数字系统设计--模拟仍然存在，我们在设计包含数字视音频技术的系统时必须要了解一些关键的问题--Keith Scheffler

    [Extron AVSD]  对于视音频专业人员来说，数字技术的应用已成为新的既定事实。但是就像任何其它的技术发展一样，并不一定意味着这之前的技术会变得过时而被淘汰。事实上模拟和数字很可能会永远并存，毕竟人的感知是模拟的。不管人们的看法如何，设计数字系统并不意味着一定要抛弃你已经掌握的关于设计模拟视音频系统的知识。除了模拟和数字并存的现实之外，我们还必须认识到，在任何视音频项目的设计阶段，无论模拟还是数字，在本质上都存在着许多相似性。但是如果我们想要成功地设计包括数字技术的视音频系统，仍有许多新的概念和问题需要我们去了解。 　     在数字技术和设计实践方面加强自我教育已经成为必然。大多数视音频专业人员在项目中都碰到过数字技术，或者是将其作为刻意为之的设计理念，或者是业主方的要求，又或者是与建筑中的其他技术系统对接的需求。 如何处理这些数字方面的挑战，意味着在技术不断发展的专业视音频世界中是成功还是失败。
　

　


　

    定义信号源
    　 　
    确定工作内容一般都开始于确认系统中将使用的信号源以及必须要兼容的信号源类型。请务必确认您的客户是否计划要保留任何现存的模拟视频信号源。较新的数字视频信号源很可能输出HDMI或DVI信号，但某些专业的视频设备也可能带有SDI接口。了解数字视频信号源是否是1080p,UXGA,WUXGA或更高，也是非常重要的。在长距离电缆传输中保持较高分辨率信号的完整性是一项很大的挑战。 对于HDMI信号源如蓝光碟和有线或卫星电视而言，必需要将HDCP的因素考虑在内。对于所有HDCP信号源来说，从信号源至显示设备的整个信号通道都必须是符合HDCP标准的。
　		 　     虽然HDCP加密本应该由信号源内容决定，如蓝光碟片标题，实际上许多的视音频设备制造商往往会选择让设备处于默认HDCP加密的工作模式，而不管其信号源内容是否需要此功能。 除了对HDCP的技术考虑外，一定要和您的客户阐明，仅用于私人使用的受版权保护的内容不能用在一般的公共场合。您的客户应该清楚地知道，商业用蓝光碟片、许多电视广播和卫星信号及其它受保护内容都是被版权法禁止在公共场所，如饭店、零售店、表演场地甚至教室等进行演示的，除非事先已得到版权持有者的授权许可。
　

    信号传输距离要求
    　 　
    距离的要求主要取决于几项因素，包括视音频系统是否集中在一个房间内，这个房间有多大，以及是否需要将电缆布置在墙内或天花板上。如果系统要跨越几个房间、一个大型的开放空间或者整个建筑设施，信号就必须要在信号源、处于集中式机房的切换器和显示设备之间传输极长的距离。
 
    使用标准电缆，HDMI和DVI信号可以在相对较短的距离内进行安全的传输，传输距离大约为 50'(15 m)。使用较长的电缆可传输至大约200'(60m)的距离，但信号的可靠性不能得到保证。问题主要是当数字视频信号，如HDMI和DVI由于长距离传输或劣质电缆引起的衰减而开始劣化的时候，在屏图像会马上出现失真，甚至整屏图像会完全消失。模拟信号则相反，它的损失是渐进的，也不太可能产生中断。大多数商业安装环境需要的电缆长度都远长于50'，通常为100'(30 m)或更长。防止电缆衰减最好的保护措施是针对信号分辨率和所需的距离选择高质量的电缆，并且对于距离大于50'和远至200'的电缆长度，使用信号均衡器来恢复数字视频信号的完整性。电缆均衡器可以做为单独的设备使用，也可以内置在切换器、分配放大器、矩阵切换器或信号处理器中。		 　     对众所周知，电缆通常要通过管道敷设，并安装在墙内、地板、天花板和其它空间有限的区域内，而且必须符合建筑规范或限制要求。您的客户也许需要通过墙面板、地盒面板和电缆接口进行本地连接，由于它们都有固定的位置，所以可能会增加总的传输距离。在这些情况下，标准的成品电缆可能是不实用的，而行业标准的双绞线电缆，如CAT5、CAT5e或CAT6会是更好的选择。通过信号延长器可将传输距离延长至150'(45m)或更远，双绞线可以方便地满足许多安装环境的距离要求。

    标准化双绞线电缆经济实用且易于端接，而标准HDMI和DVI成品线则相对昂贵，同时无法轻易地用于狭窄的管道空间，也不适用于快速的现场端接应用.带屏蔽双绞线的成本比常规的非屏蔽双绞线成本要高，但能够在高分辨率下提供更佳的传输性能表现，并可以更好地屏蔽电磁干扰。如果安装环境要求将数字视频信号传输几百甚至几千英尺的距离，光纤则是当然的选择。多模光纤能够将数字视音频信号传输至大约300m(985')，而单模光纤可用于远至30km或以上的更长距离的传输。但是对于选择光纤还有一些其它的原因，您的客户也许特别重视高分辨率的图像质量，某些机构也许要求更高的安全性，需要一个可以防窃取的视音频安装系统，或者您的客户正寻求建立一个可升级的，以适用于未来的视频技术、格式和分辨率的系统，光纤可以满足所有这些需求。
　

    数字视音频系统的设计资源

Extron提供的几种资源可帮助您进行数字视音频项目的设计，并在从模拟至数字的过渡中做出指导  

    数字系统设计指南

    Extron《数字系统设计指南》是一本80页的参考指南，全面、深入地探讨了市场上将数字视频信号集成到视音频系统时出现的各种技术和设计问题。它解决了在从模拟向数字转变时视音频行业所面临的重大挑战，即这些新的信号类型系统拓扑如何被集成到视音频演示系统中，以满足客户的通信需求。这本指南也为那些力求了解新兴技术和选项、并通过实际的方法将其集成到最新和已有的演示系统中的视音频系统设计师提供了参考。数字系统设计指南的内容清晰简明，使不同层次的从事销售和设计的读者能够了解相关的信号格式、标准和设计方法。

    数字系统设计教育：新兴技术学院
 
    Extron为致力于数字视音频系统设计的系统设计师和集成商提供了深入的指导。Extron新增设的新兴技术学院包含了讲师的指导和动手操作练习，用以设计从简单到复杂的、端对端的视音频系统。您将学会如何从设定到配置，为大量的现实生活中的场景设计数字视音频系统，  并对系统设计进行扩展以符合未来的技术和需求。此课程也会帮助您对现有的系统设计进行故障诊断，以增加对数字设计挑战的了解，并学习如何在现场快速地解决问题。
　

　


　
    Extron设计支持

    对于您的下一个数字视频系统设计，请致电给我们。我们专业的应用工程师、顾问应用工程师和系统设计工程师时刻准备着与您共同合作，以定义和设计完整的、端对端的数字视音频系统，从点对点的传输和信号源切换应用到需要大量的信号路由和管理的企业范围安装。经过专门的数字视音频方面的培训，Extron员工对我们的数字视频产品的功能和特性有着非常全面的了解，并随时准备着协助您选择正确的Extron产品解决方案，以至于您可以创建有效的视音频系统设计，以满足您的客户在功能、性能和预算方面的需求。
　

　

    切换、分配和信号处理
　
    在新的安装环境中，除非您的客户想要“全数字”或“纯数字”系统，否则很可能需要进行信号格式转换。也许需要增加一些模拟VGA的连接接口，以确保与系统内使用的笔记本电脑或台式电脑相兼容。客户也可能想将模拟信号源混合到新的数字系统内。或者反而言之，您也许会碰到在现有模拟系统不做太大改动，只是您的客户希望集成新的数字信号源进入现有系统的情况。当然，蓝光碟片、数字有线电视或卫星电视接收器以及其它HDCP信号源会要求至显示设备的整个路径都需要符合新的HDCP标准，而非HDCP的数字设备，必要时也可以连接至模拟系统。或者在广播或医疗成像的应用中，您的客户可能需要将SDI转换成HDMI或DVI，用以连接那些没有SDI输入的平板显示器和投影机。对于所有这些需求，您可以选择指定独立的转换器或包含格式转换功能的信号处理器。
 
    包括1080p和WUXGA1920x1200的分辨率越来越普遍地应用在最新的数字信号源中，如蓝光播放器和配备HDMI输出显卡的台式电脑。同样地，大多数新型的LCD/等离子显示器和投影机的物理分辨率也达到了1920x1080，而物理分辨率为WUXGA的台式电脑显示器和投影机也越来越普遍。在这些情况下，基于信号的分辨率来匹配信号源和显示设备是相对简单的事情。然而，您客户提供的笔记本电脑和台式电脑很可能输出较低分辨率的模拟信号。有时候分辨率可能是非常规的，无法与显示设备兼容。并且您的客户也许仍打算使用DVD播放器或其它标清信号源。此外，一些传统的显示设备也可能无法兼容1080p或WUXGA的分辨率。
 
    对于这些情况，在系统设计时应考虑加入图像解析度转换器和信号处理器，以匹配信号分辨率并确保顺畅、可靠的系统运行。图像解析度转换器能够在广泛的分辨率基础上处理多种信号格式，通过信号转换来集成模拟和数字信号源，支持宽高比转换控制，可在1080p的显示器上显示计算机分辨率，反之亦然。外置式的解析度转换器的切换通常比内置在显示设备中的更快，反应更迅捷。
 
    图像解析度转换器将单一、持续的输出发送至显示设备，单根的电缆连接简化了视音频系统设计，有助于确保系统运行的可靠性。输出至显示设备的信号分辨率和刷新率总是恒定的。当然，许多最新的显示设备能够自动调节以适应不同的输入信号分辨率，但即便只通过单一输入，由于内部的电路仍然要先获取然后再处理信号，所以会产生明显的滞后现象。鉴于这个原因，即使在集成多路HDMI或DVI信号源的情况下，外置式解析度转换仍然是占有优势的。
 
    信号的切换和分配需求由环境因素以及预定用途来决定。用于单显示房间的新型数字安装只需一个输出的HDMI或DVI切换器就足够了，尺寸的大小主要取决于输入设备的数量。如果此安装是对现有系统的数字化升级，此切换器，或者一台数/模混合切换器可以提供一条全新的的数字路径至显示设备。如果预算允许，一个集成数字/模拟切换的图像解析度转换器会提供一个更合理、更有效的集成解决方案。如果有多路信号源，或您的客户打算要扩展系统，可以在图像解析转换器前端增加一个混合型切换器。同时要牢记如果系统中包含蓝光播放器或任何HDCP信号源，那么切换器也一定要符合HDCP标准。
 
    在带有多个显示设备的多个房间或大型场地的环境中，特别是如果需要全数字系统，应该选择HDMI或DVI矩阵切换器。矩阵切换器的尺寸大小需适合应用需求，同时具备额外的输入和输出能力以适应未来的扩展，或者您也可以选择一个模块化、可扩展的矩阵切换器。如果应用环境需要在长距离的基础上，在信号源和显示端之间进行大容量的信号分配，可以配置光纤矩阵配合信号源端的光纤发射器以及显示端的光纤接收器来构建系统。光纤和双绞线延长器也可以用来为特定的信号源和显示设备提供点对点的长距离信号传输，然后连接至一个HDMI或DVI矩阵切换器系统。
　

　
    系统集成商在处理HDMI或DVI信号分配时会面临三个主要挑战：信号完整性、EDID兼容性和HDCP。选择切换器、矩阵切换器或分配放大器的关键是要符合HDCP标准、管理信号源和显示设备的EDID通信、修复通过长距离电缆的输入信号以及对输出信号进行时钟恢复或信号再生，以确保最佳品质的信号到达显示端。具有所有这些特性就能大大简化数字视音频系统的集成，极大地节省了在安装中和安装后诊断故障的时间和精力。信号的完整性可以通过高质量的电缆和信号均衡功能得以实现。众所周知，当显示器不能正确地传递EDID至信号源时，会产生错误的图像或者图像完全消失；特别是当分辨率、刷新率或色彩空间不匹配时也会产生同样的结果，所以正确的EDID通信是至关重要的。当然不符合HDCP标准的设备也会导致来自HDCP信号源的图像无法显示。对于信号分配设备，特别是矩阵切换器内，有效的EDID和HDCP管理会有助于快速、轻松的系统配置和信号源切换。
 
    在设计一个包含数字和模拟视频源的系统时，有多种方式可以将两者集成到一起，以满足您客户的视音频需求、符合预算并提供一个高性能、高可靠的系统。在考虑数字和模拟时，关键是注重实用性，一个完全的数字系统改造不一定是最经济、也不一定是最有效的解决方案。如果您的客户想为新的安装系统提供几路现有的模拟信号源，带模数转换功能的切换器/图像解析度转换器能够做到这一点，而系统其余的数字分配结构则是数字的。当然，如果新的安装系统包含多个模拟信号源设备，您可以选择数字和模拟分配的并行结构。同样地，如果设计者碰到一个既有的基于模拟的系统，而客户想要做一个数字化的小型升级，那么最经济的方案可能就是增加一些所需的组件，以创建新的数字路径至显示设备。
 
    在大型机构中，有效的数字视音频系统设计中，需要考虑的另一方面是子切换。一个大型的、集中的矩阵切换器通常是组合的一部分，以便于任何信号源都能被发送至任意显示设备。然而，在许多情况下，视音频分配可能仅限于某些房间、楼层或指定的区域，但并不是所有信号源都安放在这些区域内的，所以您可以为此机构选用一款尺寸较小、价格便宜的中央矩阵切换器，为本地分配选择单独的矩阵切换器、切换器或分配放大器。在一个带光纤架构的视音频环境中，通过使用小型的光纤矩阵以及带标准或双绞线视频分配设备的子切换，可以极大地节省成本费用。
　

    选择显示设备
　
    高分辨率平板显示器、台式电脑显示器和投影机已成为新系统安装中的标准配置。从系统设计的角度来讲，由于许多最新的信号源都以较高的分辨率输出，所以这些显示设备也是合理的。对于带固定视音频信号源，如蓝光播放器和台式电脑的新系统来说，由于集成商只需管理有限数量的分辨率，所以可以简化安装过程。
 
    事实上目前市面上出售的每一款新的平板电视或投影机，如果其配备了HDMI或DVI端口，通常都是符合HDCP标准的。但台式电脑显示器则有可能符合或不符合。客户提供的显示设备有可能无法兼容HDCP信号源，对于这种情况一定要特别指出，尤其是系统内需要播放蓝光碟片或其它受保护信号源的情况。如果客户提供的显示设备被应用到新系统安装中，或如果非WUXGA或1080p分辨率的新监视器将应用在系统中，则应该考虑如何处理分辨率和宽高比之间的匹配问题。此外，您的客户也需了解，如果有HDCP兼容性方面的考虑，那么对于现有模拟系统的数字化升级则需要添置新的显示设备。
 
    一些品牌和型号的显示设备在信号分辨率、色彩空间或色深改变时，反应比其它的显示设备更快，即使是使用相同的输出端口。最新的Extron HDMI和DVI矩阵切换器和切换器都会针对切换速度作了显著的性能提升，所以任何明显的延迟往往是受限于显示设备而不是切换器。所以在做出选择之前，务必要评估各个显示设备的切换性能。
 
    安装环境也经常会要求特殊的显示设备类型、放置位置和安装方式。反而言之，其也会针对如何传递信号至显示设备而影响系统的设计决策。例如，一个大学礼堂通常需要至少一个投影机以及一个放置在讲台或位于礼堂后端墙面的提示显示器。这些显示设备可能需要敷设在墙内、地板和天花板内的双绞线电缆或光纤来传输必需的距离。与之相比，具有许多台式电脑的培训室或许仅通过本地的HDMI或DVI分配及标准电缆连接至监视器。

　

    音频方面的考虑
　
    请记住，数字系统设计还应考虑音频方面，部分原因是由于HDMI带有音频和视频，当然也是因为客户在安装中通常要求带有音频的需求。对于某些应用来说，一台显示设备的内置扩声系统也许就足够了。当然也有可能需要一个独立的外置扩声系统。当需要一个外置的扩声系统时，您要考虑一个最优化的系统方案：是用于针对每个独立的显示设备的节目型扩声系统，还是用于大型区域覆盖的分布式扩声系统。这些问题会影响如何选择终端设备的数量、功放和扬声器的质量和位置以及处理和分配数字音频信号的设备。来自麦克风和模拟及DVI信号源的音频会独立于视频单独路由，而对于HDMI信号源，其视音频信号可一起打包传输。许多矩阵切换器也允许音频视频分离路由。HDMI音频可以被解嵌，用于单独的路由或输入至音频系统，或者转换模拟立体声或数字音频接口，用于立体声或环绕声应用环境。另外，模拟视频或带音频的DVI也可以转换为带嵌入式音频的HDMI信号，SDI信号可以被转换为带有嵌入式音频或音频剥离的HDMI或DVI信号。
　 　

    数字系统设计中要考虑的其它因素
  
　
  
    跟高分辨率模拟系统一样，最佳的数字视音频设计应该尽量减少系统内连接节点的数量。由于数字信号在通过电缆端接点和中间设备时会有所衰减，所以尽可能减少连接点数量也会改善信号的完整性。您应该尽量只选用必要的设备来满足视音频的功能需求。对于高质量的电缆传输，主动弥补信号损失的电缆均衡器和双绞线延长器总是比无源延长器或转换器更受欢迎。
 
    一个精心设计的数字系统也有助于确保调试阶段的顺利运行。调试包括系统设定、配置、测试和性能验证，应该在系统性能和可靠性方面完全满足客户的信心要求。然而，如果系统设计无法满足以下的需求，则会使调试过程变得复杂化，从而增加成本并延误时间。1)从信号源到显示设备都完全符合HDCP标准，2)在整个信号路径中保持信号的完整性，3)提供EDID通信管理，4)符合终端用户的期望。这类的成本增加和时间延误都是由额外的故障排除、系统重新配置、追加产品订购和设备拆卸重装造成的--所有这些都是可以通过正确的数字系统设计实践来避免。
　
     在为系统选择产品时，一个重要的、但也许不太明显的因素是与一个正确的厂家合作，此厂家要能够并愿意从系统设计开始一直到系统集成的各个阶段为其提供定制的技术支持。由于有些工作需要夜间或周末完成，所以7天24小时全天侯的技术支持也是一项决定性因素。厂家同时应该能够提供教育培训资源，使您有机会熟悉产品，并了解数字视音频系统设计的基本原理。选择一家正确的厂家，对于正确的系统设计和快速的系统安装调试来说，无疑是一个关键的因素。

    Keith Scheffler是Extron电子的系统设计工程经理。他带领的系统设计工程师团队可在售前和售后为系统集成商提供系统设计支持和技术故障诊断服务。Keith有20多年的工作经验，曾在几家重要的视音频集成公司担任过高级工程师职位。

　

关于爱思创电子公司 (Extron Electronics)
爱思创电子公司 (Extron Electronics) 全球总部位于美国加州的阿纳海姆市，是一家世界领先的专业视音频系统集成产品的生产商。产品主要包括：视音频控制系统、计算机视频接口、切换器、矩阵切换器、分配放大器、音频放大器、扬声器、双绞线和光纤设备、视频图像解析度转换器、视音频信号处理器、视音频流媒体产品、教室声场系统及高分辨率电缆。我们公司的理念基于以下三个基本要素：服务、支持、解决方案，即S³。正是在这种标准的引导下，Extron 已经成为专业视音频行业内领先的产品及培训服务供应商。欲了解更多信息，敬请访问爱思创公司网站。
　

数字系统设计--模拟仍然存在，我们在设计包含数字视音频技术的系统时必须要了解一些关键的问题