本讲讨论矩阵系统
矩阵系统为任何电视设施的核心。它提供所有视频、音频、时间码和正常运行所需数据信号的互连。随着时间的过去，正常运行要求已经大大增加了对更大型和更复杂切换矩阵的需求。几年前，64×64视频矩阵就认为非常大了；现在只是一种中等的矩阵。随着数字电视设施的建立，对更大和更灵活系统的需求与日俱增。
为建立和运行一套有效的信号管理系统，要求两个主要组成部分：提供智能切换的控制系统和信号通路矩阵。在设计一种多年后仍保持全功能的有效和灵活的信号管理手段时，这两个要素的选择是关键的。
我们大都知道，对一个运行设施的矩阵系统大动干戈地改造，同时又不妨碍正常运行，就算可行的话，也可能困难重重。相比之下，增加新编辑设备，或用提供最新技术的磁带机取代破旧的磁带机就相对容易。多年前安装的大量矩阵系统仍在服役这个事实支持此论点。
在模拟域，NTSC和PAL信号在它们出现以后就基本维持不变。当然这些信号的技术质量是与时俱进的，但一个20年前建造的实际的矩阵系统可能依然在成功运行（如果它能得到维护的话）。现在建造的系统应该精心设计，许多年后依然能够工作。与最初可能的想象相比，这是一个大得多的挑战。在前面几讲中，我们提到可能需要包括在数字电视系统内部的多种可能的图像格式和信号类型。现在的系统需要提供一种增添开始时可能不需要的信号类型的途径。此外，由于对多种信号的潜在需求，控制系统需提供比过去大得多的智能程度和灵活性。
下一章专门论述控制系统拓扑和应用；本章我们将讨论切换矩阵。
切换AES/EBU数字音频
设计用于数字音频的矩阵有两种基本类别：异步和同步。异步切换台最通常的作法是由传统矩阵制造商提供。（除非另有说明，AES音频矩阵是异步的）。同步切换台类似于视频场消隐期切换，因此它们调整AES/EBU音频帧，提供帧精确的切换。
异步切换非常理想地用于必须混合音频取样率的任何环境，这种矩阵仅仅用于预选音频源，而不是用于实况或“热”切换。异步切换基本上是一种“应急”的切换，因此它将不管定时关系切换信号。如果实况使用，这种切换将导致输出音频帧分裂，将产生可听到的切换失真。这些差错往往将引起下游接收机失锁，并且可听到的影响将根据接收机设计而变化。此影响多样化，从重新获得锁定为止的输出静音到非常讨厌的劈啪声、喀呖声和爆裂声。
对于播出或实况切换，同步切换是必要的。通过确保所有音频取样率（如48kHz）都相同，而且被锁定于一个公共参考，实现同步切换。矩阵切换帧必须调整矩阵输入端的所有音频取样，因此切换在一个帧的边界进行。新音频数据然后在输出级插入一个连续的AES/EBU音频码流。此技术消除了接收机误差，是由NVISION倡导的。当前，NVISION同步音频矩阵是最广泛使用的播出应用产品，规模从8×32到2048×2048。
数字音频信号参考和管理既不复杂又不昂贵，但如果不明白其中的细微差别，还是易于在系统设计内部犯下错误。这些错误可能难以克服而且解决起来代价高昂。
路由多声道音频
所有NVISION异步和同步音频矩阵都将通过Dolby Digital（AC3）和Dolby E压缩音频信号。这些信号必须同步切换，并且相合于场消隐期，以避免接收机出错。不过，您的环境可能要求在基带层管理多声道音频。对于这种应用，NVISION同步矩阵提供一种非常切合实际的有成本效益的解决方案。我们可扩展的大型AES矩阵提供把4个音频层包含在同一切换台的能力。这些层可能被分别切换或链接在一起，以确保4个AES码流（8声道）可以同时切换。
数据路由
数据路由主要用于机器控制应用。近年来，较大设施中数据路由已常见。不过，由于串行通信（RS232、RS422和RS485）本质上是双向的，路由并不像对视频或音频那样直接。理想情况下，矩阵设计应当允许数据端口可对要求的任务动态配置，即VTR可以控制或其控制盘可用于控制其它的设备。在这种情况下，当VTR从远程切换到本地时，其串行端口的发送和接收线路交换过来。数据矩阵应当反映这种变化。否则，两个带相反引线连接的矩阵端口会要求这种水平的灵活性。
在双矩阵端口用于允许VTR被配置为受控或控制时，矩阵内部可能发生将完全阻止通信的冲突。NVISION制造采用专有的“动态端口”（图4）设计的数据路由系统，它们能解决此问题，并为运营商提供完全的灵活性。
您的数字电视设施需要的元数据和数据业务也能通过此种切换台路由。这可以在必需的场合把特定的音频信号链接到它们相应的元数据。
时间码路由
历史上，时间码一直作为用于分配和路由的模拟信号对待。不过，时间码是一种有相当小带宽的数字信号，因此历史上一直通过模拟音频切换台路由。采用模拟技术满足此需求在今天并不节约成本。数字技术使设计和制造数字时间码矩阵简单且便宜。NVISION生产若干种全数字时间码矩阵切换台（从8×32到512×512），它们比其它制造商的模拟产品通常更可靠，价钱更便宜。它们提供重新整形信号边缘的其它优点，允许在快和慢VTR穿梭搜索速度期间迅速读取时间码。
视频路由
对于任何路由层（视频、音频、时间码、数据），进一步扩展的余量在确保系统的耐久性方面是极为重要的。有限扩展性的系统一直是挫折始终如一的原因，在完全取代还不实际之前它们往往要求使用级联系统或工作过度的插线架来克服规模限制的难题。
对于新数字电视视频格式，执行固定信号类型的路由切换之决策可能导致出现一种未来在运作上不完全的设施。我们用了大量时间考虑和研究这个问题，并得到了以下结果：
1.矩阵规模和扩展性
大部分SDI矩阵设计不断发展为模拟矩阵结构的一个延伸。切换台规模超过128×128曾经认为是难办的，因此大多数矩阵设计不可线性扩展超过此规模。针对更大切换要求的扩展往往采用切换部件间的“连接线”。如果要消除瓶颈，连接线需要非常细心的计划和管理。
要求更大型矩阵的用户通常需要几何扩展这些矩阵。为用几台128×128切换台建立一个全部输出都可使用全部输入的256×256矩阵，需要互联最少4个128×128（1282）机架，并且全部256个输入都被4个机架分配。此方式成本高昂，并且要求储备大量的机架空间。但是，基本矩阵规模越大，成本和机架空间使用率越可接受。
2.信号处理
矩阵设计通常专注于处理某一信号类型。大多数SDI矩阵将通过所有的SDI数据率，但可能不提供重复计时（它是大型设施不可缺少的）。通常它们只能在一个帧频提供场消隐期切换（虽然假如切换台适当划分的话，也有能处理双帧频场消隐期切换（59.94和50Hz）的）。
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