CN117041466A - 一种双向传输电路 - Google Patents

Abstract

本申请是申请号为“202310879024.8”，申请日为“2023.07.18”，名称为“一种高速和低速复合的音视频双向传输系统”的发明专利的分案申请。本发明提供了一种双向传输电路，包括设置在发送器侧的高速驱动器、第一低速发送电路、第一低通滤波共模恢复电路和第一低速接收电路，以及设置在接收器侧的高通滤波器、高速接收器、第二低速发送电路、第二低通滤波共模恢复电路和第二低速接收电路。本发明可以用于音视频信号和控制系统的实现集成、延长、分配和优化，最大限度提高特性；可有效适用于以双绞线/车载线缆等为传输介质的超高清音视频传输。

Description

一种双向传输电路

本申请是申请号为“202310879024.8”，申请日为“2023.07.18”，名称为“一种高速和低速复合的音视频双向传输系统”的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及音视频传输技术领域，具体涉及一种双向传输电路。

背景技术

在音视频传输领域中，标准传输接口需要配合标准线缆使用。标准接口一般由主通路和辅助通路组成，主通路和辅助通路是相互独立的，分布在特定线缆中不同的线束上。主通路用来传输音视频数据，辅助通路用来传输控制信号和辅助数据。辅助通路用来完成上下游芯片的信息交互。采用主通路和辅助通路配合的传输方式，其优点是系统结构清晰，实现起来比较简单，缺点是需要更多的线缆，成本显著增加，同时也限定了传输线缆的类别。在采用双绞线、车载线传输的场景下，没有辅助通路，上下游芯片无法进行通信和监测。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种双向传输电路。

为实现上述目的，本发明提供了一种双向传输电路，包括设置在发送器侧的高速驱动器、第一低速发送电路、第一低通滤波共模恢复电路和第一低速接收电路，以及设置在接收器侧的高通滤波器、高速接收器、第二低速发送电路、第二低通滤波共模恢复电路和第二低速接收电路，所述高速驱动器用以与发送器的高速发送模块连接，所述第一低速发送电路用以与发送器的第一低速发送模块连接，所述第一低速接收电路用以与发送器的第一低速接收模块连接，所述高速接收器用以与接收器的高速接收模块连接，所述第二低速发送电路用以与接收器的第二低速发送模块连接，所述第二低速接收电路用以与接收器的第二低速接收模块连接；

所述双向传输电路在传输信道上具有全双工模式和半双工模式；

当发送器向接收器发送数据时：

在半双工模式下，所述高速驱动器的输出处于高阻状态，所述第一低速发送电路、第二低通滤波共模恢复电路、第二低速接收模块处于工作状态，所述第二低速发送电路、第一低通滤波共模恢复电路、第一低速接收电路处于关闭状态，所述第一低速发送电路用以将第一低速发送模块输出的低速数字信号转换成低速模拟信号，同时对低速模拟信号的斜率经行控制，然后通过差分线将低速模拟信号发出；所述第二低通滤波共模恢复电路用以从差分线上接收第一低速发送电路发送的低速模拟信号，并发送至第二低速接收电路，所述第二低速接收电路用以将其接收的模拟信号转换成低速数字信号，并发送至第二低速接收模块；

在全双工模式下，所述高速驱动器、高通滤波器、高速接收器、第二低速发送电路、第一低通滤波共模恢复电路、第一低速接收电路处于工作状态，所述第一低速发送电路、第二低通滤波共模恢复电路、第二低速接收模块处于关闭状态，所述高速驱动器用以将高速发送模块输出的高速数字信号转换成高速模拟信号，同时对高速模拟信号进行整形和调幅；所述高通滤波器用以差分线上对叠加的低速信号进行滤除，以获得高速模拟信号，并发送至高速接收器；所述高速接收器用以将接收的高速模拟信号转换成高速数字信号，并发送至高速接收模块；

当接收器对发送器发送的数据进行响应时，所述第二低速发送电路、第一低通滤波共模恢复电路、第一低速接收电路处于工作状态，所述第一低速发送电路、第二低通滤波共模恢复电路、第二低速接收模块处于关闭状态，所述第二低速发送电路用以将第二低速发送模块输出的低速数字信号转换成低速模拟信号，同时对低速模拟信号的斜率经行控制，然后通过差分线将低速模拟信号发出；所述第一低通滤波共模恢复电路用以恢复差分线上的低频分量，以将低速模拟信号从高速模拟信号中分离出来，并发送至第一低速接收电路，所述第一低速接收电路用以将其接收的低速模拟信号转换成低速数字信号，并发送至第一低速接收模块。

有益效果：本发明采用辅助数据组包、多种低速协议数据复合嵌入以及固定速率链路的兼容解决方案，实现了在高速超高清音视频通路上传输辅助数据，最大程度上减小线束对，完成上下游芯片的实时通信；发送器在高速信号中嵌入辅助数据和低速协议数据，接收器反馈的辅助数据采用差模回传及干扰消除等技术，将应答数据反馈给发送器，该双向传输方案可以兼容多种低速标准协议的叠加，例如I2C、UART、IR等；本发明可以用于音视频信号和控制系统的实现集成、延长、分配和优化，最大限度提高特性；可有效适用于以双绞线/车载线缆等为传输介质的超高清音视频传输。

附图说明

图1是一种高速和低速复合的音视频双向传输系统的原理框图；

图2是本发明实施例的双向传输电路的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例的一种高速和低速复合的音视频双向传输系统，包括发送器1和接收器2，其中，发送器1和接收器2配合设有双向传输电路，双向传输电路具有由发送器1至接收器2传输方向的高速通道和双向的低速通道两种信道，其中，该系统在正常工作时，双向传输电路的在传输信道上表现为全双工模式，在全双工模式下：

发送器1用以接收标准协议的音视频数据和生成辅助数据，并对标准协议音视频数据进行处理，并在处理后与辅助数据一同处理成高速包数据，然后经由双向传输电路的高速通道发送至接收器2。

接收器2用以接收发送器1发送的音视频数据和辅助数据，并对接收的音视频数据和辅助数据分别进行处理，以将接收的音视频数据恢复成标准协议的音视频数据，然后发送给下游的标准协议设备。同时依据对辅助数据的处理结果和内容生成反馈的辅助数据，并将反馈的辅助数据处理成低速包数据，然后经由双向传输电路的低速通道将发送至发送器1。

发送器1还用以接收接收器2发送的反馈的辅助数据，并对其接收的反馈的辅助数据进行处理，以获得反馈的辅助数据。

该系统在启动或模式切换控制时，双向传输电路的信道表现为半双工模式，在半双工模式下：

发送器1用以生成辅助数据，并将辅助数据处理成低速包数据，然后由双向传输电路的低速通道发送至接收器2。

接收器2对接收的辅助数据进行处理，依据对辅助数据的处理结果和内容生成反馈的辅助数据，并将反馈的辅助数据处理成低速包数据，然后经由双向传输电路的低速通道将发送至发送器1。

本发明实施例的发送器1包括标准协议音视频数据接收模块101、第一视频处理模块102、第一音频处理模块103、第一辅助数据处理模块106、高速组包组帧模块104、高速发送模块105、第一低速发送模块107和第一低速接收模块108。

其中，标准协议音视频数据接收模块101用以接收外部输入的标准协议的音视频信号，并对标准协议的音视频信号进行解析处理，以获得视频数据和音频数据，然后分别发送给第一视频处理模块102和第一音频处理模块103。

第一视频处理模块102用以将标准协议音视频数据接收模块101解析出的视频数据恢复成标准格式和数据，然后对标准格式和数据进行视频处理，并将视频处理后的数据发送给高速组包组帧模块104。具体的，此处的视频处理包括视频压缩和视频缩小等。

第一音频处理模块103用以将标准协议音视频数据接收模块101解析出的音频数据恢复成连续的码流，同时生成音频时钟，并发送给高速组包组帧模块104。

第一辅助数据处理模块106用以依据当前的状态生成辅助数据，或者对接收器2发送的反馈的辅助数据进行响应，并在全双工模式下将辅助数据转化成适用于高速组包组帧模块104的数据包，在半双工模式下将辅助数据转化成适用于第一低速发送模块107的数据包。

高速组包组帧模块104用以在全双工模式下接收第一视频处理模块、第一音频处理模块和辅助数据处理模块发送的数据，并按照具体的数据包结构和数据帧结构对其接收的数据进行组包和组帧形成高速包数据。

高速发送模块105用以接收高速组包组帧模块104发送的数据进行冗余检验、加扰和编码，然后发送至双向传输电路，以通过双向传输电路的高速通道发送至接收器2。需要说明的是，高速发送模块105输出的是高速数字信号，双向传输电路会先将高速数字信号转换成高速模拟信号，以高速模拟信号的形式发送至接收器2。

第一低速发送模块107用以在半双工模式下对接收第一辅助数据处理模块106输出的数据进行编码，然后发送至双向传输电路，以通过双向传输电路的低速通道发送至接收器2。同样，第一低速发送模块107输出的是低速数字信号，双向传输电路会先将低速数字信号转换成低速模拟信号，以低速模拟信号的形式发送至接收器2。

第一低速接收模块108用以从双向传输电路的低速通道接收反馈的辅助数据，并对其接收的反馈的辅助数据进行处理，然后发送至第一辅助数据处理模块106。

本发明实施例的接收器2包括高速接收模块201、第二视频处理模块202、第二音频处理模块203、标准协议组包组帧模块204、标准协议音视频数据发送模块205、第二低速接收模块206、第二辅助数据处理模块207和第二低速发送模块208。

其中，高速接收模块201用以在全双工模式下从双向传输电路的高速通道接收数据，并根据数据帧结构和数据包结构对接收的数据进行解码、解扰、校验，以解析获得视频数据、音频数据和辅助数据。需要说明的是，高速接收模块201从双向传输电路的高速通道接收的数据已经被双向传输电路恢复成高速数字信号，从而使高速接收模块201可对其接收的数据进行处理。

第二视频处理模块202用以将高速接收模块1解析获得的视频数据恢复成标准视频格式和数据，然后对标准格式和数据进行视频处理，并发送至标准协议组包组帧模块204。此处的视频处理包括视频解压缩和视频放大等。

第二音频处理模块203用以将高速接收模块201解析获得的音频数据恢复成连续的码流，同时生成音频时钟，然后发送至标准协议组包组帧模块204。

标准协议组包组帧模块204用以将第二视频处理模块202和第二音频处理模块203输出的数据按照标准协议要求进行组包和组帧，然发送至标准协议音视频数据发送模块205。

标准协议音视频数据发送模块205用以将标准协议组包组帧输出的数据进行纠错检验、加扰和编码，然后发送至下游的标准协议设备。

第二低速接收模块206用以在半双工模式下从双向传输电路的低速通道接收数据，按照约定的解码方式对接收到的数据进行解码，以获得在半双工模式下发送器发送的辅助数据。同样，第二低速接收模块206从双向传输电路的低速通道接收的数据也已经被双向传输电路恢复成高速数字信号，从而使第二低速接收模块206可对其接收的数据进行处理。

第二辅助数据处理模块207用以接收高速接收模块201(全双工模式)和第二低速接收模块206(半双工模式)输出的辅助数据，然后对接收到的辅助数据进行识别和处理，并根据处理的结果和内容生成反馈的辅助数据。并将反馈的辅助数据发送至第二低速发送模块208。

第二低速发送模块208用以对第二辅助数据处理模块输出的反馈的辅助数据进行编码，然后发送至双向传输电路，以通过双向传输电路的低速通道将反馈的辅助数据发送至发送器1。具体的，标准协议音视频数据接收模块101、标准协议组包组帧模块204和标准协议音视频数据发送模块205支持DP、HDMI、MIPI等协议，高速发送模块105和高速接收模块201支持DP、HDMI2.1的FRL等协议，传输速率在1.62Gbps以上，现有技术中主要用来传输音视频数据。第一低速发送模块107、第一低速接收模块108、第二低速接收模块206、第二低速发送模块208包括低速I2C、UART、SPI、IR等协议模块，传输速度一般在60Mbps以下，现有技术中主要传输辅助数据和低速协议。

本发明实施例的发送器1还包括第一低速协议嵌入模块109，第一低速协议嵌入模块109用以在全双工模式下接收外部输入的若干种低速协议数据，上述低速协议数据包括I2C、UART、IR协议数据中的一种或任意组合。第一低速协议嵌入模块109并将其接收的若干种低速协议数据同步到高速通道所在的时钟域，然后采用特定的编码方式处理成适用于高速发送模块105的包结构，高速发送模块105将编码处理后的数据嵌入数据流中，并通过双向传输电路的高速通道发送至高速接收模块201。高速接收模块201还用以在全双工模式下对其接收的数据解析获得若干种低速协议数据。接收器2还包括第一低速协议提取模块209，第一低速协议提取模块209用以对高速接收模块解析获得的若干种低速协议数据进行解码，以获得若干种独立的低速协议数据，并将各个独立的低速协议数据输出至不同的外设。

本发明实施例的接收器2还包括第二低速协议嵌入模块210和低速组包组帧模块211。其中，第二低速协议嵌入模块210用以在全双工模式下接收外部输入的若干种低速协议数据，并将其接收的若干种低速协议数据同步到低速通道所在的时钟域，然后采用特定的编码方式处理成适用于第二低速发送模块208的包结构。低速组包组帧模块211用以将第二辅助数据处理模块207输出的反馈的辅助数据和第二低速协议嵌入模块210输出的编码处理后的若干种低速协议数据进行组包和组帧，然后发送至第二低速发送模块207，以将反馈的辅助数据和若干种低速协议数据通过双向传输电路的低速通道发送至第一低速接收模块108。发送器1还包括低速解包解帧模块110和第二低速协议提取模块111。其中，低速解包解帧模块110用以对第一低速接收模块收108到的反馈的辅助数据和若干种低速协议数据进行解包处理。第二低速协议提取模块111用以对低速解包解帧模块110输出的若干种低速协议数据进行解包处理，以获得若干种独立的低速协议数据，并将各个独立的低速协议数据输出至不同的外设。由此可实现低速协议数据的双向传输，简化系统控制的复杂度。

需要另外说明的是，上述的模式切换是指由半双工模式到全双工模式的切换，也就是控制发送器1和接收器2内的相关模块的开启和关闭。发送器1作为控制端，发送器1和接收器2在半双工模式下完成必要的配置和建链后，那么需要进行模式切换；由发送器1的第一辅助数据模块106向接受器2发送辅助数据(包含模式切换命令)，第二辅助数据处理模块207接收到模式切换命令后，将关闭和开启接收器2的相应模块；接收器2首先完成模式切换，然后将反馈的辅助数据(包含模式切换完成的信息)传递给第一辅助数据处理模块106，第一辅助数据处理模块106接收到接收器2模式切换完成的信息后，就会切换发送器1的模式，关闭和开启发送器1相应的模块。此时，完成了半双工模式到全双工模式的切换。同时，接收器2也可以作为控制端，过程和上面类似，在接收器2作为控制端，发送器1先完成模式切换，然后接收器2再完成模式切换。

具体的，在半双工状态下各个模块的开启和关闭情况如下：第一辅助数据处理模块106、第一低速发送模块107、第一低速接收模块108、低速解包解帧模块110、第二低速接收模块206、第二辅助数据处理模块207、低速组包组帧模块211和第二低速发送模块208处于开启状态，其余模块均处于关闭状态。在全双工状态下各个模块的开启和关闭情况如下：第一低速发送模块107和第二低速接收模块206均处于关闭状态，其余模块均处于开启状态。

参见图2，本发明实施例的双向传输电路包括设置在发送器1侧的高速驱动器112、第一低速发送电路113、第一低通滤波共模恢复电路114和第一低速接收电路115，以及设置在接收器2侧的高通滤波器212、高速接收器213、第二低速发送电路214、第二低通滤波共模恢复电路215和第二低速接收电路216。高速驱动器112用以与高速发送模块105连接，第一低速发送电路113用以与第一低速发送模块107连接，第一低速接收电路115用以与第一低速接收模块108连接，高速接收器2013用以与高速接收模块201连接，第二低速发送电路214用以与第二低速发送模块208连接，第二低速接收电路2016用以与第二低速接收模块206连接。上述高速驱动器112、第一低速发送电路113、第一低通滤波共模恢复电路114、高通滤波器212、第二低速发送电路214和第二低通滤波共模恢复电路215均连接在一对差分线上，如双绞线或车载线缆。

当发送器向接收器发送数据时：

在半双工模式下，高速驱动器112的输出处于高阻(关闭)状态，第一低速发送电路113、第二低通滤波共模恢复电路215、第二低速接收模块216处于工作状态，第二低速发送电路214、第一低通滤波共模恢复电路114、第一低速接收电路115处于关闭状态，第一低速发送电路113用以将第一低速发送模块107输出的低速数字信号转换成低速模拟信号，同时对低速模拟信号的斜率经行控制，然后通过差分线将低速模拟信号发出。第二低通滤波共模恢复电路215用以从差分线上接收第一低速发送电路113发送的低速模拟信号，并发送至第二低速接收电路216，第二低速接收电路216用以将其接收的模拟信号转换成低速数字信号，并发送至第二低速接收模块206。

在全双工模式下，高速驱动器112、高通滤波器212、高速接收器213、第二低速发送电路214、第一低通滤波共模恢复电路114、第一低速接收电路115处于工作状态，第一低速发送电路113、第二低通滤波共模恢复电路215、第二低速接收模块216处于关闭状态。高速驱动器112用以将高速发送模块输出的高速数字信号转换成高速模拟信号，同时对高速模拟信号进行整形和调幅。高通滤波器212用以差分线上对叠加的低速信号进行滤除，以获得高速模拟信号，并发送至高速接收器213。高速接收器213用以将接收的高速模拟信号转换成高速数字信号，并发送至高速接收模块201。

当接收器2对发送器1发送的数据进行响应时：

第二低速发送电路214、第一低通滤波共模恢复电路114、第一低速接收电路115处于工作状态，第一低速发送电路113、第二低通滤波共模恢复电路215、第二低速接收模块216处于关闭状态。第二低速发送电路214用以将第二低速发送模块208输出的低速数字信号转换成低速模拟信号，同时对低速模拟信号的斜率经行控制，然后通过差分线将低速模拟信号发出。第一低通滤波共模恢复电路114用以恢复差分线上的低频分量，以将低速模拟信号从高速模拟信号中分离出来，并发送至第一低速接收电路115，第一低速接收电路115用以将其接收的低速模拟信号转换成低速数字信号，并发送至第一低速接收模块107。期间，高速驱动器112、高通滤波器212、高速接收器213也处于工作状态，发送器1在接收接收器2发送的反馈的辅助数据的同时，可同步向接收器2发送高速数据，接收器2在发送的反馈的辅助数据的同时，也可同步接收发送器1发送的高速数据。另外，各个模块及电路的开启与关闭可通过软件进行控制。上述第一低速发送电路113、第一低通滤波共模恢复电路114、第一低速接收电路115、第二低速发送电路214、第二低通滤波共模恢复电路215、第二低速接收模块216优选能够同时支持共模复合方式和差分复合方式，可根据实际需求选择相应的方式。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干种改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种双向传输电路，其特征在于，包括设置在发送器侧的高速驱动器、第一低速发送电路、第一低通滤波共模恢复电路和第一低速接收电路，以及设置在接收器侧的高通滤波器、高速接收器、第二低速发送电路、第二低通滤波共模恢复电路和第二低速接收电路，所述高速驱动器用以与发送器的高速发送模块连接，所述第一低速发送电路用以与发送器的第一低速发送模块连接，所述第一低速接收电路用以与发送器的第一低速接收模块连接，所述高速接收器用以与接收器的高速接收模块连接，所述第二低速发送电路用以与接收器的第二低速发送模块连接，所述第二低速接收电路用以与接收器的第二低速接收模块连接；

所述双向传输电路在传输信道上具有全双工模式和半双工模式；

当发送器向接收器发送数据时：

在半双工模式下，所述高速驱动器的输出处于高阻状态，所述第一低速发送电路、第二低通滤波共模恢复电路、第二低速接收模块处于工作状态，所述第二低速发送电路、第一低通滤波共模恢复电路、第一低速接收电路处于关闭状态，所述第一低速发送电路用以将第一低速发送模块输出的低速数字信号转换成低速模拟信号，同时对低速模拟信号的斜率经行控制，然后通过差分线将低速模拟信号发出；所述第二低通滤波共模恢复电路用以从差分线上接收第一低速发送电路发送的低速模拟信号，并发送至第二低速接收电路，所述第二低速接收电路用以将其接收的模拟信号转换成低速数字信号，并发送至第二低速接收模块；

在全双工模式下，所述高速驱动器、高通滤波器、高速接收器、第二低速发送电路、第一低通滤波共模恢复电路、第一低速接收电路处于工作状态，所述第一低速发送电路、第二低通滤波共模恢复电路、第二低速接收模块处于关闭状态，所述高速驱动器用以将高速发送模块输出的高速数字信号转换成高速模拟信号，同时对高速模拟信号进行整形和调幅；所述高通滤波器用以差分线上对叠加的低速信号进行滤除，以获得高速模拟信号，并发送至高速接收器；所述高速接收器用以将接收的高速模拟信号转换成高速数字信号，并发送至高速接收模块；

当接收器对发送器发送的数据进行响应时，所述第二低速发送电路、第一低通滤波共模恢复电路、第一低速接收电路处于工作状态，所述第一低速发送电路、第二低通滤波共模恢复电路、第二低速接收模块处于关闭状态，所述第二低速发送电路用以将第二低速发送模块输出的低速数字信号转换成低速模拟信号，同时对低速模拟信号的斜率经行控制，然后通过差分线将低速模拟信号发出；所述第一低通滤波共模恢复电路用以恢复差分线上的低频分量，以将低速模拟信号从高速模拟信号中分离出来，并发送至第一低速接收电路，所述第一低速接收电路用以将其接收的低速模拟信号转换成低速数字信号，并发送至第一低速接收模块。