一种VR设备
技术领域
本发明属于VR设备技术领域,具体地说,是涉及一种VR设备的接口设计以及与所述VR设备配套使用的数据线设计。
背景技术
VR(Virtual Reality,虚拟现实)设备,是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真设备,它利用计算机程序生成一种模拟环境,提供一种多源信息融合、交互式的三维动态视景和实体行为仿真,可以让用户沉浸在虚拟环境中。
随着VR技术的快速发展,市面上已经出现了多种不同类型的VR设备,例如PC VR、VR一体机等。其中,PC VR是一种需要搭配计算机PC使用的VR设备。在使用时,PC VR一方面从计算机PC中获取其运行所需的直流供电;另一方面接收计算机PC提供的音视频数据,实现信号源在VR设备上的播放,在此期间,主要运算都在计算机PC内完成。
在目前的PC VR设备上都设置有USB接口和常规的高清显示接口,例如HDMI接口(High Definition Multimedia Interface, 高清晰度多媒体接口)或DP接口(DisplayPort,高清数字显示接口)等。在使用时,PC VR设备的显示接口需要通过HDMI数据线或DP数据线连接至计算机PC的HDMI接口或DP接口,用于传输高清视频数据或音视频数据;PC VR设备的USB接口通过USB数据线连接计算机PC的USB接口,用于传输其他信息,例如PC VR设备的运动数据等。计算机PC根据接收到的运动数据获悉用户的头部运动,进而根据用户的头部运动渲染出不同角度的图像后,生成渲染后的视频信号再通过HDMI接口或DP接口传送至VR设备进行播放,使得通过VR设备的头戴显示屏播放的场景能够跟随用户头部的转动自动切换,实现人机交互。
由于目前的PC市场,配置HDMI接口的PC占据绝对优势,因此PC VR设备的连接多使用HDMI接口,而DP接口则使用较少。但是,随着Type-C接口的普及,一些高端的手机可以通过自身的Type-C接口输出DP信号,而这些手机的处理能力也较强,完全可以代替PC搭配PCVR设备使用。在此情况下,PC与手机的接口差异将导致PC VR设备的设计难以兼顾两个市场。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通用性的VR设备,采用对VR设备的接口以及外接数据线进行特殊设计的方式,实现了一台VR设备对计算机、移动终端两种主设备的兼容搭配。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种VR设备,用于与计算机或移动终端搭配使用,包括主机、第一数据线和第二数据线;其中,在所述主机上设置有通用接口,在所述通用接口中定义有三组功能引脚,其中,第一组功能引脚在VR设备与计算机搭配使用时,用于连通计算机上的HDMI接口,并选择第一组功能引脚中的两组差分引脚作为复用引脚;第二组功能引脚在VR设备与计算机搭配使用时,用于连通计算机上的USB接口;第三组功能引脚与所述复用引脚和第二组功能引脚配合,组成Type-C接口引脚,在VR设备与移动终端搭配使用时,用于连通移动终端上的Type-C接口,所述移动终端具有通过Type-C接口输出DP信号的功能;所述第一数据线用于连接在VR设备的主机与计算机之间,包括Y型线缆,在Y型线缆的主线缆的末端连接有主机插头,用于插接所述主机上的通用接口;在Y型线缆的两个分支线缆的末端对应连接有HDMI插头和USB插头,分别用于插接计算机上的HDMI接口和USB接口;所述第二数据线用于连接在VR设备的主机与移动终端之间,其线缆的一端连接有主机插头,用于插接所述主机上的通用接口;其线缆的另一端连接有Type-C插头,用于插接移动终端上的Type-C接口。
为了满足VR设备与计算机之间的信息交互要求,在所述第一数据线的主线缆中包覆有第一线束和第二线束;其中,所述第一线束用于与所述通用接口中的第一组功能引脚对应连通,并通过其中一个分支线缆连接所述HDMI插头;所述第二线束用于与所述通用接口中的第二组功能引脚对应连通,并通过另外一个分支线缆连接所述USB插头。
为了满足VR设备与移动终端之间的信息交互要求,在所述第二数据线的线缆中包覆有第一线束、第二线束和第三线束;其中,所述第一线束用于与所述通用接口中的所述复用引脚对应连通,用于传输DP信号;所述第二线束用于与所述通用接口中的第二组功能引脚对应连通,用于传输除DP信号以及配置信号以外的其他信息;所述第三线束用于与所述通用接口中的第三组功能引脚对应连通,包括至少一组差分线和用于传输所述配置信号的传输线;所述传输线用于连通所述移动终端上的Type-C接口中的CC端子。
进一步的,在所述第二数据线的第一线束中包含有两组差分线,在其中一组差分线的正信号线与负信号线中分别串联有一个隔直电容。在移动终端通过其Type-C接口传送DP信号时,通过隔直电容隔离掉其中的直流成分,继而保证VR设备对DP信号的正常接收。
优选的,所述通用接口优选采用42脚的常规oculink接口布设在VR设备上,以简化VR设备的接口设计。
进一步的,在所述VR设备中还包括内置于所述主机中的桥接芯片和主芯片;其中,所述桥接芯片连接所述通用接口中的第一组功能引脚中的数据引脚,用于接收通过所述数据引脚传送的HDMI信号或DP信号,并将HDMI信号转换成MIPI信号,或者将DP信号转换成MIPI信号;所述主芯片连接所述桥接芯片;所述主芯片在所述通用接口上插接第一数据线时,控制所述桥接芯片加载HDMI-MIPI转换程序;在所述通用接口上插接第二数据线时,控制所述桥接芯片加载DP-MIPI转换程序。
为了使主芯片能够对通用接口上插接的数据线类型实现自动识别,本发明的优选实现方案为:在所述通用接口中的第一组功能引脚中,包含有用于传输HDMI接口电源的电源引脚;配置所述VR设备为从设备,从计算机或移动终端中取电运行;所述主芯片在上电运行后,检测所述电源引脚的电位,若为高电位,则判定所述通用接口上插接的是所述第一数据线;若为低电位,则判定所述通用接口上插接的是所述第二数据线。
为了在VR设备上实现语音控制功能,本发明的VR设备还包括麦克风和音频编码芯片;其中,所述麦克风安装在所述主机上,用于采集用户的语音命令;所述音频编码芯片内置于所述主机中,连接所述麦克风,对麦克风采集到的语音命令进行编码后,通过所述通用接口中的第二组功能引脚发送至与所述VR设备搭配使用的计算机或移动终端。
为了使通过VR设备显示的画面能够跟随用户的头部运动自动切换场景,本发明在所述VR设备中还设置有惯性传感器,内置于所述主机中,用于采集用户的头部运动,并生成运动数据发送至所述主芯片;所述主芯片将所述运动数据通过所述通用接口中的第二组功能引脚发送至与所述VR设备搭配使用的计算机或移动终端,通过计算机或移动终端渲染出与头部运动角度相对应的图像后,将渲染后的视频信号通过所述通用接口中的第一组功能引脚发送至所述桥接芯片,使VR设备显示的图像能够跟随用户的头部运动而自动转换场景。
进一步的,在所述VR设备还设置有显示屏、音频解码芯片、耳机或扬声器;其中,所述显示屏设置在所述主机上,连接所述桥接芯片,接收所述桥接芯片输出的MIPI信号并显示画面;所述音频解码芯片内置于所述主机中,当所述VR设备与计算机搭配使用时,所述桥接芯片从接收到的HDMI信号中分离出音频信号,发送至所述音频解码芯片进行解码处理;当所述VR设备与移动终端搭配使用时,所述移动终端将音频信号通过所述通用接口的第二组功能引脚发送至所述音频解码芯片进行解码处理;所述耳机或扬声器设置在所述主机上,用于接收所述音频解码芯片解码输出的音频信号,并输出伴音。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果是:本发明通过在VR设备的主机上设置一个通用接口,并为主机配备两条数据线,一条用于VR设备连接计算机使用,另一条用于VR设备连接具有通过Type-C接口传输DP信号功能的移动终端使用,由此可以提高VR设备的通用性,使一台VR设备可以兼顾计算机和移动终端两个市场,满足用户的不同使用需求。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后,本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明的VR设备与计算机搭配使用时的连接示意图;
图2是本发明的VR设备与移动终端搭配使用时的连接示意图;
图3是配置在VR设备上的通用接口的引脚定义图表;
图4A和图4B是第一数据线的引脚定义图表;
图5是第二数据线的引脚定义图表;
图6是本发明的VR设备的一种实施例的电路原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
本实施例为了使VR设备能够兼容计算机PC和移动终端,一方面在VR设备的主机(以下称VR主机)上配置通用接口,如图1、图2所示;另一方面为VR主机配备两根数据线,例如第一数据线1和第二数据线2,分别用于VR主机与计算机PC之间以及VR主机与移动终端之间连接使用。
本实施例的移动终端是一种具有Type-C接口,且可以通过自身的Type-C接口输出DP信号的主设备,例如目前市面出现的某些高端手机。下面就以这类高端手机作为所述移动终端为例,详细阐述本实施例的VR设备的具体硬件设计。
首先,本实施例在VR主机上设置通用接口,所述通用接口的引脚定义参见图3所示,包括用于与计算机PC的HDMI接口对应连通的第一组功能引脚、用于与计算机PC的USB接口对应连通的第二组功能引脚、以及用于与手机的Type-C接口对应连通的第三组功能引脚。其中,
第一组功能引脚具体包括:
用于传输I2C总线信号的总线引脚SCL、SDA;
用于实现计算机PC与VR主机共地的接地引脚GND;
用于传输HDMI接口电源的电源引脚HDMI 5V;
用于检测HDMI接口插拔状态的热插拔检测引脚HPD;以及
四组差分引脚,用于接收计算机PC提供的HDMI高清音视频数据,例如第一组差分引脚TMDS Data 0+、TMDS Data 0 GND、TMDS Data 0-;第二组差分引脚TMDS Data 1+、TMDSData 1 GND、TMDS Data 1-;第三组差分引脚TMDS Data 2+、TMDS Data 2 GND、TMDS Data2-;以及第四组差分引脚TMDS Data Clock+、TMDS Data Clock GND、TMDS Data Clock-。
第二组功能引脚具体包括:
用于传输USB接口电源的电源引脚VBUS;
用于与USB接口传输数据的三组差分引脚,例如差分数据引脚USB2 D-、USB2 D+、USB2GND;发送数据差分引脚USB3 TX+、USB3 TX-、USB3 TX GND;接收数据差分引脚USB3 RX+、USB3 RX-、USB3 RX GND。
第三组功能引脚具体包括:
用于与Type-C接口的附属通道连通,以传输附属差分数据的引脚AUX+、AUX-、AUX GND;
用于与Type-C接口中的CC端子连通,以接收手机提供的配置信号,实现通讯协议配置的引脚CC。
当然,在VR主机与手机搭配使用时,通用接口中并不是仅有第三组功能引脚与手机上的Type-C接口中的对应端子连通,出于节约引脚资源的考虑,本实施例对通用接口中的部分引脚进行复用,例如对第一组功能引脚中的其中两组差分引脚进行复用,例如第一组差分引脚TMDS Data 0+、 TMDS Data 0 GND、 TMDS Data 0-和第四组差分引脚TMDSData Clock+、 TMDS Data Clock GND、 TMDS Data Clock-;并对第二组功能引脚进行复用。将这些复用引脚与第三组功能引脚配合,在VR主机搭配手机使用时,与手机上的Type-C接口中的对应端子连通,以满足DP信号以及其它信息的传输要求。具体而言,VR设备可以通过通用接口中的复用引脚TMDS Data 0+、 TMDS Data 0 GND、 TMDS Data 0-和TMDS DataClock+、 TMDS Data Clock GND、 TMDS Data Clock-接收手机提供的2Lane DP信号;通过通用接口中的第二组功能引脚与手机传输其它信息,例如音频数据、运动数据等。
其次,为VR主机配备两根数据线,如图1、2所示,其中一根数据线1用于VR主机与计算机PC之间的连接,本实施例将其定义为第一数据线1;另外一根数据线2用于VR主机与手机之间的连接,本实施例将其定义为第二数据线2。
由于VR主机在与计算机PC搭配使用时,需要连接计算机PC的HDMI接口和USB接口,因此,本实施例将第一数据线1设计成一分二的形式,如图1所示,包括Y型线缆、主机插头P1、HDMI插头P2和USB插头P3。其中,Y型线缆包括主线缆10以及将主线缆10中的线束分成两部分的两个分支线缆11、12。将主机插头P1连接在主线缆10的末端,用于插接VR主机上的通用接口;将HDMI插头P2连接在分支线缆11的末端,用于插接计算机上的HDMI接口;将USB插头P3连接在分支线缆12的末端,用于插接计算机上的USB接口。
参见图4A、图4B,在第一数据线1的主线缆10中包覆有第一线束P11和第二线束P12。其中,
第一线束P11的一端连接主机插头P1中的第一组引脚,如图4A中的P1引脚标号所包括的引脚,所述第一组引脚用于与通用接口中的第一组功能引脚对应连通,其引脚定义也与通用接口中的第一组功能引脚的定义相对应。第一线束P11的另一端通过分支线缆11连接HDMI插头P2,将主机插头P1与HDMI插头P2中引脚定义相同的各个引脚对应连通,以传输HDMI信号。
第二线束P12的一端连接主机插头P1中的第二组引脚,如图4B中的P1引脚标号所包括的引脚,所述第二组引脚用于与通用接口中的第二组功能引脚对应连通,其引脚定义也与通用接口中的第二组功能引脚的定义相对应。第二线束P12的另一端通过分支线缆12连接USB插头P3,将主机插头P1与USB插头P3中引脚定义相同的各个引脚对应连通,以传输除HDMI信号以外其它需要在VR主机与计算机PC之间传输的信息,例如运动数据等。
由于VR主机在与手机搭配使用时,只需连接手机上的Type-C接口即可,因此,本实施例的第二数据线2可以设计成常规的一字型,如图2所示,包括一字型线缆和分别连接在所述一字型线缆两端的主机插头P1和Type-C插头P4。其中,主机插头P1用于插接VR主机上的通用接口;Type-C插头P4用于插接手机上的Type-C接口。
如图5所示,在第二数据线2的线缆中包覆有第一线束P21、第二线束P22和第三线束P23。其中,
第一线束P21的一端连接主机插头P1中的复用引脚,所述复用引脚用于与通用接口中的第一组功能引脚中的复用引脚TMDS Data 0+、 TMDS Data 0 GND、 TMDS Data 0-和TMDSData Clock+、 TMDS Data Clock GND、 TMDS Data Clock-对应连通,其引脚定义也与通用接口中的第一组功能引脚中的复用引脚的定义相对应。第一线束P21的另一端连接Type-C插头P4中的第二组发送数据差分引脚TX2+、GND、TX2-和第二组接收数据差分引脚RX2+、GND、RX2-,用于传输DP信号。
本实施例的VR设备与手机之间以2Lane形式传输DP数据。考虑到手机在通过自身的Type-C接口传输2Lane DP数据时,需要对DP数据中的两组差分信号进行隔直处理。由于在手机内部的线路板上,连接Type-C接口的第二组发送数据差分引脚TX2+、TX2-的线路中已经串联有隔直电容,而连接Type-C接口的第二组接收数据差分引脚RX2+、RX2-的线路中没有串联有隔直电容,为了满足DP信号的传输要求,本实施例在第二数据线2的第一线束P21中增设两个隔直电容,例如两个0.1uF的贴片电容,分别串联在连接Type-C插头P4的RX2+、RX2-引脚和主机插头P1的TMDS Data Clock+、TMDS Data Clock-引脚之间的正信号线RX2+与负信号线RX2-中,以隔离掉DP信号中的直流成分,满足VR设备对DP数据的接收要求。
第二线束P22的一端连接主机插头P1中用于与通用接口中的第二组功能引脚相连通的各个引脚,另一端连接Type-C插头P4中的USB电源引脚VBUS、差分数据引脚D-、D+、GND、第一组接收数据差分引脚RX1-、RX1+、GND和第一组发送数据差分引脚TX1-、TX1+、GND,用于在VR主机与手机之间传输除DP信号以及配置信号以外的其他信息。
第三线束P23的一端连接主机插头P1中用于与通用接口中的第三组功能引脚相连通的各个引脚,另一端连接Type-C插头P4中的附属通道引脚SBU1、SBU2、GND以及CC1引脚,用于在VR主机与手机之间传输附属差分数据和CC配置信号。
作为一种优选实施例,所述通用接口和主机插头P1优选采用市面上的42脚oculink接口。
下面结合图6,对VR主机中的电路设计进行详细阐述。
如图6所示,本实施例的VR主机除了包括通用接口外,还设置有主芯片、桥接芯片、惯性传感器、音频解码芯片、音频编码芯片、显示屏、麦克风、耳机或扬声器等主要组成部件。其中,桥接芯片连接通用接口的第一组功能引脚中的四组差分引脚,用于接收计算机PC提供的HDMI高清音视频数据以及手机提供的DP高清视频数据,并完成HDMI视频信号或者DP视频信号到MIPI(Mobile Industry Processor Interface,移动产业处理器接口)信号的格式转换,进而输出MIPI信号至显示屏,实现三维视景的动态显示。主芯片连接通用接口中的部分引脚,例如第一组功能引脚中的I2C总线引脚SCL、SDA;第二组功能引脚中的发送数据差分引脚USB3 TX+、USB3 TX-、USB3 TX GND;接收数据差分引脚USB3 RX+、USB3 RX-、USB3 RX GND;以及第三组功能引脚中的CC引脚等,完成对VR主机中不同功能电路的协调控制以及VR主机与PC之间、VR主机与手机之间除音视频数据以外的其它信息的交互。例如,将惯性传感器检测生成的用户的头部运动数据发送至PC或手机,以使通过显示屏展示的三维视景能够跟随用户的头部转动方向而自动进行场景切换。音频解码芯片用于对VR设备接收到的音频信号进行解码和功率放大处理,并推动耳机或扬声器发声,播放伴音。为了在VR设备上实现语音控制功能,本实施例在VR主机上还设置有麦克风,采集用户的语音命令,并传输至音频编码芯片进行编码处理后,生成差分数据通过通用接口中的第二组功能引脚发送至与VR设备搭配使用的计算机PC或手机,以实现计算机PC或手机对用户指令的响应。
作为一个优选实施例,所述音频编码芯片和音频解码芯片可以采用一颗集音频编码功能和音频解码功能于一体的音频编解码芯片,以简化VR设备的硬件电路设计。
下面结合图1、图2和图6,对本实施例的VR设备的工作原理具体说明如下:
本实施例优选将VR设备设计成从设备,在接收到主设备的直流供电后投入运行。
在VR设备与计算机PC搭配使用时,选择第一数据线1连接在VR主机与计算机PC之间。即,将第一数据线1上的主机插头P1插入到VR主机的通用接口中,将第一数据线1上的HDMI插头P2插入到计算机PC的HDMI接口中,并将第一数据线1上的USB插头P3插入到计算机PC的USB接口中。
计算机PC通过其HDMI接口的电源引脚HDMI 5V以及其USB接口的电源引脚VBUS向VR主机提供+5V直流电源,控制VR主机上电运行。
VR主机中的主芯片在上电运行后,检测通用接口的第一组功能引脚中的电源引脚HDMI 5V(图3中引脚标号为B21的引脚)的高低电平状态。若为高电平,则判定与VR主机连接的主设备是计算机PC;若为低电平,则判定与VR主机连接的主设备是手机。
主芯片在检测到与VR主机连接的主设备是计算机PC时,控制桥接芯片加载HDMI-MIPI转换程序,使桥接芯片执行从HDMI视频信号到MIPI信号的转换功能。
桥接芯片通过通用接口接收计算机PC提供的HDMI高清音视频信号,并对接收到的HDMI高清音视频信号首先进行音、视频信号的分离,对分离出的视频信号进行解码处理后,再按照MIPI协议重新编码,生成MIPI信号传输至显示屏,以显示三维视景。将分离出的音频信号Audio1传输至音频解码芯片,进行数据解码和功率放大处理后,推动耳机或扬声器实现发声。
用户在佩戴所述VR设备欣赏3D资源时,惯性传感器采集用户的头部运动,并生成运动数据发送至主芯片。主芯片对接收到的运动数据进行处理后,生成计算结果通过通用接口发送至计算机PC的USB接口,通过PC根据用户的头部运动渲染出不同角度的图像后,生成渲染后的视频信号再通过其HDMI接口传送至VR主机进行播放,使得显示屏播放的场景能够跟随用户头部的转动自动切换,实现人机交互。
与此同时,麦克风采集用户的语音命令,传输至音频编码芯片进行编码后,生成音频数据Audio3,经由通用接口发送至计算机PC的USB接口,实现计算机PC对用户语音命令的响应。
在VR设备与手机搭配使用时,选择第二数据线2连接在VR主机与手机之间。即,将第二数据线2上的主机插头P1插入到VR主机的通用接口中,将第二数据线2上Type-C插头P4插入到手机的Type-C接口中。
手机通过其Type-C接口的电源引脚VBUS向VR主机提供+5V直流电源,控制VR主机上电运行。
VR主机中的主芯片在上电运行后,检测到其通用接口的第一组功能引脚中的电源引脚HDMI 5V(图3中引脚标号为B21的引脚)的电位为低,判定与VR主机连接的主设备是手机。此时,主芯片控制桥接芯片加载DP-MIPI转换程序,使桥接芯片执行从DP视频信号到MIPI信号的转换功能。同时,主芯片通过通用接口中的CC引脚接收手机通过其Type-C接口的CC1端子提供通讯协议配置信号,以确保VR主机与手机之间正常通讯。
DP信号仅为视频信号,桥接芯片通过通用接口接收到手机提供的DP信号后,对接收到的DP信号进行解码处理,并按照MIPI协议重新编码后,生成MIPI信号传输至显示屏,显示三维视景。
与此同时,手机通过其Type-C接口单独输出音频信号,经由通用接口的第二组功能引脚中的一组差分引脚(例如图3中的USB3 RX+、USB3 RX-引脚)传输至音频解码芯片。所述音频解码芯片对接收到的音频信号Audio2进行解码和功率放大处理后,推动耳机或扬声器输出伴音。
同理,用户在佩戴所述VR设备欣赏3D资源时,用户的头部运动由惯性传感器采集并生成运动数据后,发送至主芯片,以生成计算结果,并通过通用接口的第二组功能引脚中的另外一组差分引脚(例如图3中的USB3 TX+、USB3 TX-引脚)发送至手机的Type-C接口。手机根据用户的头部运动渲染出不同角度的图像后,生成渲染后的视频信号再通过其Type-C接口传送至VR主机进行播放,使得显示屏播放的场景能够跟随用户头部的转动自动切换,实现人机交互。
与此同时,麦克风采集用户的语音命令,传输至音频编码芯片进行编码后,生成音频数据Audio3,经由通用接口的第二组功能引脚中的再一组差分引脚(例如图3中的USB3 D+、USB3 D-引脚)发送至手机的Type-C接口,实现手机对用户语音命令的响应。
本实施例的VR设备不再仅局限于连接计算机PC使用,对于目前可以通过Type-C接口输出DP信号的手机而言,同样可以搭配本实施例的VR设备实现三维视景的动态显示,显著提升了VR设备的通用性。
当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。