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                VGA信號傳輸中的數值分析

                2007-12-25

                    VGA信號根據不同的分辨率和場頻(刷新頻率),其像素的點時鐘不同或者說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,可保留其信息量的80%左右,如果保證5次諧波通過,可報留其信息量的90%以上。一般而言,在折算模擬寬帶時至少應保證3次諧波通過。另外,根據奈奎斯特采樣原理,在A/D和D/A過程中,最大模擬帶寬為采樣率的1/2,因此由點(像素)時鐘折算帶寬時,考慮到D/A的過程,計算公式為:點時鐘×3/2(如果要保證5次諧波則為點時鐘×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,在系統分析設計中首先要考慮的是信號的帶寬。

                 

                    VGA信號由于帶寬較寬(或者說頻譜較寬),在傳輸過程中會表現出兩種特性,第一,幅頻特性,第二群延時特性,兩種特性對圖像質量影響的表現不同,解決的方式也不相同。

                   

                    一.幅頻特性:簡言之,就是傳輸過程中不同頻率分量與幅度的關系,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。   

                   

                    傳輸系統中不僅只有電纜,如分配,切換,轉換等過程都是傳輸過程,但一般這些過程都會有相應指標保障(僅幅頻特性而言),傳輸的瓶頸主要在線纜方面。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

                 

                    以上參數為100米/100MHZ時的參數。許多電纜的標稱指標較高,但實際使用時效果很差,估計是指標參數不準確,故不可過于相信廠家(尤其是非正規廠家)的指標。SYV標準的電纜在拖尾等方面不如RG標準的電纜,在選型時可參考,以RG59電纜為例,下表是一組典型的參數: 

                 

                電容

                延時

                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,要保證3db的帶寬,用RG59的電纜,不加其他補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更短。有一種較實際的估算方法評估圖像質量:3db帶寬為圖像質量的理論值,工程實際中6db衰減時是可以認可的,9db衰減是能容忍的,再大就無法容忍了,這在數值分析時是一組可參考的數據。 

                 

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

                 

                    要解決傳輸問題,不僅要解決幅頻特性的問題,也要解決群延特性的問題,長線驅動器就因此而生,就幅頻特性而言,要解決的問題如下圖: 

                    就幅頻特性而言,以長線驅動為例,補償后可達到150MHZ/100米;而針對群延時特性而言,就要對分布參數作出預校整(預失真),消除拖尾現象,長線驅動時根據線纜的參數和傳輸距離,分檔進行不同的補償調整,如8級或16級調整。值得說明的是,補償是針對已破壞的圖像而言,可使其看起來在亮度、模糊和拖尾等方面沒有明顯的缺陷,但比原裝信號還是要差一些的。在系統設計時,首先要搞清楚信號的分辨率,最長的傳輸距離,才好決定使用什么線纜及選用何種設備,何種接口,一般而言,以1024×768分辨率為例,可進行如下選擇:(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

                + 補償

                May-75

                RG59、RG6V

                +補償

                RG59

                RG6V

                +高補償

                 

                    如果距離大于300米,則要考慮其它傳輸方式,如光纖傳輸等。需要說明的一點是關于網絡線傳輸,網絡線比75-2等要細的多,因此就線纜特性而言要差,因此補償也很大,即便如此,所能保證的帶寬也較小,一般在70MHZ /100米以內,故應用范圍應在100米左右距離,短時從成本考慮未必合算,距離長時圖像質量無法保障,該方式的主要優點在于利用平衡傳輸解決了隔離問題,而不是在于提高圖像質量。

                   

                    75-2或更細的線纜可以焊在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

                 


                設計開發:聯合企邦
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