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VGA信號傳輸中的數(shù)值分析
2007-12-25
VGA信號根據(jù)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(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,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(yīng)保證3次諧波通過。另外,根據(jù)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(tǒng)分析設(shè)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(xiàn)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(zhì)量影響的表現(xiàn)不同,解決的方式也不相同。
一.幅頻特性:簡言之,就是傳輸過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)換等過程都是傳輸過程,但一般這些過程都會有相應(yīng)指標保障(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時的參數(shù)。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(shù)不準確,故不可過于相信廠家(尤其是非正規(guī)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(shù):
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(zhì)量:3db帶寬為圖像質(zhì)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(shù)值分析時是一組可參考的數(shù)據(jù)。
二.群延時特性:理論上講,不同的頻率分量在同一介質(zhì)中傳輸時,到達的時間不同。這是由于傳輸系統(tǒng)的分布參數(shù)引起的。形象地說,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(xiàn)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(xiàn)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(qū)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(qū)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(shù)作出預(yù)校整(預(yù)失真),消除拖尾現(xiàn)象,長線驅(qū)動時根據(jù)線纜的參數(shù)和傳輸距離,分檔進行不同的補償調(diào)整,如8級或16級調(diào)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(tǒng)設(shè)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(shè)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?shù)?。需要說明的一點是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)線傳輸,網(wǎng)絡(luò)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(nèi),故應(yīng)用范圍應(yīng)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(zhì)量無法保障,該方式的主要優(yōu)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(zhì)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(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