专利名称：基于单根cat5网线的kvm延长器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号传输设备，更具体的说，涉及一种远距离传输视/音频信号、
鼠标信号、键盘信号的设备。
背景技术：
KVM是键盘(KEYBOARD)、鼠标(MOUSE)和计算机视频(VIDEO)三者英文字头集合 的拼写。KVM延长器可以将计算机的视频信号、鼠标信号、键盘信号(后文鼠标和键盘统称 为键鼠)延长几百米，用户可以在距离计算机主机几百米外的地方操控计算机主机。 现有技术下的KVM延长器是通过单根CAT5网线传输视频信号(3对)和键鼠信号 (1对)。如图1所示，KVM延长器从信号类型上分为两部分视频信号部分(模拟信号)和 键鼠信号部分(数字信号)。 视频传输为单向传输，由计算机主机端发送给显示器端。在计算机主机端，使用计 算机模拟视频编码模块将R、G、B、H、V信号编码成3对模拟视频差分信号进行远距离传输； 在显示器端，使用计算机模拟视频解码模块把3对模拟视频差分信号还原成R、 G、 B、 H、 V。 键鼠信号部分为双向传输，采用RS-485接口标准，为半双工传输模式。在计算机 主机端使用单片机模拟鼠标和键盘与计算机主机通讯；在设备端，使用单片机模拟计算机 主机与鼠标和键盘通讯。两端单片机通过RS-485接口在设备与主机之间建立双向通讯机 制。 由于CAT5网线总共4对线缆，分别用于传输视频信号(3对)和鼠标键盘信号(1 对)。按照传统的设计方法若想增加音频双向传输功能，必须另加2对线缆，具体形式如图 2所示，加设图中下部音频输出和音频输入两部分用于耳机音频的输出，麦克音频的输入。 而这种方式存在成本高、通用性差、走线混乱、使用不方便等缺点。 为了便于说明，本发明将计算机主机定义为主机端，将显示器、键鼠一端定义为用 户端；因此相应KVM延长器包括用导线连接的主机端设备和用户端设备。主机端设备主要 用于对发送的视频信号进行加嵌以便于信号的传输，以及用于对接收键鼠信号的解析以便 实现计算机操作。而用户端设备主要用于对发送的键鼠信号进行加嵌，以及对接收的加嵌 视频信号进行解析用于显示设备的显示。
发明内容本发明主要解决音频信息通过KVM延长器的传输问题，旨在利用单根CAT5网线 实现音频信号、视频信号、键鼠信号的远距离传输。从而提供了一种基于单根CAT5网线(4 对)可双向传输立体声音频信号的音频信号加嵌传输的处理方法，解决了现有技术中KVM 延长器无音频信号传输的问题。 为了解决上述问题，本发明提供了一种基于单根CAT5网线的KVM延长器，在硬件 上包括用单根CAT5网线连接的主机端设备和用户端设备。 其中，在主机端，主机端设备包括连接主机接收VGA信号的接口和接收音频输出信号的接口 ；VGA信号中的行同步信号通过矫正电路产生矫正的行同步信号，并分成两路 送至第一嵌位脉冲发生电路和加嵌脉冲发生电路，分别产生嵌入用正向嵌位脉冲和嵌入用 正向采样脉冲；VGA信号中的RGB信号送至第一嵌位电路，并在嵌入用正向嵌位脉冲作用下 箝位到基准电平，之后送至加嵌电路；加嵌电路接收经缓冲的音频输出信号，并在嵌入用正 向采样脉冲作用下将音频输出信号采样、保持、嵌入到RGB信号的消隐期；加嵌后的信号送 到编码模块，与来自VGA信号中的行同步信号、场同步信号一起编码产生，再通过所述CAT5 网线中的三对线缆向用户端设备发送。 而在用户端，用户端设备包括解码模块，对通过三对线缆获得的信号进行解码，恢 复出行同步信号、场同步信号，以及包含音频输出信号和模拟视频RGB信号的待解嵌信号； VGA信号中的行同步信号通过矫正电路产生矫正的行同步信号，并分成三路送至第二嵌位 脉冲发生电路、解嵌脉冲发生电路以及清洁脉冲发生电路，分别产生解嵌用正向嵌位脉冲、 解嵌用正向采样脉冲以及清洁脉冲。待解嵌信号送至第二嵌位电路，在解嵌用正向嵌位脉 冲作用下箝位到基准电平，之后送至解嵌电路；解嵌电路在解嵌用正向嵌位脉冲辅助下解 析出音频输出信号，以及包含残留音频信号的视频RGB信号；解析出的音频输出信号通过 滤波电路后送用户端放音设备播放；包含残留音频信号的视频RGB信号送至音频信号清洁 电路，并在清洁脉冲辅助下恢复出视频RGB信号；恢复出的所述视频RGB信号及恢复出的行 同步信号、场同步信号送用户端显示器显示。 此外，优选方式下，本发明基于单根CAT5网线的KVM延长器，其用户端设备还包括 接收模拟模式音频输入信号的接口 ，以及将模拟模式音频输入信号进行A/D转换的模数转 换电路，转换后的数字模式音频输入信号与数字模式的鼠标/键盘信号一起送至数据传输 模块，并通过所述CAT5网线中的第四对线缆向主机端设备发送。而相应的，KVM延长器的主 机端设备将接收的数据分离出数字模式的音频输入信号和鼠标/键盘信号；音频输入信号 经数模转化电路后的模拟信号送滤波电路滤波，送至主机端音频输入接口 ；所述鼠标/键 盘信号送至主机端的鼠标/键盘接口 。 本发明还公开了上述基于单根CAT5网线实现KVM延长器的方法。其中，KVM延长 器的硬件设备包括用单根CAT5网线连接的主机端设备和用户端设备。实现方法方法包括 如下步骤 步骤1、主机端设备利用模拟加嵌方法将音频输出信号加嵌到视频信号中，并利用 CAT5网线中的三对线缆向用户端设备发送； 步骤2、用户端设备将通过上述三对线缆获得的加嵌信号解嵌为视频信号和音频 输出信号，分别在用户端显示器显示和用户端放音设备播放。 此外，模拟加嵌方法将音频输出信号加嵌到视频信号的实施方式根据设计要求选 择，例如根据固定时序确定传送音频输出信号还是传送视频信号；也就是说，音频输出信号 和视频信号交替传输，各自信号传输的时间长度、两种信号间的时间间隔固定，从而在实现 两种信号同时传输的同时，为信号分离打下基础。 为此，本发明提供了上述步骤1中模拟加嵌方法的最优方式，即将音频输出信号 通过采样、保持以及嵌入方法，加入到视频信号的消隐期，从而实现音频输出信号和视频信 号的一同传输。嵌入消隐期的优点在于，利用视频信号的固有特性，不会对视频信号产生过 多干涉和影响。具体说，这一优选模拟加嵌方法包括如下分步骤[0018] 分步1、利用视频信号中的行同步脉冲产生一个嵌入用正向嵌位脉冲和一个嵌入 用正向采样脉冲； 分步2、在嵌入音频输出信号前，利用嵌入用箝位脉冲将视频信号箝位到基准电 平，并保持到下一嵌入用箝位脉冲之前。嵌位脉冲以及基准电平，根据具体要求设计实现， 例如将基准电平设定为0V电平。 分步3、在嵌入用采样脉冲高、低电平的不同时段分别对音频输出信号和视频信号
进行采样，将音频输出信号嵌入到视频信号的消隐期，并送编码电路进行编码传输。具体 说，此时音频输出信号嵌入到视频信号的RGB信号中，与视频信号中的行同步信号、场同步
信号一同编码传输。 而相应于上述模拟加嵌方法，步骤2中的解嵌方法包括如下分步骤 分步1、从加嵌信号中恢复出视频信号中的行同步信号、场同步信号，以及包含音 频输出信号和模拟视频RGB信号的待解嵌信号。(在此分步中，恢复视频信号中行同步信 号、场同步信号及其他信号的方法与现有技术下KVM延长器实现行同步信号、场同步信号 以及RGB信号的恢复方法类似。) 分步2、利用行同步脉冲产生一个解嵌用正向嵌位脉冲和一个解嵌用正向采样脉 冲。此外，在此分步中，优选方式下，需要利用行同步脉冲还产生一个正向清除脉冲；正向清 除脉冲主要用于在提取模拟视频RGB信号之前清除待解嵌信号中的残留音频信号。 分步3、利用解嵌用箝位脉冲将待解嵌信号箝位到基准电平，并保持到下一解嵌用 箝位脉冲到来之前； 分步4、在解嵌用采样脉冲高、低电平的不同时段分别提取待解嵌信号中音频输出 信号和模拟视频RGB信号，并将音频输出信号送音频虑波电路后利用放音设备放音，以及 将模拟视频RGB信号送显示设备显示。 此外，本发明基于单根CAT5网线KVM延长器为了实现用户端音频信息的输入，还 提供了如下步骤的方法 1、用户端设备将用户端音频输入设备的音频输入信号利用数字加嵌方法加嵌到
键盘/鼠标信号中，并利用所述CAT5网线中的第四对线缆向主机端发送； 2、主机端设备将第四对线缆输送的信号解嵌成用于主机端计算机的键盘/鼠标
信号和音频输入信号。 本发明通过上述方案利用单根CAT5网线实现了音频信号、视频信号、键鼠信号的 远距离传输。具有成本低、信号传输方便等优点。在不增加远距离传输成本的前提下，使用 4对双绞线，将现有技术下KVM延长器从无声变为有声。
图1是现有技术下KVM远距离传输的解决方案示意图； 图2是现有技术下解决KVM加音频远距离传输的方案示意图； 图3是本发明计算机主机端KVM加嵌音频信号传输的方案示意图； 图4是本发明计算机主机端各点视音频信号及控制信号的时序示意图； 图5是本发明远端KVM加音频信号传输的方案示意图； 图6是本发明远端各点视音频信号及控制信号的时序示意图。
具体实施方式
参考附图说明最优实施方式下的KVM延长器及其实现方法。 参考图3和4介绍计算机主机端情况，其硬件如图所示，工作方式如下: 1、首先利用计算机视频的行同步脉冲产生一个正向箝位脉冲CLAMP和一个正向
采样脉冲SAMPLE。箝位脉冲的作用是在嵌入音频信号前将视频信号箝位到0V电平，作为音
视频信号的基准电平。 2、将正向音频信号嵌入到计算机模拟视频中的过程如图3所示，首先利用CLAMP 脉冲将视频信号箝位到0V电平，并保持到下一个箝位脉冲出现之前。然后，当SAMPLE脉冲 信号为低电平的时候，计算机模拟视频信号送给编码模块进行编码传输，当SAMPLE脉冲信 号为高电平的时候，正向音频信号送给编码模块进行编码传输。这样就把正向音频信号和 视频信号分时段叠加在一起，完成将音频嵌入到视频中。 3、键鼠模块负责与计算机通讯，同时和键鼠数据传输模块进行键鼠数据的双向传 输。 4、键鼠数据传输模块接收到来自远端的键鼠数据后，从中提取反向音频信号数据 发送给反向音频信号D/A转换模块，转换后的反向音频模拟信号通过滤波电路输出给计算 机。 如图3、4所示，在计算机端首先利用行同步脉冲产生CLAMP信号，将消隐期的视频 信号箝位到0V电平，然后再用通过延时得到的SAMPLE脉冲采样正向音频信号实现视频、正 向音频信号的分时叠加，得到如图4所示RGB&A的波形。 参考图5和图6介绍用户端设备情况，如下: 1、3对双绞线传输来的视频信号经计算机模拟视频解码模块后恢复出行同步信号
H-SYNC、场同步信号V-SYNC以及嵌入正向音频信号的计算机模拟视频RGB信号。 2、利用行同步脉冲产生一个正向箝位脉冲CLAMP、一个正向采样脉冲SAMPLE,和
一个正向的清除脉冲CLEAR。箝位脉冲的作用是在取样正向音频信号前将视频信号箝位到
0V电平。清除脉冲的作用清除取样后的视频信号中残留的正向音频信号。 3、从计算机模拟视频中分离出正向音频信号的过程如图-5所示，首先利用CLAMP
脉冲将嵌入音频视频信号箝位到OV电平，并保持到下一个箝位脉冲出现之前。然后，当
SAMPLE脉冲到来的时候正向音频信号送给音频滤波电路，完成正向音频信号的提取工作。
当CLEAR脉冲到来的时候输出显示器视频信号短接到0V电平，CLEAR脉冲保证了输出给显
示器的视频信号中无残留音频信号。利用行同步产生的CLAMP、 SAMPLE、 CLEAR脉冲信号不
仅分离出高保真的正向音频信号，而且视频信号不受任何影响。 4、反向音频信号A/D转换模块以8KHz采样频率采集的模拟音频信号，转换成数字
信号后以固定周期将采样数据传送给键鼠数据传输模块进行数据加嵌和传输。 5、计算机主机模拟模块负责与键鼠通讯，同时和键鼠数据传输模块进行键鼠数据
的双向传输。 6、键鼠数据传输模块将接收到的键鼠和麦克数据打包后以固定周期向计算机端 发送数据，并同时接收来自计算机端的键鼠数据。 如图5、6所示，在远端先利用行同步脉冲产生CLAMP信号，将消隐期的视频信号箝位到0V电平，然后利用SAMPLE脉冲采样正向音频信号。最后，用行同步脉冲产生CLEAR脉 冲保证从视频信号把正向音频信号完全清除掉。通过采样分离出来的正向音频信号经过音 频滤波电路处理后可恢复成计算机端的正向音频信号波形。 远端的SAMPLE信号宽度比计算机端的窄，并且相比CLAMP信号滞后的时间长主要 是为了保证在设备端采样到的正向音频信号全部为有效信号。 综上，本发明计算机主机主要有两种音频接口音频输出接口和音频输入接口 。从 计算机主机音频输出接口传送给远端的音频信号定义为正向音频信号；从远端传送给计算 机主机音频输入接口的音频信号定义为反向音频信号。正向音频信号采用的是模拟加/解 嵌方法；反向音频信号采用的是数字加/解嵌方法。 正向音频信号的传输方向与视频信号相同；计算机视频的行同步脉冲频率最低为 38KHz (仅800*600分辨率下为38KHz，分辨率大于等于1024*768的行同步脉冲频率均大于 等于48KHz)，可以满足专业音频采样频率的要求；计算机视频的消隐期电平为0V电平；计 算机主机端和远端行同步脉冲始终保持同步——据此四点，利用计算机视频的行同步脉冲 作为采样脉冲将音频信号进行取样保持后并将其嵌入到计算机视频的消隐期内，和视频信 号一起被编码后传送给远端接收端；接收端将接收到的视频信号解码后，同样利用计算机 视频的行同步脉冲将音频信号从视频信号中提取分离出来，再经过巴特沃兹滤波后输出立 体声音频。 反向音频信号为计算机的输入信号，在远端通过A/D转换模块将麦克的音频信号
转换成数字信号，并嵌入到鼠标键盘信号中；在计算机主机端，从鼠标键盘信号中分离出来
反向音频信号后通过D/A转换模块将其变成模拟信号经滤波处理后送给计算机。 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其
发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求一种基于单根CAT5网线的KVM延长器，其特征在于，包括用单根CAT5网线连接的主机端设备和用户端设备；第一部分所述主机端设备包括连接主机接收VGA信号的接口和接收音频输出信号的接口；所述VGA信号中的行同步信号通过矫正电路产生矫正的行同步信号，并分成两路送至第一嵌位脉冲发生电路和加嵌脉冲发生电路，分别产生嵌入用正向嵌位脉冲CLAMP和嵌入用正向采样脉冲SAMPLE；所述VGA信号中的RGB信号送至第一嵌位电路，并在所述嵌入用正向嵌位脉冲CLAMP作用下箝位到基准电平，之后送至加嵌电路；所述加嵌电路接收经缓冲的音频输出信号，并在所述嵌入用正向采样脉冲SAMPLE作用下将所述音频输出信号采样、保持、嵌入到所述RGB信号的消隐期；加嵌后的信号送到编码模块，与来自VGA信号中的行同步信号、场同步信号一起编码产生，再通过所述CAT5网线中的三对线缆向用户端设备发送；第二部分所述用户端设备包括解码模块，对通过所述三对线缆获得的信号进行解码，恢复出所述行同步信号H-SYNC、场同步信号V-SYNC，以及包含所述音频输出信号和模拟视频RGB信号的待解嵌信号；所述VGA信号中的行同步信号通过矫正电路产生矫正的行同步信号，并分成三路送至第二嵌位脉冲发生电路、解嵌脉冲发生电路以及清洁脉冲发生电路，分别产生解嵌用正向嵌位脉冲、解嵌用正向采样脉冲以及清洁脉冲；所述待解嵌信号送至第二嵌位电路，在解嵌用正向嵌位脉冲CLAMP作用下箝位到基准电平，之后送至解嵌电路；所述解嵌电路在所述解嵌用正向嵌位脉冲辅助下解析出音频输出信号，以及包含残留音频信号的视频RGB信号；所述解析出的音频输出信号通过滤波电路后送用户端放音设备播放；所述包含残留音频信号的视频RGB信号送至音频信号清洁电路，并在清洁脉冲辅助下恢复出视频RGB信号；恢复出的所述视频RGB信号及恢复出的所述行同步信号H-SYNC、场同步信号V-SYNC送用户端显示器显示。
2. 根据权利要求1所述基于单根CAT5网线的KVM延长器，其特征在于， 所述用户端设备还包括接收模拟模式音频输入信号的接口 ，以及将所述模拟模式音频输入信号进行A/D转换的模数转换电路，转换后的数字模式音频输入信号与数字模式的鼠 标/键盘信号一起送至数据传输模块，并通过所述CAT5网线中的第四对线缆向主机端设备 发送；所述主机端设备将接收的数据分离出数字模式的音频输入信号和鼠标/键盘信号；所 述音频输入信号经数模转化电路后的模拟信号送滤波电路滤波，送至主机端音频输入接 口 ；所述鼠标/键盘信号送至主机端的鼠标/键盘接口。
专利摘要本实用新型公开了一种基于单根CAT5网线的KVM延长器，包括用单根CAT5网线连接的主机端设备和用户端设备；主机端设备包括连接主机接收VGA信号的接口和接收音频输出信号的接口。用户端设备包括解码模块，用于对通过三对线缆获得的信号进行解码，恢复出行同步信号H-SYNC、场同步信号V-SYNC，以及包含音频输出信号和模拟视频RGB信号的待解嵌信号。其中，本实用新型采用模拟加嵌方法，将音频输出信号通过采样、保持后嵌入到视频信号的消隐期，用于信号传输。本实用新型在不增加远距离传输成本的前提下，使用四对双绞线，将现有技术下KVM延长器从无声变为有声，具有成本低、信号传输方便等优点。
文档编号G06F3/033GK201444288SQ20092001460
公开日2010年4月28日 申请日期2009年6月16日 优先权日2009年6月16日
发明者刘剑, 姚景国, 程鹏 申请人:大连捷成实业发展有限公