VGA矩阵

一．矩阵切换的概念

矩阵的概念引用高数中的线性代数的概念，一般指在多路输入的情况下有多路的输出选择，形成下图的矩阵结构，既每一路输出都可与不同的输入信号“短接”，每路输出只能接通某一路输入，但某一路输入都可(同时)接通不同的输出，如下图。

输出1=输入1，输出2=输入2，而输出3=输出4=输入3，或者说，每一路输出可“独立”地在输入中进行选择，而不必关心其它通道的输出情况，即可以与其它输出不同，也可以相同。举例说，8选4是指有4个独立的输出，每个输出可在8个输入中任选，或者说有4个独立的8选1，只是8个输入是相同的。经常与此混淆的是分配的概念，比如8选1分4，是指在8个输入中选择出1个输出，并将其分配成4个相同的输出，虽然外观上看有4个输出，但这4个输出是相同的，而不是独立的。一般习惯中，将形成M×N的结构称为矩阵，而将M×1的结构称为切换器或选择器，其实不过N=1而已，我们在讨论时都当作矩阵对待。

二. VGA矩阵切换器

VGA矩阵切换器专门用于对计算机显示器信号进行切换和分配，可将多路信号从输入通道切换输送到输出通道中的任一通道上，并且输出通道间彼此独立。简单的说，就是可以将进来

VGA矩阵4进4出

的多路输入信号中的任意一个显示到任意一个你指定的显示器 “矩阵”本身是一个数学概念，它在电子行业里是一类电子产品的简称，它的全名叫做“矩阵切换器”。矩阵切换器中的“矩阵”两字，是引用了高等数学线性代数中的矩阵概念。具体到矩阵切换器这个电子产品中，一般指在多路输入的情况下有多路的输出选择，形成矩阵结构。在生产和生活中，广大劳动人民的智慧是强大的，因此它就被简称做了“矩阵”。 总的来说，矩阵切换器是一类切换多路信号输入输出的设备。 通俗的讲，矩阵切换器其实就是是将一路或多路音视频信号分别传输给一个或者多个显示设备，如：两台电脑主机要共用一个显示器，矩阵切换器可以将两台电脑主机上的内容任意切换到同一个或多个显示器上。矩阵切换器，按信号源可以分为：VGA、 AV、 DVI矩阵切换器等等。 目前，矩阵切换器主要应用是大屏幕拼接，视频会议工程，音视频工程、监控等等需要用到多路音视频信号交替使用的工程中。

三,VGA矩阵切换器特性

·实现自动增益技术 VGA 矩阵切换器带有断电现场保护功能；

·能够自动保存设备上次关机时的状态；

·部分允许对 HV 信号和 RGB 信号进行延迟切换；

·调整延迟时间；

·采用新型的 LED 面板显示和轻触式按键；

·状态显示直观合理，设备操作更加简便；

·LCD 屏显示输入输出的控制状态；

·具有断电现场保护功能；

·简捷的前面板操作，后面板上有一个能与控制系统联机使用的 RS-232C 通讯端口；

·安装快捷，操作简单。

主要技术参数：

VGA通道

带宽:500MHz 亮度色度干扰 ：-50dB@10MHz 信号类型：数字VGA，数字TMDS 微分相位I/0S：<1.28度，3.58MHz 微分增益误差 ：0.1%, 3.58-4.43MHz 隔离度(串扰) ： <-85db(10MHz) 输入信号电平：1.2伏p－p ，5伏p－p（TTL） 非线性失真 ： <0.02%/0.02&ordm; (RL=150Ω) 支持分辨率：高清480i～1080p/640X480～1600X1200（60Hz） 输入输出接口：HD15PIN（VGA） 控制方式：RS-232、红外、键盘面板控制协议：9600 波特， 8 位， 1 个停止位，无奇偶校验 输入电平: 0.7Vp-p 输入助抗: 75Ω 输出助抗: 75Ω同步通道

输入电平: TTL 输出电平: TTL 输入阻抗: 10KΩ 输出阻抗: 33Ω 同步极性: 跟随输入产品规格：

电源AC：110V - 240V , 50 / 60 Hz 功率： 50W 尺寸：482mm（长）x 280mm（宽） x 90mm（高） 重量：5.0kg 机架安装：19英寸标准 2U高度 平均故障间隔时间MTBF：42000 小时

四.VGA常见的问题及解决办法

1) 当vga矩阵所接外设投像有重影，如投影机有重影时，一般不是主机问题，可能是投影机没有正确调好，应对投影机相应按钮进行调节。

2) 当出现颜色丢失或都无视频信号输出，可能是vga头没接好。

3) 当遥控器不能控vga矩阵时：

a.可能是电池没电了，请更换电池;

b.可能是遥控器坏了，请维修。

4) 当串口(一般指：电脑串口)控制不了vga矩阵时，看软件串口是否与所接设备串口对应。

5) 如果vga矩阵输入输出信号能切换，但没有bb叫声，可能主机内部蜂鸣器坏了，请送专业人员进行维修。

6) vga矩阵切换时，蜂鸣器有响声，但无相应投像输出：

a.看相应的输入端是否有信号。(可用示波器或万用表进行检测)如果没有信号输入，有可能是输入接线断了，或接头松了，更换接线即可。

b.看相应的输出端是否有信号。(可用示波器或万用表进行检测)如果没有信号输出，有可能是输出其接线断了，或接头松了，更换接线即可。

c.以上两种情况都更换后都不行，可能主机内部故障，请送专业人员进行维修。

7) 如果power灯不壳，且lcd无显示，操作无反应，可能电源供电不正常。

8) 输出图像受干扰，有可能输入输出设备没接地。

9) 蜂鸣器有bb叫，lcd显示正常，串口有返回，但无投像输出或无音频输出

a.可能rca头松了，更换即可。

b.可能接线短路了，更换即可。

c.可能接线内部线断了，更换即可。

10) vga矩阵面板按键、串口、遥控都无法控制时，可能主机内部已经损坏，请送专业人员进行维修。

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五.VGA矩阵的种类与选择方法

VGA矩阵种类选择，广电和视讯会议应用，应选用广播级产品，监控应用可采用监控类产品，VGA信号(有些人也将其视为视频)要采用VGA信号矩阵。　VGA矩阵大小选择：在一个工程中，应将音频信号和视频信号和VGA信号看成三种不同的媒体。音频信号一般情况下输入数量较多，如话筒和CD以及碟机的音频等，但考虑到功放和音响一般只有一套，最多在功放之前加一级调音台进行混音，有可能需要几路信号，因此音频矩阵的输出不会很大，比如可以32×8或64×8，但没必要选择32×32或64×64，除非是广电和视讯会议传输，每路视频一定会有音频同步传送。

VGA矩阵在设计方案时，信号源的数量比较容易确定，看看有多少个信号源，矩阵的输入数量就定下来了，但要考虑好独立的输出通道个数，这是根

在很多情况下，输入和输出数量很大，如果采用大型矩阵，造价会较高(矩阵是越大越难作、成本也越高)可以考虑是否能够分组使用，例如在监控时，可以让显示墙中某些显示设备只显示某一区域的信号，而其它设备各自显示其它特定区域的信号，那么就可将大规模矩阵折分成小规模的矩阵(如将128×64折分成4台32×16)如果各区之间有可能需要互传信号，这样可使矩阵2的输出中包含矩阵1的部分输入信号，效果虽没有全矩阵结构好，但成本会下降。

VGA矩阵切换器做为传输系统的一部分，所出现的主要问题请见拙作“工程中常见的问题与解决”，原理是相同的，不外乎是几种产生的机理，只要能将现象分清，解决的方向应该没有大问题。比较特殊一点的是利用小规模矩阵组成大规模的问题，例：在用64×32组成128×32时，不能用二台64×32组成128×64，这还是分组使用的概念，而应用三台64×32组成128×32，这是全矩阵的概念，因此组合使用时应分清分组使用和全矩阵的区别(全矩阵是指每一输出口都可在所有输入中全选，而且彼此独立)。

据系统的操作模式而定，有时可能有几台显示设备之间仅有分配关系(彼此永远一致，不独立)那么就可考虑占用一个输出口再加分配器，如果这些设备有可能是独立的，那么还是各占一个独立的输出口好一些。

六.VGA矩阵的安装方法

下面以vga8x8为例进行说明

vga连接电缆：

vga矩阵支持各种rgb、vga信号源。rgb、vga信号源设备需有hd15pin(vga)信号输出端子；

如果vga信号源设备没有vga输出端子，建议选择rgb-vga转换器，使rgbhv信号转换成高质量的vga信号输出。

请使用专用vga电缆来连接输入和输出设备，将信号源设备的vga输出端子hd15pin(vga)接头，通过专用vga电缆，分别接入vga矩阵输入端(inputs)同一通道的vga接头；将vga矩阵输出端(outputs)的vga接头，通过专用vga电缆，接至输出设备的vga输入接口。

音频连接线：

audio inputs，audio outputs音频网络接口，可接到功放或有源音箱设备。

音频线相对视频线要复杂一些，分为：平衡和不平衡接法的问题。

所谓平衡接法就是用两条信号线传送一对平衡的信号的连接方法，由于两条信号线受的干扰大小相同，相位相反，最后将使干扰被抵消。由于音频的频率范围较低，在长距离的传输情况下，容易受到干扰，因此，平衡接法作为一种抗干扰的连接方法，在专业设备的音频连接中最为常见。在家用电器的连接线中也有用两芯屏蔽线作音频连接线的，但是，它传输的是左右声道，是两个信号，不属于平衡接法。

不平衡接法就是仅用一条信号线传送信号的连接方法，由于这种接法容易受到干扰，所以只一般在家用电器上或一些要求较低的情况下使用。

具体的接法以xlr接头为例：1、平衡接法：1脚接屏蔽，2脚接+端(又称热端)，3脚接端(又称冷端)；2、不平衡接法：1脚和3脚相连接屏蔽，2脚接+端(信号端)。

选择什么接法一般根据设备对接口的具体要求而定，能使用平衡接法的尽量使用平衡接法，进行连接时务必先看清面板上的说明，最好先阅读使用说明书上的有关说明和要求。在一些场合还可能遇到一端的设备接口是平衡接口，另一端的设备是不平衡接口的情况，在要求不很严格的情况，只需在平衡端使用平衡接法，不平衡使用不平衡接法，注意各脚对应就可以了。在要求严格的情况，就必须使用转换电路将平衡转为不平衡，或将不平衡转为平衡。

七、VGA矩阵的接口：

VGA 接口采用非对称分布的15pin 连接方式，其工作原理：是将显存内以数字格式存储的图像(帧) 信号在RAMDAC 里经过模拟调制成模拟高频信号，然后再输出到投影机成像，这样VGA信号在输入端( 投影机内) ，就不必像其它视频信号那样还要经过矩阵解码电路的换算。从前面的视频成像原理可知VGA的视频传输过程是最短的，所以VGA 接口拥有许多的优点，如无串扰无电路合成分离损耗等。

八、VGA矩阵接口原理概述及原理

VGA显示与VGA时序实现

通用VGA显示卡系统主要由控制电路、显示缓存区和视频BIOS程序三个部分组成。控制电路如图1所示

。控制电路主要完成时序发生、显示缓冲区数据操作、主时钟选择和D／A转换等功能；显示缓冲区提供显

示数据缓存空间；视频BIOS作为控制程序固化在显示卡的ROM中。

1 VGA时序分析

通过对VGA显示卡基本工作原理的分析可知，要实现VGA显示就要解决数据来源、数据存储、时序实现

等问题，其中关键还是如何实现VGA时序。 VGA的标准参考显示时序如图2所示。行时序和帧时序都需要产

生同步脉冲(Sync a)、显示后沿(Back porch b)、显示时序段(Display interval c)和显示前沿(Front

porch d)四个部分。几种常用模式的时序参数如表1所示。

2 VGA时序实现

首先，根据刷新频率确定主时钟频率，然后由主时钟频率和图像分辨率计算出行总周期数，再把表1

中给出的a、b、c、d各时序段的时间按照主计数脉冲源频率折算成时钟周期数。在CPLD中利用计数器和RS

触发器，以计算出的各时序段时钟周期数为基准，产生不同宽度和周期的脉冲信号，再利用它们的逻辑组

合构成图2中的a、b、c、d各时序段以及D／A转换器的空白信号BLANK和同步信号SYNC。

VGA参考时序

3 读SRAM地址的产生方法

主时钟作为像素点计数脉冲信号，同时提供显存SRAM的读信号和D／A转换时钟，它所驱动的计数器的

输出端作为读SRAM的低位地址。行同步信号作为行数计数脉冲信号，它所驱动的计数器的输出端作为读

SRAM的高位地址。由于采用两片SRAM，所以最高位地址作为SRAM的片选使用。由于信号经过CPLD内部逻辑

器件时存在一定的时间延迟，在CPLD产生地址和读信号读取数据时，读信号、地址信号和数据信号不能满

足SRAM读数据的时序要求。可以利用硬件电路对读信号进行一定的时序调整，使各信号之间能够满足读

SRAM和为DAC输入数据的时序要求。

4 数据宽度和格式

如果VGA显示真彩色BMP图像，则要R、G、B三个分量各8位，即24位表示一个像素值，很多情况下还采

用32位表示一个像素值。为了节省显存的存储空间，可采用高彩色图像，即每个像素值由16位表示，R、G

、B三个分量分别使用5位、6位、5位，比真彩色图像数据量减少一半，同时又能满足显示效果。