TWI724385B - 通用序列匯流排介面的延伸設備 - Google Patents

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TWI724385B
TWI724385B TW108108671A TW108108671A TWI724385B TW I724385 B TWI724385 B TW I724385B TW 108108671 A TW108108671 A TW 108108671A TW 108108671 A TW108108671 A TW 108108671A TW I724385 B TWI724385 B TW I724385B
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許鴻亨
莊銘罡
林永峻
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Abstract

一種通用序列匯流排介面的延伸設備包括一發送裝置、一接收裝置以及一電信號網路電纜。發送裝置還包括一第一封包處理單元，其接收一第一介面封包並據以產生一原始資料；一第一暫存單元係暫存前述的原始資料；一第一資料轉換單元係依據原始資料而產生並輸出一網路封包信號。接收裝置還包括一第二資料轉換單元，其係接收網路封包信號並據以還原而產生原始資料；一第二暫存單元係暫存前述的原始資料；第二封包處理單元係接收原始資料，據以還原並產生第一介面封包。電信號網路電纜係電性連接於發送裝置與接收裝置之間，以傳輸網路封包信號。

Description

通用序列匯流排介面的延伸設備
本發明係關於一種延伸設備，特別關於一種通用序列匯流排介面的延伸設備。
隨著科技的發展，通用序列匯流排(Universal Serial Bus；USB)已廣泛地應用在人們的生活當中。通用序列匯流排連接於主機與周邊的電子裝置之間，用以進行主機與電子裝置之間的資料交換。通用序列匯流排已從過去USB 2.0、USB 3.0(或稱為USB 3.1 Gen 1)到目前較新的USB 3.1 Gen 2，而新的USB Type-C的連接器的功能也越來越多，除了傳輸功能外也有供電(power delivery；PD)的功能。
USB 3.0或USB 3.1 Gen1，其USB速率模式稱為「Super Speed」，是通用序列匯流排的第三個主要修訂版本。其主要技術標準有：支援全雙工，並採用發送列表區段來進行資料發送，理論上具有支援光纖傳輸的潛力，傳輸速率為5Gbit/s，理論資料傳輸速度為625MByte/S。USB 3.0的設計相容於USB 2.0與USB 1.1版本，並採用三級多層電源管理技術，可以為不同裝置提供不同的電源管理方案。
USB係使用差動訊號進行資料傳輸，以USB 2.0為例，如要達成480Mbps的傳輸速率，其傳輸的差動訊號運作頻率須為240MHz，而USB 3.0則需要2.5GHz的差動訊號頻率方能達成5Gbps傳輸速率。
但是目前市面上的USB 3.1 Type-C標準傳輸線長度一般均小於1.5公尺，依據USB開發者論壇(USB-IF)規範的USB 3.1 Type-C to Type-C傳輸線長度為小於等於2公尺，且串接數量限制至 多為4級，這樣的長度並無法符合長距離的需求，例如在大型的即時視訊會議場合中，攝影機與電腦或播放設備之間的距離常會大於USB規範的限制，而造成使用上的非常不便利。
因此，如何能延伸USB 3.1的傳輸距離，以進一步提升使用者使用USB裝置的便利性，實屬當前重要課題之一。
有鑑於上述不足，本發明之目的係提供一種通用序列匯流排介面的延伸設備，以大幅度的延長通用序列匯流排的傳輸距離。
為達上述目的，本發明係提供一種通用序列匯流排(USB)介面的延伸設備包括一發送裝置、一接收裝置以及一電信號網路電纜。發送裝置還包括一第一封包處理單元、一第一暫存單元及一第一資料轉換單元。第一封包處理單元係接收一第一介面封包，並據以產生一原始資料。第一暫存單元係電性連接於第一封包處理單元，並且暫存原始資料。第一資料轉換單元係電性連接於第一暫存單元，且第一資料轉換單元係依據原始資料而產生並輸出一網路封包信號。接收裝置還包括一第二資料轉換單元、一第二暫存單元及一第二封包處理單元。第二資料轉換單元係接收網路封包信號，並據以還原而產生原始資料。第二暫存單元係電性連接於第二資料轉換單元，並且暫存原始資料。第二封包處理單元係電性連接於第二暫存單元，且第二封包處理單元係接收原始資料，並據以還原並產生第一介面封包。電信號網路電纜係電性連接於發送裝置與接收裝置之間，以傳輸網路封包信號。
根據本發明之一實施例，其中第一資料轉換單元還包括一第一壓縮模組以及一第一網路封包處理模組。第一壓縮模組係依據一第一壓縮標準將原始資料轉換成一中繼壓縮資料。第一網路封包處理模組係依據中繼壓縮資料，並經由一除錯編碼程序後產生網路封包信號。
根據本發明之一實施例，其中第二資料轉換單元還包括一第二網路封包處理模組級一第二壓縮模組。第二網路封包 處理模組係接收網路封包信號，並經由除錯編碼程序後還原產生中繼壓縮資料。第二壓縮模組係依據第一壓縮標準將中繼壓縮資料轉換成原始資料。
根據本發明之一實施例，其中發送裝置係設置於一第一電子裝置中，而接收裝置係設置於一第二電子裝置中。
根據本發明之一實施例，其中電信號網路電纜係包含一非屏蔽雙絞線。
根據本發明之一實施例，其中第一介面封包係包含一即時影像資訊及/或一即時聲音資訊。
根據本發明之一實施例，其中該電信號網路電纜之長度大於5公尺。
根據本發明之一實施例，其中第一介面封包係符合USB 3.1規範之封包。
另外，為達上述目的，本發明另提供一種通用序列匯流排介面的延伸設備，其包括一發送裝置、一接收裝置以及一電信號網路電纜。發送裝置還包括一第一封包處理單元、一第一暫存單元及一第一資料轉換單元。第一封包處理單元係接收一第一介面封包，並據以產生一第一原始資料。第一暫存單元係電性連接於第一封包處理單元，並且暫存第一原始資料。第一資料轉換單元係電性連接於第一暫存單元，且第一資料轉換單元係依據第一原始資料而產生並輸出一第一網路封包信號。接收裝置還包括一第二資料轉換單元、一第二暫存單元及一第二封包處理單元。第二資料轉換單元係接收一第二網路封包信號，並據以轉換而產生一第二原始資料。第二暫存單元係電性連接於第二資料轉換單元，並暫存第二原始資料。第二封包處理單元係電性連接於第二暫存單元，且第二封包處理單元係接收第二原始資料，並據以產生一第二介面封包。電信號網路電纜係電性連接於發送裝置及接收裝置，以傳輸第一網路封包信號及第二網路封包信號。
根據本發明之一實施例，其中該發送裝置及該接收裝置係設置於一電子裝置中。
承上所述，本發明之通用序列匯流排介面的延伸設備係利用電信號網路電纜來延長傳輸距離。然而，由於通用序列匯流排的傳輸速率大於電信號網路電纜，因此藉由延伸設備的發送裝置及接收裝置來對欲傳輸的封包資料進行適當的處理，以使封包信號能夠順利傳輸。
10‧‧‧視訊會議系統
11‧‧‧顯示設備
12‧‧‧攝影設備
13、13’‧‧‧會議主機
131、131’‧‧‧進階精簡指令集處理器
20、30、40‧‧‧延伸設備
21、31、41‧‧‧發送裝置
211、411‧‧‧第一封包處理單元
212、412‧‧‧第一暫存單元
213、413‧‧‧第一資料轉換單元
2131‧‧‧第一壓縮模組
2132‧‧‧第一網路封包處理模組
22、32、42‧‧‧接收裝置
221、421‧‧‧第二資料轉換單元
2211‧‧‧第二網路封包處理模組
2212‧‧‧第二壓縮模組
222、422‧‧‧第二暫存單元
223、423‧‧‧第二封包處理單元
23、33、43‧‧‧電信號網路電纜
431‧‧‧端
61‧‧‧揚聲器
62‧‧‧麥克風
63‧‧‧攝影機
64‧‧‧鍵盤及滑鼠
65‧‧‧電腦
S01、S11‧‧‧第一介面封包
S02、S12‧‧‧原始資料
S021‧‧‧中繼壓縮資料
S03、S13‧‧‧網路封包信號
S21‧‧‧第二網路封包信號
S22‧‧‧第二原始資料
S23‧‧‧第二介面封包
第1圖係顯示依據本發明之通用序列匯流排介面的延伸設備之應用環境的示意圖。
第2圖係顯示依據本發明第一實施例之通用序列匯流排介面的延伸設備之架構示意圖。
第3圖係顯示依據本發明第二實施例之通用序列匯流排介面的延伸設備之架構示意圖。
第4圖係顯示依據本發明第三實施例之通用序列匯流排介面的延伸設備之架構示意圖。
以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。須說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示；且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。另外，以下實施例中，相同的元件將以相同的元件符號加以說明。
本發明之通用序列匯流排介面的延伸設備主要係應用於傳輸速率較快(頻寬較大)的USB 3.0以上的連接介面，用以延長其傳輸距離。
以下請同時參照第1圖及第2圖所示，在本發明第一實施例中，其應用環境例如是在一辦公樓裡的大型會議室進行視訊會議為例。視訊會議系統10具有一顯示設備11、一攝影設備12以及一會議主機13。各設備之間係以通用序列匯流排為連接介 面，在本實施例中，係以USB 3.1 Gen1介面為例。並且，以下係以攝影設備12與會議主機13之間的信號傳輸為例說明。
本發明第一實施例之一種通用序列匯流排介面的延伸設備20包括一發送裝置21、一接收裝置22以及一電信號網路電纜23。其中發送裝置21係電性連接於攝影設備12的USB連接端子，接收裝置22係電性連接於會議主機13的USB連接端子，而電信號網路電纜23係電性連接於發送裝置21與接收裝置22之間，且電信號網路電纜23之長度係介於5公尺至100公尺之間。另外，電信號網路電纜係包含非屏蔽雙絞線(Unshielded Twisted Pair；UTP)或六類雙絞線(Category 6 cable；CAT-6)。
發送裝置21包括一第一封包處理單元211、一第一暫存單元212及一第一資料轉換單元213。
第一封包處理單元211係接收由攝影設備12輸出之一第一介面封包S01，並據以產生一原始資料S02。其中原始資料S02例如係由攝影設備12擷取影像後所產生的原始影像。攝影設備12為了符合USB 3.1 Gen1的規範，會將原始影像編碼成符合規範的第一介面封包S01後再輸出，因此第一封包處理單元211即是對第一介面封包S01進行解碼以還原成原始資料S02。
於此要特別說明，第一介面封包S01可以包括USB視頻分類(USB video device class；UVC)及/或USB音頻分類(USB audio device class；UAC)，其係USB-IF所定義的基本協定及格式。換言之，攝影設備12所輸出的第一介面封包S01係可包括即時影像資訊及/或即時聲音資訊。
第一暫存單元212係電性連接於第一封包處理單元211。在本實施例中，第一暫存單元212係可為一緩衝器(buffer)，其係用以暫存原始資料S02。
第一資料轉換單元213係電性連接於第一暫存單元212。第一資料轉換單元213係依據原始資料S02而產生並輸出一網路封包信號S03至電信號網路電纜23。據此，第一資料轉換單元213之主要功能係將原始資料S02轉換成符合後續傳輸標準的網路封 包信號S03。
在本實施例中，第一資料轉換單元213還包括一第一壓縮模組2131以及一第一網路封包處理模組2132。第一壓縮模組2131係依據一第一壓縮標準將原始資料S02轉換成一中繼壓縮資料S021。第一網路封包處理模組2132係依據中繼壓縮資料S021並經由一除錯編碼程序後產生網路封包信號S03。
其中，第一壓縮標準例如為進階視訊標準(MPEG-4 Part 10,Advanced Video Coding；MPEG-4 AVC)或稱H.264，亦或是高效率視訊編碼(High Efficiency Video Coding；HEVC)或稱H.265。另外，第一網路封包處理模組2132所使用之除錯編碼程序，例如為前向誤差更正(forward error correction；FEC)或通道編碼(channel coding)，其是通過添加冗餘資訊的傳輸的演算法。
接收裝置22包括一第二資料轉換單元221、一第二暫存單元222及一第二封包處理單元223。
第二資料轉換單元221係透過電信號網路電纜23接收網路封包信號S03，並據以還原而產生原始資料S02。在本實施例中，第二資料轉換單元221係與第一資料轉換單元213類似，差別在於第二資料轉換單元221係執行第一資料轉換單元213的逆向轉換工程。
在本實施例中，第二資料轉換單元221還包括一第二網路封包處理模組2211以及一第二壓縮模組2212。第二網路封包處理模組2211係接收網路封包信號S03，並經由除錯編碼程序後產生中繼壓縮資料S021。第二壓縮模組2212係依據第一壓縮標準以將中繼壓縮資料S021經由解壓縮而轉換成原始資料S02。其中，除錯編碼程序以及第一壓縮標準皆與前述相同，於此不再加以贅述。
第二暫存單元222係電性連接於第二資料轉換單元221，並且暫存原始資料S02。在本實施例中，第二暫存單元222與第一暫存單元212相同，係可為緩衝器用以暫存原始資料S02。
第二封包處理單元223係電性連接於第二暫存單元222。第二封包處理單元223係接收原始資料S02，據以產生並輸出 第一介面封包S01至會議主機13。在本實施例中，第二封包處理單元223係對原始資料S02進行編碼，以產生符合USB 3.1 Gen1的規範的第一介面封包S01。
請再參照第3圖所示，其係顯示本發明第二實施例之通用序列匯流排介面的延伸設備30。延伸設備30包括一發送裝置31、一接收裝置32以及一電信號網路電纜33。其中，發送裝置31具有與前述第一實施例之發送裝置21相同的內部組成，而接收裝置32具有與前述第一實施例之接收裝置22相同的內部組成，於此將不再加以贅述。
與第一實施例的差異在於通用序列匯流排介面的延伸設備30之發送裝置31以及接收裝置32係分別內建於電子裝置中。例如發送裝置31係內建於會議主機13中，以與會議主機13的進階精簡指令集(Advanced RISC Machine；ARM)處理器131電性連接，而其他具有USB 3.0介面之電子裝置，例如揚聲器61、麥克風62、攝影機63或鍵盤及滑鼠64等則能夠直接電性連接於會議主機13的ARM處理器131。電子裝置所輸出的信號則能夠透過會議主機13的ARM處理器131再經由發送裝置31而輸出。
另外，接收裝置32係可內建於另一會議主機13’中，並與其ARM處理器131’電性連接。會議主機13’之ARM處理器131’則可以透過例如高畫質多媒體介面(high definition multimedia interface；HDMI)、通用序列匯流排或RJ45而與其他電子裝置(例如電腦65)電性連接。電信號網路電纜33則係電性連接於發送裝置31與接收裝置32之間。
接著，請再參照第4圖所示，以說明本發明第三實施例之通用序列匯流排介面的延伸設備。如第4圖所示，通用序列匯流排介面的延伸設備40係包括一發送裝置41、一接收裝置42以及一電信號網路電纜43。與前述第一實施例及第二實施例不同的是，本實施例之發送裝置41及接收裝置42係為一成組的設備，或係同時內建於同一電子裝置中。另外，電信號網路電纜43之一端431係與發送裝置41及接收裝置42電性連接，而電信號網路電纜43 之另一端係與其他的延伸設備之發送裝置及接收裝置電性連接(圖未示出)。舉例說明，位於不同會議室的會議主機皆可設置有發送裝置及接收裝置，而兩會議主機之間係由電信號電纜相互電性連接。
發送裝置41還包括一第一封包處理單元411、一第一暫存單元412及一第一資料轉換單元413。第一封包處理單元係由通用序列匯流排介面接收一第一介面封包S11，並據以產生一第一原始資料S12。第一暫存單元412係電性連接於第一封包處理單元411，並且暫存第一原始資料S12。第一資料轉換單元413係電性連接於第一暫存單元412，且第一資料轉換單元413係依據第一原始資料S12而產生並輸出一第一網路封包信號S13至電信號網路電纜43。其中，發送裝置41之內部組件之連接關係及功能係與前述實施例中之組件相同，故於此不再加以贅述。
接收裝置42還包括一第二資料轉換單元421、一第二暫存單元422及一第二封包處理單元423。第二資料轉換單元係經由電信號網路電纜43接收一第二網路封包信號S21，並據以轉換而產生一第二原始資料S22。第二暫存單元422係電性連接於第二資料轉換單元421，並暫存第二原始資料S22。第二封包處理單元423係電性連接於第二暫存單元422，且第二封包處理單元423係接收第二原始資料S22，並據以產生一第二介面封包S23而傳送至通用序列匯流排介面。
以下，再進一步說明第三實施例的延伸應用。除了上述舉例之兩會議主機皆設置有發送裝置及接收裝置，並透過電信號電纜相互連接之外，在靠近個別會議主機的電子裝置(例如攝影機或電腦)亦可分別裝設有通用序列匯流排介面的延伸設備的發送裝置及/或接收裝置。據此，將可使得USB 3.0(或稱USB 3.1 Gen1)介面的電子裝置之傳輸距離大幅度的延長。
綜上所述，本發明之通用序列匯流排的延伸設備係利用發送裝置將原本為USB 3.0介面的封包信號經過適當的信號轉換成為網路封包信號，而透過電信號電纜(例如CAT-6網路線) 而傳輸至另一端的接收裝置，再透過接收裝置將網路封包信號還原成USB 3.0介面的封包信號。據此可以透過電信號電纜達成約100公尺的信號傳輸，而且即時影像信號或即時聲音信號等需要較大頻寬的傳輸可以藉由通用序列匯流排的延伸設備完成較為即時的傳輸。
本發明符合發明專利之要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士，爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包括於以下之申請專利範圍內。
12‧‧‧攝影設備
13‧‧‧會議主機
20‧‧‧延伸設備
21‧‧‧發送裝置
211‧‧‧第一封包處理單元
212‧‧‧第一暫存單元
213‧‧‧第一資料轉換單元
2131‧‧‧第一壓縮模組
2132‧‧‧第一網路封包處理模組
22‧‧‧接收裝置
221‧‧‧第二資料轉換單元
2211‧‧‧第二網路封包處理模組
2212‧‧‧第二壓縮模組
222‧‧‧第二暫存單元
223‧‧‧第二封包處理單元
23‧‧‧電信號網路電纜
S01‧‧‧第一介面封包
S02‧‧‧原始資料
S021‧‧‧中繼壓縮資料
S03‧‧‧網路封包信號

Claims (10)

  1. 一種通用序列匯流排介面的延伸設備，包含：一發送裝置，包含；一第一封包處理單元，係接收符合USB介面規格之一第一介面封包，並據以產生一原始資料；一第一暫存單元，電性連接於該第一封包處理單元，該第一暫存單元係暫存該原始資料；及一第一資料轉換單元，電性連接於該第一暫存單元，該第一資料轉換單元係依據該原始資料而產生並輸出一網路封包信號，該網路封包信號之資料格式或類型係不同於該第一介面封包；一接收裝置，包含：一第二資料轉換單元，係接收該網路封包信號，並據以還原而產生該原始資料；一第二暫存單元，電性連接於該第二資料轉換單元，並暫存該原始資料；及一第二封包處理單元，電性連接於該第二暫存單元，該第二封包處理單元係接收該原始資料，並據以產生該第一介面封包；以及一電信號網路電纜，係電性連接於該發送裝置與該接收裝置之間，以傳輸該網路封包信號。
  2. 如請求項1所述之延伸設備，其中該第一資料轉換單元係包含：一第一壓縮模組，係依據一第一壓縮標準將該原始資料轉換成一中繼壓縮資料，其中該第一壓縮標準係符合進階視訊標準或高效率視訊編碼標準；以及一第一網路封包處理模組，係依據該中繼壓縮資料並經由一除錯編碼程序後產生該網路封包信號。
  3. 如請求項1所述之延伸設備，其中該第二資料轉換單元係包含：一第二網路封包處理模組，係接收該網路封包信號，並經由該除錯編碼程序後產生該中繼壓縮資料；以及 一第二壓縮模組，係依據該第一壓縮標準將該中繼壓縮資料轉換成該原始資料，其中該第一壓縮標準係符合進階視訊標準或高效率視訊編碼標準。
  4. 如請求項1所述之延伸設備，其中該發送裝置係設置於一第一電子裝置中，該接收裝置係設置於一第二電子裝置中。
  5. 如請求項1所述之延伸設備，其中該電信號網路電纜係包含一非屏蔽雙絞線或六類雙絞線。
  6. 如請求項1所述之延伸設備，其中該第一介面封包係包含一即時影像資訊及/或一即時聲音資訊。
  7. 如請求項1所述之延伸設備，其中該電信號網路電纜之長度介於5公尺至100公尺之間。
  8. 如請求項1所述之延伸設備，其中該第一介面封包係符合USB3.1規範之封包。
  9. 一種通用序列匯流排介面的延伸設備，包含：一發送裝置，包含：一第一封包處理單元，係接收符合USB介面規格之一第一介面封包，並據以產生一第一原始資料；一第一暫存單元，電性連接於該第一封包處理單元，該第一暫存單元係暫存該第一原始資料；及一第一資料轉換單元，電性連接於該第一暫存單元，該第一資料轉換單元係依據該第一原始資料而產生並輸出一第一網路封包信號，該第一網路封包信號之資料格式或類型係不同於該第一介面封包；一接收裝置，包含：一第二資料轉換單元，係接收一第二網路封包信號，並據以轉換而產生一第二原始資料；一第二暫存單元，電性連接於該第二資料轉換單元，並暫存該第二原始資料；及一第二封包處理單元，電性連接於該第二暫存單元，該第二封包處理單元係接收該第二原始資料，並據以產生符合 USB介面規格之一第二介面封包，該第二介面封包之資料格式或類型係不同於該第二網路封包信號；以及一電信號網路電纜，係電性連接於該發送裝置及該接收裝置，以傳輸該第一網路封包信號及該第二網路封包信號。
  10. 如請求項9所述之延伸設備，其中該發送裝置及該接收裝置係設置於一電子裝置中。
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