CN107645672A - 一种便于低速信号传输的多媒体数据线 - Google Patents

Abstract

一种便于低速信号传输的多媒体数据线，包括发送端和接收端，在发送端具有发送端代理模块，在接收端具有接收端代理模块，代理模块分别与两端的低速信号连接，能够对接收的低速信号进行重组，以私有协议信息传输给接收端代理模块，或将收到的私有协议信息，恢复成低速信号格式。本发明在多媒体低速信号传输中引入代理，在发送端和接收端的代理模块中通过私有协议进行信息的传输。这样，能够减少传输通道数，降低线缆成本；长短距离传输时：支持HDCP，SCDC，符合I²C标准，包括支持I²C时钟拉伸，易操作；以及不限定光传输此一种传输介质，扩大了传输介质范围。

Description

一种便于低速信号传输的多媒体数据线

技术领域

本发明涉及多媒体信号传输领域，具体的，涉及一种多媒体数据线，该数据线能够便于多媒体数据传输中的低速信号的传输，减少传输通道数，降低线缆成本，且长短距离传输时：支持HDCP，SCDC。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对于高清晰视频信号的获取日益成为人们的需求。

但当前多媒体信号传输中，高速信号即视频信号可以通过铜缆，或者光纤的方法进行传输，以提高传输速率的同时，减少损耗。但低速信号，包括HPD，SCL，SDA，CEC仍然具有各种问题。

通常来说，低速信号的传输办法一种是每个低速信号有自己单独的传输通道，在此传输通道进行传输时，信号的波形不会改变，与信号源发出的一致，传输过程中可能会有信号增强器这类器件，将信号进行增强，但不会改变信号的传输形态。此种传输方法的缺点是需要的传输介质多，每路低速信号，需一条传输介质，成本高。若传输介质为铜缆时，这会使得低速信号的传输距离有限。若通过信号增强器的方法解决长距离传输的问题，对不同长度不同类型的线缆，需调整不同的电容等值，带来生产上的不便。此外，铜缆中的I²C通道，对于长距离，很难满足I²C标准中规定的最大电容值为400pF的要求。

另一种方法是截断低速信号的传输，采用将EDID信息事先存放到线缆的source端(发送端)头子中，source端读取的EDID时，线缆的source端头子将存放的EDID信息直接反馈给视频源。而HDCP 协议，则直接在线缆的source端头子加一个解密芯片，将视频内容进行解密。此种传输方法，低速信号在线缆的source端头子截止，不会在线缆中传输。此种传输方法的缺点一是使用不方便，每换一种 sink(接收端)，需事先将sink的EDID预读到线缆的source端或采取锁频器此类辅助设备，二是对HDCP支持不良好，线缆中传输的内容不安全，三是无法支持HDMI 2.0中的SCDC协议。

现有技术中还有方法为将低速信号与低压差分信号相互转换，然后通过光电互转，通过光进行传输。此种方法的缺点一是其传输介质有限，只能是光纤此类的光传输介质，二是无法很好支持I²C标准中时钟拉伸此功能，从而会带来兼容性问题。时钟拉伸是指I²C slave 拉低时钟，降低I²C速率，达到增加数据处理时间的目的。因此，时钟信号是一个不确定的双向信号，这对于需要方向确定的光传输来说，实现较为困难。

因此，如何解决现有技术中的各种问题，以达到减少传输通道数，降低线缆成本；长距离传输时：支持HDCP，SCDC，符合I²C标准，包括支持I²C时钟拉伸，易操作；以及不受到传输介质的限制，可以运用于光传输，成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种便于低速信号传输的多媒体数据线，能够以解决现有技术中所提到的上述问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种便于低速信号传输的多媒体数据线，包括发送端和接收端，在发送端具有发送端代理模块，在接收端具有接收端代理模块，

所述发送端代理模块与视频源中的低速信号连接，能够接收视频源中的低速信号并进行重组，以私有协议信息传输给接收端代理模块，或将从接收端代理模块中接收到的私有协议信息，恢复成低速信号格式，并传输给视频源中的低速信号端；

所述接收端代理模块与显示设备中的低速信号连接，能够接收显示设备中的低速信号并进行重组，以私有协议信息传输给发送端代理模块，或将从发送端代理模块中接收到的私有协议信息，恢复成低速信号格式，并传输给显示设备中的低速信号端。

可选的，所述发送端代理模块与所述接收端代理模块之间的私有协议信号以信号帧的形式进行传输。

可选的，所述信号帧包括操作码和状态码，和/或多字节的混合码，

所述混合码包括操作字节，有效数据长度，有效数据与校验数据

可选的，所述信号帧在物理层基于单线通讯协议或双线通讯协议进行传输。

可选的，所述发送端代理模块包括第一I²C单元，第一CEC单元和第一通信单元；所述接收端代理模块包括第二I²C单元，第二CEC 单元和第二通信单元；

所述第一I²C单元用于与HPD，SCL，SDA通讯，负责完成视频源端与发送端代理模块间的I²C操作；所述第一CEC单元用于与CEC通讯，完成CEC编码解码操作；所述第一通信单元，用于完成低速信号与私有协议之间的转换，以及与所述接收端代理模块的第二通信单元之间的通讯；

所述第二I²C单元用于与HPD，SCL，SDA通讯，负责完成显示设备与接收端代理模块间的I²C操作；所述第二CEC单元用于与CEC通讯，完成CEC编码解码操作；所述第二通信单元，用于完成低速信号与私有协议之间的转换，以及与所述发送端代理模块的第一通信单元之间的通讯。

可选的，在所述发送端代理模块还包括第一缓存单元，在所述接收端代理模块还包括第二缓存单元，所述第一和第二缓存单元位于 I²C单元、CEC单元，与通信单元之间，用于缓存I²C单元、CEC单元接收到的低速信号，或者缓存通信单元转换的低速信号。

可选的，所述低速信号协议为I²C协议；所述低速信号包括HPD， SCL，SDA；当所述多媒体数据线为HDMI数据线，所述低速信号还包括CEC。

可选的，第一和第二代理模块由视频源供电，或者由显示设备供电，或者自带电源供电。

可选的，EDID能够预先读取存在缓冲区中，当发送端代理模块侦测到视频源端读取EDID的命令时，将事先读到的存在缓冲区中的 EDID数据返回给发送端代理模块。

可选的，接收端代理模块与显示设备在进行I²C传输时，对SCL 线上的每个时钟，都检测显示设备是否有拉伸时钟，若有拉伸，则等待显示设备拉伸完成，再开始后续的I²C操作，达到支持显示设备I²C 时钟拉伸的目的。

本发明在多媒体低速信号传输中引入代理，在发送端和接收端的代理模块中通过私有协议，或者自定义协议进行信息的传输。这样，能够减少传输通道数，降低线缆成本；长短距离传输时：支持HDCP， SCDC，符合I²C标准，包括支持I²C时钟拉伸，易操作；以及不限定光传输此一种传输介质，扩大了传输介质范围。

附图说明

图1是根据本发明具体实施例的HDMI数据线的结构图；

图2是根据本发明具体实施例的发送端代理模块示意图；

图3是根据本发明具体实施例的接收端代理模块示意图；

图4是根据本发明具体实施例的示例性的帧结构，图4(a)为操作码；图4(b)为状态码；

图5是根据本发明具体实施例的另一示例性的帧结构。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、发送端；2、接收端；3、高速信号线；4、视频源；5、显示设备；6、发送端代理模块；61.第一I²C单元；62、第一CEC单元、 63第一通信单元；64、第一缓存单元；7、接收端代理模块；71.第二I²C单元；72、第二CEC单元、73第二通信单元；74、第二缓存单元；81、5V电源；82、GND；83、HPD信号；84、SCL信号；85、SDA 信号；86、CEC信号；9、代理模块间数据线；。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在多媒体数据线中，例如HDMI线,DVI线和VGA线，均包含由HPD， SCL，SDA，CEC组成的低速信号中的几个或所有，所述低速信号在物理层传输协议都一致，如按照I²C标准在SCL和SDA上进行数据传输。其中，SCL和SDA组成DDC(Data Display Channel)，能够读取EDID (Extended Display Identification Data，扩展显示标识数据)，完成HDCP认证。此外，在HDMI2.0中，SCL和SDA也组成SCDC(Status and Control Data Channel)，它是一个基于I²C协议的点对点通信协议，用于HDMI Source(视频源)与连接的HDMI Sink(播放端) 间数据交互。DDC，HDCP与SCDC走的都是同一条I²C总线，它们通过不同的I²C设备地址进行区分。当将HDMI视频源端与播放端连接起来时，视频源端侦测到HPD信号后，会通过DDC(DataDisplay Channel，即SCL和SDA组成的I²C总线)去读取EDID；若支持SCDC，会通过SCDC(Status and Control Data Channel，即SCL和SDA组成的I²C总线)读取播放端的状态与对它进行配置；若支持HDCP，则完成HDCP认证，最后就开始传送包含视频源的视频和音频的TMDS信号，播放端予以解析和播放。

本发明在于：为了解决多媒体信号线中低速信号传输的问题，多媒体数据线两端分别设置代理模块，通过代理模块接收多媒体数据线中的低速信号，并将其进行协议转换，以信号帧的形式发送到对端的代理模块，对端的代理模块随后将该信号帧还原成多媒体数据线中的低速信号，并传送到对端。

具体而言，在视频源中的代理模块会代理显示设备端的低速信号传输。视频源端发出的低速信号传输协议(如I²C协议)仅仅局限于视频源端与视频源端的代理模块之间的信号传输，随后视频源端的代理模块将该低速信号以自定义的协议进行转换，转换为帧格式，发送到显示端的代理模块，显示端的代理模块接收到该帧后，将该信息复原为低速信号协议，如I²C协议，与显示终端完成低速信号传输。

参见图1，示出了根据本发明具体实施例的多媒体数据线的结构图，在本实施例中，以HDMI数据线为例，包括四种低速信号，但显然，本发明不限于HDMI数据线，还可以为DVI线和VGA线等其它的包含低速信号的多媒体数据线。

该数据线包括发送端1和接收端2，其中发送端1和接收端2中中具有光电模块，所述光电模块能够在视频源4和显示终端5中传输高速媒体信号3，但显然，本发明中的光电模块仅仅为示例，还可以通过其它的方式，例如铜缆进行高速信号的传输。

本发明的特征在于，在发送端1具有发送端代理模块6，在接收端2具有接收端代理模块7，所述发送端代理模块6与视频源4中的低速信号端连接，能够接收视频源中的低速信号并进行重组，在代理模块间数据线9上以私有协议信息传输给接收端代理模块7，或将从接收端代理模块7中接收到的私有协议信息，恢复成低速信号格式，并传输给视频源4中的低速信号端；所述接收端代理模块7与显示设备5中的低速信号端连接，能够接收显示设备5中的低速信号并进行重组，在代理模块间数据线9上以私有协议信息传输给发送端代理模块7，或将从发送端代理模块6中接收到的私有协议信息，恢复成低速信号格式，并传输给显示设备5中的低速信号端。

所述低速信号协议为I²C协议；所述低速信号包括HPD 83，SCL 84， SDA 85，CEC86。

因此，通过信号线两端的代理模块，低速信号从视频源4到显示设备5之间，分别以低速信号协议(I²C协议)，私有协议，和低速信号协议(I²C协议)等三种形式进行传输。由于在信号线的两端低速信号已经被代理模块转换为私有协议信号，因此，该低速信号无须以多路信号的形式进行传输，而能够以半双工、或者双工的形式进行传输，这样达到了减少传输通路的目的。

根据所需传输的长度，本发明可以分别选取相应的传输介质，当媒体高速信号利用光传输时，低速信号采用半双工，铜线传输介质，整体的传输距离能够达到100米以上。当提高信号功率，或采用转换为诸如差分信号格式的时候，能够传输更远的距离，此时，发送端和接收端能够以铜缆、光纤或者空气(即无线传输)的形式进行传输。

进一步的，发送端代理模块6与接收端代理模块7之间的私有协议信号在应用层能够以信号帧的形式进行传输。该信号帧的帧结构可以具有多种不同的形式。示例性的，如图4(a)和图4(b)所示，可以传输一个字节的操作码(OpCode)或状态码(StatusCode)，即单独的操作码或状态码，通过8个比特位的不同组合传输不同的命令，或者不同的状态信息。即单独的操作码或状态码，分别表示命令，以及相应的响应。表1和表2中示例性的列出了操作码、状态码所代表的含义。此外，信号帧的帧结构还可以为多字节的混合码，其帧结构如图4所示，该混合码帧包括操作字节、有效数据长度、有效数据以及校验数据。该混合码可以由之前的操作码决定，如操作码为1时，反馈为此多字节的帧。示例性的，可以包括一字节的操作字节(OpCode)，一字节有效数据长度(Length)，有效数据(注:当有效数据长度为0 时,无此部分),8bit的CRC校验字节组成。CRC校验是帧中除CRC校验字节之外的所有字节的校验。

表1：操作码定义

表2：状态码定义

进一步的，所述发送端代理模块6包括第一I²C单元61，第一 CEC单元62和第一通信单元63；所述接收端代理模块7包括第二I²C 单元71，第二CEC单元72和第二通信单元73；所述第一I²C单元用于与HPD，SCL，SDA通讯，负责完成HDMI视频源端与发送端代理模块间的I²C操作；所述第一CEC单元62用于与CEC通讯，完成CEC 编码解码操作；所述第一通信单元63，用于完成低速信号与私有协议之间的转换，以及与所述接收端代理模块的第二通信单元之间的通讯；所述第二I²C单元用于与HPD，SCL，SDA通讯，负责完成显示设备5与接收端代理模块间的I²C操作；所述第二CEC单元用于与CEC 通讯，完成CEC编码解码操作；所述第二通信单元，用于完成低速信号与私有协议之间的转换，以及与所述发送端代理模块的第一通信单元之间的通讯。

在上述单元中，第一和第二通信单元完成低速信号协议与私有协议之间的编解码，以及信号的发送接收工作。发送端代理模块6中的第一I²C单元是一个I²C从单元，其伪装成显示设备的I²C从单元，与视频源端完成I²C通信。接收端代理模块7中的第二I²C单元71是一个I²C主单元，其伪装成视频源端的I²C主单元，与显示设备完成 I²C通信。因此，两端的代理模块都能够满足I²C协议的要求，解决低速信号光直接传输中难解决的I²C时钟拉伸问题。

进一步的，在所述发送端代理模块还包括第一缓存单元64，在所述接收端代理模块7还包括第二缓存单元74，所述第一和第二缓存单元位于I²C单元、CEC单元，与通信单元之间，用于缓存I²C单元、CEC单元接收到的低速信号，或者通信单元转换低速信号。

进一步的，两个所述代理模块能够由HDMI视频源供电，或者由显示设备供电，例如通过5V电源供电，当然，也可以自带电源供电。

进一步的，在本发明中，在应用层采用信号帧的方式进行传输，但在物理层，该信号帧可以单线通讯协议或双线通讯协议进行传输。示例性的，所述单线通讯协议可采取通过曼彻斯特编码等机制实现的自定义单线串口通讯协议或UART半双工等协议，双线通讯协议可采取SPI半双工，I²C,UART全双工,RS-485或RS-422等通讯协议。只要能够在物理层以单线通讯协议或双线通讯协议的方式传输此信号帧，均在本发明所要求保护的范围之内。

该代理模块可以由ASIC，FPGA或单片机等器件实现，在图1所示出的实施例中，两个代理模块之间由一根铜线连接，采用单线通信协议，实现发送端代理模块与接收端代理模块间的数据交互。

图1中虽然示出对于高速信号采用光电模块进行传输，但这仅仅是示例，还可以通过其它方式进行传输。图1中还示出了代理模块通过5V电源线81进行供电，此外连接线中还具有GND 82以用于接地。

在一个示范性的实施例中，发送端代理模块接到视频源端后，发送端代理模块与接收端代理模块由视频源端中的5V电源供电。发送端代理模块向接收端代理模块发送HPD查询命令，查询HPD状态。接收端代理模块收到HPD查询命令后，读取接收端代理模块与播放端之间HPD信号线的状态，并返回给发送端代理模块。当然也可以采用接收端代理模块主动查询HPD信号线状态后，通知发送端代理模块HPD 状态。例如，通知发送端代理模块HPD信号为高电平。

发送端代理模块查询到接收端代理模块与播放端之间HPD信号为高时，表明接收端代理模块与播放端已连接上，发送读取EDID命令给接收端代理模块。接收端代理模块收到读取EDID的命令后，通过接收端代理模块与播放端之间的SCL与SDA信号线，读取EDID，并将读取到的EDID发给发送端代理模块。发送端代理模块收到接收端代理模块发过来的EDID后，将其存到一个缓冲区。发送端代理模块做完这些初始化动作后，拉高HDMI视频源端与发送端代理模块间的HPD信号，通知HDMI视频源端，播放端已连接好。HDMI视频源端侦测到HPD为高时，会通过SCL和SDA信号线读取EDID。发送端代理模块侦测到HDMI视频源端读取EDID的命令时，将事先读到的存在缓冲区中的EDID数据返回给发送端代理模块。

对于I²C操作，若是一笔I²C写操作，发送端代理模块先将数据收到其内部的缓冲区中，当收到一定的长度时，将收到的数据发给接收端代理模块，通知接收端代理模块将这些数据通过SCL和SDA信号线，按照I²C协议发给播放端。若是一笔I²C读操作，若有预先读取，发送端代理模块从缓冲区读出返回给HDMI视频源端,若没有,在确认是一笔读操作时立即通知接收端代理模块，从播放端将所需数据进行读取，再返回给HDMI视频源端。

接收端代理模块与显示设备在进行I²C传输时，对SCL线上的每个时钟，都检测显示设备是否有拉伸时钟，若有拉伸，则等待显示设备拉伸完成，再开始后续的I²C操作，达到支持显示设备I²C时钟拉伸的目的。

对于CEC的信号操作：发送端代理模块按照CEC协议，解析出有效数据，存到缓冲区，然后以帧的方式发给接收端代理模块，接收端代理模块再将这些数据以CEC协议的格式发到接收端代理模块的CEC 信号线上；接收端代理模块侦测到CEC信号线有数据传输时，按照CEC协议解析出有效数据，存到缓冲区，等待发送端查询是否有CEC 数据时，返回给发送端代理模块，当然也可主动发送给发送端代理模块。Soure端代理模块收到接收端代理模块发过来的CEC数据后，以 CEC协议的格式发到发送端代理模块的CEC信号线上。当然，上述方法仅仅为示例，也可以通过其它的方式进行实现I²C,EDID以及CEC 信号的传输，重点是从HDMI视频源端收到相应的信息，保存在缓存区中，而后以自定义协议的方式发送给接收端代理模块，而后由接收端代理模块恢复成相应的数据，保存在缓存区中，并相应的发送。

因此，本发明在多媒体低速信号传输中引入代理，在发送端和接收端的代理模块中通过私有协议，或者自定义协议进行信息的传输。这样，能够减少传输通道数，降低线缆成本；长短距离传输时：支持 HDCP，SCDC，符合I²C标准，包括支持I²C时钟拉伸，易操作；以及不限定光传输此一种传输介质，扩大了传输介质范围。

本发明可用于HDMI线,DVI线和VGA线等多媒体数据线。上述多媒体数据线均包含由HPD，SCL，SDA，CEC组成的低速信号中的几个或所有，所述低速信号在物理层传输协议都一致，如按照I²C标准在SCL和SDA上进行数据传输。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种便于低速信号传输的多媒体数据线，包括发送端和接收端，在发送端具有发送端代理模块，在接收端具有接收端代理模块，

所述发送端代理模块与视频源中的低速信号连接，能够接收视频源中的低速信号并进行重组，以私有协议信息传输给接收端代理模块，或将从接收端代理模块中接收到的私有协议信息，恢复成低速信号格式，并传输给视频源中的低速信号端；

所述接收端代理模块与显示设备中的低速信号连接，能够接收显示设备中的低速信号并进行重组，以私有协议信息传输给发送端代理模块，或将从发送端代理模块中接收到的私有协议信息，恢复成低速信号格式，并传输给显示设备中的低速信号端。

2.根据权利要求1所述的多媒体数据线，其特征在于：

所述发送端代理模块与所述接收端代理模块之间的私有协议信号以信号帧的形式进行传输。

3.根据权利要求2所述的多媒体数据线，其特征在于：

所述信号帧包括操作码和状态码，和/或多字节的混合码，

所述混合码包括操作字节，有效数据长度，有效数据与校验数据。

4.根据权利要求2所述的多媒体数据线，其特征在于：

所述信号帧在物理层基于单线通讯协议或双线通讯协议进行传输。

5.根据权利要求2所述的多媒体数据线，其特征在于：

所述发送端代理模块包括第一I²C单元，第一CEC单元和第一通信单元；所述接收端代理模块包括第二I²C单元，第二CEC单元和第二通信单元；

所述第一I²C单元用于与HPD，SCL，SDA通讯，负责完成视频源端与发送端代理模块间的I²C操作；所述第一CEC单元用于与CEC通讯，完成CEC编码解码操作；所述第一通信单元，用于完成低速信号与私有协议之间的转换，以及与所述接收端代理模块的第二通信单元之间的通讯；

所述第二I²C单元用于与HPD，SCL，SDA通讯，负责完成显示设备与接收端代理模块间的I²C操作；所述第二CEC单元用于与CEC通讯，完成CEC编码解码操作；所述第二通信单元，用于完成低速信号与私有协议之间的转换，以及与所述发送端代理模块的第一通信单元之间的通讯。

6.根据权利要求5所述的多媒体数据线，其特征在于：

在所述发送端代理模块还包括第一缓存单元，在所述接收端代理模块还包括第二缓存单元，所述第一和第二缓存单元位于I²C单元、CEC单元，与通信单元之间，用于缓存I²C单元、CEC单元接收到的低速信号，或者缓存通信单元转换的低速信号。

7.根据权利要求2或5所述的多媒体数据线，其特征在于：

所述低速信号协议为I²C协议；

所述低速信号包括HPD，SCL，SDA；

当所述多媒体数据线为HDMI数据线，所述低速信号还包括CEC。

8.根据权利要求7所述的多媒体数据线，其特征在于：

第一和第二代理模块由视频源供电，或者由显示设备供电，或者自带电源供电。

9.根据权利要求7所述的多媒体数据线，其特征在于：

EDID能够预先读取存在缓冲区中，当发送端代理模块侦测到视频源端读取EDID的命令时，将事先读到的存在缓冲区中的EDID数据返回给发送端代理模块。

10.根据权利要求7所述的多媒体数据线，其特征在于：

接收端代理模块与显示设备在进行I²C传输时，对SCL线上的每个时钟，都检测显示设备是否有拉伸时钟，若有拉伸，则等待显示设备拉伸完成，再开始后续的I²C操作，达到支持显示设备I²C时钟拉伸的目的。