劉厚耀

VGA矩陣 10) 七、VGA矩陣的接口：

VGA矩陣
一．矩陣切換的概念
矩陣的概念引用高數中的線性代數的概念，一般指在多路輸入的情況下有多路的輸出選擇，形成下圖的矩陣結構，既每一路輸出都可與不同的輸入信號“短接”，每路輸出只能接通某一路輸入，但某一路輸入都可(同時)接通不同的輸出，如下圖。
輸出1=輸入1，輸出2=輸入2，而輸出3=輸出4=輸入3，或者說，每一路輸出可“獨立”地在輸入中進行選擇，而不必關心其它通道的輸出情況，即可以與其它輸出不同，也可以相同。舉例說，8選4是指有4個獨立的輸出，每個輸出可在8個輸入中任選，或者說有4個獨立的8選1，只是8個輸入是相同的。經常與此混淆的是分配的概念，比如8選1分4，是指在8個輸入中選擇出1個輸出，並將其分配成4個相同的輸出，雖然外觀上看有4個輸出，但這4個輸出是相同的，而不是獨立的。一般習慣中，將形成M×N的結構稱為矩陣，而將M×1的結構稱為切換器或選擇器，其實不過N=1而已，我們在討論時都當作矩陣對待。
二. VGA矩陣切換器
VGA矩陣切換器專門用於對計算機顯示器信號進行切換和分配，可將多路信號從輸入通道切換輸送到輸出通道中的任一通道上，並且輸出通道間彼此獨立。簡單的說，就是可以將進來
VGA矩陣4進4出
的多路輸入信號中的任意一個顯示到任意一個你指定的顯示器 “矩陣”本身是一個數學概念，它在電子行業里是一類電子產品的簡稱，它的全名叫做“矩陣切換器”。矩陣切換器中的“矩陣”兩字，是引用了高等數學線性代數中的矩陣概念。具體到矩陣切換器這個電子產品中，一般指在多路輸入的情況下有多路的輸出選擇，形成矩陣結構。在生產和生活中，廣大勞動人民的智慧是強大的，因此它就被簡稱做了“矩陣”。 總的來說，矩陣切換器是一類切換多路信號輸入輸出的設備。 通俗的講，矩陣切換器其實就是是將一路或多路音視頻信號分別傳輸給一個或者多個顯示設備，如：兩台電腦主機要共用一個顯示器，矩陣切換器可以將兩台電腦主機上的內容任意切換到同一個或多個顯示器上。矩陣切換器，按信號源可以分為：VGA、 AV、 DVI矩陣切換器等等。 目前，矩陣切換器主要套用是大螢幕拼接，視頻會議工程，音視頻工程、監控等等需要用到多路音視頻信號交替使用的工程中。
三,vga矩陣切換器特性
·實現自動增益技術 VGA 矩陣切換器帶有斷電現場保護功能；
·能夠自動保存設備上次關機時的狀態；
·部分允許對 HV 信號和 RGB 信號進行延遲切換；
·調整延遲時間；
·採用新型的 LED 面板顯示和輕觸式按鍵；
·狀態顯示直觀合理，設備操作更加簡便；
·LCD 屏顯示輸入輸出的控制狀態；
·具有斷電現場保護功能；
·簡捷的前面板操作，後面板上有一個能與控制系統在線上使用的 RS-232C 通訊連線埠；
·安裝快捷，操作簡單。
主要技術參數：
VGA通道
頻寬:500MHz 亮度色度干擾 ：-50dB@10MHz 信號類型：數字VGA，數字TMDS 微分相位I/0S：<1.28度，3.58MHz 微分增益誤差 ：0.1%, 3.58-4.43MHz 隔離度(串擾) ： <-85db(10MHz) 輸入信號電平：1.2伏p－p ，5伏p－p（TTL） 非線性失真 ： <0.02%/0.02&ordm; (RL=150Ω) 支持解析度：高清480i～1080p/640X480～1600X1200（60Hz） 輸入輸出接口：HD15PIN（VGA） 控制方式：RS-232、紅外、鍵盤面板控制協定：9600 波特， 8 位， 1 個停止位，無奇偶校驗 輸入電平: 0.7Vp-p 輸入助抗: 75Ω 輸出助抗: 75Ω同步通道
輸入電平: TTL 輸出電平: TTL 輸入阻抗: 10KΩ 輸出阻抗: 33Ω 同步極性: 跟隨輸入產品規格：
電源AC：110V - 240V , 50 / 60 Hz 功率： 50W 尺寸：482mm（長）x 280mm（寬） x 90mm（高） 重量：5.0kg 機架安裝：19英寸標準 2U高度 平均故障間隔時間MTBF：42000 小時
四.VGA常見的問題及解決辦法
1) 當vga矩陣所接外設投像有重影，如投影機有重影時，一般不是主機問題，可能是投影機沒有正確調好，應對投影機相應按鈕進行調節。
2) 當出現顏色丟失或都無視頻信號輸出，可能是vga頭沒接好。
3) 當遙控器不能控vga矩陣時：
a.可能是電池沒電了，請更換電池;
b.可能是遙控器壞了，請維修。
4) 當串口(一般指：電腦串口)控制不了vga矩陣時，看軟體串口是否與所接設備串口對應。
5) 如果vga矩陣輸入輸出信號能切換，但沒有bb叫聲，可能主機內部蜂鳴器壞了，請送專業人員進行維修。
6) vga矩陣切換時，蜂鳴器有響聲，但無相應投像輸出：
a.看相應的輸入端是否有信號。(可用示波器或萬用表進行檢測)如果沒有信號輸入，有可能是輸入接線斷了，或接頭鬆了，更換接線即可。
b.看相應的輸出端是否有信號。(可用示波器或萬用表進行檢測)如果沒有信號輸出，有可能是輸出其接線斷了，或接頭鬆了，更換接線即可。
c.以上兩種情況都更換後都不行，可能主機內部故障，請送專業人員進行維修。
7) 如果power燈不殼，且lcd無顯示，操作無反應，可能電源供電不正常。
8) 輸出圖像受干擾，有可能輸入輸出設備沒接地。
9) 蜂鳴器有bb叫，lcd顯示正常，串口有返回，但無投像輸出或無音頻輸出
a.可能rca頭鬆了，更換即可。
b.可能接線短路了，更換即可。
c.可能接線內部線斷了，更換即可。
10) vga矩陣面板按鍵、串口、遙控都無法控制時，可能主機內部已經損壞，請送專業人員進行維修。
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五.VGA矩陣的種類與選擇方法
VGA矩陣種類選擇，廣電和視訊會議套用，應選用廣播級產品，監控套用可採用監控類產品，VGA信號(有些人也將其視為視頻)要採用VGA信號矩陣。　VGA矩陣大小選擇：在一個工程中，應將音頻信號和視頻信號和VGA信號看成三種不同的媒體。音頻信號一般情況下輸入數量較多，如話筒和CD以及碟機的音頻等，但考慮到功放和音響一般只有一套，最多在功放之前加一級調音台進行混音，有可能需要幾路信號，因此音頻矩陣的輸出不會很大，比如可以32×8或64×8，但沒必要選擇32×32或64×64，除非是廣電和視訊會議傳輸，每路視頻一定會有音頻同步傳送。
VGA矩陣在設計方案時，信號源的數量比較容易確定，看看有多少個信號源，矩陣的輸入數量就定下來了，但要考慮好獨立的輸出通道個數，這是根
在很多情況下，輸入和輸出數量很大，如果採用大型矩陣，造價會較高(矩陣是越大越難作、成本也越高)可以考慮是否能夠分組使用，例如在監控時，可以讓顯示牆中某些顯示設備只顯示某一區域的信號，而其它設備各自顯示其它特定區域的信號，那么就可將大規模矩陣折分成小規模的矩陣(如將128×64折分成4台32×16)如果各區之間有可能需要互傳信號，這樣可使矩陣2的輸出中包含矩陣1的部分輸入信號，效果雖沒有全矩陣結構好，但成本會下降。
VGA矩陣切換器做為傳輸系統的一部分，所出現的主要問題請見拙作“工程中常見的問題與解決”，原理是相同的，不外乎是幾種產生的機理，只要能將現象分清，解決的方向應該沒有大問題。比較特殊一點的是利用小規模矩陣組成大規模的問題，例：在用64×32組成128×32時，不能用二台64×32組成128×64，這還是分組使用的概念，而套用三台64×32組成128×32，這是全矩陣的概念，因此組合使用時應分清分組使用和全矩陣的區別(全矩陣是指每一輸出口都可在所有輸入中全選，而且彼此獨立)。
據系統的操作模式而定，有時可能有幾台顯示設備之間僅有分配關係(彼此永遠一致，不獨立)那么就可考慮占用一個輸出口再加分配器，如果這些設備有可能是獨立的，那么還是各占一個獨立的輸出口好一些。
六.VGA矩陣的安裝方法
下面以vga8x8為例進行說明
vga連線電纜：
vga矩陣支持各種rgb、vga信號源。rgb、vga信號源設備需有hd15pin(vga)信號輸出端子；
如果vga信號源設備沒有vga輸出端子，建議選擇rgb-VGA轉換器，使rgbhv信號轉換成高質量的vga信號輸出。
請使用專用vga電纜來連線輸入和輸出設備，將信號源設備的vga輸出端子hd15pin(vga)接頭，通過專用vga電纜，分別接入vga矩陣輸入端(inputs)同一通道的vga接頭；將vga矩陣輸出端(outputs)的vga接頭，通過專用vga電纜，接至輸出設備的vga輸入接口。
音頻連線線：
audio inputs，audio outputs音頻網路接口，可接到功放或有源音箱設備。
音頻線相對視頻線要複雜一些，分為：平衡和不平衡接法的問題。
所謂平衡接法就是用兩條信號線傳送一對平衡的信號的連線方法，由於兩條信號線受的干擾大小相同，相位相反，最後將使干擾被抵消。由於音頻的頻率範圍較低，在長距離的傳輸情況下，容易受到干擾，因此，平衡接法作為一種抗干擾的連線方法，在專業設備的音頻連線中最為常見。在家用電器的連線線中也有用兩芯禁止線作音頻連線線的，但是，它傳輸的是左右聲道，是兩個信號，不屬於平衡接法。
不平衡接法就是僅用一條信號線傳送信號的連線方法，由於這種接法容易受到干擾，所以只一般在家用電器上或一些要求較低的情況下使用。
具體的接法以xlr接頭為例：1、平衡接法：1腳接禁止，2腳接+端(又稱熱端)，3腳接端(又稱冷端)；2、不平衡接法：1腳和3腳相連線禁止，2腳接+端(信號端)。
選擇什麼接法一般根據設備對接口的具體要求而定，能使用平衡接法的儘量使用平衡接法，進行連線時務必先看清面板上的說明，最好先閱讀使用說明書上的有關說明和要求。在一些場合還可能遇到一端的設備接口是平衡接口，另一端的設備是不平衡接口的情況，在要求不很嚴格的情況，只需在平衡端使用平衡接法，不平衡使用不平衡接法，注意各腳對應就可以了。在要求嚴格的情況，就必須使用轉換電路將平衡轉為不平衡，或將不平衡轉為平衡。
七、VGA矩陣的接口：
VGA 接口採用非對稱分布的15pin 連線方式，其工作原理：是將顯存內以數字格式存儲的圖像(幀) 信號在RAMDAC 里經過模擬調製成模擬高頻信號，然後再輸出到投影機成像，這樣VGA信號在輸入端( 投影機內) ，就不必像其它視頻信號那樣還要經過矩陣解碼電路的換算。從前面的視頻成像原理可知VGA的視頻傳輸過程是最短的，所以VGA 接口擁有許多的優點，如無串擾無電路合成分離損耗等。
八、VGA矩陣接口原理概述及原理
VGA顯示與VGA時序實現
通用VGA顯示卡系統主要由控制電路、顯示快取區和視頻BIOS程式三個部分組成。控制電路如圖1所示
。控制電路主要完成時序發生、顯示緩衝區數據操作、主時鐘選擇和D／A轉換等功能；顯示緩衝區提供顯
示數據快取空間；視頻BIOS作為控制程式固化在顯示卡的ROM中。
1 VGA時序分析
通過對VGA顯示卡基本工作原理的分析可知，要實現VGA顯示就要解決數據來源、數據存儲、時序實現
等問題，其中關鍵還是如何實現VGA時序。 VGA的標準參考顯示時序如圖2所示。行時序和幀時序都需要產
生同步脈衝(Sync a)、顯示後沿(Back porch b)、顯示時序段(Display interval c)和顯示前沿(Front
porch d)四個部分。幾種常用模式的時序參數如表1所示。
2 VGA時序實現
首先，根據刷新頻率確定主時鐘頻率，然後由主時鐘頻率和圖像解析度計算出行總周期數，再把表1
中給出的a、b、c、d各時序段的時間按照主計數脈衝源頻率折算成時鐘周期數。在CPLD中利用計數器和RS
觸發器，以計算出的各時序段時鐘周期數為基準，產生不同寬度和周期的脈衝信號，再利用它們的邏輯組
合構成圖2中的a、b、c、d各時序段以及D／A轉換器的空白信號BLANK和同步信號SYNC。
VGA參考時序
3 讀SRAM地址的產生方法
主時鐘作為像素點計數脈衝信號，同時提供顯存SRAM的讀信號和D／A轉換時鐘，它所驅動的計數器的
輸出端作為讀SRAM的低位地址。行同步信號作為行數計數脈衝信號，它所驅動的計數器的輸出端作為讀
SRAM的高位地址。由於採用兩片SRAM，所以最高位地址作為SRAM的片選使用。由於信號經過CPLD內部邏輯
器件時存在一定的時間延遲，在CPLD產生地址和讀信號讀取數據時，讀信號、地址信號和數據信號不能滿
足SRAM讀數據的時序要求。可以利用硬體電路對讀信號進行一定的時序調整，使各信號之間能夠滿足讀
SRAM和為DAC輸入數據的時序要求。
4 數據寬度和格式
如果VGA顯示真彩色BMP圖像，則要R、G、B三個分量各8位，即24位表示一個像素值，很多情況下還採
用32位表示一個像素值。為了節省顯存的存儲空間，可採用高彩色圖像，即每個像素值由16位表示，R、G
、B三個分量分別使用5位、6位、5位，比真彩色圖像數據量減少一半，同時又能滿足顯示效果。