CN108989708A - 通用多媒体接口的低速信号光电转换模块 - Google Patents

通用多媒体接口的低速信号光电转换模块 Download PDF

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Abstract

一种通用多媒体接口的低速信号光电转换模块，包括：协议解析模块，用于解析半双工信号的方向，并进行全双工信号的转换；打包编码模块，用于将收到的全双工信号以帧的形式封装并发送到电光转换模块；电光转换模块，用于将电信号转换为光信号，从而通过光纤发送；解包解码模块，用于将接收到的高速电信号进行帧解包解码，将经过协议解析而来的全双工信号发送到协议解析模块再次进行协议解析；光电转换模块，用于接收通过光纤发送的光信号，并将光信号转换为电信号后发送给解包解码模块。本发明能够随时进行控制信号的传输，提高控制信号传输的实时性；能够将同一时刻接收到的多个多媒体接口中的多个控制信号同时进行传输，从而节约成本。

Description

通用多媒体接口的低速信号光电转换模块
技术领域
本发明涉及多媒体接口，具体的涉及一种通用多媒体接口低速信号光电转换模块，能够将多个多媒体传输线所用到的低速信号转换成成适合光纤传输的高速信号，并且仅仅需要两个差分对便可实现所有的多媒体接口控制信号的收发，从而降低成本和功耗。
背景技术
随着人们对日益增长的美好生活的需要，数字高清技术飞速发展，各种超高清音视频设备不断推出。同时，多种适合于高清音视频传输的多媒体接口，如HDMI，DP等随之出现。各种多媒体接口传输的控制信号的信息数据量越来越多。而传统的铜线实现方式由于损耗较大，只能传输很短的距离。同时，随着线缆长度的增加高规格电缆的制造成本急剧上升。使用光纤传输是一种很好的替代方式。
多媒体接口可能同时传输多个控制信号，或者同一时刻，多个多媒体接口同时传输各自的控制信号。在光纤传输线中，每一条传输线都需要单独的激光驱动器和激光接收器。过多的传输线会需要大量的激光驱动器和激光接收器以及光纤。在增加成本和功耗的同时，对于产品良率也有很大影响。
光信号可以很好的用来传输高速信号，但是在传输低速信号或者没有信号输入时，接收端会输出噪声，光电芯片的放大器很容易将噪声放大到正常信号的幅度而导致误码。
因此，如何能够减少多个多媒体接口的控制信号传输所需要的传输线，实时传输控制信号，并且适用于光信号的高速传输，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通用多媒体接口低速信号光电转换模块，能够通过对全部传输的低速信号进行解析、封装和编码，将其转换成适合光纤传输的高速信号，并且仅仅需要两个差分对便可实现所有的多媒体接口控制信号的收发，从而降低成本和功耗。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种通用多媒体接口的低速信号光电转换模块，其特征在于，包括：
协议解析模块，用于根据多媒体控制信号的协议规范，对各类多媒体控制协议中的半双工信号进行解析，确定与协议相关的信号方向，并将多媒体接口的低速信号转换为全双工信号以后发送给打包编码模块，或者将解包解码模块的输出的经协议解析而来的全双工信号再次进行协议解析恢复成半双工信号后发送到多媒体接口；
打包编码模块，用于将多媒体接口的全双工信号，及半双工信号经过协议解析转换而来的全双工信号进行打包，以帧的形式将同一时刻的全部多媒体接口低速控制信号进行封装，将封装后的信号发送到电光转换模块；
电光转换模块，用于将电信号转换为光信号，从而通过光纤发送；
解包解码模块，用于将接收到的高速电信号进行帧解包解码，转换为低速信号，将低速控制信号中的全双工信号直接发送给多媒体接口，将经过协议解析而来的全双工信号发送到协议解析模块再次进行协议解析，以恢复成半双工信号，并在判断信号方向后发送给多媒体接口；
光电转换模块，用于接收通过光纤发送的光信号，并将光信号转换为电信号后发送给解包解码模块。
可选的，所述多媒体控制信号包括HDMI、DP以及用户自定义协议中的一个或多个。
可选的，所述协议解析模块，用于根据多媒体控制信号的协议规范，对各类多媒体控制协议中的半双工信号进行解析，确定与协议相关的信号方向，包括：
对于HDMI协议中的I2C信号，协议解析模块根据I2C信号的历史状态和当前状态进行逐笔逐比特位解析，从而判定相关半双工信号I2C中的SCL、SDA的方向；
对于HDMI协议中的CEC信号，协议解析模块根据CEC信号的历史状态和当前状态进行逐笔逐比特位解析，从而判定CEC信号的方向，处理方式类似于I2C；
对于DP协议的AUX信号，协议解析模块依据AUX信号当前状态即可解析，从而判定AUX信号的方向。
可选的，所述帧包括帧标识和帧内容，在所述帧内容中在不同位置具有不同的存储位以存储多个协议的控制信号。
可选的，在帧内容中能够插入空符号“0”，以保持帧标识的特殊性和唯一性。
可选的，所述打包编码模块将打包完成的数据进行线路编码，转换为适合光信号传输的高速信号，发送给电光转换模块。
可选的，所述打包编码模块在帧编码中引入0/1跳变，使得“0”变成“01”，使得“1”变成“10”。
可选的，所述打包编码模块能够传输空信号。
因此，本发明具有如下优点：
1、同时通过对协议相关的全双工信号和由半双工转换的全双工信号进行打包封装，从而随时能够进行控制信号的传输，甚至传输空信号，提高控制信号传输的实时性；
2、以帧的格式传递控制信号，因此在帧的不同位置具有不同的存储位以存储多个协议或者多个接口的控制信号，能够将同一时刻接收到的多个多媒体接口中的多个控制信号同时进行传输，从而节约成本，使用一收一发两对差分信号即可完成HDMI、DP及自定义协议信号的双向传输。
附图说明
图1是根据本发明具体实施例的通用多媒体接口低速信号光电转换模块的框架图；
图2是根据本发明具体实施例的判断I2C信号方向的具体协议解析流程；
图3是根据本发明具体实施例的判断AUX信号方向的具体协议解析流程；
图4是根据本发明具体实施例的通用多媒体接口低速信号光电转换模块之间信号传输的示意图。
图中的附图标记所分别指代的技术特征为：
1、协议转换模块；2、打包编码模块；3、电光转换模块；4、解包解码模块；5、光电转换模块。
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。
本发明在于：将多个多媒体接口的低速信号送往多媒体接口低速信号光电转换模块，将低速信号中的全双工信号直接进行打包编码，将低速信号中的半双工信号通过协议解析，确定信号方向后进行打包编码，对于打包编码后的同一时刻的所有控制信号进行传输，例如以帧的形式进行封装后进行传输，从而实现多个多媒体接口协议低速控制信号同时的光传输。而经过光传输后的信号的解码与编码的形式类似，全双工信号直接解析，半双工信号经过协议解析后确定信号方向后进行传输。
具体的，参见图1，示出了根据本发明具体实施例的通用多媒体接口的低速信号光电转换模块的框架图，包括：
协议解析模块1，用于根据多媒体控制信号的协议规范，对各类多媒体控制协议中的半双工信号进行解析，确定与协议相关的信号方向，并将多媒体接口的低速信号转换为全双工信号以后发送给打包编码模块，或者将解包解码模块的输出的经协议解析而来的全双工信号再次进行协议解析恢复成半双工信号后发送到多媒体接口；
打包编码模块2，用于将多媒体接口的全双工信号，及半双工信号经过协议解析转换而来的全双工信号进行打包，以帧的形式将同一时刻的全部多媒体接口低速控制信号进行封装，将封装后的信号发送到电光转换模块；
电光转换模块3，用于将电信号转换为光信号，从而通过光纤发送；
解包解码模块4，用于将接收到的高速电信号进行帧解包解码，转换为低速信号，将低速控制信号中的全双工信号直接发送给多媒体接口，将经过协议解析而来的全双工信号发送到协议解析模块再次进行协议解析，以恢复成半双工信号，并在判断信号方向后发送给多媒体接口；
光电转换模块5，用于接收通过光纤发送的光信号，并将光信号转换为电信号后发送给解包解码模块。
因此，由于本发明通过对协议相关的半双工信号进行协议解析，确定信号方向，进一步转换为全双工信号，方便将协议信号进行光传输，同时通过对协议相关的全双工信号和由半双工转换的全双工信号以帧的形式进行打包封装，从而能够将同一时刻接收到的多个多媒体接口中的多个控制信号同时进行传输，一方面能够实现控制信号的实时传输，另外一方面能够由于采用帧的格式，在帧的不同位置具有不同的存储位以存储多个协议或者多个接口的控制信号。
下面以多个控制信号的传输为例，对本发明进行进一步的说明：
多个多媒体控制信号，包括HDMI,DP(Display Port)以及用户自定义协议中的一种或多种多媒体接口低速控制信号，上述低速控制信号包括全双工信号以及半双工信号，例如在HDMI协议中I2C信号、CEC信号属于半双工信号，HPD信号属于全双工信号，DP信号中的AUX信号也属于半双工信号，将上述低速控制信号中的全双工信号直接输入给打包编码模块，将上述低速控制信号中的半双工信号输入给协议解析模块。
协议解析模块根据上述多媒体控制信号的协议规范，判断半双工信号当前时刻的方向，如果为输入方向，则将信号转换为全双工信号，并发送给打包编码模块。
具体而言，针对HDMI、DP及用户自定义等不同协议，协议解析模块判断信号方向的处理方式也各不相同。
例如，对于HDMI协议中的I2C信号，每笔数据的输入输出状态都和之前的数据相关，并且每笔数据内部每个比特位的输入输出状态也不一样。因此，协议解析模块根据I2C信号的历史状态和当前状态进行逐笔逐比特位解析，从而判定相关半双工信号I2C中的SCL、SDA的方向。具体协议解析流程参见图2所示。
对于HDMI协议中的CEC信号，协议解析模块根据CEC信号的历史状态和当前状态进行逐笔逐比特位解析，从而判定CEC信号的方向，处理方式类似于I2C。
又例如，对于DP协议的AUX信号，通信媒介两端的信源和信宿以问答的形式进行信息交互，所以每笔数据的输入输出状态仅仅依据当前状态即可解析，从而判定AUX信号的方向。具体协议解析流程参见图3所示。
参见上述的两种方式，用户自定义协议的解析可以参考HDMI和DP。但本发明不以此为限，协议解析的方式并不仅仅局限于上述两种方式，只要能够解析出半双工信号的方向即可。
打包编码模块将直接输入的全双工信号和由半双工信号经过协议解析转换得到的全双工信号进行打包，以帧的形式将同一时刻的全部多媒体接口低速控制信号进行封装，从而实现多个多媒体接口协议低速控制信号的同时传输。如表1所示，这是一种可能的打包编码格式。
表1
其中，帧标识用以区分不同的帧，即不同时刻的多媒体接口低速信号，通常为不同于帧内容的特殊格式，在本实施例中采用01111110的特殊二进制序列。帧标识之后是帧内容，即当前时刻需要传输的多媒体接口低速控制信号，包括HDMI的SCL、SDA、CEC和HPD，DP的AUX和HPD，以及用户自定义协议的低速控制信号。
因此，通过帧的形式能够将同一时刻接收到的多个多媒体接口中的多个控制信号同时进行传输，一方面能够实现控制信号的实时传输，另外一方面能够由于采用帧的格式，在帧的不同位置具有不同的存储位以存储多个协议或者多个接口的控制信号。
例如，在该例子中，同时传输了多个控制协议，并且协议中规定了在帧标识后，分别传输HDMI，DP以及用户自定义协议的低速信号。因此，从帧内容中可以直接获取上述三种的低速控制信号，并将其发送给相应的多媒体接口。因此，从上述可以看出，本发明能够以一对差分对实现多个控制协议的同时传输，既节省了降低成本和功耗，又无须等待，相对于使用代理模块在将控制信号收集到一定长度后的发送，本发明进一步提高了控制信号传输的实时性。
进一步的，为了保持帧标识的特殊序列，本发明能够在帧内容中插入空符号“0”。例如，在表1中，帧标识为01111110，HDMI的SCL、SDA、CEC和HPD，DP的AUX和HPD，以及用户自定义协议的数据UD1和UD2组成了和帧标识相同的01111110特殊二进制序列，而无法和帧标识区分。此时，可以在用户自定义协议中在UD1前插入无意义的空符号0，将帧内容中的01111110变为011111010，从而保持帧标识的特殊性和唯一性。经过打包编码模块打包封装的数据流如表2所示。
表2
打包编码模块将打包完成的数据进行线路编码，转换为适合光信号传输的高速信号，发送给电光转换模块。由于在打包封装的过程通过将同一时刻的多个多媒体接口低速控制信号进行并串转换，同时加入帧标识，相对原始的低速信号已经提高了信号速率。但为了进一步提高信号传输速率，本发明可以在信号帧编码中引入0/1跳变，使得“0”变成“01”，使得“1”变成“10”，打包封装的数据中不再出现连续“1”和连续“0”，从而再次提高信号速率，使编码之后的信号可以很好的用于光传输。如果一个符号引入一个0/1跳变后的信号速率仍不能满足光通信的要求，可以通过引入更多跳变进一步提高信号速率。
表3
对于提高信号速率的方式，本发明不以此为限，只要能够提高信号速率方式即可。
电光转换模块将高速电信号转换为光信号，通过光纤将信号发送给通过多媒体接口通信的另一方；
光电转换模块将从光纤上接收到的通信的另一方发送的光信号，转换为高速电信号；
解包解码模块将高速电信号进行线路解码，转换为低速信号；解包解码模块将低速信号进行解包，从而得到多个多媒体接口协议的低速控制信号。
针对HDMI、DP及用户自定义协议等多种多媒体接口低速控制信号，解包解码模块将全双工信号直接发送到多媒体接口，将由半双工信号经过协议解析而来的全双工信号发送给协议解析模块；
协议解析模块根据HDMI、DP及用户自定义协议的协议规范，判断信号当前时刻的方向，并将接收到的全双工信号转换为半双工信号，如果为输出方向，则将解包解码模块的输出信号发送到多媒体接口。
实施例一：
在该实施例中，结合附图4，进一步说明利用本发明的通用多媒体接口低速信号光电转换模块通过光通信同时传输多个多媒体接口信号。
在该图中，分别包括两个通用多媒体接口低速信号光电转换模块A和B，在信源和信宿之间传输HDMI、DP、以及自定义的低速控制信号。
每个多媒体接口低速信号光电转换模块均包括协议解析模块，打包编码模块，解包解码模块，电光转换模块和光电转换模块。
信源设备将传递给信宿设备的多个多媒体接口HDMI、DP及用户自定义的低速控制信号发送到多媒体接口低速信号光电转换模块A。其中，HDMI接口的I2C、CEC，DP接口的AUX为半双工信号，由协议解析模块转换为全双工信号，发送给打包编码模块；用户自定义的控制信号根据具体应用，如果为半双工信号则发送给协议解析模块进行处理，如果为全双工信号则直接发送给打包编码模块。
多媒体接口信号光电转换模块A中的打包编码模块将全部由信源设备发送给信宿设备的低速控制信号进行打包、编码，发送给电光转换模块。
多媒体接口信号光电转换模块A中的电光转换模块将适用于光通信的高速电信号转换为光信号，通过光纤发送给多媒体接口信号光电转换模块B中的光电转换模块。
多媒体接口信号光电转换模块B中的光电转换模块将接收到的光信号转换为编码的高速电信号，发送给解包解码模块。
多媒体接口信号光电转换模块B中的解包解码模块将高速电信号解码为低速信号，并解包为对应的HDMI接口的I2C、CEC，DP接口的AUX，及用户自定义的控制信号，将I2C、CEC、AUX及用户自定义的控制信号中的由多媒体接口信号光电转换模块A的协议解析模块转换而来的全双工信号发送给多媒体接口信号光电转换模块B的协议解析模块，用户自定义的控制信号中的全双工信号则通过多媒体接口直接发送到信宿设备。
多媒体接口信号光电转换模块B中的协议解析模块通过解析I2C、CEC、AUX及用户自定义的控制信号，判断信号方向后将其转换为半双工信号，通过多媒体接口发送到信宿设备。
信宿设备经过处理信源设备发送的信息，将回复给信源设备的多个多媒体接口HDMI、DP及用户自定义的低速控制信号发送到多媒体接口低速信号光电转换模块B。其中，HDMI接口的I2C、CEC，DP接口的AUX为半双工信号，由协议解析模块转换为全双工信号，发送给打包编码模块；HDMI接口的HPD及DP接口的HPD为全双工信号，直接发送给打包编码模块。用户自定义的控制信号根据具体应用，如果为半双工信号则发送给协议解析模块进行处理，如果为全双工信号则直接发送给打包编码模块。
多媒体接口信号光电转换模块B中的打包编码模块将全部由信宿设备发送给信源设备的低速控制信号进行打包、编码，发送给电光转换模块。
多媒体接口信号光电转换模块B中的电光转换模块将适用于光通信的高速电信号转换为光信号，通过光纤发送给多媒体接口信号光电转换模块A中的光电转换模块。
多媒体接口信号光电转换模块A中的光电转换模块将接收到的光信号转换为编码的高速电信号，发送给解包解码模块。
多媒体接口信号光电转换模块A中的解包解码模块将高速电信号解码为低速信号，并解包为对应的HDMI接口的I2C、CEC、HPD，DP接口的AUX、HPD，及用户自定义的控制信号，将I2C、CEC、AUX及用户自定义的控制信号中的由多媒体接口信号光电转换模块B的协议解析模块转换而来的全双工信号发送给多媒体接口信号光电转换模块A的协议解析模块，HDMI接口的HPD、DP接口的HPD及用户自定义的控制信号中的全双工信号则通过多媒体接口直接发送到信源设备。
多媒体接口信号光电转换模块A中的协议解析模块通过解析I2C、CEC、AUX及用户自定义的控制信号，判断信号方向后将其转换为半双工信号，通过多媒体接口发送到信源设备。
因此，本发明具有如下优点：
1、同时通过对协议相关的全双工信号和由半双工转换的全双工信号进行打包封装，从而随时能够进行控制信号的传输，甚至传输空信号，提高控制信号传输的实时性；
2、以帧的格式传递控制信号，因此在帧的不同位置具有不同的存储位以存储多个协议或者多个接口的控制信号，能够将同一时刻接收到的多个多媒体接口中的多个控制信号同时进行传输，从而节约成本，使用一收一发两对差分信号即可完成HDMI、DP及自定义协议信号的双向传输。
显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上,可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
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 (8)

1.一种通用多媒体接口的低速信号光电转换模块，其特征在于，包括：
协议解析模块，用于根据多媒体控制信号的协议规范，对各类多媒体控制协议中的半双工信号进行解析，确定与协议相关的信号方向，并将多媒体接口的低速信号转换为全双工信号以后发送给打包编码模块，或者将解包解码模块的输出的经协议解析而来的全双工信号再次进行协议解析恢复成半双工信号后发送到多媒体接口；
打包编码模块，用于将多媒体接口的全双工信号，及半双工信号经过协议解析转换而来的全双工信号进行打包，以帧的形式将同一时刻的全部多媒体接口低速控制信号进行封装，将封装后的信号发送到电光转换模块；
电光转换模块，用于将电信号转换为光信号，从而通过光纤发送；
解包解码模块，用于将接收到的高速电信号进行帧解包解码，转换为低速信号，将低速控制信号中的全双工信号直接发送给多媒体接口，将经过协议解析而来的全双工信号发送到协议解析模块再次进行协议解析，以恢复成半双工信号，并在判断信号方向后发送给多媒体接口；
光电转换模块，用于接收通过光纤发送的光信号，并将光信号转换为电信号后发送给解包解码模块。
2.根据权利要求1所述的光电转换模块，其特征在于：
所述多媒体控制信号包括HDMI、DP以及用户自定义协议中的一个或多个。
3.根据权利要求1或2所述的光电转换模块，其特征在于：
所述协议解析模块，用于根据多媒体控制信号的协议规范，对各类多媒体控制协议中的半双工信号进行解析，确定与协议相关的信号方向，包括：
对于HDMI协议中的I2C信号，协议解析模块根据I2C信号的历史状态和当前状态进行逐笔逐比特位解析，从而判定相关半双工信号I2C中的SCL、SDA的方向；
对于HDMI协议中的CEC信号，协议解析模块根据CEC信号的历史状态和当前状态进行逐笔逐比特位解析，从而判定CEC信号的方向；
对于DP协议的AUX信号，协议解析模块依据AUX信号当前状态即可解析，从而判定AUX信号的方向。
4.根据权利要求1或2所述的光电转换模块，其特征在于：
所述帧包括帧标识和帧内容，在所述帧内容中在不同位置具有不同的存储位以存储多个协议的控制信号。
5.根据权利要求4所述的光电转换模块，其特征在于：
在帧内容中能够插入空符号“0”，以保持帧标识的特殊性和唯一性。
6.根据权利要求4所述的光电转换模块，其特征在于：
所述打包编码模块将打包完成的数据进行线路编码，转换为适合光信号传输的高速信号，发送给电光转换模块。
7.根据权利要求6所述的光电转换模块，其特征在于：
所述打包编码模块在帧编码中引入0/1跳变，使得“0”变成“01”，使得“1”变成“10”；或者使得“0”变成“10”，使得“1”变成“01”；或者使得“0”、“1”变为其他更为复杂的0/1跳变码。
8.根据权利要求4所述的光电转换模块，其特征在于：
所述打包编码模块能够传输空信号。
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