计算机外设网线延长器及远程计算机控制设备的制作方法

本实用新型涉及计算机远程控制领域，尤其涉及一种计算机外设网线延长器。

背景技术：

在网吧、学校、企业、政府等特殊应用场合，普遍将计算机主机集中放在机房进行统一管理，有效解决电脑主机的发热、噪声、积尘、防盗等问题，节省机房费用，同时极大地改善用户的空间环境和提高电脑主机的寿命。用户使用计算机时，通过延长器将计算机的外设，如显示器、键盘、鼠标、USB、摄像头等远程连接到计算机上。延长器通常包含一个发送器和一个接收器。发送器与计算机主机的显示输出、USB接口、开机和复位信号线相连，接收器与电脑显示器、鼠标、键盘、耳机、麦克风、开关机和复位按键相连。发送器和接收器之间用延长线连接，延长线可达几十米，实现使用者通过键盘、鼠标以及显示器远程操控计算机，且使得用户使用场所与计算机运行机房相互分离。为了让用户体验更好，如同本地使用计算机，延长器需要满足几项重要指标：数据延时小、数据无压缩、支持高清音视频、兼容各种计算机外设以及传输距离远。

目前已经出现了几种常见的延长器技术方案，主要有：IP转换方案、子母线方案和单网线方案。IP转换方案是将视频和数据信号封装为标准的TCP/IP数据报文，从发送器传输给接收器，接收器再还原为音视频以及数据信号。IP转换方案原理简单，但是存在数据传输延迟大、传输带宽受限等缺点，只能支持1K以内的低清晰度视频信号。子母线方案是通过专用芯片将音频信号进行调制后，在一条网线上(母线)进行传输，再将USB、键盘、鼠标等其它信号经过调制后，在另一条网线上(子线)进行传输，接收器经过解调后恢复为原始信号。子母线方案无需IP转换，信号延时很小，支持高清视频传输，但是该方案需要两根网线，成本高。单网线方案是对子母线方案的改进，也采用芯片对视频信号调制，并转换为R、G、B三种信号，分别在网线中的三对双绞线上进行传输，再将键盘、鼠标、USB等信号调制后在网线的另一对双绞线上传输，从而实现一条网线传输所有数据，相对于子母线方案，该方案节省一根网线，成本更低，布线更容易。但是，由于这种单网线方案需要将信号分成固定的信号类型，并需要将固定的信号类型在特定的双绞线上传输，从而导致单根网线的线路利用率不高。

随着视频技术的发展，4K、2K高清视频开始普及，通过延长器进行传输的数据量可达6Gbps以上，因而传统的单网线传输方案由于较低的线路利用率，导致数据传输速度慢，承载的数据量低，不能满足大数据量的高清视频的数据传输要求。而且，网线通常是双绞铜线(四对双绞线)，因而由于电信号在铜线中传输时有趋附效应，随着传输信号速率(频率)越高，多芯双绞铜线的距离越长趋附效应就越明显，从而导致信号严重衰减而无法正确恢复，造成传输失败。因此，目前的延长器技术方案，支持的传输距离短，且无法支持2K和4K高清视频传输，难以满足人们对高品质音视频的需求。

技术实现要素：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种计算机外设网线延长器，以解决上述问题的至少一个。其中，该计算机外设网线延长器包括发送器和接收器，所述发送器和接收器包括视频接口、USB接口、控制接口、网络接口和收发处理装置，所述视频接口、USB接口、控制接口和网络接口分别连接至所述收发处理装置，所述发送器的网络接口与所述接收器的网络接口通过单根网线连接；其中，所述收发处理装置用于接收视频接口、USB接口和控制接口的信号，根据HDBaseT协议进行标准化处理后输出至所述网络接口，或接收所述网络接口的信号进行数据转换后，输出至所述视频接口、USB接口和控制接口。

基于HDBaseT标准可以实现基于单网线进行多种类型的数据传输，且传输速率高和支持高速率的视频数据的远距离高清传输，本实用新型的计算机外设网线延长器对传统的单网线技术方案进行了改进，在发送端和接收端之间的单网线数据传输中实现了HDBaseT标准，有效解决了现有技术中的延长器传输距离短、无法支持2K/4K高清视频传输、成本高、布线难等问题。而且支持更多的数据传输类型，适用范围更广。

在一些实施方式中，所述收发处理装置包括物理层处理模块和数据层处理模块，所述物理层处理模块为符合HDBaseT标准的物理层；所述数据层处理模块用于根据HDBaseT协议对从所述物理层处理模块接收到的数据进行解析后输出至所述视频接口、USB接口和控制接口，或根据HDBaseT协议对从所述视频接口、USB接口和控制接口接收的数据进行整合后输出至所述物理层处理模块。由此，通过在发送器和接收器的收发处理装置的物理层实现HDBaseT的标准化，就可以保证物理层与网络接口之间的数据传输是基于HDBaseT标准的。这样，就可以基于HDBaseT标准在单根网线上进行数据信号传输，而不需要对数据信号进行固定的线路分配(即传统的R、G、B信号对应三对双绞线、其他信号对应另一对双绞线的线路分配方式)，有效提高了单根网线的线路利用率，进而提高传输效率，降低布线成本。同时，在物理层标准化后，就可以在数据层(即物理层的上层)基于HDBaseT协议进行更多数据处理操作，以更好的满足用户的不同需求，提高延长器的可扩展性，为延长器的应用范围提供更广泛的选择。

在一些实施方式中，所述数据层处理模块包括适配单元，用于根据通信接口和协议进行数据格式转换，生成接口协议数据输出或生成高速率数据信号和低速率数据信号输出；主信道处理单元，用于接收适配单元输出的高速率数据信号，进行主信道编码处理后输出至数据整合单元，或接收数据整合单元输出的高速率数据信号，进行主信道解码后输出至所述适配单元；辅信道处理单元，用于接收适配单元输出的低速率数据信号进行辅信道编码处理后输出至数据整合单元，或接收数据整合单元输出的低速率数据信号进行辅信道解码处理后输出至所述适配单元；数据整合单元，用于对所述主信道处理单元和所述辅信道处理单元输出的数据信号进行聚合处理后输出至数据调制单元，或对从数据调制单元接收到的数据进行分路处理，获取高速率数据信号输出至主信道处理单元，获取低速率数据信号输出至辅信道处理单元；和数据调制单元，用于对所述数据整合单元输出的数据信号进行调制处理后经由物理层处理模块输出至所述网络接口，或对从所述网络接口接收到的数据进行解调处理后输出至所述数据整合单元。由此，就可以基于用户协议和HDBaseT协议，在数据层对传输的信号进行更多处理，例如本实施例中的数据信道分配、编码、整合和调制处理，通过这些处理，就能够在满足HDBaseT标准的基础上，增加对传输的数据的信道分配和校验纠错处理。将数据量大的音视频信号作为高速率数据信号分配给主信道进行处理，而将数据量小的其他信号如USB、键盘、控制等信号作为低速率数据信号分配给辅信道处理，就可以更好地保证音视频信号的传输速率，进一步提高音视频数据的清晰度。同时，通过编码解码实现对数据的校验纠错处理，也能够保证在发生传输错误时，能够进行数据恢复，提高数据传输的正确率，保障数据清晰度。

在一些实施方式中，所述主信道处理单元还用于在主信道编码前对高速率数据信号进行无损压缩处理或在主信道解码后对高速率数据信号进行解压缩处理。由于在主信道处理的数据为数据量大的音视频信号数据，通过在编码前进行无损压缩处理和在解码前进行解压缩处理，就可以实现对传输中的数据的无损压缩，由此可以提高高速率数据信号，如音视频信号，的传输效率，提高清晰度，保证用户体验。

在一些实施方式中，所述接收器中还包括有USB集线器和USB声卡，所述USB接口和所述USB声卡连接至所述USB集线器。通过集线器，就可以将多路USB接口连接至集线器，从而提供更多的USB外设接口，而且通过USB声卡可以将模拟的语音信号，如麦克风和耳机的信号，转化为压缩的音频数字信号，由此，可以实现将延长器连接到麦克风和耳机等模拟音频的外设，扩展延长器的应用范围，实现音频信号的高速传输。

在一些实施方式中，所述物理层处理模块为实现了HDBaseT标准的专用芯片。由此，通过在发送器和接收器中增加实现了HDBaseT标准的专用芯片就可以实现物理层的标准化，实现简单，成本低。

在一些实施方式中，所述视频接口、USB接口和控制接口通过差分走线和阻抗匹配的方式与所述收发处理装置电连接。通过差分走线和阻抗匹配的方式将视频接口、USB接口和控制接口集成在电路板上，可以减小高速率数据传输中的趋肤效应，减小信号衰减，提高传输成功率。

在一些实施方式中，所述单根网线为标准的5类、超5类或6类单根网线。由此，通过普通的单根标准网线，就可以实现高速率、更远距离的音视频信号传输，实现简单，成本低。

一种远程计算机控制设备，包括计算机、延长器和计算机外设，其中，延长器为前述的计算机外设网线延长器，所述延长器的发送器通过视频接口、USB接口和控制接口与所述计算机相连，所述延长器的接收器通过视频接口、USB接口和控制接口与所述计算机外设相连。通过延长器将计算机和计算机外设分离，实现了对计算机的远程控制和使用，由此，只需要将计算机外设放置在使用场所，将延长器连接至计算机即可，无需将计算机和计算机外设放置在一起，实现了对计算机的统一放置和管理，提高管理效率，同时方便更好地保管计算机，降低管理成本。而且，延长器的更高的传输效率、更远的传输距离和更好的纠错能力的性能，也为使用该延长器的控制设备带来了相应的传输效率、传输距离和传输正确率的改善，提高用户体验。

在一些实施方式中，所述计算机外设包括开关按键、复位按键和指示灯，所述发送器的控制接口通过铜线连接至所述计算机的主板上的开关和复位引脚，所述接收器的控制接口通过控制线连接至所述开关按键、复位按键和指示灯。由此，就可以远程控制计算机的开、关和复位，而且能够通过指示灯显示计算机的工作状态，进而实现对计算机的远程开关和复位控制。

通过本实用新型提供的计算机外设网线延长器和远程计算机控制设备，通过在发送器和接收器中增加收发处理装置，在物理层实现了HDBaseT标准，在数据层进行了编码纠错等处理，解决了传统的延长器传输距离短、传输效率低、成本高、布线或线路分配效率低，且没有校验纠错能力的问题，在降低成本，保证传输效率的同时，提高了数据传输的成功率，更好地提升了用户体验，且通过物理层和数据层的分离处理，保证了更好的可扩展性。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的计算机外设网线延长器的结构示意图；

图2为图1所示计算机外设网线延长器中的收发处理装置的框架结构示意图；

图3为图2所示的收发处理装置接收和发送信号的处理流程示意图；

图4为本实用新型一种实施方式的远程计算机控制设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作详细的说明。

图1示意性地显示了根据本实用新型的一种实施方式的计算机外设网线延长器的框架结构。如图1所示，计算机外设网线延长器包括发送器10A和接收器10B，其中，发送器10A和接收器10B包括视频接口101、USB接口102、控制接口105、网络接口106和收发处理装置104，视频接口101、USB接口102、控制接口105和网络接口106分别连接至收发处理装置104，发送器10A的网络接口106与接收器10B的网络接口106通过单根网线103连接。其中，发送器10A和接收器10B既可以向彼此发送信号，又可以从彼此接收信号。在发送信号的处理过程中，收发处理装置104用于从视频接口101、USB接口102和控制接口105接收信号，并根据HDBaseT协议对接收到的信号进行标准化处理后输出至网络接口106，从而将HDBaseT标准的信号在单根网线103中传输。在接收信号的处理过程中，由于从单根网线103上传输来的信号为HDBaseT标准格式的信号，而视频接口101、USB接口102和控制接口105可以识别的信号为根据相应接口的协议格式的信号，因而此时收发处理装置104用于接收网络接口104处的信号进行数据转换，将HDBaseT格式的信号转换成适应个接口协议格式的信号输出至视频接口101、USB接口102和控制接口105。这样就实现了通过单根网线传输信号，并且在单根网线上传输的信号符合HDBaseT标准。

图2示出了一种实施方式的收发处理装置104的框架结构。如图2所示，收发处理装置104设计成包括物理层处理模块104A和数据层处理模块104B。物理层处理模块104A为符合HDBaseT标准的物理层，数据层处理模块104B用于根据HDBaseT协议对信号进行标准化处理，包括在接收信号的过程中，对从物理层处理模块104B接收到的数据进行解析后输出至视频接口101、USB接口102和控制接口105，以及在发送信号的过程中，根据HDBaseT协议对从视频接口101、USB接口102和控制接口105接收的数据进行整合后输出至物理层处理模块104B。其中，数据层处理模块104B的数据优化处理主要包括数据格式的转换、信道编码处理、数据整合和调制。如图2所示，数据层处理模块104B通过适配单元1041、主信道处理单元1042、辅信道处理单元1043、数据整合单元1044和数据调制单元1045实现。主信道处理单元1042主要对数据量大的视频和语音信号进行信号处理，最高可支持8Gbpds的信号处理能力，辅信道处理单元1043主要对USB、控制信号等低速率的数据进行统一处理，并组合在一起进行传输，支持最高300Mbps的处理能力。在接收信号的过程中，适配单元1041用于根据通信接口的类型和协议进行数据格式转换，将接收到的信号转换成符合相应的接口协议的类型的数据输出，即将音视频信号输出至视频接口101、USB信号输出至USB接口102、控制信号输出至控制接口105；在发送信号的过程中，适配单元1041用于将从各通信接口接收到的数据，例如从视频接口、USB接口和控制接口接收到的信号，转换为统一的格式，并根据接收到的接口的类型生成高速率数据信号(即数据量大的信号，如从视频接口接收到的音视频信号)和低速率数据信号(即数据量较小的信号，如从USB接口和控制接口接收到的各种数据信号)输出，其中将高速率数据信号输出至主信道处理单元1042、将低速率数据信号输出至辅信道处理单元1043。在接收信号的过程中，主信道处理单元1042用于接收数据整合单元1044输出的高速率数据信号，进行主信道解码后输出至适配单元1041；在发送信号的过程中，主信道处理单元1042用于接收适配单元1041输出的高速率数据信号，进行主信道编码处理后输出至数据整合单元1044。在接收信号的过程中，辅信道处理单元1043用于接收数据整合单元1044输出的低速率数据信号进行辅信道解码处理后输出至适配单元1041；在发送信号的过程中，辅信道处理单元1043用于接收适配单元1041输出的低速率数据信号进行辅信道编码处理后输出至数据整合单元1044。在接收信号的过程中，数据整合单元1044用于对从数据调制单元1045接收到的数据进行分路处理，获取高速率数据信号输出至主信道处理单元1042，获取低速率数据信号输出至辅信道处理单元1043；在发送信号的过程中，辅信道处理单元1043用于接收主信道处理单元1042和辅信道处理单元1043输出的数据信号，并对接收到的数据信号进行聚合处理后输出至数据调制单元1045。在接收信号的过程中，数据调制单元1045用于通过物理层处理模块104B从网络接口106接收数据信号，并将接收到的数据信号进行解调处理后输出至数据整合单元1044；在发送信号的过程中，数据调制单元1045用于接收数据整合单元1044输出的数据信号，并对接收到的整合后的数据信号进行调制处理后经由物理层处理模块104B输出至网络接口106。这样，在数据传输的过程中，收发处理装置104在物理层对要传输的数据信号进行HDBaseT标准化，从而使得HDBaseT标准的数据信号通过网络接口106在单根网线103中传输。而在将数据发送到物理层之前，通过数据层处理模块104B对要传输的数据信号进行定制化处理。优选地，在接收信号的过程中，主信道处理单元1042还用于在主信道解码后对高速率数据信号进行解压缩处理；在发送信号的过程中，主信道处理单元1042还用于在主信道编码前对高速率数据信号进行无损压缩处理。

在本实用新型的一个优选实施例中，如图1所示，接收器10B中还包括有USB集线器108和USB声卡107，USB接口102和USB声卡107连接至USB集线器108。USB集线器108将多个USB接口连接在一起，实现USB分路复用的功能，从而可以支持多个USB口，以及多种USB设备。USB声卡109连接常用的标准的模拟音频接口(如耳机和麦克风)，USB声卡芯片将语音信号转化为压缩的音频数字信号，实现语音功能。

其中，本实用新型的优选实施例中，收发处理装置104通过实现了HDBaseT标准的专用芯片实现，如以色列Valens公司的VS2010或者VS2310型号的专用芯片，其具有集成度高、支持接口类型多、功能强大、低功耗、信号收发性能好等优点。在这种情况下，收发处理装置104通过GPIO(General Purpose Input Output,通用输入输出)引脚与USB集线器108、视频接口101、控制接口105连接，通过RMII接口(Reduced Media Independent Interface,简化媒体独立接口)与网络接口106连接。对于视频接口101的高速信号传输，在电路板走线上要注意差分走线、阻抗匹配、ESD(Electro-Static Discharge，静电释放)保护，并且走线要短，以便传输高速信号，减小趋肤效应。而对于传输数据信号的网络接口106，优选千兆以太网控制接口(如以太网RJ45接口)，同时使用优质的网络变压器，使得信号传输质量更佳。USB接口105优选采用天津瑞发科半导体技术有限公司的NS1021芯片，USB集线器优选采用深圳市汤铭科技有限公司的FE2.1集线器。控制接口107通过电平控制实现，优选通过单片机实现开关控制逻辑。USB声卡优选采用台湾骅讯电子企业股份有限公司CMEDIA的CM108声卡，而单根网线103采用标准的5类、超5类或6类单根网线即可(当然也可为光纤)。

图3示出了收发处理装置的接收和发送信号的处理过程，其中，图3a为发送信号的处理过程，图3b为接收信号的处理过程。

在发送信号的过程中，通过步骤S1，适配单元1041从视频接口、USB接口、USB声卡和控制接口接收信号，将HDMI、USB、UART、I2S、GPIO等多种不同的通信接口和协议转换为统一的数据格式，并将高速的视频信号(即高速率数据信号)发送主信道处理单元1042，将低速的USB等其它外设数据(即低速率数据信号)发送给辅信道处理1043。通过步骤S2，辅信道处理单元对辅信道的低速率数据信号进行辅信道编码，通过纠错和检错编码，使得信号易于在物理信道传输，部分出错后仍能够进行检错和纠错处理。通过步骤S3，主信道处理单元首先对主信道的高速率数据信号进行无损压缩，将音视频高数据量的媒体信息进行轻量级压缩，减少媒体信息的数据量，其中，优选采用RLE行程编码算法或者LZO压缩算法进行压缩，该算法压缩前和解压缩后的数据完全一致。通过步骤S4，主信道处理单元对无损压缩后的高速率数据信号进行主信道编码，将主信道的数据进行纠错和检错编码，使得信号易于在物理信道传输，部分出错后仍能够进行检错和纠错处理。经过辅信道的编码处理以及主信道的压缩和编码处理后，主信道处理单元和辅信道处理单元都将编码处理后的数据信号发送到数据整合单元，通过步骤S5的数据聚合将主信道和辅信道的数据进行交织处理，并添加数据头和数据尾等标识，形成特定格式的数据包，让接收方易于解析。之后，数据整合单元将聚合后的数据发送给数据调制单元，通过步骤S6的数据调制将数据包编码成适合网线传输的特定电平，如可以采用PAM以及MLT-3标准电平。经过调制后的信号传输至物理层处理模块，由物理层处理模块在步骤S7根据HDBaseT标准对信号进行标准化处理，并将标准化的信号通过网络接口106发送到网线103上进行传输。

在接收信号的过程中，通过步骤S11，网络接口从单根网线103上接收传输来的数据输出给物理层处理模块104A，以通过物理层将HDBaseT标准的信号输出给数据解调单元1045。在步骤S12中，数据解调单元1045首先对信号进行解调，解调为调制的逆过程，经过解调将PAM以及MLT-3标准电平转换为数据位。之后，数据解调单元1045将解调后的数据信号输出给数据整合单元1044，在步骤S13中，数据整合单元1044对数据进行分路，数据分路是数据聚合的逆过程，是将主解调后的数据包，识别出数据头和数据尾，重新拆分成主信道和辅信道的数据，以便分别进行后续处理。分路后，数据整合单元1044把高速率数据信号输出给主信道单元，把低速率数据信号输出给辅信道单元。在步骤S14中，辅信道处理单元对低速率数据信号进行辅信道解码，自动进行检错和纠错处理，恢复原始数据。在步骤S15中，主信道处理单元首先对高速率数据信号进行主信道解码，自动进行检错和纠错处理，恢复原始数据。然后，在步骤S16中，主信道处理单元对解码后的原始数据进行解压缩，解压缩是无损压缩的逆过程，通过解压缩恢复出压缩之前的数据。之后，主信道处理单元和辅信道处理单元将恢复出的数据发送给适配单元，适配单元在步骤S17中根据通信接口的类型及其相关协议对数据进行格式转换，将主信道数据和辅信道数据转换成相应的接口数据输出给相应的接口。

图4还示出了一种实施方式的远程计算机控制设备。该远程计算机控制设备为上述计算机外设网线延长器的一个应用实例。如图4所示，该设备包括计算机20、延长器和计算机外设30，其中，延长器为前述的计算机外设网线延长器，包括发送器10A和接收器10B。如图所示，延长器的发送器10A通过其视频接口101、USB接口102和控制接口105与计算机10相连，延长器的接收器10B通过其视频接口、USB接口和控制接口与计算机外设30相连。在实际应用中，发送器10A安装在计算机旁边，通常放在机房内，而接收器10B则放在使用者的办公桌上，与各种外设相连，而发送器和接收器通过几十米的单根网线连接，从而实现电脑与计算机外设的分离，易于电脑统一管理，并节省空间。

在具体实施例中，如图4所示，计算机外设可以是显示器、键盘、鼠标、U盘、摄像头、耳机、麦克风、开关按键、复位按键和指示灯等外围设备。发送器的视频接口通过HDMI/DVI线缆与计算机连接，传输音视频信号，发送器的USB接口通过USB线与计算机连接，传输各种USB设备数据，控制接口通过铜线连接至计算机的主板上的开关和复位引脚，传输电平信号，通过电平信号控制电脑的复位、开关机。接收器的控制接口通过控制线连接至开关按键、复位按键和指示灯，接收器的USB声卡连接至耳机、麦克风，接收器的USB接口通过USB口连接至键盘、鼠标、U盘、摄像头等USB设备，接收器的视频接口通过HDMI/DVI连接显示器。其中，本实用新型的延长器中的视频接口、USB接口和控制接口都可以设置为一路或多路，以适应不同的应用需求。

本实用新型提供了一种采用单根网线的计算机外设延长器，将音视频、键盘、鼠标、USB、摄像头等多种外设信号进行融合，用于传输高速实时视频信号，又用于同时传输键盘、鼠标、USB、摄像头等数据信号，并按照HDBaseT标准进行信号调制以及信道编码，充分利用网线的4对双绞线，提高接收灵敏度，实现支持3840×2160高清视频最远传输100米，支持1920×1080高清视频最远传输150米，提高传输数据的速率和正确率。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。