大規(guī)模音頻矩陣內(nèi)部切換新技術(shù)

1、大規(guī)模音頻矩陣內(nèi)部切換新技術(shù)一. 引言    在傳統(tǒng)大規(guī)模視音頻矩陣中的交叉點切換模塊電路是整個矩陣系統(tǒng)的核心部分，但它實質(zhì)上是一類電子開關(guān)，由系統(tǒng)控制將特定輸入通道與特定輸出通道聯(lián)接或釋放，如圖1，輸入2被聯(lián)接到輸出1，輸入5同時被聯(lián)接到輸出2、4、5等等。 圖1    盡管現(xiàn)代電子集成電路技術(shù)水平的高度發(fā)展，但交叉點切換技術(shù)仍然一直是矩陣設計制造中最核心的技術(shù)，由于其技術(shù)含量高，所以在整個矩陣系統(tǒng)中占的成本也很高。尤其是當矩陣的規(guī)模增大時，其交叉點的數(shù)量呈極快速的增長態(tài)勢，不僅大大增加了設計和制造高可靠性高性能的大規(guī)模交叉點電路的

2、成本和難度，而且交叉點的使用率卻隨著交叉點規(guī)模的增加而呈現(xiàn)急速下降的趨勢。下表是NVISION公司所做的一個矩陣規(guī)模、交叉點數(shù)量和交叉點使用率的統(tǒng)計。     從上表可見，規(guī)模大的矩陣其所需的交叉點數(shù)量非常之大，而其使用率卻越來越低，造成投入的很大浪費。介于此，人們把眼光投向時分復用技術(shù)（TDM）。    二. 時分復用技術(shù)在大規(guī)模音頻矩陣中的應用    時分復用技術(shù)，在電信電話網(wǎng)中是基本的應用技術(shù)。矩陣切換就是很類似于電話交換的應用。事實上，數(shù)字音頻（AES）也是一種時分復用技術(shù)，如圖2。 圖2

3、0;   1個AES幀（Frame）包含2個子幀（Subframe），在傳送AES信號時，從時間線上看，每一個AES幀中的子幀1先傳，接著傳子幀2。圖3是TDM技術(shù)應用于矩陣切換的簡單示例。 圖3    我們知道傳統(tǒng)的矩陣包括輸入模塊、交叉點切換模塊和輸出模塊。在這里不需要交叉點切換模塊。在這個采用TDM切換技術(shù)的架構(gòu)中，有一條公共的數(shù)據(jù)總線，每一路輸入在數(shù)據(jù)總線上指配固定且唯一的時隙，當需要把某一路輸入聯(lián)接到某一輸出時，使信號能接通門電路，將輸入信號至特定輸出上，其數(shù)據(jù)總線的帶寬要求大于輸入信號的比特率與輸入信號路數(shù)的乘積。下面以1比特的輸入

4、信號為例具體說明其工作原理。如圖4，所有輸入信號分配固定時隙且在某一時刻是唯一的，即讓寫驅(qū)動（Input Write Enables）能在按一定的時間關(guān)系打開門電路，讓輸入信號通過；相應讀驅(qū)動使能（Input Read Enables）信號打開相應的輸出端門電路，實現(xiàn)指定的輸入與輸出的通路聯(lián)接。輸入2被送到輸出1，輸出5被送到輸出2。 圖4    可見，采用TDM替代大規(guī)模矩陣的交叉點電子切換電路十分簡潔，成本低。但這種方式也有兩點不足：（1）正如前面提到的TDM其數(shù)據(jù)總線的帶寬要求大于輸入信號的比特率與輸入信號路數(shù)的乘積。由于數(shù)字視頻信號的碼率已非常高了，顯然這

5、種技術(shù)無法用于視頻矩陣中。所以一般用于音頻、時間碼等碼率比較低的矩陣中，但用于大規(guī)模音頻矩陣中時，如應用到256×256數(shù)字音頻矩陣中時，其要求的數(shù)據(jù)帶寬也約接近1Gb/s（數(shù)據(jù)計算見下文），因此采用TDM技術(shù)代替電子開關(guān)式的交叉點電路雖然成本和電路都簡單了許多，但對制造特大規(guī)模的數(shù)據(jù)音頻矩陣的技術(shù)要求一點也不低；（2）這種技術(shù)也有讓人擔憂之處，由于共用數(shù)據(jù)總線，當總線上的驅(qū)動器損壞或短路時，會不會導致整個系統(tǒng)的癱瘓？    三. NVISION的解決方案    NVISION創(chuàng)新地提出了一種融合TDM優(yōu)點和IT技術(shù)的大規(guī)模

6、音頻矩陣的內(nèi)部信號切換解決方案。其關(guān)鍵技術(shù)是共享存儲架構(gòu)（SMA）。 圖5    如圖5，將每一個輸入的AES音頻數(shù)據(jù)都寫入共享存儲器中，而輸出時，根據(jù)指配的路由分配從存儲器的特定單元將輸入數(shù)據(jù)讀出，如輸出1讀出的是輸入1的數(shù)據(jù)，這就實現(xiàn)了從輸入1到輸出1的路由切換。這種方式的優(yōu)點還很多，（1）可以實現(xiàn)單聲道的自由切換，如輸出3讀的是輸入1的1通道數(shù)據(jù)和輸入2的1通道數(shù)據(jù)；（2）實現(xiàn)某一通道的重復輸出，如輸出2連續(xù)讀出的數(shù)據(jù)是輸入2的通道1；（3）實現(xiàn)兩個聲道的交換輸出，如輸出4讀出的是輸入4的通道2和輸入4的通道1。而這些功能是用以往的電子開關(guān)式交叉點切換電路所無法實現(xiàn)的。同時NVISION還利用TDM技術(shù)實現(xiàn)多個矩陣機箱聯(lián)接實現(xiàn)矩陣規(guī)模的擴展。 圖6    圖6是1個4×4規(guī)模的矩陣，輸出4路在