CN100590588C - 一种USB/PCIe到VGA/DVI的转换方法和系统 - Google Patents
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Abstract
公开了一种从USB/PCIe到VGA/DVI的转换方法和系统。该系统包括数据发送装置和数据接收装置，数据发送装置包括：采集单元，采集视频信号中的屏幕数据和/或音频数据；以及本地USB/PCIe控制器，控制USB/PCIe总线发送数据；数据接收装置包括：远端USB/PCIe控制单元，控制USB/PCTe总线接收数据并解协议和解压缩；缓存单元，控制将USB/PCIe控制单元解码出来的音视频数据放到存储器中进行缓存；输出单元，将缓存中的屏幕数据和/或音频数据转换成VGA/DVI显示设备支持的格式和/或音频格式。本发明可以仅仅将视频信号中的动态变化数据发送给显示设备，因此节省了带宽。
Description
技术领域
本申请涉及个人计算机的接口转换，具体涉及一种从USB/PCIe接口到VGA/DVI接口的转换方法和系统。
背景技术
由于各种接口技术的发展，笔记本作为一种便携式计算机，其要支持的外围接口越来越多，例如USB、串并口、网口、VGA输出口和DVI接口等。因此，要支持所有这些接口，笔记本将变得很笨重。针对此问题，业界提出了基于USB的端口复制器(port replicator)或USB停靠站(docking station)的概念。即，设计一个附件，以USB接口的形式外接在笔记本外面或扣在笔记本底座下面，而将各种接口集成在该外设上，从而大大简化笔记本本身的接口设计，其只需支持最常用的几个接口即可。USB停靠站正成为笔记本领域最为重要的附件。图1是USB停靠站的一个示意图。如图1所示，USB停靠站一侧通过USB总线与笔记本连接，另一侧连接到外部存储设备如SD卡以及图像捕获设备如摄像头等等。USB停靠站将来自笔记本的数据信号转换成与外部存储器适配的数据格式，存储在其中；并且从图像捕获设备获得其采集的图像信号，通过USB接口传送给主机。
目前，USB停靠站中的其它接口，如USB接口到并口、USB到以太网接口等都有成熟的转换芯片，因此很容易实现。但是，对于USB如何支持第二个显示设备，即USB到VGA/DVI则没有相应成熟的解决方案。
专利文献1(US2004117538)提出了一种方法，以去掉主机中的显卡，而直接将OS产生的显示输出信号，输出到USB接口上，从USB接口原封不动地传输到另外一个远端的模块上，该模块再将信号重新生成VGA信号，从而直接输出到VGA显示设备上。
专利文献2(US2002135584)提出了一种使用USB接口驱动双模式显示设备的子显示设备的视频图形适配器，其中，将USB输出的视频信号直接存储到一个存储区区域，然后通过一个D/A将存储区域内的视频信号转成模拟VGA信号输出。
发明内容
鉴于上述问题，完成了本发明。本发明的目的是一种从USB/PCIe接口到VGA/DVI接口之间的转换方法和系统。
在本发明的一个方面，提出了一种从USB/PCIe到VGA/DVI的转换系统，包括数据发送装置和数据接收装置，其中所述数据发送装置包括：采集单元，用于采集视频信号中的屏幕数据和/或音频数据；以及本地USB/PCIe控制单元，用于对所述屏幕数据和/或音频数据进行编码，并通过USB/PCIe总线发送所述编码的屏幕数据和/或音频数据；所述数据接收装置包括：远端USB/PCIe控制单元，用于控制USB/PCTe总线接收所述编码的屏幕数据和/或音频数据，并进行解码；缓存单元，用于控制将所述远端USB/PCIe控制单元解码得到的音视频数据放到存储器中进行缓存；以及输出单元，用于将缓存中的所述屏幕数据和/或音频数据转换成VGA/DVI显示设备支持的格式和/或音频格式。
此外，根据本发明的一个实施方式，所述数据发送装置还包括：压缩装置，用于利用预定的压缩算法对所述屏幕数据和/或音频数据进行压缩；所述数据接收装置还包括：解压装置，用于利用预定的解压算法对所述压缩的屏幕数据和/或音频数据进行解压。
此外，根据本发明的一个实施方式，由嵌入式CPU、FPGA或者专用芯片来实现所述数据接收装置。
此外，根据本发明的一个实施方式，所述数据发送装置还包括：输入/输出映射单元，用于将远端的输入/输出操作映射成本地的输入/输出操作；所述数据接收装置还包括：输入/输出接口单元，用于连接键盘/鼠标，以便于用户进行输入/输出操作。
在本发明的另一方面，提出了一种USB/PCIe到VGA/DVI的转换方法，包括步骤：从信号源采集屏幕数据和/或音频数据，并对所述屏幕数据和/或音频数据进行编码；以及通过USB/PCIe总线发送所述编码的屏幕数据和/或音频数据；其中，通过USB/PCTe总线接收所述编码的屏幕数据和/或音频数据，并进行解码，将解码得到的音视频数据放到存储器中进行缓存，将所述屏幕数据和/或音频数据转换成其支持的VGA/DVI格式和音频格式，并在VGA/DVI显示设备和/或音响设备上呈现出来。
此外，根据本发明的一个实施方式，所述方法还包括：在发送步骤之前用预定的压缩算法对屏幕数据和/或音频数据进行压缩的步骤；和在转换步骤之前，对压缩的屏幕数据和/或音频数据进行解压的步骤。
此外，根据本发明的一个实施方式，所述方法还包括：通过USB/PCIe总线发送控制命令的步骤；以及显示设备和/或音响设备接收所述控制命令。
利用本发明的上述结构，由于仅仅将视频信号中的动态变化屏幕数据或全屏数据经过压缩后通过USB接口发送给了显示设备端，因此节省了带宽。此外，本发明可以由低成本的嵌入式CPU、FPGA或者专用芯片形成，降低了系统的复杂度。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点将更明显，其中：
图1示出了现有的USB停靠站的示意图；
图2示出了根据本发明第一实施方式的USB/PCIe接口到VGA/DVI接口的转换系统的框图；
图3是用来说明在第一实施方式的数据打包过程中所形成的数据分组的格式的示意图；
图4示出了在第一实施方式的转换系统中的数据接收装置的一个实例；以及
图5示出了根据本发明第二实施方式的USB/PCIe接口到VGA/DVI接口的转换系统的框图。
具体实施方式
下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，虽然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知的功能和结构的详细描述将被省略，否则它们将使本发明的主题不清楚。
图2示出了根据本发明第一实施方式的USB/PCIe接口到VGA/DVI接口转换系统的结构框图。
如图2所示，第一实施方式的转换系统包括：构造在诸如笔记本之类的主机内部的数据发送装置100；位于远端的VGA/PCI显示设备300和音响设备400；以及与显示设备300和音响设备400连接，用于接收来自主机端的多媒体数据，并将其转换成VGA/PCI显示设备支持的格式的数据接收装置200。
数据发送装置100包括：视频采集单元110，它从诸如笔记本之类的主机采集当前的视频信号中的动态变化屏幕数据或全屏数据，而不是所有的视频数据；音频采集单元120，它从主机采集与当前的视频信号同步的音频信号，或者单独的音频信号，以得到音频数据；数据压缩单元130，它用预定的压缩算法，例如MPEG或者JPEG压缩算法，对视频采集单元110和音频采集单元120所采集的屏幕数据和音频数据进行压缩，输出压缩数据；打包单元140，它基于预定的协议将压缩数据形成相应格式的数据分组；USB/PCIe控制器，用于通过USB/PCIe接口传输打包单元所形成的数据分组；以及发端控制器150，它用于控制上述的各个单元，例如控制音视频数据的同步、特定数据分组压缩与否以及信令交互(如模式切换等)。
数据接收装置200包括：USB/PCIe控制器260，它是与数据发送装置100中的USB/PCIe控制器相同的控制器，用于控制从USB/PCIe接口接收从数据发送装置100发送来的数据分组；解包单元240，它按照与打包所采用的协议相同的协议对USB/PCIe控制器260所接收的数据分组进行解包，得到压缩或者未压缩的屏幕数据/音频数据；收端控制器250，它控制数据发送装置200的各个单元，例如控制音视频数据的同步，特定数据分组的压缩与否、以及信令交互等等操作；数据解压缩单元230，在收端控制器250判断当前接收的数据分组是已压缩的情况下，用预定的数据压缩算法对压缩数据进行解压缩操作，获得屏幕数据和音频数据，以及视频/音频输出单元210将屏幕数据转换成VGA格式的视频信号，输出到VGA/DVI显示设备300，进行显示，以及对音频数据进行D/A转换，输出到音响设备400。
此外，数据接收装置200还包括缓存单元(未示出)，用于控制将USB/PCIe控制单元解码出来的音视频数据放到存储器中进行缓存。在这种情况下，输出单元210将缓存的屏幕数据转换成VGA/DVI格式的视频数据，输出到VGA/DVI显示设备300。
此外，在收端控制器250判断接收解包单元240输出的数据分组是未压缩数据分组，这直接将数据分组传输给视频/音频输出单元，将屏幕数据或者音频数据转换成相应的显示信号和模拟音频信号，在VGA/DVI显示设备300上显示和由音响设备400输出。
图3示出了在本发明第一实施方式中打包单元进行打包所使用的数据分组的格式。如图3所示，‘同步标志’用于数据发送装置100和数据接收装置200之间的首次同步以及数据传输过程中失步时重新同步使用；‘类型’表示当前的数据分组一个视频数据分组还是音频包，还是控制信令包等，此外它还标志是数据分组是压缩的还是未压缩的；‘包长’表示该数据分组的长度；‘填充长度’表示该数据分组除了有效数据外，填充信息的长度；‘数据体’表示实际的报文信息，对于视频，可能还包括坐标信息等；‘CRC’用于数据分组的校验。
如上所述，当数据接收装置200中的收端控制器250可以通过接收的数据分组中的‘类型’字段来判断接收的数据分组是压缩还是未压缩，以及是视频数据分组还是音频数据分组。在数据分组中的数据是压缩数据的情况下，由数据解压缩单元230对压缩数据进行解压，获得相应的屏幕数据和/或音频数据。
此外，当主机端播放的视频配置发生变化的情况下，例如主机显示模式从1024×768变为720×480时，发端控制器150将显示设备配置信息在打包单元140中形成控制信令包，通过USB接口发送给数据接收装置200。数据接收装置200中的收端控制器250按照接收的控制信令包中的显示设备配置信息，重新配置远端的显示设备，为后续的显示做好准备。
图4是用来说明第一实施方式中的数据接收单元的具体实现的实例。
图2转换模块的实现可以用传统的嵌入式CPU方式，也可以用FPGA/ASIC方式实现。例如，图4示出了以FPGA方式实现USB到VGA转换时的框图。如图4所示，Cy680001是一个USB控制器，它与FPGA内部的USB模块连接，其中在USB模块中实现了数据分组的解包、解压缩等等操作。在FPGA中，DDR模块与外部的RAM，即MT46v连接，为USB控制模块的操作提供存储空间。例如USB控制模块将解包和解压缩之后得到的屏幕数据和音频数据在DDR控制模块的控制下存储到RAM所提供的存储空间之中，提供给VGA控制模块，以将屏幕数据转换成VGA格式的视频信号，然后提供给ADV7125，将数字信号转换成模拟信号，显示在显示设备上。
图5示出了根据本发明第二实施方式的转换系统的框图。
如图5所示，当要实现一拖二的终端时，需要数据发送端支持多会话功能，并且能够将来自远端的诸如键盘/鼠标的I/O操作映射成本地的操作。这样，主机会将远端显示设备的显示以及键盘/鼠标操作看作是本地的第二个用户的。除了键盘/鼠标I/O映射单元170和多会话处理驱动180之外，其他的组成部件与第一实施方式中的数据发送装置100的结构相同，这里不再详细说明。
同样，在这种情况下，数据接收装置200还具备键盘/鼠标接口270，用于连接诸如键盘/鼠标这样的输入装置270。这样，在连接了输入设备270之后，用户也可以在远端进行与本地相同的操作，例如文字处理，网络浏览等等。在这种情况下，收端控制器250将输入装置270的各种输入命令和控制信息通过USB/PCI总线发送给主机端的数据发送装置100，由键盘/鼠标I/O映射单元170映射为本地的操作，送到多会话处理驱动180进行处理。
从图中可以看出，除了输入装置270之外，第二实施方式的数据接收装置200的结构与第一实施方式的数据接收装置200的结构相同，这里不再详细描述。另外，在这种方式下，接收端可以是各种形态，例如一个带键盘鼠标输入的停靠站加一个外接的显示器；也可以是做成一个完全的笔记本电脑形态，只是没有CPU/OS/硬盘等等，所有应用程序的执行都在发端，这个假笔记本只有I/O功能。
上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种从USB/PCIe到VGA/DVI的转换系统，包括数据发送装置和数据接收装置，其中
所述数据发送装置包括：
采集单元，用于采集视频信号中的屏幕数据和/或音频数据；以及
本地USB/PCIe控制单元，用于对所述屏幕数据和/或音频数据进行编码，并通过USB/PCIe总线发送所述编码的屏幕数据和/或音频数据；
所述数据接收装置包括：
远端USB/PCIe控制单元，用于控制USB/PCTe总线接收所述编码的屏幕数据和/或音频数据，并进行解码；
缓存单元，用于控制将所述远端USB/PCIe控制单元解码得到的音视频数据放到存储器中进行缓存；以及
输出单元，用于将缓存中的所述屏幕数据和/或音频数据转换成VGA/DVI显示设备支持的格式和/或音频格式。
2.如权利要求1所述的转换系统，其特征在于，
所述数据发送装置还包括：
压缩装置，用于利用预定的压缩算法对所述屏幕数据和/或音频数据进行压缩；
所述数据接收装置还包括：
解压装置，用于利用预定的解压算法对所述压缩的屏幕数据和/或音频数据进行解压。
3.如权利要求1或2所述的转换系统，其特征在于，所述转换系统支持多会话功能，以及
所述数据发送装置还包括：
输入/输出映射单元，用于将远端的输入/输出操作映射成本地的输入/输出操作；
所述数据接收装置还包括：
输入/输出接口单元，用于连接键盘/鼠标，以便于用户进行输入/输出操作。
4.如权利要求3所述的转换系统，其特征在于，由嵌入式CPU、FPGA或者专用芯片来实现所述数据接收装置。
5.一种USB/PCIe到VGA/DVI的转换方法，包括步骤：
从信号源采集屏幕数据和/或音频数据，并对所述屏幕数据和/或音频数据进行编码；以及
通过USB/PCIe总线发送所述编码的屏幕数据和/或音频数据；
其中，通过USB/PCTe总线接收所述编码的屏幕数据和/或音频数据，并进行解码，将解码得到的音视频数据放到存储器中进行缓存，将所述屏幕数据和/或音频数据转换成其支持的VGA/DVI格式和音频格式，并在VGA/DVI显示设备和/或音响设备上呈现出来。
6.如权利要求5所述的转换方法，其特征在于，还包括：
在发送步骤之前用预定的压缩算法对屏幕数据和/或音频数据进行压缩的步骤；和
在转换步骤之前，对压缩的屏幕数据和/或音频数据进行解压的步骤。
7.如权利要求6所述的转换方法，其特征在于，还包括：
通过USB/PCIe总线发送控制命令的步骤；以及
在VGA/DVI显示设备和/或音响设备接收所述控制命令。
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