CN118101892A - 一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，包括：输入盒子与输出盒子；所述输入盒子一端通过连接线与主机连接，另一端通过网络交换机与输出盒子的一端之间连接；所述输出盒子的另一端与外围设备通过连接线连接。本发明采用了输入输出分离的方法，在输入输出盒子上分别集成各自端需要的功能。不仅能实现数量上的自由扩展和使用空间上的大范围分布，并且单一输入或者输出盒子发生故障不会影响其他盒子的工作，还能为各个操作人员之间的坐席协作提供硬件基础，且故障率低，稳定。
Description
技术领域
本发明涉及信号传输领域，尤其涉及一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置。
背景技术
随着计算机技术以及网络化技术的迅猛发展，许多现代化的数据中心、指挥中心、运营中心等场所都需要以音视频的良好传输为基础。且这些场景所需求的应用规模也越来越大。并且这些大范围大规模的应用往往需要各个操作人员之间进行信息共享和管理协作。传统的KVM设备在大范围应用中无法保证多个设备音视频信号传输的稳定性，且往往还伴随着反方向的键鼠信号传输，稳定性更加无法保证。而随着需要扩展的数量不断增加，带来的负载压力也越大。传统集中式的KVM也无法提供各个操作人员之间的坐席协作。例如，城市的交通指挥中心需要各个岗位上的操作人员进行实时的数据共享，必要时需要各个岗位上的人进行协作，传统的集中式KVM设备无法提供这种功能。现在分布式技术正在迅速发展和应用，分布式架构在可扩展度、使用性能和容错能力上都具有很好的效果。又比如监控系统，需要对分布在各个区域的监控画面进行采集，这也需要分布式的设备才能完成。现有的分布式传输装置，往往无法兼顾音频信号、视频信号和键鼠信号的共同传输，且应用场合有限。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，将输入输出分离设计成为两个盒子，将其近似为分布式网络中的节点，实现设备的扩展和分布。
本发明装置具体包括：
输入盒子与输出盒子；
所述输入盒子一端通过连接线与主机连接，另一端通过网络交换机与输出盒子的一端之间连接；
所述输出盒子的另一端与外围设备通过连接线连接。
进一步地，所述输入盒子一端通过连接线与主机连接，另一端通过网络交换机与输出盒子的一端之间连接；所述输出盒子的另一端与外围设备通过连接线连接。
进一步地，所述输入盒子包括：第一主控MCU和第一以太网收发器和相应的信号传输电路。
进一步地，所述主机通过视频连接线与第一主控MCU连接，通过视频采集发送电路采集与发送视频信号；所述第一主控MCU与键盘鼠标模拟控制器电性连接；所述键盘鼠标模拟控制器与主机通过USB接口连接。
进一步地，所述第一以太网收发器与网络交换机通过网线连接。
进一步地，所述输出盒子包括：第二以太网收发器、第二主控MCU和相应的信号传输电路。
进一步地，所述第二以太网收发器与所述网络交换机通过网线连接。
进一步地，所述第二主控MCU通过视频连接线与外围设备显示器连接；所述第二主控MCU通过音频连接线与外围设备耳机连接；所述第二主控MCU通过USB接口采集键盘鼠标信号。
进一步地，所述视频采集发送电路包括视频采集芯片及其外围电路；视频采集芯片采集由视频连接线传输的视频信号，并将其转换为MIPI差分信号后，传输至第一主控MCU。
进一步地，所述第一主控MCU通过第一键鼠数据接收与发送电路完成键鼠数据的收发，具体地，第一键鼠数据接收与发送电路接收第二主控MCU的键鼠数据，并将其转换为USB接口能识别的信号，再将该信号传输至主机。
所述第二主控MCU通过第二键鼠数据接收与发送电路完成键鼠数据的收发，具体地，第二键鼠数据接收与发送电路接收外部USB设备的键鼠数据，并将其发送至第一主控MCU。
本发明提供的有益效果是：
(1)针对常规方案成本较高，开发周期长等问题，本发明采用一系列专用芯片代替常规方案，本方案集成度高，系统容错率大大增加，故障率由此降低，相对成本也更低，开发流程更加简单明了，所需开发周期更短；
(2)针对传统KVM切换器无法适用大范围分布式的应用场景，采用了输入输出分离的方法，在输入输出盒子上分别集成各自端需要的功能。不仅能实现数量上的自由扩展和使用空间上的大范围分布，并且单一输入或者输出盒子发生故障不会影响其他盒子的工作，还能为各个操作人员之间的坐席协作提供硬件基础；
(3)电路设计标准规范化，对于视频传输等关键信号电路，进行了严格的阻抗控制。且不涉及到信号的多级转换，进一步保证了信号的稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置的结构示意图；
图2是本发明视频采集发送电路原理示意图；
图3是本发明第一键鼠数据接收与发送电路原理示意图；
图4是本发明第二键鼠数据接收与发送电路原理示意图；
图5是本发明音频传输电路原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，图1是本发明装置结构示意图；
本发明提供了一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，包括：。
输入盒子与输出盒子；
所述输入盒子一端通过连接线与主机连接，另一端通过网络交换机与输出盒子的一端之间连接；
所述输出盒子的另一端与外围设备通过连接线连接。
所述输入盒子一端通过连接线与主机连接，另一端通过网络交换机与输出盒子的一端之间连接；
所述输出盒子的另一端与外围设备通过连接线连接。
所述输入盒子包括：第一主控MCU、第一以太网收发器和相应的信号传输电路。需要说明的是，这里的信号传输电路为现有技术，用于实现第一主控MCU与第一以太网收发器之间的信号传输。
所述主机通过视频连接线与第一主控MCU连接，通过视频采集发送电路采集与发送视频信号；所述第一主控MCU与键盘鼠标模拟控制器电性连接；所述键盘鼠标模拟控制器与主机通过USB接口连接。
所述第一以太网收发器与网络交换机通过网线连接。
所述输出盒子包括：第二以太网收发器、第二主控MCU和相应的信号传输电路。需要说明的是，这里的信号传输电路为现有技术，用于实现第二主控MCU与第二以太网收发器之间的信号传输。
所述第二以太网收发器与所述网络交换机通过网线连接。
所述第二主控MCU通过视频连接线与外围设备显示器连接；所述第二主控MCU通过音频连接线与外围设备耳机连接；所述第二主控MCU通过USB接口采集键盘鼠标信号。
所述视频采集发送电路包括视频采集芯片及其外围电路；视频采集芯片采集由视频连接线传输的视频信号，并将其转换为MIPI差分信号后，传输至第一主控MCU。
所述第一主控MCU通过第一键鼠数据接收与发送电路完成键鼠数据的收发，具体地，第一键鼠数据接收与发送电路接收第二主控MCU的键鼠数据，并将其转换为USB接口能识别的信号，再将该信号传输至主机。
所述第二主控MCU通过第二键鼠数据接收与发送电路完成键鼠数据的收发，具体地，第二键鼠数据接收与发送电路接收外部USB设备的键鼠数据，并将其发送至第一主控MCU。
作为一种实施例，请参考图2，图2是视频采集发送电路的原理示意图。图2中(a)为视频采集电路，(b)为视频发送电路。
视频采集发送电路包括LT6911C芯片及其外围电路，负责采集HDMI等接口传输过来的视频信号，并转换为MIPI差分信号传给主控(MCU)。输出端做了严格的阻抗匹配，差分对线宽5mil，阻抗控制在100欧姆左右。能极大限度的防止高频信号反射，降低干扰，保证视频质量。
请参考图3，图是第一键鼠数据接收与发送电路原理示意图。
第一键鼠数据接收与发送电路包括：CH9350L芯片及其外围电路。该电路主要负责接受输出盒子的键鼠数据并将其发送给主机。键鼠数据首先通过输出盒子传给输入盒子，经过核心板处理后转换为串口信号发给该芯片。然后该芯片将键鼠数据转换为USB接口能识别的DP、DM信号，通过USB接口传给主机，以此来达到给主机发送键鼠信号的效果。
作为一种实施例，所述第一主控MCU采用以HI3531DV200为主控芯片的核心板。核心板通过专用的板对板连接器与输入盒子底板相连，由芯片HI3531DV200最小系统、内存、FLASH和外扩接口组成。支持多协议视频编解码处理，能够对视频和图像进行多功能处理，包括裁剪、拼接和转换等。核心板主要负责接收视频和键鼠传输电路发送过来的信号并进行处理，然后通过与输出盒子连接的网络交换机推流给输出盒子。使用这种模块作为MCU的好处是方便后续的维护和升级。
输出盒子接受输入盒子传过来的音视频信号并进行解码和处理，最后输出给显示器呈现给操作人员。因为输出盒子端不再需要采集视频，因此这部分不需要额外设计电路，支持引出VGA和HDMI等接口进行输出即可。因为操作人员需要在输出盒子端使用键盘鼠标，因此设计了第二键鼠数据接收与发送电路，具体电路如图4所示。
所述第二键鼠数据接收与发送电路包括SP485芯片及其外围电路。
当输出盒子接通外部USB设备后，USB接口将TTL信号传给核心板，核心板在通过串口发送的方式将数据传给SP485芯片。最终再把键鼠数据传给输入盒子。因为SP485芯片只能工作于半双工的状态，因此可通过单片机的一个引脚进行收发控制。同时也设计了TP3232接收电路，可根据实际情况对通讯距离和速度的不同要求在485和232传输方式之间进行选择。
最后，考虑到实际应用中输出盒子会用到耳机麦克风等音频设备，因此本发明设计了音频输出电路，包括ES8388芯片及其外围电路。
请参考图5所示。ES8388是一种高性能、低功耗、低成本的音频编解码器。它由两路ADC，2通道DAC，话筒放大器、耳机放大器、数字音效、模拟混合和增益功能。音频信号采用IIS协议进行传输，LIN和RIN两个通道分别接收输出盒子核心板处理后的左右声道的音频信号，经过ES8388处理后通过LOUT和ROUT传给音频输出设备。
输出盒子的MCU部分与输入盒子相同，此处不作过多阐述。两个盒子的USB接口、VGA、HDMI接口和以太网口亦属常规接口电路，较为简单，此时也不作阐述。
最后，本发明提出的是一种实现音视频传输的分布式输入输出盒子装置，其中用来实现音视频传输的LT6911C、ES8388芯片可以采用ADI、TI、NXP等公司的音视频集成芯片；
本发明中输入输出盒子集成了音视频、键鼠传输的功能。也可根据实际使用的需求进行裁剪或继续集成其他的功能；
本发明中的MCU芯片随着软件的需求提升可以不断升级迭代，可以替换为其他厂家更高级的音视频处理芯片。如HI3516A芯片。
本发明的有益效果是：
(1)针对常规方案成本较高，开发周期长等问题，本发明采用一系列专用芯片代替常规方案，本方案集成度高，系统容错率大大增加，故障率由此降低，相对成本也更低，开发流程更加简单明了，所需开发周期更短；
(2)针对传统KVM切换器无法适用大范围分布式的应用场景，采用了输入输出分离的方法，在输入输出盒子上分别集成各自端需要的功能。不仅能实现数量上的自由扩展和使用空间上的大范围分布，并且单一输入或者输出盒子发生故障不会影响其他盒子的工作，还能为各个操作人员之间的坐席协作提供硬件基础；
(3)电路设计标准规范化，对于视频传输等关键信号电路，进行了严格的阻抗控制。且不涉及到信号的多级转换，进一步保证了信号的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，其特征在于：包括：
输入盒子与输出盒子；
所述输入盒子一端通过连接线与主机连接，另一端通过网络交换机与输出盒子的一端之间连接；
所述输出盒子的另一端与外围设备通过连接线连接。
2.如权利要求1所述的一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，其特征在于：所述输入盒子包括：第一主控MCU、第一以太网收发器和相应的信号传输电路。
3.如权利要求2所述的一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，其特征在于：所述主机通过视频连接线与第一主控MCU连接，通过视频采集发送电路采集与发送视频信号；所述第一主控MCU与键盘鼠标模拟控制器电性连接；所述键盘鼠标模拟控制器与主机通过USB接口连接。
4.如权利要求2所述的一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，其特征在于：所述第一以太网收发器与网络交换机通过网线连接。
5.如权利要求1所述的一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，其特征在于：所述输出盒子包括：第二以太网收发器、第二主控MCU和相应的信号传输电路。
6.如权利要求5所述的一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，其特征在于：所述第二以太网收发器与所述网络交换机通过网线连接。
7.如权利要求5所述的一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，其特征在于：所述第二主控MCU通过视频连接线与外围设备显示器连接；所述第二主控MCU通过音频连接线与外围设备耳机连接；所述第二主控MCU通过USB接口采集键盘鼠标信号。
8.如权利要求3所述的一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，其特征在于：所述视频采集发送电路包括视频采集芯片及其外围电路；视频采集芯片采集由视频连接线传输的视频信号，并将其转换为MIPI差分信号后，传输至第一主控MCU。
9.如权利要求3所述的一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，其特征在于：所述第一主控MCU通过第一键鼠数据接收与发送电路完成键鼠数据的收发，具体地，第一键鼠数据接收与发送电路接收第二主控MCU的键鼠数据，并将其转换为USB接口能识别的信号，再将该信号传输至主机。
10.如权利要求7所述的一种实现音视频和键鼠信号分布式传输的装置，其特征在于：所述第二主控MCU通过第二键鼠数据接收与发送电路完成键鼠数据的收发，具体地，第二键鼠数据接收与发送电路接收外部USB设备的键鼠数据，并将其发送至第一主控MCU。
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