CN112188122A - 一种分布式hdmi矩阵设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式HDMI矩阵设备，其包括主机和多个从机，所述多个从机各自通过一条网线连接于所述主机，所述主机包括：用于将媒体数据加载于主机网线端口的第一网络变压器；及连接于所述第一网络变压器的第一线圈的中间抽头的控制数据接收单元；所述从机包括：用于从从机网线端口接收媒体数据的第二网络变压器；及连接于所述第二网络变压器的第一线圈的中间抽头的控制数据发送单元。本发明HDMI矩阵设备由主机和多个从机通过网线连接构成，可以实现HDMI信号长距离传输。其利用差模电压传输媒体数据，利用共模电压传输控制数据，每台从机和主机仅需一条网线连接，大大方便了布线，节约了成本。

Description

一种分布式HDMI矩阵设备
技术领域
本发明涉及音视频信号传输设备，具体是一种分布式HDMI矩阵设备。
背景技术
由于HDMI(High Definition Multimedia Interface,高清晰度多媒体接口)技术在传输数字影音信号方面的突出优势，HDMI接口已经在家电和计算机领域得到了非常广泛的应用。但是HDMI信号衰减严重，导致HDMI线缆短且成本高，无法满足长距离布线。
为了解决HDMI线缆传输距离短的问题，人们提出了通过网线延长传输的解决方案，具体是：通过将HMDI信号转换为适合在网线传输的信号，利用网线传输后，再转换为HMDI信号输出，如公告号CN207652571U的专利文献。
HDMI矩阵设备是一种现有的高性能专业数字信号切换设备，用于多个HDMI信号源与多个HDMI显示设备的交叉切换，如公告号CN204090059U的专利文献。
现有HDMI矩阵设备为一体式设备，同样存在因HDMI线缆短无法满足长距离布线的问题。采用上述的网线延长传输方案虽能实现媒体数据的长距离传输，但是在HDMI矩阵设备应用中除了媒体数据外，还涉及控制数据，而单条网线只有四对差分线，四对差分线都用来传输媒体数据，因而无法实现控制数据的传输。
发明内容
本发明的目的是解决现有HDMI矩阵设备存在的上述技术问题。
为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种分布式HDMI矩阵设备，包括主机和多个从机，所述多个从机各自通过一条网线连接于所述主机，所述主机包括：用于将媒体数据加载于主机网线端口的第一网络变压器；及连接于所述第一网络变压器的第一线圈的中间抽头的控制数据接收单元；所述从机包括：用于从从机网线端口接收媒体数据的第二网络变压器；及连接于所述第二网络变压器的第一线圈的中间抽头的控制数据发送单元。
优选地，所述控制数据发送单元包括：用于发送显示器标识数据(ExtendedDisplay Identification Data，EDID)的第一子单元；用于发送信号源切换数据的第二子单元；用于将所述第一子单元和所述第二子单元分时连接于所述第二网络变压器的第一线圈的中间抽头的第一时分复用器；及分别与所述从机的HDMI输出端口和所述第一时分复用器相连，用于热插拔检测并控制所述第一时分复用器的第一控制器。
优选地，所述第一控制器被构造为：当检测到热插拔信号时，控制所述第一时分复用器将所述第一子单元与所述第二网络变压器的第一线圈的中间抽头接通；当未检测到热插拔信号时，控制所述第一时分复用器将所述第二子单元与所述第二网络变压器的第一线圈的中间抽头接通。
优选地，所述主机还包括连接于所述第一网络变压器的第二线圈的中间抽头的第一通讯单元，所述从机还包括连接于所述第二网络变压器的第二线圈的中间抽头的第二通讯单元。
优选地，所述第一通讯单元包括：用于发送通讯数据的第一发送子单元；用于接收通讯数据的第一接收子单元；用于将所述第一发送子单元和所述第一接收子单元分时连接于所述第一网络变压器的第二线圈的中间抽头的第二时分复用器；及用于控制所述第二时分复用器的第二控制器；
所述第二通讯单元包括：用于发送通讯数据的第二发送子单元；用于接收通讯数据的第二接收子单元；用于将所述第二发送子单元和所述第二接收子单元分时连接于所述第二网络变压器的第二线圈的中间抽头的第三时分复用器；及用于控制所述第三时分复用器的第三控制器。
优选地，所述第二控制器被构造为：每隔设定的时间将所述第一发送子单元与所述第一网络变压器的第二线圈的中间抽头接通，通讯数据发送完成后将所述第一接收子单元与所述第一网络变压器的第二线圈的中间抽头接通。
优选地，所述第三控制器被构造为：默认将所述第二接收子单元与所述第二网络变压器的第二线圈的中间抽头接通，当收到发送请求时，将所述第二发送子单元与所述第二网络变压器的第二线圈的中间抽头接通。
优选地，所述主机的电源端连接于所述第一网络变压器的第三线圈的中间抽头，所述主机的地端连接于所述第一网络变压器的第四线圈的中间抽头，所述从机的电源端连接于所述第二网络变压器的第三线圈的中间抽头，所述从机的地端连接于所述第二网络变压器的第四线圈的中间抽头。
优选地，所述主机还包括：用于连接外部控制装置的控制端口；及分别与所述控制端口和交叉切换器相连，用于所述外部控制装置控制所述交叉切换器的第四控制器。
优选地，所述主机包括四个HDMI输入端口和四个网线端口。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明的HDMI矩阵设备由主机和多个从机通过网线连接构成，可以实现HDMI信号长距离传输。
控制数据和媒体数据共线传输，进一步还将通讯数据、多种控制数据、电能和媒体数据共线传输，每台从机和主机仅需一条网线连接，大大方便了布线，节约了成本。
在显示器热插拔后可以自动调整分辨率，获得最佳显示效果。
可以在从机选择切换HDMI信号源。
主机和所有的从机可采用同一个电源供电。
附图说明
图1为分布式HDMI矩阵设备的框图；
图2为控制数据发送单元的框图；
图3为第一通讯单元的框图；
图4为第二通讯单元的框图；
附图标记：100、主机；200、网线；300、从机；400、外部控制装置；
110、HDMI输入端口；120、HDMI解码器；130、交叉切换器；140、第一网络变压器；150、主机网线端口；160、控制数据接收单元；170、第一通讯单元；180、第四控制器；190、控制端口；
310、从机网线端口；320、第二网络变压器；330、HDMI编码器；340、HDMI输出端口；350、第二通讯单元；360、控制数据发送单元；
361、第一子单元；362、第二子单元；363、第一时分复用器；364、第一控制器；
171、第一发送子单元；172、第一接收子单元；173、第二时分复用器；174、第二控制器；
351、第二发送子单元；352、第二接收子单元；353、第三时分复用器；354、第三控制器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
需要指出，本申请中所述的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等，仅用来区分相同的术语，不具有顺序、大小、主次等其它含义。本申请中的媒体数据可以是视频、音频或者二者的结合。
请参照图1，本HDMI矩阵设备包括一台主机100和多台从机300，多台从机300各自通过一条网线200和主机100相连，构成了分布式HDMI矩阵设备。
主机100中包括多个HDMI输入端口110、交叉切换器130和多个主机网线端口150，多个HDMI输入端口110各自通过一个HDMI解码器120与交叉切换器130相连，多个主机网线端口150各自通过第一网络变压器140与交叉切换器130相连。
从机300中包括顺次连接的从机网线接口310、第二网络变压器320、HDMI编码器330和HDMI输出端口340。
使用时，将主机100布置在HDMI信号源所处的位置，将多台从机300分别布置在各个HDMI显示设备所处的位置，通过HDMI线缆将HDMI信号源和主机100的HDMI输入端口110相连，通过HDMI线缆将HDMI显示设备与从机300的HDMI输出端口340相连。HDMI信号源输出的HDMI格式的媒体数据经HDMI解码器120解码，形成TMDS格式的媒体数据，交叉切换器130将各路TMDS格式的媒体数据按指定的对应关系切换，然后通过第一网络变压器140加载到对应的主机网线端口150。经网线200传输到对应的从机300，从机网线端口310接收后，通过第二网络变压器320传输给HDMI编码器330，将TMDS格式的媒体数据编码，还原成HDMI格式的媒体数据，经HDMI输出端口340输出给HDMI显示设备。由此，实现了HDMI矩阵设备的HDMI信号的延长，可以实现HDMI信号长距离传输。
其中，网线200即通用的第六类网线，由四对差分线组成。在主机100中，通过第一网络变压器140的第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈，四个线圈将媒体数据加载到四对差分线。在从机300中，通过第二网络变压器320的第一至第四四个线圈，从网线的四对差分线接收媒体数据。
重要的是，所述主机100还包括连接于所述第一网络变压器140的第一线圈的中间抽头的控制数据接收单元160，所述从机300还包括连接于所述第二网络变压器320的第一线圈的中间抽头的控制数据发送单元360。使用时，控制数据通过控制数据发送单元360加载于第二网络变压器320的第一线圈的中间抽头，依次经网线200中的第一对差分线、主机100中的第一网络变压器140的第一线圈的中间抽头传输，然后被控制数据接收单元160接收。
上述利用了潜在的共模电压来传输控制数据，利用差模电压传输媒体数据，实现了媒体数据和控制数据的共线传输，使得每台从机300和主机100仅需一条网线200连接，大大方便了布线，节约了成本。
图2中进一步示出了一种优选的控制数据发送单元360。如图2所示，本控制数据发送单元360包括：用于发送显示器标识数据的第一子单元361；用于发送信号源切换数据的第二子单元362；用于将所述第一子单元361和所述第二子单元362分时连接于所述第二网络变压器320的第一线圈的中间抽头的第一时分复用器363；分别与所述从机300的HDMI输出端口340和所述第一时分复用器363相连，用于热插拔检测并控制所述第一时分复用器363的第一控制器364。
上述控制数据发送单元360能够可以实现以下功能：更换显示设备后自动调整到最佳分辨率；在HDMI显示设备所在的位置切换HDMI信号源。具体地，第一子单元361从HDMI输出端口340接收显示器标识数据，显示器标识数据通常包含有关显视器及其性能的参数，例如供应商信息、最大图像大小、颜色设置、厂商预设置、频率范围的限制以及显示器名和序列号的字符串。第一控制器364通过HDMI输出端口340监测热插拔，当检测到热插拔信号时，控制所述第一时分复用器363将所述第一子单元361与所述第二网络变压器320的第一线圈的中间抽头接通，使显示器标识数据利用共模电压经网线200发送给主机100，主机100中的控制数据接收单元160接收后，按照显示器标识数据调整相应媒体数据的显示分辨率，使之与HDMI显示设备相适应。当未检测到热插拔信号时，控制所述第一时分复用器363将所述第二子单元362与所述第二网络变压器320的第一线圈的中间抽头接通，在该状态下，使用者可以在从机发出信号源切换数据，该数据被发送给主机100，主机100中的控制数据接收单元160接收后，控制交叉切换器130，切换到指定的HDMI信号源。
进一步参照图1，所述主机100还包括连接于所述第一网络变压器140的第二线圈的中间抽头的第一通讯单元170，所述从机300还包括连接于所述第二网络变压器320的第二线圈的中间抽头的第二通讯单元350。通过上述通讯单元，将通讯数据通过第二对差分线的共模电压传输，实现了媒体数据和通讯数据共线传输，这样，不额外增加线缆，实现了主机100和从机300的通讯功能。
图3和图4分别示出了优选的第一通讯单元170和第二通讯单元350。如图3所示，所述第一通讯单元170包括：用于发送通讯数据的第一发送子单元171；用于接收通讯数据的第一接收子单元172；用于将所述第一发送子单元171和所述第一接收子单元172分时连接于所述第一网络变压器140的第二线圈的中间抽头的第二时分复用器173；及用于控制所述第二时分复用器173的第二控制器174。如图4所示，所述第二通讯单元350包括：用于发送通讯数据的第二发送子单元351；用于接收通讯数据的第二接收子单元352；用于将所述第二发送子单元351和所述第二接收子单元352分时连接于所述第二网络变压器320的第二线圈的中间抽头的第三时分复用器353；及用于控制所述第三时分复用器353的第三控制器354。所述第二控制器174的控制过程如下：每隔设定的时间将所述第一发送子单元171与所述第一网络变压器140的第二线圈的中间抽头接通，通讯数据发送完成后将所述第一接收子单元172与所述第一网络变压器140的第二线圈的中间抽头接通。所述第三控制器354的控制过程如下：默认将所述第二接收子单元352与所述第二网络变压器320的第二线圈的中间抽头接通，当收到发送请求时，将所述第二发送子单元351与所述第二网络变压器320的第二线圈的中间抽头接通。上述，利用共模电压实现了主机100和从机300的双工通讯。
进一步参照图1，主机100的电源端连接于所述第一网络变压器140的第三线圈的中间抽头，所述主机100的地端连接于所述第一网络变压器140的第四线圈的中间抽头，所述从机300的电源端连接于所述第二网络变压器320的第三线圈的中间抽头，所述从机300的地端连接于所述第二网络变压器320的第四线圈的中间抽头。上述，利用第三对差分线的共模电压和第四对差分线的共模电压来传输电能，仅需在主机100外接电源，即可同时给主机100和各从机300供电。
进一步参照图1，所述主机100还包括用于连接外部控制装置400的控制端口190；及分别与所述控制端口190和交叉切换器130相连，用于所述外部控制装置400控制所述交叉切换器130的第四控制器180。其中，可以采用的外部控制装置400包括但不限于遥控器、上位机等。当外部控制装置400包括遥控器时，控制端口190包括遥控接收器；当外部控制装置400包括上位机时，控制端口190可以采用的形式包括但不限于九针串行接口、并行接口、USB接口等。这样，使用者在信号源所在的位置也可以控制，将信号源切换到需要的显示设备。
进一步参照图1，本实施例中，所述主机100具体包括四个HDMI输入端口110和四个网线端口150，可以同时连接四个HDMI信号源和通过四个从机300连接四个HDMI显示设备，通过控制交叉切换器130，可以将任意一个HDMI信号源输出的媒体切换到任意一个HDMI显示设备还原。
上述主机100中的各控制器可以采用同一个MCU，从机300中的各控制器可以采用同一个MCU。
由上可见，本实施例的HDMI矩阵设备至少具备以下优点：
本实施例的HDMI矩阵设备由主机100和多个从机300通过网线200连接构成，可以实现HDMI信号长距离传输。
其用四对差分线的差模电压传输媒体数据，用一对差分线的共模电压传输显示器标识数据、信号源切换数据这些控制数据，用另一对差分线的共模电压传输通讯数据，用其余两对差分线的共模电压传输电能，从而实现了将通讯数据、多种控制数据、电能和媒体数据共线传输，使每台从机300和主机100仅需一条网线连接，大大方便了布线，节约了成本。
从机300具有显示器标识数据传输功能和显示器热插拔监控功能，当更换显示器后，从机300可以通过共模电压将显示器标识数据上传给主机100，从而使得主机100能够调整媒体数据的分辨率，使之与显示器相适应，从而获得最佳显示效果。
不但可以在主机100控制切换HDMI信号源，而且可以在从机300控制切换HDMI信号源。
主机100和所有的从机300采用同一个电源供电。
上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分布式HDMI矩阵设备，其特征在于，包括主机(100)和多个从机(300)，所述多个从机(300)各自通过一条网线(200)连接于所述主机(100)，
所述主机(100)包括：
用于将媒体数据加载于主机网线端口(150)的第一网络变压器(140)；及
连接于所述第一网络变压器(140)的第一线圈的中间抽头的控制数据接收单元(160)；
所述从机(300)包括：
用于从从机网线端口(310)接收媒体数据的第二网络变压器(320)；及
连接于所述第二网络变压器(320)的第一线圈的中间抽头的控制数据发送单元(360)。
2.根据权利要求1所述的分布式HDMI矩阵设备，其特征在于，所述控制数据发送单元(360)包括：
用于发送显示器标识数据的第一子单元(361)；
用于发送信号源切换数据的第二子单元(362)；
用于将所述第一子单元(361)和所述第二子单元(362)分时连接于所述第二网络变压器(320)的第一线圈的中间抽头的第一时分复用器(363)；及
分别与所述从机的HDMI输出端口(340)和所述第一时分复用器(363)相连，用于热插拔检测并控制所述第一时分复用器(363)的第一控制器(364)。
3.根据权利要求2所述的分布式HDMI矩阵设备，其特征在于，所述第一控制器(364)被构造为：当检测到热插拔信号时，控制所述第一时分复用器(363)将所述第一子单元(361)与所述第二网络变压器(320)的第一线圈的中间抽头接通；当未检测到热插拔信号时，控制所述第一时分复用器(363)将所述第二子单元(362)与所述第二网络变压器(320)的第一线圈的中间抽头接通。
4.根据权利要求1所述的分布式HDMI矩阵设备，其特征在于，所述主机(100)还包括连接于所述第一网络变压器(140)的第二线圈的中间抽头的第一通讯单元(170)，所述从机(300)还包括连接于所述第二网络变压器(320)的第二线圈的中间抽头的第二通讯单元(350)。
5.根据权利要求4所述的分布式HDMI矩阵设备，其特征在于，
所述第一通讯单元(170)包括：
用于发送通讯数据的第一发送子单元(171)；
用于接收通讯数据的第一接收子单元(172)；
用于将所述第一发送子单元(171)和所述第一接收子单元(172)分时连接于所述第一网络变压器(140)的第二线圈的中间抽头的第二时分复用器(173)；及
用于控制所述第二时分复用器(173)的第二控制器(174)；
所述第二通讯单元(350)包括：
用于发送通讯数据的第二发送子单元(351)；
用于接收通讯数据的第二接收子单元(352)；
用于将所述第二发送子单元(351)和所述第二接收子单元(352)分时连接于所述第二网络变压器(320)的第二线圈的中间抽头的第三时分复用器(353)；及
用于控制所述第三时分复用器(353)的第三控制器(354)。
6.根据权利要求5所述的分布式HDMI矩阵设备，其特征在于，所述第二控制器(174)被构造为：每隔设定的时间将所述第一发送子单元(171)与所述第一网络变压器(140)的第二线圈的中间抽头接通，通讯数据发送完成后将所述第一接收子单元(172)与所述第一网络变压器(140)的第二线圈的中间抽头接通。
7.根据权利要求5所述的分布式HDMI矩阵设备，其特征在于，所述第三控制器(354)被构造为：默认将所述第二接收子单元(352)与所述第二网络变压器(320)的第二线圈的中间抽头接通，当收到发送请求时，将所述第二发送子单元(351)与所述第二网络变压器(320)的第二线圈的中间抽头接通。
8.根据权利要求1所述的分布式HDMI矩阵设备，其特征在于，所述主机(100)的电源端连接于所述第一网络变压器(140)的第三线圈的中间抽头，所述主机(100)的地端连接于所述第一网络变压器(140)的第四线圈的中间抽头，所述从机(300)的电源端连接于所述第二网络变压器(320)的第三线圈的中间抽头，所述从机(300)的地端连接于所述第二网络变压器(320)的第四线圈的中间抽头。
9.根据权利要求1所述的分布式HDMI矩阵设备，其特征在于，所述主机(100)还包括：
用于连接外部控制装置(400)的控制端口(190)；及
分别与所述控制端口(190)和交叉切换器(130)相连，用于所述外部控制装置(400)控制所述交叉切换器(130)的第四控制器(180)。
10.根据权利要求1所述的分布式HDMI矩阵设备，其特征在于，所述主机(100)包括四个HDMI输入端口(110)和四个网线端口。
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CN101426120A (zh) * 2008-10-23 2009-05-06 宁波奥科电子技术有限公司 用单根以太网电缆延展hdmi和/或dvi接口连接长距离的方法
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