“刘力解码”--VGA信号传输中的数值分析

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,如表1:

《“刘力解码”--VGA信号传输中的数值分析》

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,两种特性对图象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,如图1:

《“刘力解码”--VGA信号传输中的数值分析》
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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,如表2:
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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,表3是一组典型的参数:
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    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象质量: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,在图象表现上为“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,要解决的问题如图2:
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   就幅频特性而言,以利国的长线驱动为例,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)
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   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。



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