Rutarea si comutarea semnalului audio si video

Rutarea si comutarea semnalului audio si video

1. Matrice de comutare pe un singur nivel

Cu ajutorul sistemelor de comutare poate fi introduse in emisie imagini provenite de la diferite surse de semnal (din studio sau din exterior). Matricele de rutare si comutare pot fi analogice sau digitale, intelegand prin acesta semnale vehiculate sau prelucrate in aceste unitati sunt fie analogice fie digitale. In cazul prelucrarilor digitale, semnalele ce pot fi de tip serie sau paralele. Pentru semnalele video de exemplu, la o transmisie seriala se obtine o rata de 927 Mb/s=243 Mb/s, iar in cazul transmisiei paralele multiplexate o rata de 27 Mb/s (13.5 Mb/s Y + 6.75 Mb/s R-Y + 6.75 Mb/s B-Y) sau paralele pe 3x8 biti la 13.5 Mb/s. In matricele de comutare se recomanda folosirea codului serie, intru-cat exista o singura cale de semnal pentru o sursa de semnal video digital, in timp ce utilizarea codului paralel necesita 9 cai de semnal (8 biti video +1 bit semnal de tact). In matricele video se foloseste codul paralel care permite procesarea in timp real a semnalelor video digitale. Trecerea de la o forma la alta de semnal se face cu ajutorul interfetelor serie-paralel respectiv paralel-serie.

Selectarea unei surse de semnal Xi dintr-un numar oarecare Xn pentru a fi dirijata catre orice destinatie Yj dintr-un numar total Ym se realizeaza cu ajutorul unei matrice avand n intrari si m iesiri. Structura sistemului de rutare poate fi realizata cu forma liniara sau ierarhica (cu 2 sau 3 nivele). Nodurile sunt realizate cu circuite de comutare rapide, care trebuie sa asigure atenuarea necesara atat intre intrari cat si intre iesiri (trebuie respectata o anumita impedanta intre linii astfel incat diafonia sa fie minima).

Structura unei matrice este urmatoarea:

Figura 1 Structura unei matrice de comutare pe un singur nivel

Situatii ce trebuie evitate:

mai multe intrari sa fie legate impreuna pentru o singura iesire;

mai multe iesiri sa fie legate impreuna pentru o singura iesire;

cazuri de teren (practice) in care este legata intrarea unui echipament la propria lui iesire (bucle pozitive) pot determina defectiuni grave.

Aceste situatii vor fi evitate de catre un bloc de logica de comutare ce trebuie sa insoteasca echipamentul de comutare.

Exemplu practic:

Figura 2. Structura unei matrice de comutare pe un singur nivel

De exemplu nu sunt permise urmatoarele conexiuni:

Conexiuni posibile pentru munca in studio cu 2 platouri de filmari in emisie:

Semnalele de intrare sunt prezentate pe barele orizontale X1.Xn, iar semnalele de iesire pe barele verticale Y1.Ym. La selectarea canalului de intrare Xi pe bara de iesire Yj in punctul de intersectie al barelor respective se face legatura electrica intre aceste bare si se reface legatura precedenta de pe bara Yj.

Nodurile desfacute trebuie sa aiba o izolatie foarte buna pentru ca semnalele de intrare selectate sa nu se suprapuna peste semnalul selectat.

Conceptia matricei liniare este destul de simpla dar ea ridica probleme la capacitati mari (numar mare de intrari, respectiv iesiri). Numarul de noduri este n x m. Intr-un centru mediu de TV, capacitatea matricei video poate ajunge la 100 intrari si 100 iesiri T 10.000 puncte de incrucisare. De aceea matricele liniare folosesc atunci cand se lucreaza cu capacitati reduse (de exemplu 16 intrari si 16 iesiri).

2. Matrice de comutare pe trei nivele

2. Matrice de comutare pe trei nivele

Matricele de capacitati mari se construiesc folosind matrice modulare de capacitati reduse, dispuse pe trei nivele. Matricea este definita de 9 coeficienti, in care un nivel contine a matrici cu b intrari si g iesiri.

Se poate demonstra ca valorile obtinute coeficientilor a,b,g pentru a obtine un numar minim de puncte de incrucisare. Se determina din relatia:

(1)

unde:

n=a1b1=numarul intrarilor;

m=a3g3=numarul iesirilor.

Numarul punctelor de incrucisare este egal cu: (2)

Numarul minim punctelor de incrucisare: (3)

Eficienta matricei cu 3 nivele fata de matricea liniara este data de coeficientii:

(4)

        

         (5)

Pentru o matrice patrata, in care numarul de intrari este egal cu numaril de iesiri, adica n=m=k, vom avea:

(6)

         

Daca se pune conditia R = 1, aflam capacitatea matricei la care minimul punctelor de incrucisare al matricei liniare este egala cu cel al matricei cu 3 nivele. Din calcul T k=24.

Avand in vedere ca valorile a, b, g trebuie sa fie numere intregi si luand in consideratie partea constructiva, structura reala a unei matrice cu 3 necunoscute poate sa difere in functie de modelul matricei ales. De exemplu pentru:

n= 128 si m= 128 T a1=b2= 16; b1= g3 = 16; a2 = b3 = g1 = 16 si a3 = g2 = 16.

Numarul punctelor de incrucisare este 7880, fata de 16384 punctele dintr-o matrice liniara de forma 128x128, deci R=0.46875.

O matrice cu trei nivele dispune de a2 trasee diferite intre o intrare si o iesire, ceea ce permite ocolirea unui traseu defect in timpul exploatarii.

Aceasta operatie poate fi automat realizata utilizand un sistem de comanda de microprocesoare si un cod de identificare a surselor de semnal, transmis de pilda pe liniile 16 si 320.

In figura 3 este prezentata structura matricei 128 x 128, realizata pe trei nivele. Traseul ingrosat de pe schema indica un traseu posibil care face legatura intre intrarea 7 si iesirea 16.

In figura 4. se da un exemplu de realizare a unei matrice 16 x 16, separatoare de intrare (SI) si separatoare de iesire (SE). SI are rolul de a realiza adaptarea de impedanta, axarea si intarzierea reglabila a semnalului video, pentru a egaliza diferentele de lungime a cablurilor dintre sursele de semnal si matrice. Separatoarele de iesire au rolul de a realiza o adaptare de impedanta si o egalizare a caracteristicilor de frecventa intrare-iesire. Semnalul de intrare sant selectate catre iesiri prin intermediul comenzilor in cod aplicate la intrarile A,B,C,D.

Comanda matricei se realizeaza, de obicei, cu ajutorul unui sistem de microprocesoare sau cu un calculator . Sistemul de comutare pe durata impulsului de stingere pe verticala:

O problema distincta de ceea a sistemului este cea a comutarii semnalului in cazul unei rulari (caz in care nu conteaza cum se realizeaza comutarea cu sau fara desincronizari) apare in cazul nivelului video cu probabilitatea de comutare a surselor de semnal.

Pretentiile de aceasta data sunt mult mai mari, nu se accepta ca la iesire sa existe desincronizari ale semnalului. De acea semnalele ce vor fi comutati (de la o anumita intrare la o iesire) trebuie sa fie sincrone.

Figura 3 Structura unei matrice de comutare pe trei nivele

Figura 4. Structura detaliata a unei matrice de comutare 16 x 16

Figura 5. Comutarea fara respectarea sincronizarii

De aceea se va face pe perioada impulsurilor de sincronizare. Pentru sincronizarea semnalului se poate folosii un semnal de referinta general pentru studio (toate sursele se vor sincroniza dupa aceasta) sau un TBC pe intrarile mixerului video ce va sincroniza numai semnalul ce urmeaza a fi comutat cu semnalul ce este la un moment dat la iesire. Efectele tranzitorii pot fi eliminate printr-o prelucrare digitala a semnalului, conversia din analog in digital, dupa care comutarea va devenii un salt la o alta adresa de memorie din care se citeste noul semnal. Este cea mai buna solutie colectiva, dar si cea mai scumpa varianta (Detalii la mixerul video).