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數字系統設計--模擬仍然存在，我們在設計包含數字視音頻技術的系統時必須要了解一些關鍵的問題--Keith Scheffler

[Extron AVSD] 對于視音頻專業人員來說，數字技術的應用已成為新的既定事實。但是就像任何其它的技術發展一樣，并不一定意味著這之前的技術會變得過時而被淘汰。事實上模擬和數字很可能會永遠并存，畢竟人的感知是模擬的。不管人們的看法如何，設計數字系統并不意味著一定要拋棄你已經掌握的關于設計模擬視音頻系統的知識。除了模擬和數字并存的現實之外，我們還必須認識到，在任何視音頻項目的設計階段，無論模擬還是數字，在本質上都存在著許多相似性。但是如果我們想要成功地設計包括數字技術的視音頻系統，仍有許多新的概念和問題需要我們去了解。

在數字技術和設計實踐方面加強自我教育已經成為必然。大多數視音頻專業人員在項目中都碰到過數字技術，或者是將其作為刻意為之的設計理念，或者是業主方的要求，又或者是與建筑中的其他技術系統對接的需求。如何處理這些數字方面的挑戰，意味著在技術不斷發展的專業視音頻世界中是成功還是失敗。

定義信號源

確定工作內容一般都開始于確認系統中將使用的信號源以及必須要兼容的信號源類型。請務必確認您的客戶是否計劃要保留任何現存的模擬視頻信號源。較新的數字視頻信號源很可能輸出HDMI或DVI信號，但某些專業的視頻設備也可能帶有SDI接口。了解數字視頻信號源是否是1080p,UXGA,WUXGA或更高，也是非常重要的。在長距離電纜傳輸中保持較高分辨率信號的完整性是一項很大的挑戰。對于HDMI信號源如藍光碟和有線或衛星電視而言，必需要將HDCP的因素考慮在內。對于所有HDCP信號源來說，從信號源至顯示設備的整個信號通道都必須是符合HDCP標準的。
　

雖然HDCP加密本應該由信號源內容決定，如藍光碟片標題，實際上許多的視音頻設備制造商往往會選擇讓設備處于默認HDCP加密的工作模式，而不管其信號源內容是否需要此功能。除了對HDCP的技術考慮外，一定要和您的客戶闡明，僅用于私人使用的受版權保護的內容不能用在一般的公共場合。您的客戶應該清楚地知道，商業用藍光碟片、許多電視廣播和衛星信號及其它受保護內容都是被版權法禁止在公共場所，如飯店、零售店、表演場地甚至教室等進行演示的，除非事先已得到版權持有者的授權許可。
　

信號傳輸距離要求

距離的要求主要取決于幾項因素，包括視音頻系統是否集中在一個房間內，這個房間有多大，以及是否需要將電纜布置在墻內或天花板上。如果系統要跨越幾個房間、一個大型的開放空間或者整個建筑設施，信號就必須要在信號源、處于集中式機房的切換器和顯示設備之間傳輸極長的距離。

使用標準電纜，HDMI和DVI信號可以在相對較短的距離內進行安全的傳輸，傳輸距離大約為 50'(15 m)。使用較長的電纜可傳輸至大約200'(60m)的距離，但信號的可靠性不能得到保證。問題主要是當數字視頻信號，如HDMI和DVI由于長距離傳輸或劣質電纜引起的衰減而開始劣化的時候，在屏圖像會馬上出現失真，甚至整屏圖像會完全消失。模擬信號則相反，它的損失是漸進的，也不太可能產生中斷。大多數商業安裝環境需要的電纜長度都遠長于50'，通常為100'(30 m)或更長。防止電纜衰減最好的保護措施是針對信號分辨率和所需的距離選擇高質量的電纜，并且對于距離大于50'和遠至200'的電纜長度，使用信號均衡器來恢復數字視頻信號的完整性。電纜均衡器可以做為單獨的設備使用，也可以內置在切換器、分配放大器、矩陣切換器或信號處理器中。

對眾所周知，電纜通常要通過管道敷設，并安裝在墻內、地板、天花板和其它空間有限的區域內，而且必須符合建筑規范或限制要求。您的客戶也許需要通過墻面板、地盒面板和電纜接口進行本地連接，由于它們都有固定的位置，所以可能會增加總的傳輸距離。在這些情況下，標準的成品電纜可能是不實用的，而行業標準的雙絞線電纜，如CAT5、CAT5e或CAT6會是更好的選擇。通過信號延長器可將傳輸距離延長至150'(45m)或更遠，雙絞線可以方便地滿足許多安裝環境的距離要求。

標準化雙絞線電纜經濟實用且易于端接，而標準HDMI和DVI成品線則相對昂貴，同時無法輕易地用于狹窄的管道空間，也不適用于快速的現場端接應用.帶屏蔽雙絞線的成本比常規的非屏蔽雙絞線成本要高，但能夠在高分辨率下提供更佳的傳輸性能表現，并可以更好地屏蔽電磁干擾。如果安裝環境要求將數字視頻信號傳輸幾百甚至幾千英尺的距離，光纖則是當然的選擇。多模光纖能夠將數字視音頻信號傳輸至大約300m(985')，而單模光纖可用于遠至30km或以上的更長距離的傳輸。但是對于選擇光纖還有一些其它的原因，您的客戶也許特別重視高分辨率的圖像質量，某些機構也許要求更高的安全性，需要一個可以防竊取的視音頻安裝系統，或者您的客戶正尋求建立一個可升級的，以適用于未來的視頻技術、格式和分辨率的系統，光纖可以滿足所有這些需求。

數字視音頻系統的設計資源

Extron提供的幾種資源可幫助您進行數字視音頻項目的設計，并在從模擬至數字的過渡中做出指導

    數字系統設計指南

    Extron《數字系統設計指南》是一本80頁的參考指南，全面、深入地探討了市場上將數字視頻信號集成到視音頻系統時出現的各種技術和設計問題。它解決了在從模擬向數字轉變時視音頻行業所面臨的重大挑戰，即這些新的信號類型系統拓撲如何被集成到視音頻演示系統中，以滿足客戶的通信需求。這本指南也為那些力求了解新興技術和選項、并通過實際的方法將其集成到最新和已有的演示系統中的視音頻系統設計師提供了參考。數字系統設計指南的內容清晰簡明，使不同層次的從事銷售和設計的讀者能夠了解相關的信號格式、標準和設計方法。

    數字系統設計教育：新興技術學院

    Extron為致力于數字視音頻系統設計的系統設計師和集成商提供了深入的指導。Extron新增設的新興技術學院包含了講師的指導和動手操作練習，用以設計從簡單到復雜的、端對端的視音頻系統。您將學會如何從設定到配置，為大量的現實生活中的場景設計數字視音頻系統，并對系統設計進行擴展以符合未來的技術和需求。此課程也會幫助您對現有的系統設計進行故障診斷，以增加對數字設計挑戰的了解，并學習如何在現場快速地解決問題。
　

Extron設計支持

對于您的下一個數字視頻系統設計，請致電給我們。我們專業的應用工程師、顧問應用工程師和系統設計工程師時刻準備著與您共同合作，以定義和設計完整的、端對端的數字視音頻系統，從點對點的傳輸和信號源切換應用到需要大量的信號路由和管理的企業范圍安裝。經過專門的數字視音頻方面的培訓，Extron員工對我們的數字視頻產品的功能和特性有著非常全面的了解，并隨時準備著協助您選擇正確的Extron產品解決方案，以至于您可以創建有效的視音頻系統設計，以滿足您的客戶在功能、性能和預算方面的需求。
　

切換、分配和信號處理

    在新的安裝環境中，除非您的客戶想要“全數字”或“純數字”系統，否則很可能需要進行信號格式轉換。也許需要增加一些模擬VGA的連接接口，以確保與系統內使用的筆記本電腦或臺式電腦相兼容�？蛻粢部赡芟雽⒛M信號源混合到新的數字系統內�；蛘叻炊灾苍S會碰到在現有模擬系統不做太大改動，只是您的客戶希望集成新的數字信號源進入現有系統的情況。當然，藍光碟片、數字有線電視或衛星電視接收器以及其它HDCP信號源會要求至顯示設備的整個路徑都需要符合新的HDCP標準，而非HDCP的數字設備，必要時也可以連接至模擬系統�；蛘咴趶V播或醫療成像的應用中，您的客戶可能需要將SDI轉換成HDMI或DVI，用以連接那些沒有SDI輸入的平板顯示器和投影機。對于所有這些需求，您可以選擇指定獨立的轉換器或包含格式轉換功能的信號處理器。

    包括1080p和WUXGA1920x1200的分辨率越來越普遍地應用在最新的數字信號源中，如藍光播放器和配備HDMI輸出顯卡的臺式電腦。同樣地，大多數新型的LCD/等離子顯示器和投影機的物理分辨率也達到了1920x1080，而物理分辨率為WUXGA的臺式電腦顯示器和投影機也越來越普遍。在這些情況下，基于信號的分辨率來匹配信號源和顯示設備是相對簡單的事情。然而，您客戶提供的筆記本電腦和臺式電腦很可能輸出較低分辨率的模擬信號。有時候分辨率可能是非常規的，無法與顯示設備兼容。并且您的客戶也許仍打算使用DVD播放器或其它標清信號源。此外，一些傳統的顯示設備也可能無法兼容1080p或WUXGA的分辨率。

    對于這些情況，在系統設計時應考慮加入圖像解析度轉換器和信號處理器，以匹配信號分辨率并確保順暢、可靠的系統運行。圖像解析度轉換器能夠在廣泛的分辨率基礎上處理多種信號格式，通過信號轉換來集成模擬和數字信號源，支持寬高比轉換控制，可在1080p的顯示器上顯示計算機分辨率，反之亦然。外置式的解析度轉換器的切換通常比內置在顯示設備中的更快，反應更迅捷。

    圖像解析度轉換器將單一、持續的輸出發送至顯示設備，單根的電纜連接簡化了視音頻系統設計，有助于確保系統運行的可靠性。輸出至顯示設備的信號分辨率和刷新率總是恒定的。當然，許多最新的顯示設備能夠自動調節以適應不同的輸入信號分辨率，但即便只通過單一輸入，由于內部的電路仍然要先獲取然后再處理信號，所以會產生明顯的滯后現象。鑒于這個原因，即使在集成多路HDMI或DVI信號源的情況下，外置式解析度轉換仍然是占有優勢的。

    信號的切換和分配需求由環境因素以及預定用途來決定。用于單顯示房間的新型數字安裝只需一個輸出的HDMI或DVI切換器就足夠了，尺寸的大小主要取決于輸入設備的數量。如果此安裝是對現有系統的數字化升級，此切換器，或者一臺數/�；旌锨袚Q器可以提供一條全新的的數字路徑至顯示設備。如果預算允許，一個集成數字/模擬切換的圖像解析度轉換器會提供一個更合理、更有效的集成解決方案。如果有多路信號源，或您的客戶打算要擴展系統，可以在圖像解析轉換器前端增加一個混合型切換器。同時要牢記如果系統中包含藍光播放器或任何HDCP信號源，那么切換器也一定要符合HDCP標準。

    在帶有多個顯示設備的多個房間或大型場地的環境中，特別是如果需要全數字系統，應該選擇HDMI或DVI矩陣切換器。矩陣切換器的尺寸大小需適合應用需求，同時具備額外的輸入和輸出能力以適應未來的擴展，或者您也可以選擇一個模塊化、可擴展的矩陣切換器。如果應用環境需要在長距離的基礎上，在信號源和顯示端之間進行大容量的信號分配，可以配置光纖矩陣配合信號源端的光纖發射器以及顯示端的光纖接收器來構建系統。光纖和雙絞線延長器也可以用來為特定的信號源和顯示設備提供點對點的長距離信號傳輸，然后連接至一個HDMI或DVI矩陣切換器系統。
　

    系統集成商在處理HDMI或DVI信號分配時會面臨三個主要挑戰：信號完整性、EDID兼容性和HDCP。選擇切換器、矩陣切換器或分配放大器的關鍵是要符合HDCP標準、管理信號源和顯示設備的EDID通信、修復通過長距離電纜的輸入信號以及對輸出信號進行時鐘恢復或信號再生，以確保最佳品質的信號到達顯示端。具有所有這些特性就能大大簡化數字視音頻系統的集成，極大地節省了在安裝中和安裝后診斷故障的時間和精力。信號的完整性可以通過高質量的電纜和信號均衡功能得以實現。眾所周知，當顯示器不能正確地傳遞EDID至信號源時，會產生錯誤的圖像或者圖像完全消失；特別是當分辨率、刷新率或色彩空間不匹配時也會產生同樣的結果，所以正確的EDID通信是至關重要的。當然不符合HDCP標準的設備也會導致來自HDCP信號源的圖像無法顯示。對于信號分配設備，特別是矩陣切換器內，有效的EDID和HDCP管理會有助于快速、輕松的系統配置和信號源切換。

    在設計一個包含數字和模擬視頻源的系統時，有多種方式可以將兩者集成到一起，以滿足您客戶的視音頻需求、符合預算并提供一個高性能、高可靠的系統。在考慮數字和模擬時，關鍵是注重實用性，一個完全的數字系統改造不一定是最經濟、也不一定是最有效的解決方案。如果您的客戶想為新的安裝系統提供幾路現有的模擬信號源，帶模數轉換功能的切換器/圖像解析度轉換器能夠做到這一點，而系統其余的數字分配結構則是數字的。當然，如果新的安裝系統包含多個模擬信號源設備，您可以選擇數字和模擬分配的并行結構。同樣地，如果設計者碰到一個既有的基于模擬的系統，而客戶想要做一個數字化的小型升級，那么最經濟的方案可能就是增加一些所需的組件，以創建新的數字路徑至顯示設備。

    在大型機構中，有效的數字視音頻系統設計中，需要考慮的另一方面是子切換。一個大型的、集中的矩陣切換器通常是組合的一部分，以便于任何信號源都能被發送至任意顯示設備。然而，在許多情況下，視音頻分配可能僅限于某些房間、樓層或指定的區域，但并不是所有信號源都安放在這些區域內的，所以您可以為此機構選用一款尺寸較小、價格便宜的中央矩陣切換器，為本地分配選擇單獨的矩陣切換器、切換器或分配放大器。在一個帶光纖架構的視音頻環境中，通過使用小型的光纖矩陣以及帶標準或雙絞線視頻分配設備的子切換，可以極大地節省成本費用。
　

選擇顯示設備

    高分辨率平板顯示器、臺式電腦顯示器和投影機已成為新系統安裝中的標準配置。從系統設計的角度來講，由于許多最新的信號源都以較高的分辨率輸出，所以這些顯示設備也是合理的。對于帶固定視音頻信號源，如藍光播放器和臺式電腦的新系統來說，由于集成商只需管理有限數量的分辨率，所以可以簡化安裝過程。

    事實上目前市面上出售的每一款新的平板電視或投影機，如果其配備了HDMI或DVI端口，通常都是符合HDCP標準的。但臺式電腦顯示器則有可能符合或不符合。客戶提供的顯示設備有可能無法兼容HDCP信號源，對于這種情況一定要特別指出，尤其是系統內需要播放藍光碟片或其它受保護信號源的情況。如果客戶提供的顯示設備被應用到新系統安裝中，或如果非WUXGA或1080p分辨率的新監視器將應用在系統中，則應該考慮如何處理分辨率和寬高比之間的匹配問題。此外，您的客戶也需了解，如果有HDCP兼容性方面的考慮，那么對于現有模擬系統的數字化升級則需要添置新的顯示設備。

    一些品牌和型號的顯示設備在信號分辨率、色彩空間或色深改變時，反應比其它的顯示設備更快，即使是使用相同的輸出端口。最新的Extron HDMI和DVI矩陣切換器和切換器都會針對切換速度作了顯著的性能提升，所以任何明顯的延遲往往是受限于顯示設備而不是切換器。所以在做出選擇之前，務必要評估各個顯示設備的切換性能。

    安裝環境也經常會要求特殊的顯示設備類型、放置位置和安裝方式。反而言之，其也會針對如何傳遞信號至顯示設備而影響系統的設計決策。例如，一個大學禮堂通常需要至少一個投影機以及一個放置在講臺或位于禮堂后端墻面的提示顯示器。這些顯示設備可能需要敷設在墻內、地板和天花板內的雙絞線電纜或光纖來傳輸必需的距離。與之相比，具有許多臺式電腦的培訓室或許僅通過本地的HDMI或DVI分配及標準電纜連接至監視器。

音頻方面的考慮

請記住，數字系統設計還應考慮音頻方面，部分原因是由于HDMI帶有音頻和視頻，當然也是因為客戶在安裝中通常要求帶有音頻的需求。對于某些應用來說，一臺顯示設備的內置擴聲系統也許就足夠了。當然也有可能需要一個獨立的外置擴聲系統。當需要一個外置的擴聲系統時，您要考慮一個最優化的系統方案：是用于針對每個獨立的顯示設備的節目型擴聲系統，還是用于大型區域覆蓋的分布式擴聲系統。這些問題會影響如何選擇終端設備的數量、功放和揚聲器的質量和位置以及處理和分配數字音頻信號的設備。來自麥克風和模擬及DVI信號源的音頻會獨立于視頻單獨路由，而對于HDMI信號源，其視音頻信號可一起打包傳輸。許多矩陣切換器也允許音頻視頻分離路由。HDMI音頻可以被解嵌，用于單獨的路由或輸入至音頻系統，或者轉換模擬立體聲或數字音頻接口，用于立體聲或環繞聲應用環境。另外，模擬視頻或帶音頻的DVI也可以轉換為帶嵌入式音頻的HDMI信號，SDI信號可以被轉換為帶有嵌入式音頻或音頻剝離的HDMI或DVI信號。

數字系統設計中要考慮的其它因素

跟高分辨率模擬系統一樣，最佳的數字視音頻設計應該盡量減少系統內連接節點的數量。由于數字信號在通過電纜端接點和中間設備時會有所衰減，所以盡可能減少連接點數量也會改善信號的完整性。您應該盡量只選用必要的設備來滿足視音頻的功能需求。對于高質量的電纜傳輸，主動彌補信號損失的電纜均衡器和雙絞線延長器總是比無源延長器或轉換器更受歡迎。

一個精心設計的數字系統也有助于確保調試階段的順利運行。調試包括系統設定、配置、測試和性能驗證，應該在系統性能和可靠性方面完全滿足客戶的信心要求。然而，如果系統設計無法滿足以下的需求，則會使調試過程變得復雜化，從而增加成本并延誤時間。1)從信號源到顯示設備都完全符合HDCP標準，2)在整個信號路徑中保持信號的完整性，3)提供EDID通信管理，4)符合終端用戶的期望。這類的成本增加和時間延誤都是由額外的故障排除、系統重新配置、追加產品訂購和設備拆卸重裝造成的--所有這些都是可以通過正確的數字系統設計實踐來避免。

在為系統選擇產品時，一個重要的、但也許不太明顯的因素是與一個正確的廠家合作，此廠家要能夠并愿意從系統設計開始一直到系統集成的各個階段為其提供定制的技術支持。由于有些工作需要夜間或周末完成，所以7天24小時全天侯的技術支持也是一項決定性因素。廠家同時應該能夠提供教育培訓資源，使您有機會熟悉產品，并了解數字視音頻系統設計的基本原理。選擇一家正確的廠家，對于正確的系統設計和快速的系統安裝調試來說，無疑是一個關鍵的因素。

Keith Scheffler是Extron電子的系統設計工程經理。他帶領的系統設計工程師團隊可在售前和售后為系統集成商提供系統設計支持和技術故障診斷服務。Keith有20多年的工作經驗，曾在幾家重要的視音頻集成公司擔任過高級工程師職位。

關于愛思創電子公司 (Extron Electronics)
愛思創電子公司 (Extron Electronics) 全球總部位于美國加州的阿納海姆市，是一家世界領先的專業視音頻系統集成產品的生產商。產品主要包括：視音頻控制系統、計算機視頻接口、切換器、矩陣切換器、分配放大器、音頻放大器、揚聲器、雙絞線和光纖設備、視頻圖像解析度轉換器、視音頻信號處理器、視音頻流媒體產品、教室聲場系統及高分辨率電纜。我們公司的理念基于以下三個基本要素：服務、支持、解決方案，即S³。正是在這種標準的引導下，Extron 已經成為專業視音頻行業內領先的產品及培訓服務供應商。欲了解更多信息，敬請訪問愛思創公司網站。

數字系統設計--模擬仍然存在，我們在設計包含數字視音頻技術的系統時必須要了解一些關鍵的問題

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