CN101710259B - 基于kvm的计算机双向模拟音频传输方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于KVM的计算机双向模拟音频传输方法。在KVM远距离传输中，只利用CAT5网线的4对线缆，其中3对传输视频信号和1对传输鼠标键盘信号，同时进行音频信号的双向传输。由于正向音频信号的传输方向与视频信号同向，因此其传输可采用模拟加/解嵌方法，将正向音频加在视频R信号和视频B信号通道上，从计算机主机端传送给远端。而反向音频信号的传输方向正好与视频信号相反，因此不能采用正向音频的传输方法，而是采用分时传输方法将其加在G信号通道上，从计算机远端传送给主机端。本发明利用CAT5网线，无需增加线缆即可同时实现音频双向传输，而且成本低、通用性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种KVM加音频远距离传输方案，尤其涉及一种KVM加音频双向远距离传输方案。
背景技术
KVM是键盘(KEYBOARD)、鼠标(MOUSE)和计算机视频(VIDEO)的缩写。KVM延长器可以将计算机的视频信号、鼠标信号、键盘信号(后文鼠标和键盘统称为键鼠)延长几百米，用户可以在距离计算机主机几百米外的地方操控计算机主机。
KVM延长器从信号类型上分为两部分：视频信号部分(模拟信号)和键鼠信号部分(数字信号)。
视频传输为单向传输，由计算机主机端发送给显示器端。在计算机主机端，使用计算机模拟视频编码模块将R、G、B、H、V信号编码成3对模拟视频差分信号进行远距离传输；在显示器端，使用计算机模拟视频解码模块把3对模拟视频差分信号还原成R、G、B、H、V。
键鼠信号部分为双向传输，采用RS-485接口标准，为半双工传输模式。在计算机主机端使用单片机模拟鼠标和键盘与计算机主机通讯；在设备端，使用单片机模拟计算机主机与鼠标和键盘通讯。两端单片机通过RS-485接口在设备与主机之间建立双向通讯机制。如图1为KVM信号远距离传输方案。
由于CAT5网线总共4对线缆，分别用于传输视频信号(3对)和鼠标键盘信号(1对)。按照传统的设计方法若想增加音频双向传输功能，必须另加2对线缆，如图2为按传统方法解决KVM加音频双向远距离传输方案示意图，而这样设计会带来高成本以及通用性差等缺点。
发明内容
针对传统方案中KVM加音频双向远距离传输存在的需增加线缆、造成成本高、通用性差等问题，本发明提出了一种基于KVM的计算机双向模拟音频传输方法。依据的技术原理及方法是：
在KVM远距离传输中，只利用CAT5网线的4对线缆，其中3对传输视频
信号和1对传输鼠标键盘信号，同时进行音频信号的双向传输。计算机主机主要有两种音频接口：音频输出接口和音频输入接口。从计算机主机音频输出接口传送给远端的音频信号定义为正向音频信号；从远端传送给计算机主机音频输入接口的音频信号定义为反向音频信号。由于正向音频信号的传输方向与视频信号同向，因此其传输可采用模拟加/解嵌方法，将正向音频加在视频R信号和视频B信号通道上，从计算机主机端传送给远端。而反向音频信号的传输方向正好与视频信号相反，因此不能采用正向音频的传输方法，而是采用分时传输方法将其加在G信号通道上，从计算机远端传送给主机端。即在计算机主机端和远端都有一个带使能的运放，当G信号需要传输时，使能计算机端的运放，关闭远端的运放；在没有G信号传输时，也就是在G信号的消隐期间传输音频信号，将计算机端的运放关闭并保持输出高阻，使能远端运放传输音频信号，确保两个运放不能同时使能。
计算机视频的行同步脉冲频率最低为38KHz(仅800*600分辨率下为38KHz，分辨率大于等于1024*768的行同步脉冲频率均大于等于48KHz)，可以满足专业音频采样频率的要求；计算机视频的消隐期电平为0V电平；计算机主机端和远端行同步脉冲始终保持同步，利用计算机视频的行同步脉冲作为采样脉冲将音频信号进行取样保持后并将其嵌入到计算机视频的消隐期内，和视频信号一起被编码后传送给远端接收端；接收端将接收到的视频信号解码后，同样利用计算机视频的行同步脉冲将音频信号从视频信号中提取分离出来，再经过巴特沃兹滤波后输出立体声音频。其中正向音频信号加在R信号和B信号的消隐期间，反向音频信号的传输同样利用行同步脉冲信号将反向音频信号加到G信号的消隐期间，这里的行同步脉冲是从接收到的视频信号解码得到的。
本发明的有益效果：在KVM远距离传输过程中，利用CAT5网线，无需增加线缆即可同时实现音频双向传输，而且成本低、通用性好。
附图说明
图1为KVM信号远距离传输方案。
图2为按传统方法解决KVM加音频双向远距离传输方案示意图。
图3为本发明远端反向模拟音频传输方案示意图。
图4为本发明远端各点视音频信号及控制信号时序示意图。
图5为本发明计算机主机端KVM加/解嵌音频传输方案示意图。
图6为本发明计算机主机端各点视音频信号及控制信号时序示意图。
具体实施方式
下面通过附图说明本发明的实施例。为方便理解，先介绍从计算机远端反向模拟音频传输方案。在图3中，3对双绞线传输来的视频信号经计算机模拟视频解码模块后恢复出行同步信号(H-SYNC)、场同步信号(V-SYNC)以及嵌入正向音频信号的计算机模拟视频RGB信号。
利用行同步脉冲产生一个正向箝位脉冲(CLAMP)、一个正向采样脉冲(SAMPLE)、一个正向的清除脉冲(CLEAR)和一个运放使能脉冲(EN)。箝位脉冲的作用是在取样正向音频信号前将视频信号箝位到0V电平。清除脉冲的作用清除取样后的视频信号中残留的正向音频信号。
从计算机模拟视频中分离出正向音频信号的过程，参考图4，首先利用正向箝位脉冲(CLAMP)将嵌入音频视频信号箝位到0V电平，并保持到下一个箝位脉冲出现之前。然后，当正向采样脉冲(SAMPLE)到来的时候正向音频信号送给音频滤波电路，完成正向音频信号的提取工作。当清除脉冲(CLEAR)到来的时候输出显示器视频信号短接到0V电平，清除脉冲(CLEAR)保证了输出给显示器的视频信号中无残留音频信号。利用行同步脉冲产生的CLAMP、SAMPLE、清除脉冲(CLEAR)信号不仅分离出高保真的正向音频信号，而且视频信号不受任何影响。
在VGA视频信号消隐期内通过运放使能脉冲(EN)控制将从音频输入接口端麦克输入的音频信号加到G通道上(此时必须保证KVM发送器的G通道输出关闭)，并在消隐期结束前通过运放使能脉冲(EN)控制关闭音频输出，使运放呈输出高阻状态。
加入到G通道的麦克信号将和正向音频信号一起在输出给显示器之前被清除脉冲(CLEAR)清除掉，不会影响视频显示效果。
图5为本发明计算机主机端KVM加/解嵌音频传输方案示意图，在图5中，
首先利用计算机视频的行同步脉冲产生一个正向箝位脉冲(CLAMP)、一个正向采样脉冲(SAMPLE)和一个运放使能脉冲(EN)。箝位脉冲的作用是在嵌入音频信号前将视频信号箝位到0V电平，作为音视频信号的基准电平。
将正向音频信号嵌入到计算机模拟视频中的过程如图6所示，首先利用正向箝位脉冲(CLAMP)将视频信号箝位到0V电平，并保持到下一个箝位脉冲出现之前。然后，当正向采样脉冲(SAMPLE)信号为低电平的时候，计算机模拟视频信号送给编码模块进行编码传输，当正向采样脉冲(SAMPLE)信号为高电平的时候，正向音频信号送给编码模块进行编码传输。这样就把正向音频信号和视频信号分时段叠加在一起，完成将音频嵌入到视频中。
在VGA视频信号消隐期内通过运放使能脉冲(EN)控制将G通道由输出状态转变为高阻状态，接收来自远端的反向音频信号。然后再利用正向采样脉冲(SAMPLE)采样反向音频信号，经采样保持电路、滤波电路处理后输出给计算机主机。
键鼠模块负责与计算机通讯，同时和键鼠数据传输模块进行键鼠数据的双向传输。
综上所述，在计算机主机端和远端都有一个带使能的运放，控制运放的使能就可控制反向音频信号和VGA-G通道视频信号的分时传输。由于反向音频信号和G信号使用同一个传输通道，而且方向相反，所以需要分时使用，当G信号需要传输时，使能计算机端的运放，关闭远端的运放；在没有G信号传输时，也就是在G信号的消隐期间传输音频信号，将计算机端的运放关闭并保持输出高阻，使能远端运放传输音频信号。确保两个运放不能同时使能。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于KVM的计算机双向模拟音频传输方法，在KVM远距离传输中，利用CAT5网线的4对线缆，其中3对传输视频信号和1对传输鼠标键盘信号，其特征在于：同时将正向音频信号采用模拟加/解嵌方法，将正向音频加在视频R信号和视频B信号通道上，从计算机主机端传送给远端，而反向音频信号采用分时传输方法将其加在G信号通道上，从远端传送给计算机主机端，即在计算机主机端和远端都有一个带使能的运放，当G信号需要传输时，使能计算机主机端的运放，关闭远端的运放；在没有G信号传输时，也就是在G信号的消隐期间传输音频信号，将计算机主机端的运放关闭并保持输出高阻，使能远端运放传输音频信号，确保两个运放不能同时使能。
2.如权利要求1所述的一种基于KVM的计算机双向模拟音频传输方法，其特征在于：所述正向音频信号传输具体方法是，利用计算机视频的行同步信号(H-SYNC)作为采样脉冲将音频信号进行取样保持后并将其嵌入到计算机视频的消隐期内，和视频信号一起被编码后传送给远端接收端；接收端将接收到的视频信号解码后，同样利用计算机视频的行同步信号(H-SYNC)将音频信号从视频信号中提取分离出来，再经过巴特沃兹滤波后输出立体声音频；其中正向音频信号加在R信号和B信号的消隐期间，反向音频信号的传输同样利用行同步信号(H-SYNC)将反向音频信号加到G信号的消隐期间，这里的行同步信号(H-SYNC)是从接收到的视频信号解码得到的。
3.如权利要求1所述的一种基于KVM的计算机双向模拟音频传输方法，其特征在于：远端反向模拟音频传输时，3对线缆传输来的视频信号经计算机模拟视频解码模块后恢复出行同步信号(H-SYNC)、场同步信号(V-SYNC)以及嵌入正向音频信号的计算机模拟视频RGB信号；
利用行同步信号(H-SYNC)产生一个正向箝位脉冲(CLAMP)、一个正向采样脉冲(SAMPLE)、一个正向的清除脉冲(CLEAR)和一个运放使能脉冲(EN)；正向箝位脉冲(CLAMP)的作用是在取样正向音频信号前将视频信号箝位到0V电平；清除脉冲的作用清除取样后的视频信号中残留的正向音频信号；
从计算机模拟视频中分离出正向音频信号的过程中，首先利用正向箝位脉
冲(CLAMP)将嵌入音频的视频信号箝位到0V电平，并保持到下一个正向位脉冲(CLAMP)出现之前；然后，当正向采样脉冲(SAMPLE)到来的时候将正向音频信号送给音频滤波电路，完成正向音频信号的提取工作；当清除脉冲(CLEAR)到来的时候将输出给显示器的视频信号短接到0V电平，清除脉冲(CLEAR)保证了输出给显示器的视频信号中无残留音频信号；利用行同步信号(H-SYNC)产生的正向箝位脉冲(CLAMP)、正向采样脉冲(SAMPLE)、清除脉冲(CLEAR)信号不仅分离出高保真的正向音频信号，而且视频信号不受任何影响；
在VGA视频信号消隐期内通过运放使能脉冲(EN)控制将从音频输入接口端麦克输入的音频信号加到G通道上，此时KVM发送器的G通道输出关闭，并在消隐期结束前通过运放使能脉冲(EN)控制关闭音频输出，使运放呈输出高阻状态；
加入到G通道的麦克信号将和正向音频信号一起在输出给显示器之前被清除脉冲(CLEAR)清除掉，不会影响视频显示效果；
计算机主机端KVM加/解嵌音频传输时，
首先利用计算机视频的行同步信号(H-SYNC)产生一个正向箝位脉冲(CLAMP)、一个正向采样脉冲(SAMPLE)和一个运放使能脉冲(EN)；正向箝位脉冲(CLAMP)的作用是在嵌入音频信号前将视频信号箝位到0V电平，作为音视频信号的基准电平；
在正向音频信号嵌入到计算机模拟视频中，首先利用正向箝位脉冲(CLAMP)将视频信号箝位到0V电平，并保持到下一个正向箝位脉冲(CLAMP)出现之前；然后，当正向采样脉冲(SAMPLE)信号为低电平的时候，计算机模拟视频信号送给编码模块进行编码传输，当正向采样脉冲(SAMPLE)信号为高电平的时候，正向音频信号送给编码模块进行编码传输；这样就把正向音频信号和视频信号分时段叠加在一起，完成将音频嵌入到视频中；
在VGA视频信号消隐期内通过运放使能脉冲(EN)控制将G通道由输出状态转变为高阻状态，接收来自远端的反向音频信号；然后再利用正向采样脉冲(SAMPLE)采样反向音频信号，经采样保持电路、滤波电路处理后输出给计算机主机。
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