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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(chǎng)頻（刷新頻率），其像素的點(diǎn)時(shí)鐘不同或者說(shuō)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(guò)，可保留其信息量的80%左右，如果保證5次諧波通過(guò)，可報留其信息量的90%以上。一般而言，在折算模擬寬帶時(shí)至少應保證3次諧波通過(guò)。另外，根據奈奎斯特采樣原理，在A(yíng)/D和D/A過(guò)程中，最大模擬帶寬為采樣率的1/2，因此由點(diǎn)（像素）時(shí)鐘折算帶寬時(shí)，考慮到D/A的過(guò)程，計算公式為：點(diǎn)時(shí)鐘×3/2（如果要保證5次諧波則為點(diǎn)時(shí)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(shuō)頻譜較寬），在傳輸過(guò)程中會(huì )表現出兩種特性，第一，幅頻特性，第二群延時(shí)特性，兩種特性對圖像質(zhì)量影響的表現不同，解決的方式也不相同。
一．幅頻特性：簡(jiǎn)言之，就是傳輸過(guò)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(xiàn)，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(shí)的頻率為帶寬，其中db=20lg幅度比或10lg功率比，3db意味著(zhù)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(guò)程都是傳輸過(guò)程，但一般這些過(guò)程都會(huì )有相應指標保障（僅幅頻特性而言），傳輸的瓶頸主要在線(xiàn)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(shí)的參數。許多電纜的標稱(chēng)指標較高，但實(shí)際使用時(shí)效果很差，估計是指標參數不準確，故不可過(guò)于相信廠(chǎng)家（尤其是非正規廠(chǎng)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(shí)可參考，以RG59電纜為例，下表是一組典型的參數：
電容 | 延時(shí) | 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(huì )更短。有一種較實(shí)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(shí)際中6db衰減時(shí)是可以認可的，9db衰減是能容忍的，再大就無(wú)法容忍了，這在數值分析時(shí)是一組可參考的數據。
二．群延時(shí)特性：理論上講，不同的頻率分量在同一介質(zhì)中傳輸時(shí)，到達的時(shí)間不同。這是由于傳輸系統的分布參數引起的。形象地說(shuō)，一個(gè)胖子和一個(gè)瘦子跑百米，不出意外的話(huà)，瘦子會(huì )先跑到。且不說(shuō)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(shí)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(jiàn)，比如有一色塊，在其后有由深到淺的虛圖像。線(xiàn)纜越細，距離越長(cháng)，表現越明顯。
要解決傳輸問(wèn)題，不僅要解決幅頻特性的問(wèn)題，也要解決群延特性的問(wèn)題，長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)器就因此而生，就幅頻特性而言，要解決的問(wèn)題如下圖：
就幅頻特性而言，以長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)為例，補償后可達到150MHZ/100米；而針對群延時(shí)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(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)時(shí)根據線(xiàn)纜的參數和傳輸距離，分檔進(jìn)行不同的補償調整，如8級或16級調整。值得說(shuō)明的是，補償是針對已破壞的圖像而言，可使其看起來(lái)在亮度、模糊和拖尾等方面沒(méi)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(shí)，首先要搞清楚信號的分辨率，最長(cháng)的傳輸距離，才好決定使用什么線(xiàn)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(jìn)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(shuō)明的一點(diǎn)是關(guān)于網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)傳輸，網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)比75-2等要細的多，因此就線(xiàn)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?xún)?，故應用范圍應?00米左右距離，短時(shí)從成本考慮未必合算，距離長(cháng)時(shí)圖像質(zhì)量無(wú)法保障，該方式的主要優(yōu)點(diǎn)在于利用平衡傳輸解決了隔離問(wèn)題，而不是在于提高圖像質(zhì)量。
75-2或更細的線(xiàn)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(xiàn)纜，隨之也就可以確定何種接口形式了。
摘自：InfoAV China
