CN207266172U - 一种新型的高清无缝混合矩阵设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高清无缝混合矩阵设备，包括机箱，其中：机箱内设有中央控制模块系统和信号混合矩阵系统，机箱背面设有与中央控制模块系统和信号混合矩阵系统连接的插槽，插槽内可根据实际所需接口类型和接口数量选配板卡，支持任意板卡混合无缝切换功能，即插即用，大大节约成本和提高可操控性；再者，利用I/O可编程功能可实现多点同时控制功能，编程方便快捷，且能适应各种场景需求，灵活搭配选用PC上位机工具、工业触摸屏、手机/平板等操控平台，可便捷的加入现有的系统，可兼容匹配其他第三方设备。

Description

一种新型的高清无缝混合矩阵设备

技术领域

本实用新型涉及一种矩阵设备，具体涉及一种新型的高清无缝混合矩阵设备。

背景技术

目前，在音视频行业里有中央控制系统和矩阵信号切换系统两种系统设备。市场上一般将矩阵设备和中控主机分别设计为一种独立的产品，用户需要去分开采购这两款产品，再搭配起来应用，往往还得再采购如工业触摸屏、控制键盘等设备来作为终端操控平台搭配使用，若是需要实现多点控制还得再采购合适的设备来加入，如此操作就会涉及到如设备来自于不同厂家的原因需要匹配兼容性。存在系统组成线路复杂，容易引发故障、安装调试麻烦、总体造价过高等问题。

再者，目前音视频行业里是有小部分的一体机具有中央控制功能和信号切换处理的功能，但控制端口的数量和种类会偏少，音视频信号端口也一般都是8/16路的输入输出，且都是固定的接口类型和数量，信号源信号类型单一，端口数量也是偏少，不能够灵活应用，所以适合的应用场所也偏少，因此，对于上述缺陷，成为了亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型为解决上述问题而提供了一种将矩阵、中控、多类型/多点控制(具备网络、串口、I/O、红外、内置触摸屏多种控制，同时支持多种方式混合控制、主要以编程来控制I/O的方式)这三个功能集成到一体的高清无缝混合矩阵，接口种类、接口数量的应用灵活(等同于按用户需求订制接口和数量)，可单机使用、又可便捷的加入现有系统或搭配其他系统使用的产品。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：新型的高清无缝混合矩阵设备，包括机箱，其中：机箱内设有中央控制模块系统和信号混合矩阵系统，机箱背面设有与中央控制模块系统和信号混合矩阵系统连接的插槽，插槽内可根据实际所需接口类型和接口数量选配板卡，支持任意板卡无缝切换功能。

为了进一步实现本实用新型，所述新型的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于，所述高清无缝混合矩阵设备正面设置了红外接收头、COM插座、状态显示灯和液晶显示屏，对矩阵各功能进行控制，通道切换、场景存储和调用等。

为了进一步实现本实用新型，所述新型的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于，所述高清无缝混合矩阵设备背面设置了7路串口、8路I/O口、2个强电输入口、网口、红外接收头。

为了进一步实现本实用新型，所述新型的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于，所述高清无缝混合矩阵设备可支持多达136路I/O口，所述I/O口通过编程触发后，每路I/O口可发送多达19条指令，可让矩阵执行通道切换、场景调用、可指定某个串口动作去控制第三方设备的功能。另外通过使用编程后的触发矩阵通道切换专用版本I/O板卡，还可便捷的实现当I/O被触发后让矩阵执行切换动作，实现画面共享、还原本机画面功能。

为了进一步实现本实用新型，所述新型的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于，所述高清无缝混合矩阵设备背面设置了20插槽用于插入输入板卡和输出板卡，均与机箱内的主板相连接。

为了进一步实现本实用新型，所述新型的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于，所述机箱可控制40路信号的输入或输出。

为了进一步实现本实用新型，所述新型的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于，所述输入/输出板卡支持HDMI/DVI/VGA/SDI接口的信号类型。

为了进一步实现本实用新型，所述新型的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于，所述高清无缝混合矩阵设备背面设置了4个插槽用于中控板卡专用，均与机箱内的主板相连接。

为了进一步实现本实用新型，所述新型的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于，所述中控板卡有红外板卡、串口通讯板卡、继电器控制板卡、I/O板卡。

有益效果

1、全机箱是采用功能模块插卡的形式，体积虽小，但功能强大，支持多种方式混合控制；使用灵活，支持接口种类、数量变化的应用。

2、独创的插卡式中控模块和插卡式高清混合矩阵相结合的一体机，让以前需要多台设备才可以完成的功能，现在只需要一台设备就可以完成，而且体积是所有设备加起来的几分之一。

3、插卡式的信号板卡和中控板卡，支持模拟信号和数字信号的互相转换，支持标清信号直接转换成高清信号输出，在切换时，画面连贯完整、画面清晰，质量好；视频技术由“看得见”到“看得清”方向发展。

4、信号接口板卡支持目前所有的常规接口，输入/输出板卡支持HDMI/DVI/VGA/SDI接口的信号类型，板卡可任意搭配，信号可任意切换，拥有40进40出的强大端口数。

5、全机箱设置有丰富的内置接口，如设置了7路串口、8路I/O、2个强电输入口、网口，可灵活搭配选用PC上位机工具、工业触摸屏、手机/平板等操控平台。

6、利用I/O可编程功能可实现多点同时控制功能，可定义单个或者多个串口/红外通道/继电器/I/O通道进行通讯。

7、可便捷的加入现有的系统，可兼容匹配其他第三方设备。

附图说明

图1为本实用新型的40系列机箱正面/背面板示意图；

图2为本实用新型的HDMI输入板卡示意图；

图3为本实用新型的HDMI/DVI/VGA输出板卡示意图；

图4为本实用新型的IO切换板卡示意图；

图5为本实用新型的主板示意图；

图6为本实用新型的常用功能指令表格。

附图标记说明：

1、机箱背面；2、机箱正面；11、插槽；12、强电输入插座；13、网络接口；14、I/O接口；15、串口；21、IR红外接收口；22、COM插座；23、触摸屏。

具体实施方式

下面结合附图实施例对本实用新型进一步说明：

如图1所示，本实用新型所涉及的高清无缝混合矩阵设备，包括机箱，其中：机箱内设有中央控制模块系统和信号混合矩阵系统，机箱背面1设有与中央控制模块系统和信号混合矩阵系统连接的若干个插槽11，插槽可插入4张中控板卡、20张信号板卡，可根据实际所需接口类型和接口数量选配板卡，支持任意板卡混合无缝切换功能。

机箱背面1带有丰富的信号和通讯接口，能满足常用需求，机箱带有两个强电输入插座12，可选配双电源供电，一个RJ45网络接口13可用于网络远程控制，8路I/O接口14可通过自定义编程指令触发串口进行通讯或矩阵进行动作，机箱带有7个串口15(包括6路RS232和1路RS485)，2路RS232通讯串口可用于接入中控系统或者上位机工具，4路RS232和1路RS485通讯串口可用于控制投影机等各类型多媒体设备。

机箱正面2板设置有一个电源开关、一个RUN操作和通讯指示灯，可反馈设备当前工作状态、一个IR红外接收口21，用于录入红外信号，一个COM插座22为工厂内部调试专用，并内嵌有一块4.3英寸真彩触摸屏23可对矩阵各功能进行控制，如通道切换、场景存储和调用等。

机箱背面设有与信号混合矩阵系统连接的20个矩阵信号板卡，每个矩阵信号板卡有4个通道，机箱满配10个输入板卡和10个输出板卡时可实现40路进40路出，这个是现有技术上没有的；机箱背面设有与中央控制模块系统连接的4个中控板卡，分别为：红外板卡、串口通讯板卡、继电器控制板卡、I/O板卡。各板块(如图2-4)与机箱内部主板(如图5)通信连接。

如图2，所述HDMI输入板卡1号位置是HDMI输入第一路的插口，常用于连接台式电脑、笔记本电脑、高清摄像机、高清影碟机等设备，用于采集高清信号源，输入设备采用一根HDMI线插入即可。

2号位置是一个TVS瞬态二极管，作用是保护此二极管后面的芯片不受静电过大等因素的损坏。

3号位置是进行的一个EDID信号匹配过程，输入设备会读取此处的EDID信息，然后输出对应的格式信号过来，此处是利用4脚的“视频信号接收”芯片功能的一个延伸。

4号位置是一个“视频信号接收”芯片，每一路HDMI输入插口都有一个专用芯片，用来匹配EDID信息、接收信号、HDCP版权的解析、最后重新编码。

5号位置是一个“音视频编码”芯片，每一路HDMI和模拟音频输入都有一个专用芯片，能将采集来的图像和音频经过重新编号后统一格式输出，输出至8脚的高速连接器，进入下一级处理。

6号位置是一个模拟音频输入插口，3.5mm立体声插座，对于一些HDMI不带内嵌音频的输入设备来讲，就需要有额外的音频插口使用，才能实现音视频同步播放的效果，因此如果是1脚的HDMI输入位置已经是音视频同步传输了，那此处为空，不接设备，如果HDMI单独只是传输图像，那就需要使用一根音频线连接到此处，负责传输音频。

7号位置是一个CIRRUS 5340CZZ“音频转换”芯片，每一路模拟音频输入都有一个专用的转换芯片负责把模拟音频转为数字音频，才可供后面的“音视频编码”芯片识别。

8号位置是一个高速连接器，主要用于和主板上的连接器插座连接。

9号位置是此电路上的一个主控CPU，负责板卡和主板之间的通讯，实现功能参数的设置等效果。

10号位置是此电路上的电源处理，负责DC电源的一个转换和隔离。

上述原理中，HDMI/DVI/VGA不同接口的板卡原理相同；HDMI输入2通道、3通道、4通道均和所描述的1通道相同；输入板卡采用无缝切换技术；信号符合HDMI1.3和1.4标准，兼容DVI信号，支持HDCP协议；拥有嵌入式的EDID管理技术；输入板卡支持添加自定义字符叠加功能；输入板卡采用自动变倍技术；输入板卡可通过串口指令选择使用HDMI内嵌音频或者独立音频接口；视频信号和音频信号同步切换；连接器，HDMI接口为TypeA 19P母头，音频为3.5mm插座；传送带宽6.75Gpbs；输入输出色深8-10-12bit；音频为PCM格式。

如图3，所述HDMI/DVI/VGA输出板卡1号位置是一个高速连接器，主要用于和主板上的连接器插座连接，将各种信号传输给对应的处理芯片。

2号位置是一个“音视频解码”芯片，每一路HDMI和模拟音频输出都有一个专用芯片，能将图像和音频进行分离，图像输出至3脚的“视频信号接收”芯片，音频输出至7脚的“音频转换”芯片。

3号位置是一个“图像处理”芯片，每一路HDMI输出插口都有一个专用芯片，用来匹配EDID信息、接收信号、解码还原为VGA/DVI/HDMI信号、进行图像缓冲实现无缝切换的效果。

4号位置是进行的一个EDID信号匹配过程，显示设备会读取此处的EDID信息，然后显示对应的信号格式，此处是利用3脚的“视频信号接收”芯片功能的一个延伸。

5号位置是一个TVS瞬态二极管，作用是保护此二极管后面的芯片不受静电过大等因素的损坏。

6号位置是HDMI输出第一路的插口，常用于连接显示器、电视机、投影机等显示设备，用于播放高清音视频，采用一根HDMI线插入到显示设备即可。

7号位置是一个“音频转换”芯片，每一路模拟音频输出都有一个专用的转换芯片负责把数字音频转为模拟音频，以便输出。

8号位置是一个模拟音频输出插口，常用于连接扩声设备，如功放、调音台等，3.5mm立体声插座。

9号位置是此电路上的一个主控CPU，负责板卡和主板之间的通讯，实现功能参数的设置等效果。

10号位置是此电路上的电源处理，负责DC电源的一个转换和隔离。

上述原理中，HDMI/DVI/VGA不同接口的板卡，原理相同；HDMI输出2通道、3通道、4通道均和所描述的1通道相同。输出采用无缝切换技术；兼容HDMI1.3和1.4标准；拥有嵌入式的EDID管理技术；输出板卡分辨率可调节；连接器，母端口DB24+5；输出电平T.M.D.S2.9V～3.3V；输出阻抗75Ω；增益0dB；频带宽340MHz(10.2Gbit/s)。

如图4，所述IO切换板卡接线端子，从左往右数起A对应I/O第一通道、G表示公共接地端子、B对应I/O第二通道，以此类推，每张板卡总共拥有26路I/O通道。

此IO输入卡(输入端使用了电阻二极管网络，组成输入只能单向拉低的方式防止了复杂的外部电压串进机器(隔离高压或尖峰脉冲等有害信号)，只认有效的低电平输入信号。同时末端加入了电阻电容构建出固定时间范围的硬件的去抖功能。IO输入电路的后面使用了4片74HC244(8路正向缓冲器)以动态扫描的方式扩充了IO数量，使卡板支持读取32路IO的效果，切换32种场景和路由(如图6)。自由选择任何一路信号源而且不会干扰其他的输出，使信号传输衰减降至最低，图像和声音信号能高保真的输出。

如图5，所述主板上1号位置是负责混合中控部分功能处理的主CPU，搭配周边电路，完成对RS232/RS485通讯串口、继电器、红外信号、I/O电平触发功能的处理和实现。和6号位置的“混合矩阵处理器”芯片连接实现相互通讯控制功能。和3号位置的“输入卡阵列”连接实现通讯控制功能，由“电源管理1”处供电。

2号位置是和混合中控部分功能处理的主CPU搭配的周边电路：

IR输出部分(IR输出板)，每8路红外输出板均使用了两片74HC08门电路组合进行输出通道的随意选择，在输出部分运用了三极管电流放大的特性设计了输出驱动电路，让红外输出管子有更好的输出功率表现(相比其他发射管的发射距离更远)，实现高度还原输入板采集到的红外数据。

IR输入部分(位于机器面板上)，使用了高灵敏度的红外线接收头，基于38K的标准载波传输方式，最大限度的过滤环境干扰。有用的红外信号进来后，经过CPU的解析，区分出是矩阵控制码还是外设控制码，矩阵控制码直接对矩阵进行遥控。外设控制码(采样时间20uS，采样深度是512字节)以固定格式存放于AT45DB161D FLASH芯片中备用。

主板与电脑等外设可通过RS232、RS485、标准网络口三种方式通信：其中RS232部分选用了成熟可靠的MAX232芯片作为电平转换IC，MAX485作为485收发芯片，并且端口配置了12v TVS已结6.8v TVS瞬态二极管，防浪涌冲击。以上通信方式均为独立的方式与主控芯片链接，各自占用独立的串口资源，让各方来的控制指令不会出现阻塞现象，保证通信稳定。

3号位置是“输入卡阵列”，高速连接器插座，用于连接信号输入板卡。

4号位置是“输出卡阵列”，高速连接器插座，用于连接信号输出板卡。

5号位置是“差分数字交叉开关”，高速连接器插座，用于连接信号输出板卡。

6号位置是混合矩阵的主处理器，用于处理各信号板卡组成矩阵后的通道切换、图像处理、参数设置等功能，与1号位置的混合中控主处理器连接实现相互通讯。

7号位置是电源输入处理电路。

8号位置是负责DC电源的一个转换和隔离。

9号位置是负责DC电源的一个转换和隔离。

具体实施例：在一个远程视频会议室，可能包含有远程视频会议终端、普通摄像球、电脑信号、蓝光DVD等输入信号，信号类型有DVI、AV、VGA、HDMI四种，包含了标清信号和高清信号、模拟信号和数字信号；显示设备有两台高清投影机、两台高清显示器、两台普通显示器，信号类型有HDMI和VGA的信号，也包含了数字信号和模拟信号，现在要求的功能是各种信号源能随时显示在各个显示设备上。

按照用户会场的实际功能和接口需求，使用一台母体，搭配上对应的中控板卡(有红外板卡、串口通讯板卡、继电器控制板卡、I/O板卡)；再搭配上对应的输入输出信号板卡(HDMI/DVI/VGA/SDI接口输入输出板卡)。

中控板卡上的接口可用于控制会场内的灯光开关、空调开关、电视机/投影机/影碟机等多媒体设备的开关和菜单选择、舞台帷幕/电动吊架/电动窗帘的升降停功能、针对整个会场内存在的众多设备实现统一集中管控。

矩阵输入板卡上的接口用于连接如台式电脑、笔记本电视、电视机顶盒、远程视频终端、影碟机/播放器、摄像机等的信号源设备。矩阵输出板卡上的接口常用于连接如电视机、显示器/监视器、投影机、拼接大屏幕、LED大屏幕、远程视频终端等设备。实现将会场内众多不同设备、不同接口、不同信号格式的音视频信号进行集中采集、信号转换、通道切换、信号分配等效果。

利用I/O可编程功能可实现多点同时控制功能，能适应各种场景需求，比如可为每个参会人员都配置有专门的信号操控按钮，方便参会人员自行管理自己所需观看的信号，按下A按钮可实现将自己的电脑信号强制发送给所有参会人员观看。第一次按下B按钮可看回自已的电脑图像，第二次按下B按钮可返回上一次观看图像，便捷的使矩阵执行切换动作，实现画面共享、还原本机画面功能。

可灵活搭配选用PC上位机工具、工业触摸屏、手机/平板等操控平台。可便捷的加入现有的系统，可兼容匹配其他第三方设备。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，且属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。

Claims (9)

1.一种高清无缝混合矩阵设备，包括机箱，其特征在于：机箱内设有中央控制模块系统和信号混合矩阵系统，机箱背面设有与中央控制模块系统和信号混合矩阵系统连接的插槽，插槽可插入信号板卡和中控板卡。

2.根据权利要求1所述的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于：所述高清无缝混合矩阵设备正面设置了红外接收头、COM插座、状态显示灯和液晶显示屏。

3.根据权利要求1所述的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于：所述高清无缝混合矩阵设备背面设置了7路串口、8路I/O口、2个强电输入口、网口、红外接收头。

4.根据权利要求3所述的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于：所述高清无缝混合矩阵设备背面设置有与主板连接的4个插槽，用于插接中控板卡。

5.根据权利要求4所述的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于：所述中控板卡有红外板卡、串口通讯板卡、继电器控制板卡、I/O板卡。

6.根据权利要求5所述的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于：所述I/O板卡为可编程触发板卡，可让矩阵执行通道切换、场景调用、可指定某个串口动作控制第三方设备的功能。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于：所述高清无缝混合矩阵设备背面设置了与主板连接的20个插槽，用于插入输入板卡和输出板卡。

8.根据权利要求7所述的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于：所述机箱可控制40路信号的输入或输出。

9.根据权利要求8所述的高清无缝混合矩阵设备，其特征在于：所述输入/输出板卡支持HDMI/DVI/VGA/SDI接口的信号类型。