刘力：高级工程师；毕业于清华大学无线电系，后进入中国科学院自动化研究所工作；曾参加国家重点科技项目的研发，现任北京利国电子公司总经理。联系作者：liguo@liguo.com.cn
在了解完数字信号的特性及在传输、转换、EDID方面的特性之后，我们最后介绍数字信号的切换问题。
1、现行数字切换芯片的规模及对矩阵的影响
当前国际上生产高速(3.3G码流)数字切换芯片的厂家很少，基本上就是一两家，所生产的数字切换芯片的规模从36×36、72×72到144×144，目前尚未见到最大规模的芯片，这就是对数字切换的规模有所限制。对于单组的数字信号，如SDI和HD-SDI，由于其信号是单组的，即采用时分复用的方法将Y.Cr.Cb信号共用了一路通道，因此对应上述芯片，很容易就可以将设备制作成36×36(一般是32×32)，72×72(一般是64×64)和144×144(一般是128×128)的SDI/HD-SDI矩阵。但对于四路的信号，如DVI和HDMI信号及DP信号，由于考虑到传输路径的一致，往往选用四组信号共用一个芯片的方法，因此矩阵的规模就一下子降了下来，如只能做到8×8、16×16、32×32的数字矩阵，这是芯片规模造成的。如果采用四组信号分别走不同的路径走不同的芯片，理论上是可以的，但是PCB布线就成为一个很困难的问题。要知道像素时钟是G一级的，这就意味着像素间的时钟是在p秒的量级，而一米路线路径延迟是在几个n秒的量级，如果四组码流的传输路径相差几厘米，就有可能造成像素间产生“错点”这对技术工艺要求较高。因此，目前四组信号的矩阵规模基本上都在32×32，再大的就很困难了，但32×32的规模对于较大场合的应用明显不够，因此就出现了许多的变通方法，后面会一一介绍到。
2、DVI/HDMI信号的切换
由以前介绍的数字信号的特点中我们知道，每一路DVI和HDMI的信号是分别含有R.G.G和数字时钟的四组高速数据码流(其它控制信号如EDID、HDCP和CEC等速率较低，走另外通道)，因此在传输切换时，要对四组信号同时进行切换，并且四组信号所走的传输路径应该一致，其实在该类信号的其它应用中也都有同样的问题，如分配器或传输设备中，但由于以往的设备往往只处理一路信号，如分配器将一路信号分配成多路，在制作中很容易保障四组码流的传输路径一致，但在矩阵切换中这一点不太容易保证。但这种四组码流的切换矩阵的性能应该是最好的，这可以保障DVI信号、HDMI信号和DP信号的通过(当然要更换不同的接口，其它通讯部分的通道也要有相应的改变)，缺点是：矩阵规模不够大。
3、SDI/HD-SDI的切换
由于SDI/HD-SDI信号中只有一组码流，因此矩阵的规模很容易作大，目前已达到144×144，从矩阵规模上SDI/HD-SDI信号矩阵是够大了，但其缺点：该信号是YUV色域的信号，其彩色分辨率及色彩还原性要差一些，另外，由于绝大部分的设备(尤其是显示设备)不支持SDI/HD-SDI接口，因此在应用中要大量使用转换器(在以前我们介绍过，不建议将RGB色域的信号转换为YUV色域的信号)，增大了设备的成本，降低了系统的可靠性，这往往是一种被逼无奈的结果，应尽力避免，在广电行业中，因为其信号源和后续设备都有SDI/HD-SDI接口，因此可大量使用SDI/HD-SDI矩阵，这不在我们的讨论之列。
4、多媒体切换
由于现行工程系统中，信号的种类很多，有DVI、HDMI、DP、SDI、HD-SDI、VGA、Video、YC、YPrPb等等，传输的途径有通过电缆的、网线的、光纤的等等，因此如果能出现一款多媒体(流媒体)的切换中心，将各种类型的输入/输出信号进行管理，无疑是大家非常希望见到的。
多媒体的管理中心包含以下几个方面①数字切换核心的类型，②信号的接口形式与转换，我们可以分别讨论。
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①数字切换核心
目前所见到的数字切换核心只有两种，一种是四通道的DVI、HDMI、DP核心的切换，另一种是单通道的SDI、HD-SDI核心的切换，这两种方法的优缺点上面已经分析过了，SDI单通道为核心组成的矩阵，矩阵规模可作大一些，同等规模(如32×32)时对比四通道的矩阵主通道的成本要低(这很明显，毕竟是4:1的关系)，但接口芯片的成本并不低，其核心中只能通过SDI信号，如果是大量非SDI信号的话，就需要将其它类型的信号转换为SDI信号，这样造成信号质量损失，同时大大地增加了成本，因为SDI信号为广电行业专用芯片，器件生产厂家较少，价格较高。而DVI/HDMI/DP这类四通道为核心的矩阵，其问题是矩阵规模较小，同等规模矩阵主通道比较贵，但其中可通过的信号质量好，适用性强。
②信号接口形成与转换
如果输入与输出信号的类型不是完全一致的或是传输方式不是一致的，就会要求接口的形式不同，目前常见的几种信号形式上面也列举了，但如何转换就根据切换的核心不同而不同，而这种转换包括仅是接口形式的转换，也包括Scaler的转换，以利国公司的产品为例，我公司目前所作的数字矩阵包括SDI的矩阵和DVI的矩阵，SDI的矩阵不去讨论，在DVI的矩阵中我们有几种接口板，如光纤传输的接口板，每块板子上有4路光收/发模块，可以直接将光纤接上就行，也有HDCP接口板，可以直接接HDCP信号或将HDMI信号的小接口转成DVI接口，直接利用HDCP接口板进行输入/输出，但从某种角度上讲，这种做法其实不够灵活，如光纤或HDCP信号不是正好4路的倍数，或是大量的转换板占用矩阵的电源资源，因此我们的思路是：利用DVI为核心的矩阵外配一个工具箱，该工具箱是一个提供电源和RS232等控制信号的插板箱，用户可根据现场的实际需求，将各种接口转换插板插在工具箱中，而将转换后的信号转接到DVI矩阵，或是将DVI矩阵输出的DVI信号转接到工具箱中的转换板，转成所需的信号格式输出，目前一个3U的工具箱中可插18块转换板。而对应的转换板中包括了几乎所以用到的信号格式，如DVI、HDMI、DP、VGA、Video、YC、YPrPb、RGB、YUV、SDI、HD-SDI等等，接口形式也包括光纤、网线、电源驱动等不同功能应，用起来比较灵活。
③关于光矩阵
当前有些公司推出光纤矩阵，以我的拙见，目前光信号的切换器件规模很小，而且价格很贵，查看目前的光矩阵的技术资料发现，所谓的光矩阵实际上是单纤SDI/HD-SDI接口的光接口矩阵，其信号规格要求符合SMPTE292M/259M。因此所要求的信号应该是SDI/HD-SDI信号，将其转换为光信号后直接接到矩阵上，进入矩阵后先将SDI/HD-SDI信号经过光/电转换解出来，再经SDI核心的矩阵进行切换，随后再经过电/光转换为光信号，但依本人拙见，这样实际上很大程度上限制了信号的应用，一方面所有的信号都转成SDI，效果未必一定好，再就是所有的信号形式都是光信号，反倒不如我公司的DVI矩阵+工具箱的方案来得灵活。
④关于VGA核心的切换
在切换芯片规模小而实际需求较大时，出现过的VGA为核心的切换，说白了就是将DVI(或其它类型信号)转成VGA信号，经过矩阵切换，再从VGA格式转为DVI格式，前几期文章中我们介绍了，VGA和DVI之间的转换(不包含Scaler)需经过A/D和D/A的过程，这一过程信号频谱至少损失了6dB，虽然利用DVI信号的数字特性解决了传输中的问题，但增加了A/D和D/A的过程，对信号质量还是损失，在实在没有办法的情况下可以使用，但并不推荐。
⑤今后的发展
以DVI为核心的矩阵规模目前能做到32×32(四组码流通过同一芯片)，但也有一些办法扩大矩阵规模，其一是利用DP信号的特点，从前的介绍我们知道DP信号是四通道的，但每一通道码流带宽为2.7G，对应较低分辨率的信号(1080p和1,600×1,200)，其总码流为1.485G×3或是1.65G×3，小于2.7G×2。因此一路DP通道可扩展应用为两路DVI信号或HDMI信号，可将DVI或HDMI信号两路对应为一路DP信号，由此矩阵规模就增加了一倍。[Page]
第二种办法是将DVI中的四组信号分别走不同的切换芯片，在PCB设计中要尽力保障所有路径一致，在进行切换和输出时，再经过数字的方法将延迟取齐，保证四组信号是同时进入的，也是同时输出的，这样矩阵规模最大就可做到144×144，这样做虽然技术难度大，但并非办不到，北京利国公司就在按这种思路设计64×64的DVI核心矩阵。
再就是等芯片的规模做得更大，这是最省心的办法，但目前只能看别人的脸色，一时半会没有希望。