专利名称：：无线多媒体多跳收发/中转器及其信号传输方法
技术领域：
：本发明涉及无线网络传输
技术领域：
，具体涉及一种无线多媒体多跳收发/中转器及其信号传输方法。
背景技术：
：计算机是人们工作、学习、娱乐、通信的重要工具，传统的计算机一般由CPU、主板、内外存储器、接口板卡(包括显卡、声卡、网卡等)和终端设备(包括显示器、键盘、鼠标等)等硬件共同构成，CPU、内外存和接口板卡等安装在主板提供各类插槽中，终端设备则通过接口板卡或主板提供的接口与主机有线连接。这种计算机的构成方式在实际应用中存在着一定的局限性(1)大多数接口板卡(如声卡、显卡、网卡等)需要安装在计算机主板的总线插槽上，因此总线插槽占据了计算机主板上很大一部分面积。随着各种接口和外设的功能越来越强大，要求的数据传输速率越来越高，一方面为了满足不断提高的高速数据传输要求，不断有新的总线接口标准出现，另一方面为了向下兼容，主板上还需保留一定的旧总线接口标准，使得很多主板上同时存在多种总线标准的插槽，进一步增加了主板的面积，提高了主板控制的复杂度。例如，目前的许多主板上同时存在AGP、PCI、EISA等多种总线插槽，这些插槽通常需要占用主板约一半的面积，并且各类总线需要一套相应的控制方法。(2)各种外部设备与主机之间需要使用有线连接，将终端束缚在一台特定的主机上，导致终端用户无法移动，使用不方便。尽管目前已有一些外部设备可以与主机之间使用无线方式进行连接，如无线键盘、无线鼠标等，但由于以往的无线传输技术传输速率太低，无法满足视频等高速实时数据传输的要求，因此目前PC的显示终端仍无法做到与主机脱离，从而未能从根本上改变终端需要与主机有线连接的状况。(3)随着计算机运算能力的提高，特别是超线程、多核技术的出现，一般用户在大多数时间内只使用了计算机的小部分运算能力，因此出现了多种一台主机带多个终端的技术。使用这些技术的时候，通常需要为每个用户配备一套接口板卡，例如显卡等，需要打开机箱进行进行安装，使用起来非常麻烦，此外，由于传统计算机的主板上插槽有限，因此只能支持少量用户。随着技术的发展，近年来出现了多种无线传输的新技术，使得近距离的数据高速无线传输成为可能，例如，目前的超宽带(UWB)无线传输技术能在10米的范围内提供最高达到480Mbps(下一步将达到3Gbps)数据传输速率，能够满足大多数情况下计算机的视频、音频和数据传输要求。无线传输中的多跳路由技术的出现，则为解决目前的高速无线传输技术中传输距离有限的问题提供了一种有效的手段，该技术允许无线网络中的每个节点除了完成本节点数据的无线收发外，还能同时为多个其他节点的数据传输做中转，因此可以对覆盖范围有限的无线网络作非规则形状的拓展，能有效地绕开障碍物，拓宽无线网络的覆盖范围。这些新技术的出现为解决现有计算机的上述局限性提供了技术基础。
发明内容本发明的目的在于克服传统计算机的主板插槽多、面积大、控制复杂，主机与终端有线连接，多终端扩充不便等缺点，提供一种无线多媒体多跳收发/中转器，该装置能够完成现有计算机主机中的绝大部分接口板卡的功能(例如显卡、声卡、USB接口、串行接口、并行接口等)，使主机无需安装众多的接口板卡即可方便地与终端进行无线连接，并能采用多跳路由技术来拓宽其使用范围。本发明还提供了用于该无线多媒体多跳收发/中转器的信号传输方法。本发明能有效地减少主板上所需插槽的数目，简化主板的设计，实现主机与终端的无线连接，并能很方便地扩展多个用户终端，广泛适用于各种需要使用计算机的场合，特别适用于单主机单终端、单主机多终端、多主机多终端等系统。本发明提供的无线多媒体多跳收发/中转器，包括主机收发/中转单元和终端收发/中转单元，主机收发/中转单元由顺次连接的主机接口模块、主机数据传输控制模块、主机无线连接控制模块、主机无线传输模块共同构成，其中主机接口模块提供主机与主机收发/中转单元之间的接口；主机数据传输控制模块对主机接口模块和主机无线连接控制模块之间的数据传输进行控制，实现主机与终端设备之间数据的双向传输；主机无线连接控制模块完成主机收发中转单元和无线网络中其他节点之间的无线连接控制，实现本节点与其他节点之间的直接连接、多跳连接和数据中转；主机无线传输模块完成数据的无线传输；终端收发/中转单元由终端无线传输模块、终端无线连接控制模块、终端数据传输控制模块、视频处理模块、音频处理模块和扩展接口模块构成，其中终端无线传输模块、终端无线连接控制模块、终端数据传输控制模块顺次连接，视频处理模块、音频处理模块和扩展接口模块与终端数据传输控制模块连接；终端无线传输模块完成数据的无线传输；终端无线连接控制模块完成终端收发/中转单元和无线网络中其他节点之间的无线连接控制，实现本节点与其他节点之间的直接连接、多跳连接和数据中转；终端数据传输控制模块对终端无线连接控制模块和视频处理模块、音频处理模块、扩展接口模块之间的数据传输进行控制，实现主机与终端设备之间数据的双向传输；视频处理模块完成视频的显示、处理和/或采集；音频处理模块完成音频信号的播放、处理和/或采集；扩展接口模块为终端收发/中转单元与计算机外部设备之间提供接口。上述无线多媒体多跳收发/中转器中，所述主机接口模块为USB接口、PCI接口或PCMCIA接口。上述无线多媒体多跳收发/中转器中，所述扩展接口模块包括串行接口、并行接口、USB接口或PS2接口。一种用于上述无线多媒体多跳收发/中转器的信号传输方法，包括如下步骤-(1)主机或终端启动后，通过主机收发/中转单元或终端收发/中转单元加入本地的无线网络，成为无线网络中一个节点；(2)主机收发/中转单元和终端收发/中转单元建立连接，主机将终端收发/中转单元中的视频处理模块和音频处理模块作为该主机的一个视频处理设备和音频处理设备，并根据终端收发/中转单元扩展接口模块连接的终端设备的情况完成相应终端设备的初始化。(3)主机将要传送给终端收发/中转单元中视频音频各模块或其连接的外部设备的数据分帧，加上目标终端和目标设备标识后通过主机收发/中转单元向终端收发/中转单元发送，终端收发/中转单元接收到主机收发/中转单元发送过来的数据后，根据其目标设备的标识发送到相应的终端设备进行处理；终端收发/中转单元将各终端设备要传送给主机的数据分帧，加上源终端和源设备的标识后，向主机收发/中转单元发送，主机收发/中转单元接收到终端收发/中转单元发送过^5的数据后，将其传送到主机，主机根据其源终端和源设备的标识进行相应的处理；(4)终端注销后，主机卸载与该终端对应的视频处理设备、音频处理设备等设备，停止该终端的服务。上述信号传输方法步骤(1)中，当主机与终端无法直接建立点对点的无线连接时，可以通过无线网络中两者之间的与其他主机连接的主机收发/中转单元或与其他终端连接的终端收发/中转单元来作为中继节点，建立多跳的无线连接。与现有技术相比，本发明的有益之处在与(1)由于本发明提供了现有计算机主机中的绝大部分接口板卡的功能，因此主机的主板上无需安装众多的接口板卡即可方便地与终端进行无线连接，可以有效地减少计算机主板上所需插槽的数目，縮小主板的面积，简化主板对接口的控制，降低主板设计的难度。(2)本发明实现了主机与终端之间的无线连接，并通过多跳技术来扩展系统的使用范围，使终端可以根据用户的需要自由地摆放，无须再束缚在主机周围，因此与现有的计算机相比，使用更方便、灵活。(3)使用本发明，计算机终端的扩展将变得非常容易，只要为主机配备主机收发/中转单元，为每套终端配备终端收发/中转单元，则主机与终端之间即可以通过无线的方式方便地构成多终端系统，不需要在主机上增加任何接口板卡，终端的数目也可以根据需要随时调整。在同时存在多台主机的情况下，终端还可以在主机之间任意切换，与现有的技术相比更具灵活性。图1为本发明主机收/发中转单元结构示意图；图2为本发明终端收/发中转单元结构示意图3为本发明实施方式应用于单主机多终端系统时的连接关系示意图；图4为本发明实施方式中主机收/发中转单元硬件结构框图；图5为本发明实施方式中终端收/发中转单元硬件结构框图；图6为本发明实施方式的主机工作流程图；图7为本发明实施方式的终端工作流程图。具体实施例方式本发明提供的无线多媒体多跳收发/中转器包括主机收发/中转单元和终端收发/中转单元，主机收发/中转单元结构如图1所示，由顺次连接的主机无线传输模块101、主机无线连接控制模块102、主机数据传输控制模块103、主机接口模块104共同构成，其中主机接口模块提供主机与主机收发/中转单元之间的接口；主机数据传输控制模块对主机接口模块和主机无线连接控制模块之间的数据传输进行控制，实现主机与终端设备之间数据的双向传输；主机无线连接控制模块完成主机收发中转单元和无线网络中其他节点之间的无线连接控制，实现本节点与其他节点之间的直接连接、多跳连接和数据中转；主机无线传输模块完成数据的无线传输。终端收发/中转单元结构如图2所示，由终端无线传输模块201、终端无线连接控制模块202、终端数据传输控制模块203、视频处理模块204、音频处理模块205和扩展接口模块206构成，其中终端无线传输模块、终端无线连接控制模块、终端数据传输控制模块顺次连接，视频处理模块、音频处理模块和扩展接口模块与终端数据传输控制模块连接；终端无线传输模块完成数据的无线传输；终端无线连接控制模块完成终端收发/中转单元和无线网络中其他节点之间的无线连接控制，实现本节点与其他节点之间的直接连接、多跳连接和数据中转；终端数据传输控制模块对终端无线连接控制模块和视频处理模块、音频处理模块、扩展接口模块之间的数据传输进行控制，实现主机与终端设备之间数据的双向传输；视频处理模块完成视频的显示、处理和/或采集；音频处理模块完成音频信号的播放、处理和/或采集；扩展接口模块为终端收发/中转单元与计算机外部设备之间提供接口，由若干个扩展接口电路207共同构成。本发明可以广泛应用于单主机单终端、单主机多终端、多主机多终端等计算机系统中。本发明的一个较佳实施方式中，主机收发/中转单元与计算机的主机有线连接，终端收发/中转单元与计算机的终端有线连接，主机与终端通过主机收发/中转单元和终端收发/中转单元无线连接，构成完成的计算机系统。主机收发/中转单元设计为一外置的盒子，通过计算机上的USB接口与计算机连接。终端收发/中转单元设计为相类似的外置盒，盒上提供了视频输出、音频输入/输出、串行接口、并行接口、USB接口、PS2接口等终端设备的输入/输出接口，各种外部设备通过信号线与终端收发/中转单元的相应接口连接。图3为本实施方式应用于单主机多终端计算机系统的连接关系示意图，其中左边三套终端与主机直接无线连接，右边一套终端与主机通过多跳的方式进行连接。上述实施方式中，主机收发/中转单元的硬件电路如图4所示，图l中的主机无线传输模块采用了UWB无线传输方式，用专用的UWB芯片401(例如Alereon的AL4100)来实现，在另一些实施方式中，该模块还可以采用WiFi、蓝牙3.0等相应的芯片来替换；主机无线连接控制模块采用DSP芯片402来实现，该模块可以采用其他嵌入式处理器或专用的ASIC来替换；主机数据传输控制模块采用MCU芯片403来实现，该模块可以采用其他嵌入式处理器或专用的ASIC来替换；主机接口模块采用USB接口电路404来实现。终端收发/中转单元的硬件电路结构如图5所示，图2中由终端无线传输模块采用专用的UWB芯片501来实现，该模块可以采用WiFi、蓝牙3.0等相应的芯片来替换；终端无线连接控制模块采用DSP芯片502来实现，该模块可以采用其他嵌入式处理器或专用的ASIC来替换；终端数据传输控制模块采用MCU芯片503来实现，该模块可以采用其他嵌入式处理器或专用的ASIC来替换；视频处理模块采用显示芯片504(如ATIRadeon7500等)及其相应的外围电路来实现；音频处理模块采用音频处理芯片505及A/D转换电路506、D/A转换电路507、功率放大电路508等相应的外围电路来实现；扩展接口模块包含串行接口电路509、并行接口电路510、USB接口电路511、PS2接口电路512，采用相应的接口及控制逻辑电路来实现。上述实施方式中，主机需要安装相应的驱动程序来实现无线终端的控制和通信，当需要构成单主机多终端系统时，主机需要安装相应的多用户操作系统(如WindowsXPSever、Linux等)或控制软件，当应用于多主机多终端系统时，主机还需要安装资源管理软件，以控制各主机和终端之间的连接关系。主机通过主机收发/中转单元实现与终端的连接、控制和通信，其工作过程如图6所示(1)加入本地无线网络主机和主机收发/中转单元启动后，主机收发/中转单元通过其中的无线连接控制模块和无线传输模块搜索本地的无线网络及其他节点，如果没有搜索到无线网络和其他节点，则主机进入等待组网状态，此时如有其他本地主机或终端启动，则与其构成无线网络；当搜索到本地的无线网络及其他节点时，主机通过主机收发/中转单元加入无线网络并成为其中一个节点，并进入等待终端登陆状态。无线网络的协议由无线连接控制模块实现，可以采用多种现有的无线网络协议，上述实施方式中采用了802.11的组网协议。在上述实施方式中，当两节点之间的距离较短、在UWB传输范围以内时，可以采用一跳的方式直接建立无线连接及传输数据，如果两节点之间的距离较长，在UWB传输的范围以外时，可以通过两节点之间的其他节点作为传输的中转，采用多跳的方式进行无线连接及数据传输，此时中间的节点在传输本节点数据的同时，还负责转发其他节点的数据。多跳的数据传输可以采用多跳路由协议，由无线连接控制模块来实现，上述实施例采用MR-LQSR路由协议。主机加入无线网络后，可以通过主机收发/中转模块得到无线网络中节点和路由的相关信息，例如可以知道网络中终端及其他主机的分布情况及本节点与它们之间数据传输的路由。(2)添加无线终端处于等待终端登陆状态的主机，当有终端通过终端收发/中转单元向本机提出登陆请求时，主机将该终端收发/中转单元中的视频处理模块和音频处理模块作为本机的一个视频处理设备和音频处理设备，并根据终端收发/中转单元扩展接口模块连接的终端设备的情况完成相应终端设备的设置，例如键盘、鼠标等。完成终端的设置后，主机登陆该用户。(3)为终端提供服务主机完成终端的添加后，通过主机收发/中转单元和终端收发/中转单元之间的无线连接，将视频、音频和数据发送到相应的终端设备，同时获得各终端设备传送过来的数据并进行相应的处理。上述实施方式中，主机与终端之间的数据通信采用一种简单的包交换协议来进行，两者之间需传输的数据包括控制信息、视频和音频数据、普通数据三种类型，其中控制信息为主机与终端收发/中转单元或终端设备之间需要传输的命令、状态等信息，视频和音频数据为主机与终端收发/中转单元之间需要传输的视频和音频信号，普通数据为终端收发/中转单元或终端设备与主机之间需要传送的除了上述两种数据之外的其他数据，例如外部设备的输入或输出数据等，上述实施方式中这三类数据均采用帧的形式来传输，对于主机送往终端的数据，上述实施方式中采用了以下格式<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>其中目标终端标识用以区分要发送不同终端的数据；目标设备标识为主机需要传送数据的终端设备的标识，例如，可以设定视频处理模块的标识为1、音频处理模块的标识为2、扩展接口l~n的标识为3~n+2;帧类型表明本帧是控制信息帧、音视频数据帧或普通数据帧;根据帧类型的不同，帧的内容可以是控制信息、音视频数据或普通数据。终端送往主机的数据采用以下格式<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>其中源终端标识和源设备标识用于标明本数据包是由哪个终端中的哪个设备发送的。对于主机要送到各个终端的音频、视频和数据，主机中的驱动程序首先将其分帧，然后加上目标终端和目标设备的标识后送至主机收发/中转单元。主机收a/中转单元通过其主机接口模块接收主机的数据包，并传送到数据传输控制模块。数据传输控制模块根据数据包中目标终端的标识，通过无线连接控制模块和无线传输模块根据无线网络协议对其进行封装，并循相应的无线路由向该终端进行发送。对于终端传送过来的数据，主机收发/中转单元通过其无线传输模块接收，并由无线连接控制模块根据无线传输协议对数据包的解封装后，传送到数据传输控制模块。数据传输控制模块通过主机接口电路将数据传送到主机。主机根据数据帧中的源终端标识和源设备标识区分是哪个终端中的何种设备发送过来的数据，然后进行相应的处理。(4)注销退出的终端当主机收到用户通过终端和终端收发/中转单元发送过来的注销请求时，卸载与该终端对应的视频处理设备、音频处理设备等设备，并注销该用户。当最后一个终端注销时，主机完成上述操作后关机。上述实施方式中，终端通过终端收发/中转单元主机与主机进行连接、控制和通信，其工作流程如图7所示(1)加入本地无线网络与主机的情况相类似，终端和终端收发/中转单元启动后，终端收发/中转单元通过其中的无线连接控制模块和无线传输模块搜索本地的无线网络及其他节点，如果没有搜索到无线网络和其他节点，则终端收发/中转单元通过视频处理模块和显示器提示用户，并进入等待状态，此时如有其他本地主机或终端启动，则与其构成无线网络；当搜索到本地的无线网络及其他节点时，终端通过终端收发/中转单元加入无线网络并成为其中一个节点。无线网络和多跳路由的实现方法主机相同。(2)连接到主机加入无线网络的终端，如果搜索到网络中存在已启动的主机，则用户可以通过终端设备及终端收发/中转单元向其发出登陆请求。如果网络中存在多于一台的主机，可以由用户挑选登陆到其中一台，也可以由主机中的资源管理程序分配一台主机给该终端服务。当某台主机接受该终端的登陆请求后，终端收发/中转单元在该主机的控制下对其视频处理模块、音频处理模块以及扩展接口模块连接的终端设备进行初试化，完成设备在主机中的设置。(3)从主机获得计算服务终端连接到主机后，通过终端收发/中转单元和主机收发/中转单元之间的无线连接，接收主机传送过来的视频、音频和数据，送到相应的设备进行处理，同时将外部设备传送给主机的数据向主机发送。对于主机传送过来的数据，终端收发/中转单元通过无线传输模块和无线连接控制模块接收后送至数据传输控制模块。数据传输控制模块根据数据包中的目标设备标识和帧类型，取出其中的控制信息、音视频信息或数据信息向相应的视频处理模块、音频处理模块或扩展接口模块发送，终端设备通过各模块提供的接口获得数据并进行相应的处理。对于终端设备传送给主机的数据，终端收发/中转单元通过视频处理模块、音频处理模块或扩展接口模块接收后传送到数据传输控制模块。数据传输控制模块将视频、音频和数据分帧，加上源终端和源设备的标识后，通过无线连接控制模块和无线传输模块向主机发送。(4)退出当用户使用完毕后，通过终端设备和终端收发/中转单元向主机发出注销请求。终端收发/中转单元接收到主机注销应答后，关闭系统。本发明的另一些较佳实施方式中，主机收发/中转单元设计成计算机插卡的形式，通过计算机主板上的PCI或PCMCIA等标准插槽与计算机主机连接；终端收发/中转单元与显示器、键盘等终端设备集成到一起，设计成与手提电脑相似的便携式移动终端，配备电池供电，方便用户的使用。权利要求1、一种无线多媒体多跳收发/中转器，其特征在于包括主机收发/中转单元和终端收发/中转单元，主机收发/中转单元由顺次连接的主机接口模块、主机数据传输控制模块、主机无线连接控制模块、主机无线传输模块共同构成，其中主机接口模块提供主机与主机收发/中转单元之间的接口；主机数据传输控制模块对主机接口模块和主机无线连接控制模块之间的数据传输进行控制，实现主机与终端设备之间数据的双向传输；主机无线连接控制模块完成主机收发中转单元和无线网络中其他节点之间的无线连接控制，实现本节点与其他节点之间的直接连接、多跳连接和数据中转；主机无线传输模块完成数据的无线传输；终端收发/中转单元由终端无线传输模块、终端无线连接控制模块、终端数据传输控制模块、视频处理模块、音频处理模块和扩展接口模块构成，其中终端无线传输模块、终端无线连接控制模块、终端数据传输控制模块顺次连接，视频处理模块、音频处理模块和扩展接口模块与终端数据传输控制模块连接；终端无线传输模块完成数据的无线传输；终端无线连接控制模块完成终端收发/中转单元和无线网络中其他节点之间的无线连接控制，实现本节点与其他节点之间的直接连接、多跳连接和数据中转；终端数据传输控制模块对终端无线连接控制模块和视频处理模块、音频处理模块、扩展接口模块之间的数据传输进行控制，实现主机与终端设备之间数据的双向传输；视频处理模块完成视频的显示、处理和/或采集；音频处理模块完成音频信号的播放、处理和/或采集；扩展接口模块为终端收发/中转单元与计算机外部设备之间提供接口。2、根据权利要求1所述的无线多媒体多跳收发/中转器，其特征在于所述主机接口模块为USB接口、PCI接口或PCMCIA接口。3、根据权利要求1所述的无线多媒体多跳收发/中转器，其特征在于所述扩展接口模块包括串行接口、并行接口、USB接口或PS2接口。4、一种用于权利要求l3所述的无线多媒体多跳收发/中转器的信号传输方法，其特征在于包括如下步骤(1)主机或终端启动后，通过主机收发/中转单元或终端收发/中转单元加入本地的无线网络，成为无线网络中一个节点；(2)主机收发/中转单元和终端收发/中转单元建立连接，主机将终端收发/中转单元中的视频处理模块和音频处理模块作为该主机的一个视频处理设备和音频处理设备，并根据终端收发/中转单元扩展接口模块连接的终端设备的情况完成相应终端设备的初始化。(3)主机将要传送给终端收发/中转单元中视频音频各模块或其连接的外部设备的数据分帧，加上目标终端和目标设备标识后通过主机收发/中转单元向终端收发/中转单元发送，终端收发/中转单元接收到主机收发/中转单元发送过来的数据后，根据其目标设备的标识发送到相应的终端设备进行处理；终端收发/中转单元将各终端设备要传送给主机的数据分帧，加上源终端和源设备的标识后，向主机收发/中转单元发送，主机收发/中转单元接收到终端收发/中转单元发送过来的数据后，将其传送到主机，主机根据其源终端和源设备的标识进行相应的处理；(4)终端注销后，主机卸载与该终端对应的视频处理设备、音频处理设备等设备，停止该终端的服务。5、根据权利要求4所述的传输方法，其特征在于步骤(1)中，当主机与终端无法直接建立点对点的无线连接时，可以通过无线网络中两者之间的与其他主机连接的主机收发/中转单元或与其他终端连接的终端收发/中转单元来作为中继节点，建立多跳的无线连接。全文摘要本发明公开了一种无线多媒体多跳收发/中转器及其信号传输方法，无线多媒体多跳收发/中转器包括主机收发/中转单元和终端收发/中转单元，主机收发/中转单元由顺次连接的主机接口模块、数据传输控制模块、无线连接控制模块、无线传输模块共同构成，终端收发/中转单元由无线传输模块、无线连接控制模块、数据传输控制模块、视频处理模块和音频处理模块构成，其中无线传输模块、无线连接控制模块、数据传输控制模块顺次连接，视频处理模块和音频处理模块与数据传输控制模块连接。本发明的信号传输方法不仅解决了主机与终端之间的无线连接、使原先插在主板上的多媒体设备通过无线传输方式与主板连接，而且可以实现主机与终端之间的多跳无线连接。文档编号H04L12/56GK101316255SQ20081002951公开日2008年12月3日申请日期2008年7月16日优先权日2008年7月16日发明者刘桂开,军张,岗韦申请人:华南理工大学