→ Аудіо комутатор входів. Обробка сигналів

Аудіо комутатор входів. Обробка сигналів

Ситуація для якої розроблявся цей комутатор була наступною: є якесь приміщення, де встановлена ​​звуковідтворююча система, яка безперервно відтворює музику з комп'ютера (ПК), проте є ще одне джерело сигналу - телевізор (ТВ), і відповідно при появі звукового сигналуна його виході система повинна переключитися на відтворення звукового супроводу ТБ.

Як видно з схеми, Управляючим для комутатора є сигнал правого каналу (R), що надходить з ТБ, він подається на підсилювач, виконаний на основі ОУ - U1A. Необхідний для чіткого спрацьовування пристрою коефіцієнт підсилення цього каскаду можна налаштувати за допомогою підстроювального резистора RV1. Далі посилений сигналподається на схему випрямляча напруги, виконаного на елементах C2, D1, D2, C3.

Випрямлена напруга використовується для керування транзистором Q1, в базовому ланцюгу якого є підстроювальний резистор RV2, включений паралельно електролітичному конденсатору C3, цим резистором можна налаштувати час зворотного перемикання, тобто. час, через який перемикач повернеться в режим ПК, після зникнення керуючого сигналу. Необхідно вибрати оптимальний час «зворотного» перемикання, щоб воно не було надто великим - наприклад, звук з ТБ вже не надходить, а музики з ПК все ще немає, і не було надто маленьким - у цьому випадку комутатор може перемикатися в режим ПК навіть на паузах у звуковому супроводі ТБ.

З колектора Q1 сигнал управління для приведення до «цифрового» виду надходить на вхід інвертора з тригером Шмітта - елемента U3E. Перемикач SW1 дозволяє вибрати режим роботи пристрою – автоматичний, або ручне увімкнення режиму ТБ. Основою комутатора є мікросхема U2 4053 (CD4053, КР1561КП5), що є три двонаправлених аналогових перемикача (використовуються тільки два з них - X і Z). Управління здійснюється за об'єднаними разом входами A (11) і C (9), вхід роздільної здатності роботи перемикачів мікросхеми Inh (6) підключений до спільного дроту. При роботі з аналоговими сигналами для мікросхеми 4053 необхідно використовувати джерело негативної напруги - висновок VEE (7).

Живлення комутатора здійснюється від найпростішого двополярного джерела, виконаного за наступною схемою: мережевий трансформатор 6-0-6V / 500mA, чотири діоди FR103, два електролітичні конденсатори 2200uF/16V, інтегральні стабілізатори типу L78L05 та L79L05.

Операційний підсилювач U1A - LM358M, у корпусі SO8 (використовується тільки один підсилювач із двох наявних у корпусі); мікросхема U3 - типу 74HC14, в корпусі SO14 (входи 1, 3, 5, 9 елементів цієї мікросхеми, що не використовуються, необхідно підключити до її висновку 16 - «+» напруги живлення); як підстроювальні резистори RV1, RV2 використані мініатюрні типу 3329H; усі постійні резистори - SMD (0805); електролітичні конденсатори C2, C3 - будь-які відповідні габарити; конденсатори C1, C4, C5 – керамічні SMD (1206).

Схеми комутатора та його джерела живлення змонтовані навісним монтажем на відрізках макетної плати, розміщених у пластиковому корпусі типу Gxxx, роз'єми для вхідних та вихідних сигналів – типу «тюльпан», розміщені на задній панелі корпусу. На передню панель виведено перемикач SW1 та світлодіод індикатора живлення.

Дана схема розроблялася в порівняно стислий термін, з використанням комплектуючих які, що називається «були під рукою», тому в ній є деякі «некрасивості» та неоптимальності, але тим не менше, пристрій було зроблено, і цілком успішно використовується.

На сайті "Електрон55.ру" працює

  • Функціональність.В асортименті брендів є аудіо-комутатори, які можна використовувати самостійно або синхронно із пристроями комутації відеосигналів. Майже всі відео-комутатори мають інтегровану функцію комутації стереосигналів.
  • Управління.У каталозі є просте механічне обладнання, яке працює без електроживлення – контакти замикаються за допомогою перемикачів. Більш складні цифрові моделі здатні працювати в автоматичному режимі, вони можуть керуватися дистанційно за протоколом RS232, укомплектовані програмним забезпеченнямдля прийому команд із комп'ютера.
  • Виконання.Пропонуємо комутатори в рекових корпусах (зі спеціальним кріпленням) для ергономічної установки на стійках. Також є компактні настільні варіанти, за допомогою рекових адаптерів їх можна розміщувати на стандартних 19" стійках.

При виборі потрібно врахувати тип вхідних сигналів – є обладнання для прийому аудіо, VGA, аудіо та VGA, композитного відео CV, компонентного відео YUV та YPbPr, RGBHV, DVI, HDMI, USB, Ethernet, RS232, 422 та 485. Також враховуйте кількість комутованих джерел. Для прогресивних інсталяційних систем оптимально придбати багатофункціональну техніку. Наприклад, матричні комутатори Kramer VS-808xl і VS-804xl можуть передавати звук незалежно від зображення (функція затримки аудіо), задавати черговість комутацій, зберігати в пам'яті до 6 передустановок швидкого доступудо часто застосовуваних конфігурацій.

На замовлення ми можемо виконати системну інтеграцію інсталяційної системи – розробимо проект, підберемо оптимальне обладнання, у тому числі комутаційну техніку, змонтуємо всі елементи комплекту, укладемо договір на сервіс.

Рідше зустрічаються комутатори лише звукового сигналу. Це пов'язано з тим, що частково функції комутації звукового сигналу виконують такі поширені пристрої обробки звуку, як мікшери, цифрові мікшери, цифрові аудіоплатформи. Однак, незважаючи на нові технології та функції комутації властиві мікшерам, для професійних інсталяцій потрібні комутатори звукових сигналів різних типів.

Група компаній «Атанор» представляє на російському ринку та пропонує для використання високоякісні комутатори компаній:

  • Kramer (Про компанію )
  • ATEN (Про компанію )

Перегляньте наш прайс-лист обладнання. Завантажити актуальний прайс можна тут:

Навіщо потрібні комутатори?

Комутатори потрібні у кількох випадках.

  • Якщо у Вас є кілька джерел аудіосигналу та одна система озвучування або аудіопристрій, на які Ви хочете виводити по черзі сигнал із джерел
  • Якщо у Вас є кілька джерел аудіосигналу та кілька пристроїв або систем, на які Ви бажаєте виводити сигнали з джерел
  • Якщо у Вас є кілька джерел аудіосигналу та кілька звукових зон у системі озвучування або оповіщення, на які Ви хочете виводити сигнали з джерел
  • Інші випадки...

Типи професійних комутаторів звукових сигналів

Комутатори звуку. Типи за кількістю вихідних каналів та принципом роботи.

Комутатори дозволяють переключити будь-який із вхідних каналів на вихідний канал. Якщо прилад має один вихідний канал, його зазвичай називають просто "коммутатор" (або, комутатор аудіосигналу). Такий відеокомутатор дозволяє переключити аудіосигнал із будь-якого з вхідних каналів на вихідний. Аудіокомутатор з одним вихідним каналом може мати один або кілька дублюючих виходів для підключення до нього другого звукового пристроючи системи. У цьому випадку всі вихідні канали подається однаковий звуковий сигнал.

Окремим випадком комутації звукових сигналів є комутатор із одним вхідним каналом. В цьому випадку не потрібно перемикання вхідних каналів і комутатор по суті є приладом, який розподіляє та посилює вхідний звуковий сигнал у вихідні тракти. Такі прилади називаються "підсилювачами-розподільниками" аудіосигналу.

Якщо аудіокомутатор має два і більше вихідних канали при двох і більше вхідних, такий комутатор називається "матричний комутатор звуку". Матричний комутатор може перемикати будь-який з вхідних аудіосигналів каналів на будь-який з вихідних каналів. У назві або описі матричного аудіокомутатора обов'язково є зазначення кількості вхідних і вихідних каналів. Наприклад: Kramer VS-88A. Матричний комутатор аудіо симетричних сигналів 8:8

Таким чином, за кількістю вихідних каналів та за принципом роботи відеокомутатори поділяються на:

  • Комутатори
  • Матричні комутатори
  • Окремо – підсилювачі-розподільники
Підсилювачі-розподільники Kramer

Комутатори. Типи з управління

Якщо комутатор може здійснювати перемикання тільки при механічному натисканні на кнопку, розташовану на панелі самого приладу, такий комутатор називається механічним. У випадку, якщо комутатор має порт для подачі сигналів, що управляють, то такий комутатор називається керованим. Комутатори, які підтримують управління за будь-яким стандартом (наприклад RS-232), легко вбудовуються в складні інтегровані системи. Таким чином, по можливості управління комутатори діляться на:

  • Механічні комутатори звукового сигналу
  • Комутатори, керовані замиканням сухих конактів
  • Комутатори, керовані через інфрачервоний порт
  • Комутатори, що підтримують керування за рекомендованими стандартами (RS-232, RS-485 та інші)

Комутатори. Типи за стандартом звукового сигналу, що комутується.

Основні типи комутаторів Kramer за стандартом комутованого аудіосигналу:

  • Комутатори аналогового звукового симетричного моносигналу
  • Комутатори аналогового звукового несиметричного моносигналу
  • Комутатори аналогового небалансного стерео аудіосигналу
  • Комутатори аналогового балансного стерео аудіосигналу
  • Комутатори лінійного звукового сигналу
  • Комутатори мікрофонного сигналу
  • Комутатори цифрового звукового сигналу AES/EBU
  • Комутатори цифрового звукового сигналу IEC 958
  • Комутатори цифрового звукового сигналу S/PDIF
  • Комутатори цифрового звукового сигналу EIAJ CP340/1201

Послуги з комутаторів

Група компаній «Атанор» пропонує такі послуги з комутаторів звукових сигналів:

  • Консультації з комутаторів Kramer та ATEN
  • Підбір комутаторів у проекти різних типів
  • Проектування систем озвучування та оповіщення з використанням комутаторів Kramer та ATEN.
  • Проектування систем трансляції звуку з використанням комутаторів Kramer та ATEN.
  • Постачання комутаторів Kramer та ATEN
  • Монтаж комутаційних систем та комутаторів Kramer та ATEN
  • Шеф-монтаж комутаційних систем та комутаторів Kramer та ATEN
  • Навчання застосування та підбору комутаторів у рамках навчання проектування залів та реалізації проектів різних типів
  • Створення та впровадження централізованих автоматизованих системуправління сумісних із комутаторами
  • Оренда комутаторів (для презентаційних заходів, виставок, конференцій)

Щоб докладніше дізнатися про професійне комутаційне обладнання та послуги, які пропонує Група компаній «Атанор»,

НАВІЩО ЦЕ ПОТРІБНО?

Комутація як така має характер зосередженого дії, оскільки здійснюється з допомогою спеціальних пристроїв – комутаторів. Тому вона меншою мірою несе потенційну небезпеку деградації сигналу, ніж розподіл.

Комутація використовується і в телестудіях, і презентаційних системах, і в домашніх кінотеатрах. Хоча вимоги до цих систем і різні, загальні принципизалишаються незмінними.

КОМУТАТОР ЗА СВОЄЮ СУТНІЮ

Комутація може здійснюватися за допомогою звичайних (кілька входів на один вихід) і матричних (N входів M виходів) комутаторів.

Мал. 1. Що є комутатор

Це спеціалізовані пристрої, які використовують механічний перемикачабо реле або (здебільшого) електронний ключ. Є комутатори з ручним (кнопковим) керуванням, а також з електронним, що використовує логічні схеми та мікропроцесор. Найбільш досконалі та складні моделі матричних комутаторів мають також дистанційне керування з пульта, інформаційної мережі(через інтерфейси RS-232, RS-422, RS-485, Ethernet). Такі моделі можуть керуватися з комп'ютера, в якому встановлено спеціальне програмне забезпечення, або спеціалізованого контролера.

Вся техніка, що має кілька входів, обладнана комутатором для них

У презентаційних чи домашніх системах комутатори найчастіше вбудовані в інші прилади: AV-ресивери, масштабатори тощо. Вся техніка, що має кілька входів, обладнана і комутатором для них (входи у телевізорі, підсилювачі, магнітофоні та ін.).

ТИПИ КОМУТАТОРІВ

Механічні комутатори проти електронних

Механічні комутатори- Найпростіші, дешеві та надійні. Перемикання в них здійснюється вручну, простим натисканням кнопки або поворотом ручки. Ланцюги від потрібного входу перемикаються з ланцюгами виходу за допомогою електричних контактів.

Переваги механічнікомутаторів:

  • Сигнал може передаватися не тільки від входу на вихід, а й у зворотному напрямку
  • Практично відсутні внутрішні шуми та спотворення, дуже велика смуга пропускання та майже необмежена амплітуда сигналу
  • Не потрібно живлення, відсутність живлення ніяк не заважає передачі сигналу (це може бути не так в електронних комутаторах)

Недоліки:

  • Підривів уникнути неможливо, т.к. у такому комутаторі для цього недостатньо «інтелекту»
  • Сигнал ніяк не посилюється та не буферизується, це накладає обмеження на джерела, приймачі сигналу та довжину сполучних кабелів.
  • У матричному комутаторі (який і взагалі непросто зробити механічним) не можна з одного входу роздати сигнал на кілька виходів (тільки з одного – на один)
  • Ні дистанційного керування, а можливості нарощування сильно обмежені

Електронні комутаториВажливо складніше і дорожче механічних (отже, їх надійність, загалом, нижче). Раніше такі комутатори виконувалися на електронних реле, сучасні практично завжди використовують електронні ключі, які набагато надійніші.

Переваги електроннихкомутаторів:

  • Електронна начинка дозволяє вживати будь-які витончені заходи для виключення підривів (докладніше про проблему підривів див. нижче)
  • Можна реалізувати дистанційне керування (за інтерфейсами RS‑232/422/485, ІЧ-променями, через Ethernet, включати в різні великі системи управління)
  • Сигнал може бути посилений, перетактований (для цифрових інтерфейсів), буферизований, можна виконати його частотну та амплітудну корекцію
  • Електронні матричні комутатори можуть подати сигнал від одного входу на будь-яку кількість виходів.
  • Комутатори легко розширюються, запаралелюються, каскадуються тощо. (про це – нижче)

Недоліки:

  • Потрібно електроживлення, за відсутності живлення більшість комутаторів взагалі не передають будь-який сигнал на вихід, що може виявитися критичним для центрів мовлення
  • Активні електронні ланцюги комутаторів вносять деякі (нехай малі) спотворення і шуми в сигнал, що проходить. Вони обмежують як смугу пропускання, і максимальну величину вхідних сигналів.

Одноканальні комутатори проти матричних

Багато простих систем не вимагають більше одного вихідного каналу комутації. Для них широко використовуються одноканальні комутатори, які ідеологічно побудовані простіше матричних, і тому значно дешевші.

По суті, однак, матричний комутатор можна представити як кілька одноканальних комутаторів, що працюють разом, причому їх входи оснащені додатковими підсилювачами-розподільниками, як показано нижче 1 .


Мал. 2. Матриця 2х2 (2 входи, 2 виходи), зібрана з пари підсилювачів-розподільників (УР) та пари одноканальних комутаторів

По суті матричний комутатор можна уявити як кілька одноканальних комутаторів, що працюють разом

Таку схему цілком можна зібрати і використовувати в реальному житті, проте вже навіть при розмірі матриці 2х2 (показаної на малюнку) ціна матричного комутатора виявиться не вище сукупної замінної схеми, а при будь-яких великих розмірностях матриці вона виявиться свідомо дешевшою за таку схему (не кажучи вже про зручності установки, управління та про економію місця у стійці). Втім, якщо використовувані одноканальні комутатори оснащені прохідними входами або термінаторами, що відключаються, і такі схеми можуть виявитися досить ефективними (докладніше про це нижче).

Поєднані комутатори

Дуже часто доводиться одночасно комутувати кілька видів «різноманітних» сигналів – наприклад, відео та звук, сигнали керування та ін. У цьому випадку зручно використовувати прилади, що поєднують у собі кілька комутаторів в одному корпусі. Цим досягається вражаюча економія і місця і грошей, т.к. у такому приладі всі комутатори, по суті, мають загальний корпус, блок живлення, органи управління.

У поєднаному комутаторі (наприклад, для відео та аудіо) майже завжди є режим спільної комутації цих сигналів (режим audio-follow-video), так і роздільної, незалежної комутації (режим breakaway), що дає потрібну гнучкість управління.

Деякі матричні комутатори мають режим поділу входів та/або виходів на логічно незалежні секції (режим matrix mapping), і використовувати, наприклад, частину входів/виходів під композитне відео, а іншу частину під компонентне відео. Зрозуміло, комутатор неспроможна перетворити формат одного сигналу формат іншого, тому він працює у режимі двох комутаторів в одному корпусі.

ЧОМУ Важко комутирувати

Ось основні труднощі, з якими стикаються інженери розробки комутаторів:

  • забезпечити потрібну смугу пропускання та запас по амплітуді для сигналу, при цьому не внести в сигнал шумів та спотворень
  • виключити проникнення сигналу з невикористовуваних Наразівходів на вихід («перехресні перешкоди»)
  • виключити клацання, перешкоди, підриви зображення в момент комутації (це особливо важливо у ТВ-студіях)
  • для цифрових сигналів – забезпечити відновлення та перетактування («реклокінг») вхідного сигналу, а іноді й «розумну» взаємодію з джерелами та приймачами

Перші дві труднощі вирішуються ретельним підбором елементної бази та компонентів пристрою, опрацюванням конструкції та розведення друкованих плат і, звичайно, досвідом та талантом розробника 2 . Докладніше ми розглянемо способи вирішення інших проблем.

ПІДРИВИ, КОЛОМ ПІДРИВИ

Підриви у телестудіях

Якщо переключити сигнали з двох несинхронізованих джерел у довільний момент часу, на екрані телевізора буде помітний підрив зображення та короткочасний зрив
інхронізації

p align="justify"> Особливе значення в області комутації телевізійного відео (особливо при організації, наприклад, прямого ефіру) має можливість вибору оптимального моменту спрацьовування ключів. Якщо переключити сигнали з двох несинхронізованих джерел у довільний момент часу, на екрані телевізора буде помітно підрив зображення (перешкода, сіпання) та короткочасний зрив синхронізації. Підриви можна умовно розбити на 2 категорії:

  • підрив синхронізації, коли сигнали синхронізації від джерел не збігаються за часом. Синхроімпульси на виході комутатора "смикаються", і приймачеві сигналу (скажімо, телевізійному монітору) потрібен деякий час (іноді секунди), щоб заново "відловити" синхронізацію і підлаштуватися до неї. Поки він цього не зробив, на екрані буде стрибаюча, хаотична картинка (а то й зовсім ніяка). Такий підрив вважається максимально важким і абсолютно неприпустимим у ТВ-студіях.
  • підрив зображення, коли черговий кадр (точніше, поле) картинки виявляється ніби розрізаним навпіл - верхня половинка ще надійшла від першого джерела сигналу, а нижня - від другого (після комутації). Крім того, ці дві половинки можуть виявитися розділеними, наприклад, чорною або шумовою. горизонтальною смугою. Хоча такий кадр проскакує дуже швидко, око встигає його відзначити, тому такий підрив також вважається шлюбом у роботі студії.


Мал. 3. Звідки береться підрив

Для боротьби з підривами, згідно з діючими стандартами, все обладнання телестудії жорстко синхронізується від загального («провідного») генератора (genlock), тому всі джерела студії ПОВИННІ працювати синхронно за часом 3 . Це означає що:

  • кадровий синхроімпульс від усіх джерел збігається
  • порядок слідування парних/непарних полів однаковий
  • малі синхроімпульси збігаються
  • положення та фаза колірного спалаху в синхроімпульсах строго однакові

За виконання цих умов підриви першого типу (синхронізації) неможливі. Щоб виключити і підриви зображення, комутатор в ТВ-студії повинен проводити перемикання джерел у строго певний момент часу - а саме в момент кадрового імпульсу, що гасить, коли зображення глядач не бачить.


Мал. 4. Комутатор, який працює без підривів

Зрозуміло, такий комутатор також повинен отримувати сигнал синхронізації від опорного генератора (або використовувати сигнал з одного зі своїх входів) - інакше він не знатиме коли робити перемикання.

Зовнішня синхронізація джерел відеосигналу зі спеціального генератора – універсальний та відносно недорогий метод забезпечення якісної комутації. При оснащенні нових студій цей момент обов'язково має враховуватися як один із пріоритетних.


Мал. 5. Якщо джерела (Відео1 та Відео2) несинхронні, вибухів не уникнути

Зовнішня синхронізація джерел відеосигналу зі спеціального генератора – універсальний та відносно недорогий метод забезпечення якісної комутації.

Вирішити проблему пост-фактум також можна, але ціною відчутно збільшених витрат, включивши до апаратури блоки кадрових синхронізаторів 4 TBC (Time Base Correction). Це складні пристрої, що дозволяють затримати відео на заданий час в межах одного періоду частоти кадрової розгортки. Вхідний сигнал у кадровому синхронізаторі оцифровується і "перечікує" потрібний для точного суміщення з іншим сигналом час у буфері, потім він піддається зворотному цифро-аналоговому перетворенню і подається на вихід.

Застосування TBC є обов'язковим, якщо при прямому ефірі використовуються фрагменти з портативних носіїв, із «чужого» ефіру, від аматорських камкодерів чи побутових DVD-програвачів

В окремих випадках застосування TBC, однак, є не вимушеним, а обов'язковим, якщо при прямому ефірі використовуються фрагменти з портативних носіїв, «чужого» ефіру, від аматорських камкодерів або побутових DVD-програвачів, які неможливо включити в мережу синхронізації. В інших випадках зазвичай виявляється дешевше (і ідеологічно правильніше) відразу встановлювати в студії професійне обладнання (відеокамери, магнітофони і т.д.), що має вхід genlock.


Мал. 6. Введення в синхросетку студії несинхронного джерела

Таким чином, реальне перемикання відбувається не в момент довільного натискання кнопки або появи відповідної команди в мережі управління, а пізніше (для відео - в межах одного періоду частоти кадрової розгортки).

Підриви у презентаційних системах та домашньому відеообладнанні

У таких системах перемикання входів відбувається зазвичай набагато рідше, ніж у ТВ-студіях, а глядач готовий миритися з деякою нестабільністю картинки в момент комутації. Зазвичай спеціальних заходів щодо запобігання підривам і не вживається.

У той же час, у більш дорогих пристроях комутації, заради додаткового зорового комфорту, і у відповідальних презентаційних системах, розрахованих на роботу з важливою аудиторією, такі заходи передбачені.

У системах цього виду джерела сигналів (програвачі, комп'ютери, ефірне ТБ, відеомагнітофони і т.д.) практично завжди несинхронні, і штучно їх засинхронізувати (як було описано вище для ТБ-студій) виявляється дуже дорого. Крім того, сигнали від таких джерел часто представлені в різних форматах (наприклад, композитне відео, YUV, VGA або, наприклад, аналоговий або цифровий звук), і їх спочатку, до комутації, треба якось привести до єдиного вигляду.

Блок комутації забезпечує візуально гладку зміну одного зображення іншим, застосовуючи метод «переходу через затемнення»

У комутаторах-масштабаторахНаприклад, всі ці проблеми вирішуються одночасно. Блок масштабування наводить будь-який вибраний із входу сигнал до єдиного формату (зазвичай VGA або DVI/HDMI). Блок комутації забезпечує візуально гладку зміну одного зображення іншим, застосовуючи метод переходу через затемнення. При такому переході перше зображення плавно виводиться в «чорне», а потім із чорного плавно з'являється зображення від іншого джерела. Візуально такий ефект сприймається комфортно, а швидкість переходів зазвичай можна регулювати. Докладніше про масштабатори див. брошуру «Перетворення сигналів. Масштабатори».

у деяких презентаційних комутаторах використовується метод «затримки сигналу»

При перемиканні між несинхронними джерелами (наприклад, сигналів VGA від кількох комп'ютерів) в деяких комутаторах презентації використовується метод «затримки сигналу». При цьому сигнали синхронізації (H і V) від одного джерела перемикаються відразу на другий, а канали власне зображення (R, G, B) на деякий час відводяться в «чорне». Монітор (проектор, плазма), що використовується в презентаційній системі, якийсь час підлаштовується під нові параметри синхронізації, при цьому на екрані нічого немає (чорна картинка). Коли підстроювання закінчено, комутатор включає канали RGB, і на екрані відразу з'являється стійка картинка другого джерела. І знову, такий перехід візуально комфортніше картинки, що «стрибає», яка вийшла б без використання затримки сигналу.

Перешкоди при комутації звуку

Аналогові аудіосигнали комутувати простіше, оскільки в них немає поняття синхронізації. У той же час і тут є підводні камені – якщо не вживати особливих заходів, при комутації можуть прослуховуватись клацання.

Для коректної комутації аудіосигналів використовується спеціальна схема, за допомогою якої перемикання відбувається в момент, коли миттєві значення сигналів джерел, що перемикаються, рівні нулю (схема просто чекає, коли такий момент настане; аудіосигнали змінюються дуже швидко, і затримка комутації виявляється практично непомітною).


Мал. 7. Клацання при перемиканні аудіосигналів


Мал. 8. Спосіб уникнути клацань

Інший спосіб "м'якої" комутації аудіосигналів - використання аудіомікшера або відповідних ланцюгів усередині комутатора, коли перший сигнал плавно "вводиться", а інший - "вводиться" замість нього (при цьому, звичайно, неминуча невелика чутна затримка комутації).


Мал. 9. М'яка комутація за допомогою мікшера

КОМУТАЦІЯ ЦИФРОВИХ СИГНАЛІВ

p align="justify"> Робота з цифровими сигналами (SDI, DVI/HDMI, Firewire/DV, AES/EBU, S/PDIF) має свої особливості, які повинні враховуватися при побудові комутаторів і при роботі з ними.

Перетактування

Зазвичай все цифрові сигнали(як відео, і аудіо, як і більшість сигналів швидкісних комп'ютерних інтерфейсів) передаються у суворій відповідності до синхросеткой, тобто. "під керівництвом" спеціальних синхросигналів ("тактових" сигналів). Такі синхросигнали у явному чи неявному вигляді обов'язково передаються разом із основним сигналом. Приймач на основі такої синхросетки може виділити корисний сигнал.

Поки всі цифрові сигнали передаються ВИКЛЮЧНО за аналоговими лініями зв'язку (т.к. інших поки не винайшли), і тому схильні до всіляких спотворень і впливу випадкових факторів

Якби в процесі передачі сигнал не «роз'їжджався» щодо синхросетки, проблем не виникало б. Однак поки всі цифрові сигнали передаються ВИКЛЮЧНО за аналоговими лініями зв'язку (т.к. інших поки не винайшли), і тому схильні до всіляких спотворень і впливу випадкових факторів. Тому реально прийнятий наприкінці довгої лінії зв'язку цифровий сигнал виявляється найчастіше зрушеним за часом щодо «ідеального». Найгрізнішим видом такого зсуву для поширених відео та аудіо сигналів є т.зв. "джиттер", або фазове тремтіння. Прийняті цифрові імпульси виявляються трохи вже або трохи ширші за вихідні 5 . Якщо не вживати спеціальних заходів, такі зсуви можуть призвести до найнеприємніших наслідків, аж до зриву або зашумлення відеокартинки або «скрегота» в аудіоканалі.

Для боротьби із цим явищем застосовується т.зв. перетактування (чи пересинхронізація, reclocking), тобто. штучне відновлення правильної фази («тактів») сигналу, з прив'язкою його до «ідеальної» синхросетки.


Мал. 10. Джіттер і як його пригнічують

Схема придушення джиттера точно «знає», в який момент часу ПОВИНЕН зустрітися черговий фронт або імпульс сигналу, і, якщо фронт, що реально прийшов, або імпульс відрізняється від очікуваного не дуже сильно (тобто джиттер ще не перевищив критичного значення), схема штучно « спонукає» його на законне місце. Щоб схема могла працювати, їй доводиться «пам'ятати» в собі ідеальне положення тактів і синхросигналів (адже їх теж треба якось відновити після довгої лінії зв'язку), що досягається за допомогою витончених інженерних рішень (найчастіше використовується кільце ФАПЧ з інерційною ланкою).

Після перетактування НІЯКОГО джиттера не залишається

Після перетактування НІЯКОГО джиттера не залишається (якщо він, звичайно, спочатку не перевищував критичного значення, після якого з ним уже не впоратися). Зазвичай, лінії зв'язку забезпечують рівень джиттера, який легко парується вхідними схемами приладів. Саме це дозволяє говорити про те, що цифрові сигнали можна передавати загалом без втрат (на відміну від аналогових, які неможливо відновити за будь-яким критерієм на приймальному кінці).

Дозволяє говорити про те, що цифрові сигнали можна передавати взагалі без втрат

Перетактування дозволяє багаторазово каскадувати цифрові прилади, тобто. включати послідовно, один за одним, багато комутаторів, розподільників та ін. Якщо кожен прилад здійснює перетактування, жодних втрат у системі не буде 6 .

Комутатор цифрових відео або аудіосигналів, якщо він розрахований на роботу з дещо довгими лініями зв'язку (десятки метрів і вище), повинен бути оснащений схемами перетактування по кожному входу.

«Розумна» взаємодія

Багато цифрові інтерфейсивимагають, щоб джерело та приймач сигналу взаємодіяли один з одним, наприклад, обмінювалися деякою технічною інформацією. При цьому розробники інтерфейсу зазвичай і не припускали, що між цими двома може бути включеним ще якийсь комутатор.

Саме така історія сталася з інтерфейсами VGA (за специфікацією VESA), DVI (і трохи пізніше, з HDMI). Для цих інтерфейсів потрібно, щоб екран обмінювався з компом (або іншим джерелом відео, скажімо, з DVD-програвачем) службовою інформацією по інтерфейсу DDC. Без такого обміну деякі комп'ютери взагалі можуть не видавати зображення на вихід, а через інтерфейс HDMI, наприклад, не пройде відео з кодуванням HDCP.

В принципі, комутатору нічого не варте, крім власне ланцюгів для відео, скомутувати і ланцюги для обміну через DDC. На рис. 11 видно, що сигналами DDC обмінюватимуться дисплей та комп'ютер 1.


Мал. 11. Проблема обміну службовими даними

Деякі комп'ютери взагалі не завантажуватимуться, якщо до їхньої відеокарти не підключено який-небудь дисплей

З цією парою все гаразд, а що ж комп'ютери 2 та 3? Вони виявляються "кинутими", без підключених до них дисплеїв. Можливо, виходи їх відеокарт відключаться або перейдуть у режим очікування. Коли комутатор перейде, наприклад, на комп'ютер 2, останньому знадобиться час, щоб обмінятися з дисплеєм даними і ввести свою відеокарту в робочий режим (а іноді в цьому процесі бувають і збої). Деякі комп'ютери взагалі не завантажуватимуться, якщо до їхньої відеокарти не підключений який-небудь дисплей.

Вирішення проблеми полягає в тому, що комутатор САМ зчитує з підключеного до виходу дисплея всю інформацію DDC, яка може знадобитися в майбутньому. Згодом комутатор САМ видає ці дані на запит у будь-який комп'ютер, який підключений до його входу. В результаті комп'ютери «думають», що до кожного з них підключено власний дисплей, і охоче видають картинку на вихід.

За аналогічним принципом працюють і багато суто комп'ютерних комутаторів (монітор + клавіатура + миша), які змушені імітувати мишу і клавіатуру для кожного з підключених до нього комп'ютерів, хоча реальна миша і клавіатура завжди підключена лише до одного з них. В іншому випадку деякі комп'ютери взагалі відмовляються працювати.

Комутатор для інтерфейсу IEEE 1394 (Firewire), наприклад, також змушений «поводитися», як концентратор у структурі шини, тобто. мати «інтелект», що дозволяє йому брати участь у складних процедурах обміну за цим інтерфейсом (докладніше див. брошуру «Інтерфейси. IEEE 1394 (Firewire)»).

НАРОЩУВАННЯ КОМУТАТОРІВ

Незважаючи на наявність на ринку моделей комутаторів з дуже великою кількістю входів та виходів, нерідкі випадки, коли доводиться нарощувати можливості комутаційних пристроїв за допомогою їх каскадування або паралельного включення по виходу. Наприклад, така ситуація можлива, якщо великий комутатор не вписується за габаритами та вартістю.

Залежно від закладених у комутатор властивостей, його нарощування може бути простим чи складним

Інший приклад - необхідність "зростання" системи в міру "зростання" її власника. Придбаний спочатку комутатор виявляється тісний, і стає важливим, не втрачаючи коштів, уже вкладених в обладнання (тобто не демонтуючи старе), розширити його можливості.

Залежно від закладених у комутатор властивостей, його нарощування може бути простим чи складним. Розглянемо кілька способів розв'язання цієї задачі.

Збільшення числа входів

Каскадуваннякомутаторів здійснюється шляхом підключення виходу одного блоку одного з входів іншого. Це можливо для комутаторів будь-яких типів, але не надто зручно: додає зайвий ступінь комутації, ускладнює керування та виводить з обороту один із входів другого комутатора.


Мал. 12. Каскадне включення

Набагато виграшніше паралельне включення по виходам: виходи кількох пристроїв з'єднуються разом («монтажне «або»). Щоправда, для цього рішення кожен комутатор повинен мати функцію відключення виходу, і навіть логічно (програмно) підтримувати подібне включення, що є у всіх моделях.


Мал. 13. Запаралелювання виходів

Збільшення кількості виходів

Якщо наявне число виходів недостатньо, паралельно першому комутатору можна поставити додаткові, які входи об'єднати. Для цього, крім самих комутаторів, використовуються підсилювачі-розподільники, що мають кілька виходів (як було показано раніше на рис. 2).

Однак потреба в додаткових пристроях– підсилювачах – зникає, якщо звернутися до моделей матричних комутаторів із прохідними входами та виходами (наскрізний канал). Кожен такий вхід одного комутатора з'єднується з відповідним виходом іншого, а вбудований термінатор (резистор навантаження лінії) включається лише в останньому 7 .


Мал. 14. Комутатори, об'єднані по одному зі своїх входів через прохідні виходи

У деяких компактних комутаторах для економії місця роз'єм для прохідних виходів не передбачено, хоча можливість відключення термінаторів є. У цьому випадку можна використовувати недорогі T-конектори («трійники») для отримання того самого результату 8 . Їх надягають на входи приладу (зазвичай роз'єми BNC), а до двох гнізд трійника, що залишилися, підключають вхідний кабель і кабель до наступного комутатора.

Об'єднання кількох матричних комутаторів як на входах, так і на виходах дозволяє нарощувати розмірність комутаційної системи

Об'єднання декількох матричних комутаторів як по входах, так і по виходах дозволяє нарощувати розмірність комутаційної системи: наприклад, за допомогою чотирьох блоків 16 х 16 можна отримати матрицю 32 х 32. Іноді такі рішення виявляються функціонально більш гнучким і кращим за бюджетом: можна почати з системи на дешевому маленькому комутаторі, і надалі нарощувати її, купуючи додаткові прилади.


Мал. 15. Збільшення числа входів чи виходів одночасно
(Натисніть на фото для збільшення)

Якщо передбачається значне розширення системи (більш ніж удвічі), краще відразу купувати комутатор максимальної розмірності, але укомплектований лише кількістю блоків входів/виходів, яке необхідно спочатку

На рис. 15 наведено приклад такого розширення комутатора (відео+аудіо); можна переконатися, що зі збільшенням удвічі числа входів і виходів доводиться вчетверо збільшувати число матриць. Якщо знадобиться ще дворазове збільшення (до 64х64), матриць знадобиться вже 16 комплектів. При такому різкому розширенні нарощування системи окремими матрицями стає невигідним.

Якщо передбачається значне розширення системи (більш ніж удвічі), краще відразу купувати комутатор максимальної розмірності, але укомплектований лише кількістю блоків входів/виходів, яке необхідно спочатку. Модульна конструкція багатьох приладів великої ємності дає змогу реалізувати такий підхід. Надалі, у міру зростання системи, залишиться лише докупити і встановити модулі, що бракують, не зв'язуючись з плутаниною кабелів і складним програмуванням систем, подібним до показаної на рис. 15.

Нарощування функціональності

Крім зростання комутаторів «вшир», можливе зростання їх «вглиб», тобто. за типом сигналів, що підтримуються. Зокрема відеосигнали форматів CV (композитний), YC (s-Video), YUV (компонентний) відрізняються лише числом відеоканалів (1, 2 або 3), які треба комутувати одночасно. В результаті, побудувавши систему з базовою якістю відео (CV), можна надалі поліпшити її якість YC, а потім і якість YUV.


Мал. 16. Нарощування матриці «вглиб» за якістю сигналу

Для такого зростання матричні комутатори повинні «вміти» працювати спільно (по кілька штук в паралель), одночасно виконуючи команди на комутацію. Ця можливість має бути обумовлена ​​в їх характеристиках, однак і за її відсутності таку роботу матриць може зімітувати правильно запрограмована зовнішня система управління.

Зазначимо, що, якщо смуга пропускання матриць спочатку обрана з певним запасом, компонентний варіант дозволить також перейти до роботи з телебаченням високої чіткості (для варіанту 1080i необхідна смуга пропускання більше 70 МГц), а при додаванні матриць для каналів H і V - і сигналами класу VGA. Докладніше про компонентні сигнали див. у статті «Інтерфейси. Сигнали VGA та компонентний».

ДОДАТКОВІ ФУНКЦІЇ КОМУТАТОРІВ

Для зручності управління матричними комутаторами, за допомогою яких часто реалізують дуже складні комутаційні комбінації з безліччю входів та виходів, передбачено функцію відкладеного спрацьовування ключів (перемикання з підтвердженням). Необхідна комбінація входів і виходів набирається заздалегідь, а потрібний момент ця комбінація активується одним натисканням на кнопку Take. Така сама процедура можлива і через інтерфейси дистанційного керування.

Декілька комбінацій входів/виходів можуть зберігатися в пам'яті матричного комутатора (наприклад, кнопкою STO) і перебиратися оператором довільно (наприклад, кнопкою RCL), що полегшує йому життя.

Перевагою таких методів управління є й те, що всі внутрішні перекомутації здійснюються одночасно й одразу (а не по одній).

Додатковий корисною функцієюматричного аудіокомутатора (для аналогового звуку) є можливість регулювання рівня сигналу входу та/або виходу. У цьому випадку вхідне регулювання дозволяє вирівняти всі джерела звуку за рівнем (для того, щоб при перемиканні не було різких стрибків гучності). Регулювання рівня виходу може використовуватися як регулятор гучності. Наприклад, у багатокімнатних (багатозонних) системах, де кожен вихід матриці працює на свою зону, слухач у своїй зоні регулюватиме рівень для свого виходу матриці (про таке його використання має подбати централізована система управління апаратурою).

УПРАВЛІННЯ КОМУТАТОРАМИ

Більшість комутаторів обладнано власними органами керування (кнопками, ручками, дисплеями), які дозволяють оперувати з ними у ручному режимі 9 .

Однак у багатьох випадках комутатор, встановлений у закритій стійці десь в апаратній, виявляється важкодоступним. У цьому випадку на допомогу приходять панелі дистанційного керування, які виробники, як правило, випускають для своїх комутаторів.

Зазвичай до одного комутатора можна підключити відразу кілька панелей керування, встановлених у різних місцях

Панелі, що грамуються, дозволяють, наприклад, керувати тільки призначеними для них виходами матриці, або робити якісь складні, заздалегідь запрограмовані дії натисканням однієї кнопки. Зазвичай до одного комутатора можна підключити відразу кілька панелей керування, встановлених у різних місцях.

Інший поширений підхід – використання керуючої системи з урахуванням комп'ютера чи спеціалізованого контролера. В цьому випадку можлива реалізація скільки завгодно витончених алгоритмів управління (наприклад, за розкладом, за плей-листом, у поєднанні з системою «розумний дім») та інтерфейсів для користувача. Більшість виробників забезпечують свої комутатори безкоштовним або програмним забезпеченням, що продається окремо, для управління ними від комп'ютера.

Важливо, щоб виробник обладнання надавав опис свого протоколу управління

Знання комунікаційного протоколу, яким здійснюється управління комутатором, дозволяє програмісту налаштувати контролери чи систему управління. Важливо, щоб виробник обладнання надавав опис свого протоколу управління, інакше можливості побудови довільних систем будуть обмежені лише рішеннями цього виробника.

Зазвичай, прилади мають стандартні послідовні інтерфейси управління RS-232C, RS-422, RS-485. Ці традиційні інтерфейси мають низку обмежень, проте широко поширені та прості у використанні. У сучасних комутаторах широко використовуються комп'ютерні інтерфейси: Ethernet, USB, бездротові: ІЧ-промені, Bluetooth, Wi-Fi. У наступній таблиці наведено короткі дані про популярні дротові інтерфейси.

Інтерфейс Швидкість обміну 10 Роз'єм, кабель Макс. довжина Особливості
RS-232С 75-115200 біт/с (найчастіше 9600 або 19200 біт/с) DB-9 або DB-25, мінімум 3 дроти 15 м (стандарт), до 30-50 м (екранований кабель, швидкість до 9600 біт/с) Вбудований у комп'ютери (РС, але не MAC).
Легко "вигоряє" при підключенні "з іскрою"
RS-422 до 1,5 Мбіт/с DB-9 або клеми (стандарту немає), 2 кручені пари + земля Стандарт для керування Batacam/DVCam
RS-485 до 1,5 Мбіт/с DB-9 або клеми (стандарту немає), 1 кручена пара + земля до 1,5 км (швидкість 9600 біт/с) Підтримує багато пристроїв на одній шині. Чи не захищений від колізій, може працювати нестійко
Ethernet 10 або 100 або 1000 Мбіт/с RJ-45, 2 виті пари до 100 м Може маршрутизуватися необмежено, зокрема. через Інтернет. Затримки під час керування непередбачувані та не гарантовані (залежать від завантаження мережі в цілому)
USB 11 або 400 Мбіт/с 4-контактний, 4 дроти до 3-5 м За допомогою концентраторів (хабів) може бути подовжений до десятків метрів
Firewire 100, 200, 400, 800 Мбіт/с 4-контактний, 4 дроти до 5 м Концентратори або спеціальні подовжувачі-перетворювачі дозволяють продовжити до десятків-сотень метрів

1 Зрозуміло, при використанні УР з великим числом виходів і збільшення числа комутаторів можна отримати матриці будь-яких розмірів.
2 А також використанням дорогих комплектуючих та важкого та дорогого «заліза». При побудові комутаторів, як і іншого обладнання, постійно доводиться дотримуватися балансу між ціною та якістю та шукати оптимальні компроміси.
3 У малих бюджетних студіях як такий генератор іноді використовують одне з джерел сигналу, що відрізняється гарною якістюі ніколи не вимикається. Все обладнання "прив'язується" саме до нього. Це дає невелику економію бюджету, але може створити непередбачувані труднощі, коли це джерело сигналу помилково таки вимкнуть.
4 TBC також іноді називають російською «коректором тимчасових спотворень». Він також входить до складу «камерних каналів». Багато TBC «вміють» заодно і транскодувати системи ТБ (NTSC/PAL/SECAM), і обробляти відеосигнал як відеопроцесори.
5 Звуження або розширення мають випадковий, шумоподібний характер, і їх зазвичай важко якось передбачити і компенсувати введенням якоїсь постійної добавки (затримки).
6 Для аналогових сигналів при каскадуванні неминуче накопичуються шуми, перешкоди та спотворення, що додаються у кожному каскаді системи. Це фундаментальна властивість; тому слід уникати зайвого каскадування в аналогових системах.
7 Термінатор – узгоджене навантаження (зазвичай – резистор 75 Ом), необхідний узгодження хвильового опору кабелю із входом приладу.
8 Зручні спеціальні трійники, у яких обидва гнізда спрямовані убік, протилежний вилці (а не під 90° від неї) – Y-конектори; до них набагато зручніше підключати кабелі в «гущі» дротів.
9 Деякі великі комутатори можуть і мати власних панелей управління, т.к. у «ручному» режимі їх практично ніколи не використовують. Вони розраховані працювати лише із зовнішніми системами управління.
10 Зазначимо, що у більшості додатків навіть швидкість 9600 біт/с управління комутатором виявляється надлишкової.

 

 
Це цікаво: