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1854年,法国数学家埃米尔特(C.Hermite,1822~1901)使用了“正交矩阵”这一术语,但他的正式定义直到1878年才由德国数学家费罗贝尼乌斯(F.G.Frohenius,1849~1917)发表。
1879年,费罗贝尼乌斯引入矩阵秩的概念。
至此,矩阵的体系基本上建立起来了。
二、矩阵(设备)
矩阵设备是用来切换各种信号的输入输出。
矩阵的概念引用高数中的线性代数的概念,一般指在多路输入的情况下有多路的输出选择,形成下图的矩阵结构,既每一路输出都可与不同的输入信号“短接”,每路输出只能接通某一路输入,但某一路输入都可(同时)接通不同的输出,如下图。
输出只能对应一路输入,输入可对多
输出1=输入1,输出2=输入2,而输出3=输出4=输入3,或者说,每一路输出可“独立”地在输入中进行选择,而不必关心其它通道的输出情况,即可以与其它输出不同,也可以相同。
举例说,8选4是指有4个独立的输出,每个输出可在8个输入中任选,或者说有4个独立的8选1,只是8个输入是相同的。
经常与此混淆的是分配的概念,比如8选1分4,是指在8个输入中选择出1个输出,并将其分配成4个相同的输出,虽然外观上看有4个输出,但这4个输出是相同的,而不是独立的。
一般习惯中,将形成M×
N的结构称为矩阵,而将M×
1的结构称为切换器或选择器,其实不过N=1而已,我们在讨论时都当作矩阵对待。
矩阵切换器的功能是在多路信号输入的情况下,可独立地根据需要选择多路(包括1路)信号进行输出,完成信号的选择。
VGA矩阵(mcon)
矩阵是监控系统中的模拟设备,主要负责对前端视频源与控制线的切换控制,举个例子,如果你有70个摄像机,可是只有7台监视器,那么矩阵可以让你的监视器循环显示出70个摄像机画面轮询功能。
VGA、AV、RGB、DVI、HDMI矩阵切换器,可用于多路AV、VGA等信号输入输出交叉切换,RGB矩阵提供独立的RGBHV分量输入、输出端子,每路分量信号单独传输,单独切换,使信号传输衰减降至最低,图像信号能高保真输出。
RGB系列矩阵切换器,采用性能极高的处理芯,
号频宽达350MHz,带有断电现场保护、LCD液晶显示,内嵌智能控制及管理软件,提供RS232通讯接口,可以与PC、遥控系统或各种远端控制设备(如快思聪、AMX、SVS等控制系统)配合使用。
RGB系列矩阵提供连网接口,可以让多台RGB矩阵串联使用,以扩充多路端口。
矩阵切换器主要应用于广播电视工程、多媒体会议厅、大屏幕显示工程、电视教学、指挥控制中心等场合。
简短地说,矩阵主机主要是配合电视墙使用,完成画面切换的功能。
但是常见的矩阵一般输入(接摄像机)是16的倍数,输出(接监视器)是4的倍数;
美国AD矩阵是视频切换矩阵的鼻祖,业界第一台视频切换矩阵就出自AD,到目前为止,市场上的模拟视频切换矩阵基本上还是参照AD矩阵的电路设计和架构。
三、关于矩阵图法
1.矩阵图法
矩阵图法就是从多维问题的事件中,找出成对的因素,排列成矩阵图,然后根据矩阵图来分析问题,确定关键点的方法,它是一种通过多因素综合思考,探索问题的好方法。
在复杂的质量问题中,往往存在许多成对的质量因素.将这些成对因素找出来,分别排列成行和列,其交点就是其相互关联的程度,在此基础上再找出存在的问题及问题的形态,从而找到解决问题的思路。
矩阵图的形式如图所示,A为某一个因素群,a1、a2、a3、a4、…是属于A这个因素群的具体因素,将它们排列成行;
B为另一个因素群,b1、b2、b3、b4、…为属于B这个因素群的具体因素,将它们排列成列;
行和列的交点表示A和B各因素之间的关系。
按照交点上行和列因素是否相关联及其关联程度的大小,可以探索问题的所在和问题的形态,也可以从中得到解决问题的启示等。
质量管理中所使用的矩阵图,其成对因素往往是要着重分析的质量问题的两个侧面,如生产过程中出现了不合格品时,着重需要分析不合格的现象和不合格的原因之间的关系,为此,需要把所有缺陷形式和造成这些缺陷的原因都罗列出来,逐一分析具体现象与具体原因之间的关系,这些具体现象和具体原因分别构成矩阵图中的行元素和列元素。
矩阵图的最大优点在于,寻找对应元素的交点很方便,而且不遗漏,显示对应元素的关系也很清楚。
矩阵图法还具有以下几个点:
①可用于分析成对的影响因素;
②因素之间的关系清晰明了,便于确定重点;
③便于与系统图结合使用。
2.矩阵图法的用途
矩阵图法的用途十分广泛.在质量管理中,常用矩阵图法解决以下问题:
①把系列产品的硬件功能和软件功能相对应,并要从中找出研制新产品或改进老产品的切入点;
②明确应保证的产品质量特性及其与管理机构或保证部门的关系,使质量保证体制更可靠;
③明确产品的质量特性与试验测定项目、试验测定仪器之间的关系,力求强化质量评价体制或使之提高效率;
④当生产工序中存在多种不良现象,且它们具有若干个共同的原因时,希望搞清这些不良现象及其产生原因的相互关系,进而把这些不良现象一举消除;
⑤在进行多变量分析、研究从何处入手以及以什么方式收集数据。
3.矩阵图的类型
矩阵图法在应用上的一个重要特征,就是把应该分析的对象表示在适当的矩阵图上。
因此,可以把若干种矩阵图进行分类,表示出他们的形状,按对象选择并灵活运用适当的矩阵图形。
常见的矩阵图有以下几种:
(1)L型矩阵图。
是把一对现象用以矩阵的行和列排列的二元表的形式来表达的一种矩阵图,它适用于若干目的与手段的对应关系,或若干结果和原因之间的关系。
(2)T型矩阵图。
是A、B两因素的L型矩阵和A、c两因素的L型矩阵图的组合矩阵图,这种矩阵图可以用于分析质量问题中“不良现象一原因一工序”之间的关系,也可以用于分析探索材料新用途的“材料成分一特性一用途”之间酌关系等。
(3)Y型矩阵图。
是把A因素与B因素、B因素与C因素、C因素与A因素三个L型矩阵图组合在一起而形成的矩阵图。
(4)X型矩阵图。
是把A因素与B因素、B因素与C因素、C因素与D因素、D因素与A因素四个L型矩阵图组合而形成的矩阵图,这种矩阵图表示A和B、D,D和A、C,C和B、D,D和A、C这四对因素间的相互关系,如“管理机能一管理项目一输入信息一输出信息”就属于这种类型。
(5)C型矩阵图。
是以A、B、C三因素为边做出的六面体,其特征是以A、B、c三因素所确定的三维空间上的点为“着眼点”。
4.制作矩阵图的步骤
制作矩阵图一般要遵循以下几个步骤:
①列出质量因素:
②把成对对因素排列成行和列,表示其对应关系;
③选择合适的矩阵图类型;
④在成对因素交点处表示其关系程度,一般凭经验进行定性判断,可分为三种:
关系密切、关系较密切、关系一般(或可能有关系),并用不同符号表示;
⑤根据关系程度确定必须控制的重点因素;
⑥针对重点因素作对策表。
四.电路原理
切换原理上就是选择,选择的方式有很多种,最简单的就是将信号线直接接在一起,比如接线板,利用人工将输出信号线跳接在输入信号线上,也可完成选择,或利用琴键开关完成接通与断开,当然这是人工操作的,机械的,不存在指标等技术问题,故不作为矩阵切换讨论。
第二种方式,利用继电器也可完成选择,利用电平控制继电器的通断,可完成输出线与输入信号之间的断开与联接,也可完成信号的选择,第三种方式是根据电路原理,利用芯片内部电路的导通与关闭进行接通与关断,并可通过电平进行控制完成信号的选择。
继电器方式与芯片方式各有优缺点。
继电器方式:
如果不考虑输入匹配与输出驱动的电路部分的话,它与联线方式一致,是靠物理接触进行接通与断开,从这个角度上讲,是没有什么指标概念的(最多有接触电阻和反应时间),因此技术指标好且价格低廉,其缺点在于稳定性较差,毕竟是靠物理接触,继电器有一定寿命,原则上讲,有8万次平均无故障操作且操作时有声响,由于线路板走线原因,不能做的规模较大,显得不够高档。
芯片方式:
由于靠电路进行接通与关断,芯片本身存在技术指标(在输入匹配与输出驱动一样的情况下),因此要保障技术指标,就要选择专用的切换芯片,因此价格较高,但稳定性好,可形成的矩阵规模较大。
矩阵切换应保证的技术指标
矩阵切换器根据不同的应用领域,所要求的技术指标也不同。
以广电行业为例,为保证终端的显示质量,广电行业将整个信号传输过程,从摄像头开始到电视机为止,都进行了技术指标分配,对模拟矩阵切换和分配,所定的技术指标如表:
GB/T14236-93与本公司KT-128*32实例指标:
国标中日常用到最主要的指标如下:
1)随机信噪比:
信号通过任何设备,都会因为引入“噪声”而使质量变差,信噪比就是指信号与所产生的噪声的比,该值越大,表示引入噪声越小,在视频信号时,(6MHZ以内)信噪比要求至少达到65dB。
2)幅频特性:
信号通过设备时,各种频率的信号会有不同的衰减,一般是频率越高,衰减越大,对视频信号而言,一般不用带宽的概念(衰减3dB时的频率),而是采用在6MHZ的频谱内(视频信号的频谱都在6MHZ以内)最大的衰减量,标准要求不超过0.2dB,如果考虑到音频的调制,在8MHZ内不超过0.5dB。
3)路间串扰:
多路信号在同一设备中,由于空间的辐射与电源的波动,彼此之间会形成干扰,称为串扰。
串扰不能大于-55dB。
根据不同的应用,对指标的要求也不一样。
1)监控行业:
监控行业中,由于信号只经过摄像,传输(一般是基带传输),控制与显示,且显示时对图象的质量要求相对较低,只要能看清,并不作转播等工作,因此监控行业对矩阵的要求是功能多(能带云台控制、报警等)、指标低,此行业对矩阵的指标无明确的强制要求。
2)广电和视频会议,广电不必多言,肯定是服从国标,按广播级标准要求,值得一提的是视频会议领域,视频信号要经传输,记录和转播,且受众对图象质量也有较高要求,故应选择广播级指标,而不能简单地采用监控类产品。
3)VGA信号应用,由于VGA信号带宽较宽,而且是有五路信号(R、G、B、H、V)同时传输,因此要求各通道的指标尽可能高(在6MHZ之内应满足广电的要求),且必须保持一致,应该按照广播级对分量设备的技术要求。
但由于VGA信号切换不象广电中应用得广,牵扯到广大的用户,故现在也没有强制的指标标准。
五、历史
矩阵的研究历史悠久,拉丁方阵和幻方在史前年代已有人研究。
作为解决线性方程的工具,矩阵也有不短的历史。
1693年,微积分的发现者之一戈特弗里德•威廉•莱布尼茨建立了行列式论(theoryofdeterminants)。
1750年,加布里尔•克拉默其后又定下了克拉默法则。
1800年代,高斯和威廉•若尔当建立了高斯—若尔当消去法。
1848年詹姆斯•约瑟夫•西尔维斯特首先创出matrix一词。
研究过矩阵论的著名数学家有凯莱、威廉•卢云•哈密顿、格拉斯曼、弗罗贝尼乌斯和冯•诺伊曼。
定义和相关符号
以下是一个4×
3矩阵:
某矩阵A的第i行第j列,或i,j位,通常记为A[i,j] 或Ai,j。
在上述例子中A[2,3]=7。
在C语言中,亦以A[j]表达。
(值得注意的是,与一般矩阵的算法不同,在C中,"
行"
和"
列"
都是从0开始算起的)
此外A=(aij),意为A[i,j]=aij对于所有i及j,常见于数学著作中。
一般环上构作的矩阵
给出一环R,M(m,n,R)是所有由R中元素排成的m×
n矩阵的集合。
若m=n,则通常记以M(n,R)。
这些矩阵可加可乘(请看下面),故M(n,R)本身是一个环,而此环与左R模Rn的自同态环同构。
若R可置换,则M(n,R)为一带单位元的R-代数。
其上可以莱布尼茨公式定义行列式:
一个矩阵可逆当且仅当其行列式在R内可逆。
在XX百科内,除特别指出,一个矩阵多是实数矩阵或虚数矩阵。
分块矩阵
分块矩阵是指一个大矩阵分割成“矩阵的矩阵”。
举例,以下的矩阵
可分割成4个2×
2的矩阵。
此法可用于简化运算,简化数学证明,以及一些电脑应用如VLSI芯片设计等。
特殊矩阵类别
对称矩阵是相对其主对角线(由左上至右下)对称,即是ai,j=aj,i。
埃尔米特矩阵(或自共轭矩阵)是相对其主对角线以复共轭方式对称,即是ai,j=a*j,i。
特普利茨矩阵在任意对角线上所有元素相对,是ai,j=ai+1,j+1。
随机矩阵所有列都是概率向量,用于马尔可夫链。
矩阵运算 给出m×
n矩阵A和B,可定义它们的和A+B为一m×
n矩阵,等i,j项为(A+B)[i,j]=A[i,j]+B[i,j]。
举例:
另类加法可见于矩阵加法.
若给出一矩阵A及一数字c,可定义标量积cA,其中(cA)[i,j]=cA[i,j]。
例如
这两种运算令M(m,n,R)成为一实数线性空间,维数是mn.
若一矩阵的列数与另一矩阵的行数相等,则可定义这两个矩阵的乘积。
如A是m×
n矩阵和B是n×
p矩阵,它们是乘积AB是一个m×
p矩阵,其中
(AB)[i,j]=A[i,1]*B[1,j]+A[i,2]*B[2,j]+...+A[i,n]*B[n,j]对所有i及j。
例如
此乘法有如下性质:
(AB)C=A(BC)对所有k×
m矩阵A,m×
n矩阵B及n×
p矩阵C("
结合律"
).
(A+B)C=AC+BC对所有m×
n矩阵A及B和n×
k矩阵C("
分配律"
)。
C(A+B)=CA+CB对所有m×
n矩阵A及B和k×
m矩阵C("
要注意的是:
可置换性不一定成立,即有矩阵A及B使得AB≠BA。
对其他特殊乘法,见矩阵乘法。
六、其他性质
线性变换,转置。
矩阵是线性变换的便利表达法,皆因矩阵乘法与及线性变换的合成有以下的连系:
以Rn表示n×
1矩阵(即长度为n的矢量)。
对每个线性变换f:
Rn->
Rm都存在唯一m×
n矩阵A使得f(x)=Ax对所有x&
in;
Rn。
这矩阵A"
代表了"
线性变换f。
今另有k×
m矩阵B代表线性变换g:
Rm->
Rk,则矩阵积BA代表了线性变换gof。
矩阵A代表的线性代数的映像的维数称为A的矩阵秩。
矩阵秩亦是A的行(或列)生成空间的维数。
m×
n矩阵A的转置是由行列交换角式生成的n×
m矩阵Atr(亦纪作AT或tA),即Atr[i,j]=A[j,i]对所有iandj。
若A代表某一线性变换则Atr表示其对偶算子。
转置有以下特性:
(A+B)tr=Atr+Btr,(AB)tr=BtrAtr。
注记
矩阵可看成二阶张量,因此张量可以认为是矩阵和向量的一种自然推广。
七、矩阵卡
矩阵卡是由深圳网域提出的一种保护个人帐号的系统,它是由一张表格组成,横排是A\B\C\D等英文字母,在竖排是1.2.3等阿拉伯数字,在登录时必须通过矩阵卡的验证才可以进入游戏..。
现广泛应用于各游戏公司和银行等的账号保密防盗。
类似于
矩阵卡
八、矩阵-矩阵图法的涵义
在复杂的质量问题中,往往存在许多成对的质量因素.将这些成对因素找出来,分别排列成行和列,其交点就是其相互关联的程度,在此基础上再找出存在的问题及问题的形态,从而找到解决问题的思路。
矩阵图的形式如图所示,A为某一个因素群,a1、a2、a3、a4、…是属于A这个因素群的具体因素,将它们排列成行;
质量管理中所使用的矩阵图,其成对因素往往是要着重分析的质量问题的两个侧面,如生产过程中出现了不合格品时,着重需要分析不合格的现象和不合格的原因之间的关系,为此,需要把所有缺陷形式和造成这些缺陷的原因都罗列出来,逐一分析具体现象与具体原因之间的关系,这些具体现象和具体原因分别构成矩阵图中的行元素和列元素。
矩阵图的最大优点在于,寻找对应元素的交点很方便,而且不遗漏,显示对应元素的关系也很清楚。
①可用于分析成对的影响因素;
②因素之间的关系清晰明了,便于确定重点;
③便于与系统图结合使用。
二、矩阵图法的用途矩阵图法的用途十分广泛.在质量管理中.常用矩阵图法解决以下问题:
①把系列产品的硬件功能和软件功能相对应,并要从中找出研制新产品或改进老产品的切入点;
②明确应保证的产品质量特性及其与管理机构或保证部门的关系,使质量保证体制更可靠;
③明确产品的质量特性与试验测定项目、试验测定仪器之间的关系,力求强化质量评价体制或使之提高效率;
④当生产工序中存在多种不良现象,且它们具有若干个共同的原因时,希望搞清这些不良现象及其产生原因的相互关系,进而把这些不良现象一举消除;
⑤在进行多变量分析、研究从何处入手以及以什么方式收集数据。
三、矩阵图的类型矩阵图法在应用上的一个重要特征,就是把应该分析的对象表示在适当的矩阵图上。
(1)L型矩阵图。
(2)T型矩阵图。
(3)Y型矩阵图。
(4)X型矩阵图。
是把A因素与B因素、B因素与C因素、C因素与D因素、D因素与A因素四个L型矩阵图组合而形成的矩阵图,这种矩阵图表示A和B、D,D和A、C,C和B、D,D和A、C这四对因素间的相互关系,如“管理机能一管理项目一输入信息一输出信息”就属于这种类型。
(5)C型矩阵图。
四、制作矩阵图的步骤制作矩阵图一般要遵循以下几个步骤:
①列出质量因素:
②把成对对因素排列成行和列,表示其对应关系;
③选择合适的矩阵图类型;
④在成对因素交点处表示其关系程度,一般凭经验进行定性判断,可分为三种:
⑤根据关系程度确定必须控制的重点因素;
⑥针对重点因素作对策表。
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