本講討論矩陣系統(tǒng)

    矩陣系統(tǒng)為任何電視設(shè)施的核心。它提供所有視頻、音頻、時間碼和正常運(yùn)行所需數(shù)據(jù)信號的互連。隨著時間的過去，正常運(yùn)行要求已經(jīng)大大增加了對更大型和更復(fù)雜切換矩陣的需求。幾年前，64×64視頻矩陣就認(rèn)為非常大了；現(xiàn)在只是一種中等的矩陣。隨著數(shù)字電視設(shè)施的建立，對更大和更靈活系統(tǒng)的需求與日俱增。
    為建立和運(yùn)行一套有效的信號管理系統(tǒng)，要求兩個主要組成部分：提供智能切換的控制系統(tǒng)和信號通路矩陣。在設(shè)計一種多年后仍保持全功能的有效和靈活的信號管理手段時，這兩個要素的選擇是關(guān)鍵的。
    我們大都知道，對一個運(yùn)行設(shè)施的矩陣系統(tǒng)大動干戈地改造，同時又不妨礙正常運(yùn)行，就算可行的話，也可能困難重重。相比之下，增加新編輯設(shè)備，或用提供最新技術(shù)的磁帶機(jī)取代破舊的磁帶機(jī)就相對容易。多年前安裝的大量矩陣系統(tǒng)仍在服役這個事實(shí)支持此論點(diǎn)。
    在模擬域，NTSC和PAL信號在它們出現(xiàn)以后就基本維持不變。當(dāng)然這些信號的技術(shù)質(zhì)量是與時俱進(jìn)的，但一個20年前建造的實(shí)際的矩陣系統(tǒng)可能依然在成功運(yùn)行（如果它能得到維護(hù)的話）?，F(xiàn)在建造的系統(tǒng)應(yīng)該精心設(shè)計，許多年后依然能夠工作。與最初可能的想象相比，這是一個大得多的挑戰(zhàn)。在前面幾講中，我們提到可能需要包括在數(shù)字電視系統(tǒng)內(nèi)部的多種可能的圖像格式和信號類型。現(xiàn)在的系統(tǒng)需要提供一種增添開始時可能不需要的信號類型的途徑。此外，由于對多種信號的潛在需求，控制系統(tǒng)需提供比過去大得多的智能程度和靈活性。
    下一章專門論述控制系統(tǒng)拓?fù)浜蛻?yīng)用；本章我們將討論切換矩陣。

    切換AES/EBU數(shù)字音頻
    設(shè)計用于數(shù)字音頻的矩陣有兩種基本類別：異步和同步。異步切換臺最通常的作法是由傳統(tǒng)矩陣制造商提供。（除非另有說明，AES音頻矩陣是異步的）。同步切換臺類似于視頻場消隱期切換，因此它們調(diào)整AES/EBU音頻幀，提供幀精確的切換。
    異步切換非常理想地用于必須混合音頻取樣率的任何環(huán)境，這種矩陣僅僅用于預(yù)選音頻源，而不是用于實(shí)況或“熱”切換。異步切換基本上是一種“應(yīng)急”的切換，因此它將不管定時關(guān)系切換信號。如果實(shí)況使用，這種切換將導(dǎo)致輸出音頻幀分裂，將產(chǎn)生可聽到的切換失真。這些差錯往往將引起下游接收機(jī)失鎖，并且可聽到的影響將根據(jù)接收機(jī)設(shè)計而變化。此影響多樣化，從重新獲得鎖定為止的輸出靜音到非常討厭的劈啪聲、喀嚦聲和爆裂聲。
    對于播出或?qū)崨r切換，同步切換是必要的。通過確保所有音頻取樣率（如48kHz）都相同，而且被鎖定于一個公共參考，實(shí)現(xiàn)同步切換。矩陣切換幀必須調(diào)整矩陣輸入端的所有音頻取樣，因此切換在一個幀的邊界進(jìn)行。新音頻數(shù)據(jù)然后在輸出級插入一個連續(xù)的AES/EBU音頻碼流。此技術(shù)消除了接收機(jī)誤差，是由NVISION倡導(dǎo)的。當(dāng)前，NVISION同步音頻矩陣是最廣泛使用的播出應(yīng)用產(chǎn)品，規(guī)模從8×32到2048×2048。
    數(shù)字音頻信號參考和管理既不復(fù)雜又不昂貴，但如果不明白其中的細(xì)微差別，還是易于在系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)部犯下錯誤。這些錯誤可能難以克服而且解決起來代價高昂。

    路由多聲道音頻
    所有NVISION異步和同步音頻矩陣都將通過Dolby Digital（AC3）和Dolby E壓縮音頻信號。這些信號必須同步切換，并且相合于場消隱期，以避免接收機(jī)出錯。不過，您的環(huán)境可能要求在基帶層管理多聲道音頻。對于這種應(yīng)用，NVISION同步矩陣提供一種非常切合實(shí)際的有成本效益的解決方案。我們可擴(kuò)展的大型AES矩陣提供把4個音頻層包含在同一切換臺的能力。這些層可能被分別切換或鏈接在一起，以確保4個AES碼流（8聲道）可以同時切換。

    數(shù)據(jù)路由
    數(shù)據(jù)路由主要用于機(jī)器控制應(yīng)用。近年來，較大設(shè)施中數(shù)據(jù)路由已常見。不過，由于串行通信（RS232、RS422和RS485）本質(zhì)上是雙向的，路由并不像對視頻或音頻那樣直接。理想情況下，矩陣設(shè)計應(yīng)當(dāng)允許數(shù)據(jù)端口可對要求的任務(wù)動態(tài)配置，即VTR可以控制或其控制盤可用于控制其它的設(shè)備。在這種情況下，當(dāng)VTR從遠(yuǎn)程切換到本地時，其串行端口的發(fā)送和接收線路交換過來。數(shù)據(jù)矩陣應(yīng)當(dāng)反映這種變化。否則，兩個帶相反引線連接的矩陣端口會要求這種水平的靈活性。
    在雙矩陣端口用于允許VTR被配置為受控或控制時，矩陣內(nèi)部可能發(fā)生將完全阻止通信的沖突。NVISION制造采用專有的“動態(tài)端口”（圖4）設(shè)計的數(shù)據(jù)路由系統(tǒng)，它們能解決此問題，并為運(yùn)營商提供完全的靈活性。

圖4 NVISION專利的動態(tài)端口結(jié)構(gòu)

    時間碼路由
    歷史上，時間碼一直作為用于分配和路由的模擬信號對待。不過，時間碼是一種有相當(dāng)小帶寬的數(shù)字信號，因此歷史上一直通過模擬音頻切換臺路由。采用模擬技術(shù)滿足此需求在今天并不節(jié)約成本。數(shù)字技術(shù)使設(shè)計和制造數(shù)字時間碼矩陣簡單且便宜。NVISION生產(chǎn)若干種全數(shù)字時間碼矩陣切換臺（從8×32到512×512），它們比其它制造商的模擬產(chǎn)品通常更可靠，價錢更便宜。它們提供重新整形信號邊緣的其它優(yōu)點(diǎn)，允許在快和慢VTR穿梭搜索速度期間迅速讀取時間碼。

    視頻路由
    對于任何路由層（視頻、音頻、時間碼、數(shù)據(jù)），進(jìn)一步擴(kuò)展的余量在確保系統(tǒng)的耐久性方面是極為重要的。有限擴(kuò)展性的系統(tǒng)一直是挫折始終如一的原因，在完全取代還不實(shí)際之前它們往往要求使用級聯(lián)系統(tǒng)或工作過度的插線架來克服規(guī)模限制的難題。
    對于新數(shù)字電視視頻格式，執(zhí)行固定信號類型的路由切換之決策可能導(dǎo)致出現(xiàn)一種未來在運(yùn)作上不完全的設(shè)施。我們用了大量時間考慮和研究這個問題，并得到了以下結(jié)果：
    1.矩陣規(guī)模和擴(kuò)展性
    大部分SDI矩陣設(shè)計不斷發(fā)展為模擬矩陣結(jié)構(gòu)的一個延伸。切換臺規(guī)模超過128×128曾經(jīng)認(rèn)為是難辦的，因此大多數(shù)矩陣設(shè)計不可線性擴(kuò)展超過此規(guī)模。針對更大切換要求的擴(kuò)展往往采用切換部件間的“連接線”。如果要消除瓶頸，連接線需要非常細(xì)心的計劃和管理。 
    要求更大型矩陣的用戶通常需要幾何擴(kuò)展這些矩陣。為用幾臺128×128切換臺建立一個全部輸出都可使用全部輸入的256×256矩陣，需要互聯(lián)最少4個128×128（1282）機(jī)架，并且全部256個輸入都被4個機(jī)架分配。此方式成本高昂，并且要求儲備大量的機(jī)架空間。但是，基本矩陣規(guī)模越大，成本和機(jī)架空間使用率越可接受。
    2.信號處理
    矩陣設(shè)計通常專注于處理某一信號類型。大多數(shù)SDI矩陣將通過所有的SDI數(shù)據(jù)率，但可能不提供重復(fù)計時（它是大型設(shè)施不可缺少的）。通常它們只能在一個幀頻提供場消隱期切換（雖然假如切換臺適當(dāng)劃分的話，也有能處理雙幀頻場消隱期切換（59.94和50Hz）的）。
    當(dāng)