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VGA信號(hào)傳輸中的數(shù)值分析

2007-12-25

    VGA信號(hào)根據(jù)不同的分辨率和場(chǎng)頻(刷新頻率),其像素的點(diǎn)時(shí)鐘不同或者說(shuō)折合的模擬寬帶不同,如下表: 

Resolution

Refresh Rate

Horizontal Frequency

Pixel Frequency

640×480

60Hz

31.5 kHz

25.175 MHz

72 Hz

37.9 kHz

31.500 MHz

75 Hz

37.5 kHz

31.500 MHz

85 Hz

43.3 kHz

36.000 MHz

800×600

56 Hz

35.1 kHz

36.000 MHz

60Hz

37.9 kHz

40.000 MHz

72 Hz

48.1 kHz

50.000 MHz

75 Hz

46.9 kHz

49.500 MHz

85 Hz

53.7 kHz

56.250 MHz

1024×768

43Hz Interlaced

35.5 kHz

44.900 MHz

60 Hz

48.4 kHz

65.000 MHz

70 Hz

56.5 kHz

75.000 MHz

75 Hz

60.0 kHz

78.750 MHz

85 Hz

68.7 kHz

94.500 MHz

1280×1024

60 Hz

64.0 kHz

108.000 MHz

75 Hz

80.0 kHz

135.000 MHz

85 Hz

91.1 kHz

157.500 MHz

1600×1200

60 Hz

75.0 kHz

162.000 MHz

65 Hz

81.3 kHz

175.500 MHz

70 Hz

87.5 kHz

189.000 MHz

75 Hz

93.8 kHz

202.500 MHz

80 Hz

106.3kHz

229.500 MHz

 

 

    根據(jù)理論分析,方波是由1、3、5……等奇次諧波組成,如果能保證3次諧波通過(guò),可保留其信息量的80%左右,如果保證5次諧波通過(guò),可報(bào)留其信息量的90%以上。一般而言,在折算模擬寬帶時(shí)至少應(yīng)保證3次諧波通過(guò)。另外,根據(jù)奈奎斯特采樣原理,在A/D和D/A過(guò)程中,最大模擬帶寬為采樣率的1/2,因此由點(diǎn)(像素)時(shí)鐘折算帶寬時(shí),考慮到D/A的過(guò)程,計(jì)算公式為:點(diǎn)時(shí)鐘×3/2(如果要保證5次諧波則為點(diǎn)時(shí)鐘×5/2),例:1024×768×70,帶寬為100MHZ左右,1280×1024×60,帶寬為150MHZ左右,1600×1280,帶寬為240MHZ左右,在系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)中首先要考慮的是信號(hào)的帶寬。

 

    VGA信號(hào)由于帶寬較寬(或者說(shuō)頻譜較寬),在傳輸過(guò)程中會(huì)表現(xiàn)出兩種特性,第一,幅頻特性,第二群延時(shí)特性,兩種特性對(duì)圖像質(zhì)量影響的表現(xiàn)不同,解決的方式也不相同。

   

    一.幅頻特性:簡(jiǎn)言之,就是傳輸過(guò)程中不同頻率分量與幅度的關(guān)系,如下圖:  

 

    上圖是電纜的典型傳輸曲線,可以看出,頻率越高,衰減就越大,即高頻分量損失越多,通常定義幅度衰減3db時(shí)的頻率為帶寬,其中db=20lg幅度比或10lg功率比,3db意味著幅度比為0.707,功率比為1/2。   

   

    傳輸系統(tǒng)中不僅只有電纜,如分配,切換,轉(zhuǎn)換等過(guò)程都是傳輸過(guò)程,但一般這些過(guò)程都會(huì)有相應(yīng)指標(biāo)保障(僅幅頻特性而言),傳輸?shù)钠款i主要在線纜方面。一般比較典型的電纜的幅頻特性,如下表: 

SYV-75-2

SYV-75-3

SYV-75-5

RG59

RG60

20 dB

16 dB

10 dB

8 dB

0.8 dB

 

    以上參數(shù)為100米/100MHZ時(shí)的參數(shù)。許多電纜的標(biāo)稱指標(biāo)較高,但實(shí)際使用時(shí)效果很差,估計(jì)是指標(biāo)參數(shù)不準(zhǔn)確,故不可過(guò)于相信廠家(尤其是非正規(guī)廠家)的指標(biāo)。SYV標(biāo)準(zhǔn)的電纜在拖尾等方面不如RG標(biāo)準(zhǔn)的電纜,在選型時(shí)可參考,以RG59電纜為例,下表是一組典型的參數(shù): 

 

電容

延時(shí)

直流電阻

等效阻抗

50PF/m

4ns/m

0.02Ω/m

75Ω±5%

 

    僅就幅頻特性而言,1024×768×70的信號(hào),要保證3db的帶寬,用RG59的電纜,不加其他補(bǔ)償措施的傳輸距離僅在30—40米左右,高分辨率的圖像傳輸距離會(huì)更短。有一種較實(shí)際的估算方法評(píng)估圖像質(zhì)量:3db帶寬為圖像質(zhì)量的理論值,工程實(shí)際中6db衰減時(shí)是可以認(rèn)可的,9db衰減是能容忍的,再大就無(wú)法容忍了,這在數(shù)值分析時(shí)是一組可參考的數(shù)據(jù)。 

 

    二.群延時(shí)特性:理論上講,不同的頻率分量在同一介質(zhì)中傳輸時(shí),到達(dá)的時(shí)間不同。這是由于傳輸系統(tǒng)的分布參數(shù)引起的。形象地說(shuō),一個(gè)胖子和一個(gè)瘦子跑百米,不出意外的話,瘦子會(huì)先跑到。且不說(shuō)VGA信號(hào)中頻率分量很多,就單一波形而言,基波與多次諧波到達(dá)的時(shí)間就不同,這將造成波形的后延性失真,在圖像表現(xiàn)上為“拖尾”。這在工程中很常見(jiàn),比如有一色塊,在其后有由深到淺的虛圖像。線纜越細(xì),距離越長(zhǎng),表現(xiàn)越明顯。

 

    要解決傳輸問(wèn)題,不僅要解決幅頻特性的問(wèn)題,也要解決群延特性的問(wèn)題,長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器就因此而生,就幅頻特性而言,要解決的問(wèn)題如下圖: 

    就幅頻特性而言,以長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)為例,補(bǔ)償后可達(dá)到150MHZ/100米;而針對(duì)群延時(shí)特性而言,就要對(duì)分布參數(shù)作出預(yù)校整(預(yù)失真),消除拖尾現(xiàn)象,長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)時(shí)根據(jù)線纜的參數(shù)和傳輸距離,分檔進(jìn)行不同的補(bǔ)償調(diào)整,如8級(jí)或16級(jí)調(diào)整。值得說(shuō)明的是,補(bǔ)償是針對(duì)已破壞的圖像而言,可使其看起來(lái)在亮度、模糊和拖尾等方面沒(méi)有明顯的缺陷,但比原裝信號(hào)還是要差一些的。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),首先要搞清楚信號(hào)的分辨率,最長(zhǎng)的傳輸距離,才好決定使用什么線纜及選用何種設(shè)備,何種接口,一般而言,以1024×768分辨率為例,可進(jìn)行如下選擇:(僅供參考) 

距離(米)

< 20

< 50

< 100

< 200

< 300

方案

3+2或3+4

RG59

RG6V

May-75

Feb-75

Mar-75

+ 補(bǔ)償

May-75

RG59、RG6V

+補(bǔ)償

RG59

RG6V

+高補(bǔ)償

 

    如果距離大于300米,則要考慮其它傳輸方式,如光纖傳輸?shù)?。需要說(shuō)明的一點(diǎn)是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)線傳輸,網(wǎng)絡(luò)線比75-2等要細(xì)的多,因此就線纜特性而言要差,因此補(bǔ)償也很大,即便如此,所能保證的帶寬也較小,一般在70MHZ /100米以內(nèi),故應(yīng)用范圍應(yīng)在100米左右距離,短時(shí)從成本考慮未必合算,距離長(zhǎng)時(shí)圖像質(zhì)量無(wú)法保障,該方式的主要優(yōu)點(diǎn)在于利用平衡傳輸解決了隔離問(wèn)題,而不是在于提高圖像質(zhì)量。

   

    75-2或更細(xì)的線纜可以焊在DB15的接頭中,再粗一些的只好利用BNC接頭,因此根據(jù)距離選線纜,隨之也就可以確定何種接口形式了。

    

 

    摘自:InfoAV China

 


設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā):聯(lián)合企邦
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