21-03 数字混合矩阵切换时间探讨

随着科技的发展,高清设备的成本已经开始一步一步到达普通用户都可以轻易承担的水平。因此我们有理由相信,未来一定是数字的世界,网络的世界。然而在目前阶段,包括一些场合的局部设备升级、预算的限制等等的原因,模拟信号和高清信号仍然会共存一段时间,甚至相当长的一段时间,所以高清混合矩阵就成为了现阶段的一种主流矩阵切换器。高清混合矩阵是一种针对模拟、数字信号,在多路输入和多路输出间进行信号切换的矩阵设备。操作的信号类型支持模数信号混合,包括CVBS、S-Video、YPbPr/CbCr分量、DVI、HDMI、DisplayPort、SDI、HDBaseT和Fiber光纤信号。具有组合灵活,应用场合广泛,传输距离较远,信号分辨率高,画质清晰等特点,已超越传统的单纯模拟音视频信号矩阵,或单纯的数字音视频矩阵。


矩阵的应用个案,以高清矩阵CROSS-MAX1616为例,具体的矩阵系统链接情况如下图:



在使用矩阵的过程中,有用户反映:矩阵参数中标称是支持快速切换,但是操作起切换来,比模拟RGB矩阵还要慢,有办法加快一些切换的时间吗?


带着这个疑问,我们需要探讨多一下高清混合矩阵的切换时间问题。在矩阵的操作过程中,一般会接触到两个时间概念:


1.显示屏的黑屏时间:从上一次显示屏内容消失(黑屏),到画面在显示屏上重新显示新通道的视频内容这一段时间,记为T。


2.矩阵切换时间。我们一般说的矩阵切换时间是按下面板切换执行键(Enter键),或者控制设备发出输入切换指令这个动作,到矩阵完成核心切换,并从核心输出新的视频信号的时间,记为t1。



黑屏时间轴图

在高清混合矩阵的使用过程中,发现高清混合矩阵切换时间慢于早期单纯模拟矩阵切换时间。这种现象的发生可从以下几个方面进行分析:


高清混合矩阵内部对数字信号的缓冲和处理需要增加额外切换延时t2。


HDMI/DVI等数字信号是经过加密的信号。在视频信号输入后,矩阵要对其进行解密处理,同样在信号输出时,矩阵需要对其进行再次加密处理。这个解密和加密的过程,都需要缓冲数据,因此会引起一定的延时。输入端的缓冲延时,不会引起切换操作对时间需求的变化,输出缓冲延时则会导致切换操作需要增加额外的时间。因为,每完成一次切换操作,输出的缓冲内容都要全部清空,然后重新缓冲,所以,这个会引入一些切换过程延时的。在一些特定场合,可以将矩阵输出强制关闭再次加密的过程,可以达到加速切换速度的要求。


显示设备和矩阵输出接口间的握手操作需要增加额外的切换延时t3。


在矩阵完成切换后,显示设备并不会立即显示数字内容的,而是需要重新和矩阵输出口进行一次"握手"操作,确定解密的密钥,然后显示屏才能完成解密操作。而在误码率比较高的环境,这样的"握手"操作,(输出口和显示设备双方不停的对口令的操作)将会变得特别漫长,有超过15秒以上的。特别是在必须支持数字内容保护的HDCP和EDID协议的应用环境,这种"握手"没有成功的过程时有发生。而我们必须明白,对矩阵来说,那个"握手"过程,不算在切换时间里面的,但要算到黑屏时间里面去。因为"握手"过程,是在矩阵完成"切换"这个动作后,才开始执行的。


而"握手"处理还涉及到显示屏的处理器能力。做显示屏的处理器比较强的厂家,如SONY,SAMSUNG…等,他们做的显示屏黑屏时间就会非常短。而做显示屏的处理器不是那么强的厂家,如优派、DeLL等,他们做的显示屏黑屏时间就会显著变长。


3.显示屏兼容能力的影响带来了延时t4。显示屏不同,需要完成重新显示的时间就会不同,即黑屏时间不同。由于显示屏的兼容性不同,对信号的容错量不同,在信号质量因长距离传输产生上升下降沿变缓、脉冲HOLD时间缩短的情况时会使显示屏无法顺利完成"握手"。而必须完成"握手"后才能在显示屏上重新显示图像。


4.在信号传输的链路中,新增加的传输设备引入一小段的延时t5。输出接外围传输器类似于图1中的光纤传输的设备,因为增加了信号传输环节,会进一步延长黑屏时间。而应用外围的传输器可在保证信号质量的前提下增加信号的传输距离,仍然是现在长距离传输高清信号最常用的方法。用户可根据情况选择长距离高清信号传送方案。


5.传统模拟矩阵,只需要切换时间t1,即只是相当于直接切换一个开关,所以会明显快很多。


这里,我们也看到一个关键点,就是:大幅缩短"握手"时间(2-15秒),才是缩短黑屏时间的关键,而矩阵的切换时间,已达到毫秒级(千分之一秒),已经接近完美。天誉的开发团队新开发的混合插卡矩阵,已经对各种混合信号的处理,做了深度的优化,包括应用了数字快切的模块,将新增加的延时,压缩到最低限度,因此,相较于上一代的纯模拟矩阵,也是仅仅增加了不到1秒的延时,已经和国际水平同步。


综合上面的表述,我们推荐客户,尽量选用内置处理器比较强的厂家的显示屏来组建数字系统,尽量选用兼容性口碑好一点的显示器,尽量选用好一点的线材,现场信号源尽量选用同一个分辨率做基准信号,尽量选用同一种品牌的显示屏,现场布局的时候尽量缩短矩阵到显示终端的线材长度。


推荐做显示屏的厂家尽量选用处理能力比较强的芯片来做显示屏。


希望大家,尽量选用对黑屏时间做过深度优化的天誉CROSS-MAX系列的高清混合数字矩阵组建快速切换的数字系统,


此系列矩阵支持切换时间小于0.6S,黑屏时间少于1.8S.而且使用现场装卸方便的插卡方式结构。以下为此系列其中的5款矩阵外观。客户可根据需要选择合适的产品。



CROSS-MAX0808


CROSS-MAX1616


CROSS-MAX3232


CROSS-MAX7272


CROSS-MAX144144

如果大家预算比较充裕,同时想要"零黑屏时间",仍然推荐选用天誉的VMAX系列的无缝切换矩阵。此系列矩阵产品外观图如下:



VMAX0808


VMAX1616


VMAX3232

如用户仍然有其它高清信号应用的疑问想咨询,请直接联系天誉当地的技术部。


谢谢大家!

天誉技术部 龚琳


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