/發模塊，可以直接將光纖接上就行，也有HDCP接口板，可以直接接HDCP信號或將HDMI信號的小接口轉成DVI接口，直接利用HDCP接口板進行輸入/輸出，但從某種角度上講，這種做法其實不夠靈活，如光纖或HDCP信號不是正好4路的倍數，或是大量的轉換板占用矩陣的電源資源，因此我們的思路是：利用DVI為核心的矩陣外配一個工具箱，該工具箱是一個提供電源和RS232等控制信號的插板箱，用戶可根據現場的實際需求，將各種接口轉換插板插在工具箱中，而將轉換后的信號轉接到DVI矩陣，或是將DVI矩陣輸出的DVI信號轉接到工具箱中的轉換板，轉成所需的信號格式輸出，目前一個3U的工具箱中可插18塊轉換板。而對應的轉換板中包括了幾乎所以用到的信號格式，如DVI、HDMI、DP、VGA、Video、YC、YPrPb、RGB、YUV、SDI、HD-SDI等等，接口形式也包括光纖、網線、電源驅動等不同功能應，用起來比較靈活。
③關于光矩陣
當前有些公司推出光纖矩陣，以我的拙見，目前光信號的切換器件規模很小，而且價格很貴，查看目前的光矩陣的技術資料發現，所謂的光矩陣實際上是單纖SDI/HD-SDI接口的光接口矩陣，其信號規格要求符合SMPTE292M/259M。因此所要求的信號應該是SDI/HD-SDI信號，將其轉換為光信號后直接接到矩陣上，進入矩陣后先將SDI/HD-SDI信號經過光/電轉換解出來，再經SDI核心的矩陣進行切換，隨后再經過電/光轉換為光信號，但依本人拙見，這樣實際上很大程度上限制了信號的應用，一方面所有的信號都轉成SDI，效果未必一定好，再就是所有的信號形式都是光信號，反倒不如我公司的DVI矩陣+工具箱的方案來得靈活。
④關于VGA核心的切換
在切換芯片規模小而實際需求較大時，出現過的VGA為核心的切換，說白了就是將DVI(或其它類型信號)轉成VGA信號，經過矩陣切換，再從VGA格式轉為DVI格式，前幾期文章中我們介紹了，VGA和DVI之間的轉換(不包含Scaler)需經過A/D和D/A的過程，這一過程信號頻譜至少損失了6dB，雖然利用DVI信號的數字特性解決了傳輸中的問題，但增加了A/D和D/A的過程，對信號質量還是損失，在實在沒有辦法的情況下可以使用，但并不推薦。
⑤今后的發展
以DVI為核心的矩陣規模目前能做到32×32(四組碼流通過同一芯片)，但也有一些辦法擴大矩陣規模，其一是利用DP信號的特點，從前的介紹我們知道DP信號是四通道的，但每一通道碼流帶寬為2.7G，對應較低分辨率的信號(1080p和1,600×1,200)，其總碼流為1.485G×3或是1.65G×3，小于2.7G×2。因此一路DP通道可擴展應用為兩路DVI信號或HDMI信號，可將DVI或HDMI信號兩路對應為一路DP信號，由此矩陣規模就增加了一倍。[Page]
第二種辦法是將DVI中的四組信號分別走不同的切換芯片，在PCB設計中要盡力保障所有路徑一致，在進行切換和輸出時，再經過數字的方法將延遲取齊，保證四組信號是同時進入的，也是同時輸出的，這樣矩陣規模最大就可做到144×144，這樣做雖然技術難度大，但并非辦不到，北京利國公司就在按這種思路設計64×64的DVI核心矩陣。
再就是等芯片的規模做得更大，這是最省心的辦法，但目前只能看別人的臉色，一時半會沒有希望。