矩阵内部通话系统

定义

　　端口：通话矩阵提供数量很多的、供外部设备连接所使用的接口。

　　矩阵：建立用户之间通讯关系的音频路由器。矩阵不只是提供路由安排，而且能够可靠地完成、记忆设置和状态，并且能够报告它们的情况，还必须具有很高的可靠性。

　　用户站：也称为通话面板。这些设备范围很广，从只有单一按键的简单话筒和扬声器，到可全编程的带有字符数字显示器、DSP信号处理、用户可编程特性，以及音量控制的通话面板。

　　GPI(或GPI/O)通用接口或通用输入/输出：指为了各种目的而连接到外部设备的逻辑输入和输出。通常，它们都是光耦合的逻辑输入和继电器输出。不过其它类型也存在。

历史

　　矩阵内部通话系统可以追溯到1892年自动中心电话交换机系统的诞生。矩阵内部通话系统直到现在还有很多概念和技术来自那些系统。

　　在50年代，加拿大McCurdyRadioIndustries公司推出了基于每个交叉点一根线和舌簧继电器技术的7000系列矩阵。其基本模块是一块含有6个交叉点的板卡。这是知道最早的为广播行业开发的矩阵内部通话系统。在70年代末期，微处理器的出现使真正的智能矩阵内部通话系统-McCurdy9400出现了，这是个使用从用户站上的每一个按键对应的一根线发送数据的系统。随着微处理技术的发展，9400被密度更大的9500系列所代替，它密度更大，50×50的系统只需要3RU。一种非常普通的方形阵列交换机可以使任何输入分配到任何输出去，但是在实施时多少受限于被称为“平方律”的难题。

　　简要地说，在传统矩阵技术中，在通讯、音频、视频路由系统中，矩阵规模（电子的和物理的）都与输入和输出数量或者端口数量有关，体现的是数学的“平方律”关系。

　　例如，3×3矩阵是支持3个用户的矩阵内部通话系统，有9个交叉点，而9×9矩阵是支持9个用户的矩阵，有81个交叉点，可以看到，用户数量增加3倍，而矩阵规模增加9倍。要知道交叉点的数量直接关系到功耗、物理规模和造价。很显然使用传统体系结构，矩阵交叉点在实际规模上受到限制。

　　到1988年，平方律的局限性开始体现出来。NBC在1988年汉城奥运会所用的350个端口McCurdy9700矩阵内部通话系统需要整整10个机柜，功率超过20kW，重量超过2吨，9700矩阵其时是规模的矩阵内部通话系统。尽管提供目前内部通话系统几乎全部功能，但传统结构使其在尺寸上有局限性。

　　到90年代初期，欧洲厂商开发基于新结构的内部通话系统。原用于电话路由和交换系统的时分技术(TDM)现在也用到了矩阵内部通话系统。

　　在TDM矩阵中，来自用户的输入信号（话筒或者头戴耳机）通过A/D转换器并在TDM模块板上被分配一个时间位置。在TDM模块板上会有导演、制片人、1号摄像员等的时间位置。用户就可以在任何或全部时间位置或讲话，通过软件控制，哪个信号能够被听到，（一般）可由听者选择，或者预先编程。

　　在一个常规的平方律矩阵中，向100用户矩阵增加一个用户需要增加201个交叉点。而在TDM系统，只需要增加两个简单的东西：为业已存在的时间位置增加一个“发射器”，而在另一个供该用户收听的时间位置内增加一个接收器。

　　现在，几乎所有的矩阵都是基于TDM或者类似的技术。Telex制造RTSZeus、ADAM-CS和ADAMTDM矩阵内部通话系统。Clear-Com有MatrixPlus3，以及其他欧洲制造商提供的基于TDM的解决方案。

目前通话矩阵

　　如前所述，目前矩阵内部通话系统是以TDM技术为基础的，让我们更仔细地看一下这种系统的结构。

　　传统矩阵和TDM矩阵的一个主要区别是TDM矩阵并非仅仅由很多交叉点组成，除此之外还是一个功能齐全的音频矩阵。

　　在传统交叉点矩阵中，如果技术指导（TD）想要同时听到导演和制片的声音，那末交叉点A3和C3就要开或者关。由于这些交叉点也只是开关而已，信号相对电平完全取决于导演或者制片讲话的电平。

　　在同样的例子中如果使用TDM矩阵，那末交叉点就被音量控制所代替了，结果就是矩阵的交叉点电平可以独立调整。在此情况下，相对信号电平可以在TD听时被导演和制片的音量控制所调整。调整有各种手段，但目前的突出的一点是不同的听者（或输出）能够有选择地混合有来自其想听的声源信号。

　　在极大程度上，这是传统的交叉点内部通话系统和现代TDM（或类似技术）矩阵内部通话系统最主要的区别。当然还有一些主要区别在于性能和规模上。

传统矩阵与TDM矩阵的比较

　　1）优点

　　矩阵通话系统与其它通话系统相比有很多优点，这些优点包括：规模、可设置性、支持各种类型的通讯系统、提供辅助功能。

　　a.规模

　　矩阵规模指支持的用户站数量。RTS,ADAM在一个矩阵中具有8～1000以上用户的规模。通过中继干线把31个互联矩阵包含在一起还可以再扩展。一个典型的PL硬件系统不过支持4个信道，现代的PL系统可扩展到12个通道以上，但经济性和符合人体工程学方面就随着规模增大而大打折扣。

　　b.可设置性

　　在矩阵内部通话系统中，硬件一旦安装后，通常不需要根据日常工作需要而每天更改设置。由于每个用户站都能与其它任何用户站相连（通过交叉点或个别交叉点调整），因此改变谁与谁通话，在特定环境下的通话规则，以及按键分配都是在软件的控制之下。在矩阵内部通话系统中，有很多种方法完成此设置。通常有一台计算机连接到矩阵的端口，通过软件使改变被记录、启动和存储。此外，允许用户在其通话面板上所做的改变也可用来设置系统。

　　矩阵通话系统的一个主要优点就是：所有变动都是灵活的，无需劳动密集的换线工作。例如，它允许一个系统一年当中大部分时间用作三个演播室的三个独立内部通话系统，而简单地装载一个新文件就可以作为一个大型系统使用。

　　c.支持各种类型的通讯方式

　　目前矩阵内部通话系统允许任何用户站连接到其它任何用户站，由于这种连接都是在软件的控制下，实际上任何通讯设置都能够实现，因此，对支持的通讯方式限制非常少，无需专用硬件。

　　前矩阵内部通话系统很大部分性能体现在它们易于建立不同类型的通讯方式上。

　　其它类型的通讯方式也可以较简单地在矩阵通话系统中建立，这些方式包括：会议或者PL系统；ISO；IFB；群呼；电话（需要电话接口，如RTS的TIF-951或者TIF-2000）；继电器-按某个键启动继电器。

　　d.辅助功能

　　最普通的辅助功能是那些涉及接口或“GPI/O”标题下的功能。在内部通话系统中往往需要和外界沟通的接口，而且内部通话系统越复杂，这些接口就越是需要。通常这些方法是可以预知的，由制造商提供或建议解决方案。一个很好的例子就是电话接口，允许内部通话系统和公共电话系统相连，允许用户打进或被内部通话系统呼叫。

　　需要的接口往往是不可预知的，用户在大的噪声环境中呼叫或者通过传呼系统启动“gong”信号，宣布一条信息时可能需要内部通话系统闪烁闪光灯。为了这个目的，继电器信号（GPI/O中“输出O”的一种形式）可从内部通话系统连接到一个闪光灯或者铃信号发生器，并被编程以在需要时启动。继电器信号并非的可用输出形式。某一系统可能代替提供来自晶体管或光耦合器的逻辑电平信号或集电极开路信号。

　　相反的需要也可能增加，外部信号对矩阵系统的需求导致此内部通话系统采取某一动作。按照以前的定义，用户站是使用矩阵内部通话系统一个端口的设备。从最基础的角度来看，它是带有三个基本功能的“盒子”。首先，它通过话筒、放大器获得话音并将其处理为某一信号格式（RTS矩阵中是平衡的+8dBu音频）传送到矩阵。其次，它接受来自矩阵的音频信号（也是RTS矩阵中平衡的+8dBu音频）且将其转换为适合驱动扬声器的电平。第三，它提供对矩阵的某种操作的控制和指令。

　　通常制造商提供的用户站能够完成所有这些功能。但是，假设用户需要的用户站很小、价格又低且安装在一个单组的电子盒上，而该用户站只需呼叫保安台，那么用户、经销商、系统承包商或任何第三方公司可以制造具备话筒、前置放大器、音频放大器、扬声器和按键在内的小盒。的问题是怎样让制造者容易地建立控制协议以通知矩阵谁希望被听到。制造商不发表其控制协议的细节使此情形较为困难。

　　答案是简单的：用户站上的按键连接到矩阵的逻辑输入（GPI/O中的“I”）,指示操作软件把启动逻辑输入视为按下预分配给保安台上的通话键。

　　此外，还有更复杂的辅助功能。上面的例子假定接口需求是非常基本的，可以定义为一个控制或被一个逻辑状态内的一个变化（二进制信息的一个“比特”）控制的动作。

　　常常有很多实例定义非常简单，但必须满足多种情况。在前面的保安台例子中，也许用户需要某个通话面板从早上8:30到下午4:30呼叫接待员，从下午4:30到午夜呼叫保安台，再从午夜到上午8:30通过大楼传呼系统发送信号叫醒值班人。