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VGA信号传输中的数值分析

2007-12-25

    VGA信号根据不同的分辨率和场频(刷新频率),其像素的点时钟不同或者说折合的模拟宽带不同,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

 

 

    根据理论分析,方波是由1、3、5……等奇次谐波组成,如果能保证3次谐波通过,可保留其信息量的80%左右,如果保证5次谐波通过,可报留其信息量的90%以上。一般而言,在折算模拟宽带时至少应保证3次谐波通过。另外,根据奈奎斯特采样原理,在A/D和D/A过程中,最大模拟带宽为采样率的1/2,因此由点(像素)时钟折算带宽时,考虑到D/A的过程,计算公式为:点时钟×3/2(如果要保证5次谐波则为点时钟×5/2),例:1024×768×70,带宽为100MHZ左右,1280×1024×60,带宽为150MHZ左右,1600×1280,带宽为240MHZ左右,在系统分析设计中首先要考虑的是信号的带宽。

 

    VGA信号由于带宽较宽(或者说频谱较宽),在传输过程中会表现出两种特性,第一,幅频特性,第二群延时特性,两种特性对图像质量影响的表现不同,解决的方式也不相同。

   

    一.幅频特性:简言之,就是传输过程中不同频率分量与幅度的关系,如下图:  

 

    上图是电缆的典型传输曲线,可以看出,频率越高,衰减就越大,即高频分量损失越多,通常定义幅度衰减3db时的频率为带宽,其中db=20lg幅度比或10lg功率比,3db意味着幅度比为0.707,功率比为1/2。   

   

    传输系统中不仅只有电缆,如分配,切换,转换等过程都是传输过程,但一般这些过程都会有相应指标保障(仅幅频特性而言),传输的瓶颈主要在线缆方面。一般比较典型的电缆的幅频特性,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

 

    以上参数为100米/100MHZ时的参数。许多电缆的标称指标较高,但实际使用时效果很差,估计是指标参数不准确,故不可过于相信厂家(尤其是非正规厂家)的指标。SYV标准的电缆在拖尾等方面不如RG标准的电缆,在选型时可参考,以RG59电缆为例,下表是一组典型的参数: 

 

电容

延时

直流电阻

等效阻抗

50PF/m

4ns/m

0.02Ω/m

75Ω±5%

 

    仅就幅频特性而言,1024×768×70的信号,要保证3db的带宽,用RG59的电缆,不加其他补偿措施的传输距离仅在30—40米左右,高分辨率的图像传输距离会更短。有一种较实际的估算方法评估图像质量:3db带宽为图像质量的理论值,工程实际中6db衰减时是可以认可的,9db衰减是能容忍的,再大就无法容忍了,这在数值分析时是一组可参考的数据。 

 

    二.群延时特性:理论上讲,不同的频率分量在同一介质中传输时,到达的时间不同。这是由于传输系统的分布参数引起的。形象地说,一个胖子和一个瘦子跑百米,不出意外的话,瘦子会先跑到。且不说VGA信号中频率分量很多,就单一波形而言,基波与多次谐波到达的时间就不同,这将造成波形的后延性失真,在图像表现上为“拖尾”。这在工程中很常见,比如有一色块,在其后有由深到浅的虚图像。线缆越细,距离越长,表现越明显。

 

    要解决传输问题,不仅要解决幅频特性的问题,也要解决群延特性的问题,长线驱动器就因此而生,就幅频特性而言,要解决的问题如下图: 

    就幅频特性而言,以长线驱动为例,补偿后可达到150MHZ/100米;而针对群延时特性而言,就要对分布参数作出预校整(预失真),消除拖尾现象,长线驱动时根据线缆的参数和传输距离,分档进行不同的补偿调整,如8级或16级调整。值得说明的是,补偿是针对已破坏的图像而言,可使其看起来在亮度、模糊和拖尾等方面没有明显的缺陷,但比原装信号还是要差一些的。在系统设计时,首先要搞清楚信号的分辨率,最长的传输距离,才好决定使用什么线缆及选用何种设备,何种接口,一般而言,以1024×768分辨率为例,可进行如下选择:(仅供参考) 

距离(米)

< 20

< 50

< 100

< 200

< 300

方案

3+2或3+4

RG59

RG6V

May-75

Feb-75

Mar-75

+ 补偿

May-75

RG59、RG6V

+补偿

RG59

RG6V

+高补偿

 

    如果距离大于300米,则要考虑其它传输方式,如光纤传输等。需要说明的一点是关于网络线传输,网络线比75-2等要细的多,因此就线缆特性而言要差,因此补偿也很大,即便如此,所能保证的带宽也较小,一般在70MHZ /100米以内,故应用范围应在100米左右距离,短时从成本考虑未必合算,距离长时图像质量无法保障,该方式的主要优点在于利用平衡传输解决了隔离问题,而不是在于提高图像质量。

   

    75-2或更细的线缆可以焊在DB15的接头中,再粗一些的只好利用BNC接头,因此根据距离选线缆,随之也就可以确定何种接口形式了。

    

 

    摘自:InfoAV China

 


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