下载(pdf)-上海飞尔视电子科技发展有限公司..docx

AV系统集成中的常见问题1、Video和VGA信号在切换时跳动 现象：多路Video或VGA信号，在经过矩阵切换时，屏幕上的画面会有一段不稳定期，画面跳动，不能像电视剧中切换镜头那平滑切换。 原因：视频信号与VGA信号中，除了含有图像信号外，还包含扫描用的行/场同步信号或复合同步信号，当显示设备接收到Video或VGA信号时，要将同步信号分离出来（VGA信号是直接提取），显示器按同步信号进行同步锁相，进行扫描。如果此时切换到另一信号，则需要重新提取同步信号，并按新的同步信号进行扫描，除非新信号的同步信号与原信号的同步信号完全一致，即所有的行/场同步信号没有发生变化，重新同步/锁相的结果与原信号相同，扫描过程没有被打断，是平滑过渡，否则都会进行重新的锁相，重新确定扫描的起始点，而在此期间Video信号大概至少需要8帧左右的时间，（VGA信号所需时间可能更长一些）图像的显示是混乱的，从显示屏的表现上看，图像有一个跳动的过程，随后进入稳定的显示状态。因此切换时跳动是一种理论上就存在的现象，并不是切换设备本身的缺陷. 解决方案:对于Video信号而言,有一款专用的设备称为帧同步机,其原理是将输入信号的有效信息经过解码并存储后,按照新的外加的同步信号进行合成,形成一个新的视频信号，新信号的同步信号与外加的同步信号完全一致,如果所有的视频信号都经过帧同步的处理,则所有的信号之间的同步信号是完全一致的,此时再进行切换时,对显示屏而言,不需要对新信号进行重新定位(虽然存在重新同步/锁相的过程,但同步/锁相的结果与原信号完全一致,不会再发生显示不稳定的现象)画面会像切镜头一样平滑过渡。VGA信号的切换原理与此相同，只是VGA信号的频率较高，所含信息量大。因此所需的存储空间大，成本较高，而且由于历史上应用的原因，Video信号在电视行业中切换不能跳动，因此有帧同步机这类设备，而VGA信号没专用的帧同步设备，因此VGA信号切换不跳动较为麻烦。在图像控制器等到这类设备中，是给Video信号或VGA信号保留单独的通道，该通道只对该信号开放，如果要切换另一路信号时，可将其走另一通道，在形成有效信息的数字信号后对其进行切换，这样也不会引起画面跳动。如不能给另外的通道，就只好判到同步信号变化后先静帧，保证显示稳定，待重新同步之后再换。某些特定的视频切换器中，包含有帧同步机在内，如果采用单同步机，是在切换信号时，先将的有效信息暂停（静帧），将同步系统与新进来的信号进行同步/锁相，等到同步/锁相过程完毕，新信号的有效信息稳定后在数字信号方面进行切换以使输出信号不跳动。但画面会停滞至少8帧，1/3秒左右。如果采用双同步机，是将新信号先切换到另一帧同步机中等到画面稳定后，再从数字部分进行切换，保证画面不跳动。如果外来的Video信号源允许进行外同步，如专用录像机、摄像机等，可用一个同步信号将所有的信号源同步起来，此时播出的信号已经是经过帧同步的信号了，对这些信号进行切换必不会引起跳动，电视台中的信号切换就是采用这类方法。 结论：Video信号或VGA信号进行切换时发生跳动是一种理论上就存在的现象，并非切换设备的缺陷，跳动时间对Video信号而言，大致有8帧，1/3秒左右时间，VGA信号即使是同分辩率，同刷新率的切换时也会跳动。而VGA信号针对不同的显示屏，跳动时间最长能5秒左右，现在较新的投影机或大屏在1-3秒左右。如果保证不跳动，必须使被切换信号之间是严格的帧同步的，是要花费一定代价的。2、Video信号与VGA信号之间的转换 工程中，由于特定的需求，要将Video信号转换成VGA或将VGA信号转成Video信号，但是两个过程是相反的，所带来的问题也是不同的。 Video转成VGA： 首先Video信号对PAL/SECAM制而言是625行50Hz场频，扣除场逆程的时间,有效行数是575行，对NTSC而言，是525行60Hz场频,有效行数是475行，数字化时的像素时钟为13.5MHz有效带宽是6MHz以内，隔行扫描。 图： 1 隔行扫描：第一场扫1.3.5.7行,第二场扫2.4.6.8行, 2 每场的频率为50/2=25/秒即整幅画面的扫描频率(帧频) 3 为25/秒, 4 逐行扫描：按顺序1.2.3.4扫描,其场频就是帧频。 所谓隔行扫描是当初为了节省带宽降低对元器件的要求，将一幅画面分成两部分，每一部分只有一半的有效行，两幅画面像梳子一样交叉，按照奇数行或偶数行分别扫描，如上图。每幅图的扫描频率只有场频的一半，即所谓帧频，其缺点是画面闪烁严重，并且由于两场在摄像时是不同时曝光的，对运动画面而言两场画面的位置是有位移的，这为去隔行算法设置了难题。而VGA信号由于有多种分辨率与场频，带宽各有不同，以1024768/75Hz为例，其像素时钟是75MHz，有效带宽为40MHz左右，而且VGA信号全是逐行扫描，因此Video信号转VGA信号就是一个隔行扫描转逐行扫描，并提升带宽的转换。其过程是将Video信号经数字解码，将有效信号提取出来形成720/576或720/476的数字信号，随后进行SCANLER，即分辨率转换转成1024/768的信号同时包含去隔行算法，并按1024768/75Hz重新编码转换成VGA信号。这其中经过了解码过程，A/D过程，SCANLER过程，D/A过程，仅是A/D和D/A过程信息的频谱损失就达到6dB，并且SCANLER过程在理论上就是一个模糊运算的过程，因此新生成的VGA信号，从信息损失的角度上讲是不合理的，但由于有一个隔行转逐行转换，画面闪烁减轻，从图像的显示结果上讲有所提升，这个转换过程还是有些收益的。这类设备的主要指标是信噪比，去隔行算法的优劣，其它指标都差不多。VGA转Video 与Video转VGA相比处理过程相反，VGA信号转Video信号时要经过A/D过程，SCANLER过程，D/A和编码过程，这其间频谱的损失是一样的，分辨率由高转低，信号带宽由高转低有效信息由40MHz左右压缩到6MHz以内损失较严重，显示由逐行转隔行，显示效果大不如前,无论你选用多么高档的转换设备，以上这些损失是不可避免的，因此显示效果都不好。无论是几百或一千多元的设备还是3-5万元的设备，所能提高的也就是信噪比好一些，SCANLER效果好一些，但本质是一样的，一般不建议采用这种变换，除非有特殊的应用（如要将VGA信号变成Video信号调制后进入有线电视网等等），但事先要对信号损失心中有数，并与甲方协调，最好先让他们看到这种效果，如果能认可，再采用这种方案，否则很可能是方案得到通过，但效果不被接受，最终下不了台，还要改方案。3、模拟信号与数字信号之间的转换与损失模拟信号：是指信号的幅度是连续可变的信号，以往常见的包括音频信号、视频信号和VGA等信号都是模拟信号。由于电平幅度是连续可变化的，因此可以表现最小的变化。如电压信号，我们可以精确到0.1V、0.01V、1mV、1V、1pV等等，只要是有所不同，就可以表现出来。其优点是可以无穷精确地表示一个变量，缺点是：不利于存贮，容易受到干扰（因为有一点不同就已经表现出来了），不利于传输等等。数字信号：是用“0”和“1”即2进制代码表示的状态，例如对电压信号而言，我们可以将0V定义为“0”，而将5V定义为“1”。一般以2.5V为分界线,小于2.5V时都认为是“0”，而大于2.5V时都认为是“1”了，这样做优点便于存贮传输，不易被干扰。在数字电路中，TTL电平一般指的5V电平，当前常用的控制电路中，常用的是TTL电平，也有一些芯片内部或对外用3.5V电平,那“0”或“1”的分界线就是在1.75V左右，当然也有一些电路用更高的电平。只要将“0”与“1”分界点定义在电平中间即可。模拟与数字信号之间的转换： 从数字信号的特点可以看到，用“0”和“1”的状态来表示信号是极不精确的，以TTL电平为例，它只能表示一个信号大于2.5V或是小于2.5V，它仅将一个规一化了的数值分成了二份，具体值是多少仅用“0”和“1”是表现不出来的，但如果用多个“0”和“1”状态组合来表示一个数值，精度就会提高。例如用00表示小于1/4的值，01表示大于1/4小于1/2的值用，10表示大于1/2小于3/4的值，11表示大于3/4的值，即用2位数字状态就可以表现出1/4的精度，同理用3位状态就能表现1/8精度的值，用8位状态可表现1/256的精度，用10位状态可表现1/1024的精度等等，如果用的位数足够高，就可以表现足够的精度，这个位数就是对应的bit数，我们一般常用的是8bit10bit、12bit、16bit等。在电子计算机中的发展中，初期是采用的是8bit称为1Byte，因此现在有很多参数包括存贮器件位数，通道参数等都是以8bit=1Byte的倍数为基准表示。在控制协议等数据应用场合，采用的是16进制码，这与我们常用的10进制码是不同的，10进制码是逢10进1，如9、10、20、30100等，而16进制码是逢以16进1，其表示方法如下：（4位数组合可以表现16种状态） 0 0 0 0 0 1 0 0 0 8 0 0 0 1 1 1 0 0 1 9 0 0 1 0 2 1 0 1 0 A 0 0 1 1 3 1 0 1 1 B 0 1 0 0 4 1 1 0 0 C 0 1 0 1 5 1 1 0 1 D 0 1 1 0 6 1 1 1 0 E 0 1 1 1 7 1 1 1 1 F 当然，如果给出一个代码是EF，则可对应8个bit状态，分别是1 1 1 0 1 1 1 1，尤其在控制代码中，每一个bit都会有相应的准确的物理定义，知道上述这种对应，会便于理解控制协议。在将模拟信号转换成数字信号时，有几项主要指标将要考虑，量化位数，即量化的bit数，即将一个规一化的值分成多少份，如果是8bit量化，即分为了256份，如果是10bit量化，即分成了1024份等等，以8bit量化为例，如果模拟信号之间的差距小于1/2564的时候，数字化的信号是分辨不出这其中之的差距的，因此对信号是有损失的，量化速度，因为信号是一个随时间轴变化的电平（电流等）信号，除了对幅度进行分份量化，还要看其对时间的反应速度，如果1秒钟采一次样进行量化，采样频率为1Hz，如果一秒钟采10次，采样频率为10Hz等等，现在的采样频率在几十几百MHz是容易实现的。如图：将模拟信号转换成数字信号即由Analog转为Digital信号称为A/D（模/数变换）过程，反之称为D/A（数/模变换） 以A/D过程为例，由于采样位数和采样频率的限制，数字信号所能表现出的原信号与模拟原信号相比肯定是有了一些损失，这种损失是理论上就存在的，一般表现在频谱损失和信噪比损失。以8bit量化为例，无论在量化过程中的信号干扰或是量化后损失了原信号，都可表现为给原信号带来噪声信号，因此8bit量化的最大信噪比应是5253dB（没有记错的话），不可能再大了。另外，因此采样频率的限制，采样频率越高在时间轴上分得越细，所能表现的高频分量就越多，按照奈奎斯特采样定律，在经过A/D或D/A时，所能表现的模拟带宽最大可达到采样频率的一半。如果是以10MHz时钟采样，所能保留的最大带宽为5MHz，或者是说在半采样频率点上，信号从频谱上讲损失了3 dB，这也是理论上存在的，实验数据也支持这一结论，如果A/D或D/A的器件不好或电路不够合理，损失只能进一步加大。 结论：以A/D为例8bit量化 信噪比 最大 5253dB 10bit量化 信噪比 最大 5657dB 带宽为采样频率一半，或损失了3dB。4、VGA信号不同分辨率时的行/场极性与带宽根据VISA标准，对VGA信号在不同分辨率的场频（刷新频率）时，其像素时钟肯定是不同的，但同时其行场信号的形式和极性也是有区别的详见下表：从上表中可以看到几个问题：行场同步的形式和极性不同，有时是行/场同步是采用正极性信号，有时采用负极性信号，甚至采用复合同步信号。因此在工程中有时在切换不同的VGA信号源时，在屏幕上的显示位置会有可能不同，例如：先针对某台PC机将屏幕的显示位置调整好了，但一换信号源，显示位置又跑了，尤其是在拼屏中比较明显，这种情况就是行场极