专利名称：基于fpga的kvm加音频传输装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于FPGA的KVM加音频传输装置。
背景技术：
KVM是键盘(KETOOARD)^IiS (MOUSE)和计算机视频(VIDEO)的缩写。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。后期在KVM的基础上增加了音频的双向传输功能，实现音频传输的一个关键点是 利用计算机视频的消隐区对音频进行加/解嵌传输，而加/解嵌所使用的控制时序是门电 路器件加阻容器件利用行、场同步信号产生的。如图1和图2所示为现有KVM加音频的远距离传输方案，使用门电路器件加阻容 器件产生的加/解嵌控制时序信号受器件本身精度及环境影响容易引起相位偏移等问题， 容易造成音频失真。
发明内容本实用新型针对以上问题的提出，而研制一种基于FPGA的KVM加音频传输装置。 本实用新型采用的技术手段如下一种基于FPGA的KVM加音频传输装置，其特征在于包括传输端和主机端；所述传 输端包括传输端FPGA、传输端立体声缓冲电路、传输端音频A/D转换模块、传输端AES3 发送模块、传输端键盘接口、传输端鼠标接口、接收器、传输端控制字提取模块、传输端音频 提取模块、RGB延时模块、传输端立体声驱动电路、传输端输出接口和传输端时钟；所述传 输端立体声缓冲电路连接外部音频输入装置，所述传输端立体声缓冲电路、传输端音频A/ D转换模块和传输端AES3发送模块依次连接，所述接收器分别同传输端控制字提取模块和 传输端音频提取模块相连接，所述传输端控制字提取模块和传输端音频提取模块的输出端 同RGB延时模块相连接，所述RGB延时模块同传输端输出接口相连接，所述传输端音频提取 模块同传输端立体声驱动电路相连接；所述传输端AES3发送模块、传输端键盘接口、传输 端鼠标接口、接收器、传输端控制字提取模块、传输端音频提取模块、传输端输出接口和传 输端时钟分别同传输端FPGA相连接；所述主机端包括主机端FPGA、主机端立体声驱动电路、主机端音频D/A转换模 块、主机端AES3接收模块、主机端键盘接口、主机端鼠标接口、驱动器、主机端控制字加嵌 模块、主机端音频加嵌模块、主机端时钟、主机端立体声缓冲电路和主机端输出接口 ；所述 主机端立体声驱动电路连接外部音频输出装置，所述主机端AES3接收模块、主机端音频D/ A转换模块和主机端立体声驱动电路依次连接，所述主机端控制字加嵌模块和主机端音频 加嵌模块的输出端同驱动器相连接，所述主机端输出接口的输入端同主机端输出接口相连 接；所述主机端立体声缓冲电路同主机端音频加嵌模块相连接；所述主机端AES3接收模 块、主机端键盘接口、主机端鼠标接口、驱动器、主机端控制字加嵌模块、主机端音频加嵌模块、主机端时钟和主机端输出接口分别同主机端FPGA相连接。所述传输端时钟和所述主机端时钟采用24. 576MHZ时钟。所述接收器采用EL9111芯片，所述主机端时钟采用EL4543芯片。综上所述，利用FPGA可准确定位加/解嵌所需的各类信号，并可充分保证输出给 显示设备的视频信号中没有嵌入的信号。利用FPGA产生加/解嵌控制信号不仅可以提高 产品质量，还有效降低板卡调试时间，提高工作效率。
图1为按传统方法远端传输方案示意图；图2为按传统方法解决KVM加音频双向远距离传输方案示意图；图3为本实用新型远端反向模拟音频传输方案示意图；图4为本实用新型远端各点视频信号及控制信号时序示意图；图5为本实用新型计算机主机端KVM加/解嵌键鼠信号传输方案示意图；图6为本实用新型计算机主机端各点视音频信号及控制信号时序示意图。
具体实施方式
如图3和图5所示基于FPGA的KVM加音频传输装置，包括传输端和主机端；所述 传输端包括传输端FPGA301、传输端立体声缓冲电路302、传输端音频A/D转换模块303、 传输端AES3发送模块304、传输端键盘接口 305、传输端鼠标接口 306、接收器307、传输端 控制字提取模块308、传输端音频提取模块309、RGB延时模块310、传输端立体声驱动电路 311、传输端输出接口 312和传输端时钟313 ；所述传输端立体声缓冲电路302连接外部音 频输入装置，所述传输端立体声缓冲电路302、传输端音频A/D转换模块303和传输端AES3 发送模块304依次连接，所述接收器307分别同传输端控制字提取模块308和传输端音频 提取模块309相连接，所述传输端控制字提取模块308和传输端音频提取模块309的输出 端同RGB延时模块310相连接，所述RGB延时模块310同传输端输出接口 312相连接，所述 传输端音频提取模块309同传输端立体声驱动电路311相连接；所述传输端AES3发送模块 304、传输端键盘接口 305、传输端鼠标接口 306、接收器307、传输端控制字提取模块308、传 输端音频提取模块309、传输端输出接口 312和传输端时钟313分别同传输端FPGA301相连 接；所述主机端包括主机端FPGA501、主机端立体声驱动电路502、主机端音频D/A转 换模块503、主机端AES3接收模块504、主机端键盘接口 505、主机端鼠标接口 506、驱动器 507、主机端控制字加嵌模块508、主机端音频加嵌模块509、主机端时钟510、主机端立体声 缓冲电路511和主机端输出接口 512 ；所述主机端立体声驱动电路502连接外部音频输出 装置，所述主机端AES3接收模块504、主机端音频D/A转换模块503和主机端立体声驱动电 路502依次连接，所述主机端控制字加嵌模块508和主机端音频加嵌模块509的输出端同 驱动器507相连接，所述主机端输出接口 512的输入端同主机端输出接口 512相连接；所述 主机端立体声缓冲电路511同主机端音频加嵌模块509相连接；所述主机端AES3接收模块 504、主机端键盘接口 505、主机端鼠标接口 506、驱动器507、主机端控制字加嵌模块508、主 机端音频加嵌模块509、主机端时钟510和主机端输出接口 512分别同主机端FPGA501相连接。所述传输端时钟313和所述主机端时钟510采用M.576MHZ时钟。所述接收器307采 用EL9111芯片，所述主机端时钟510采用EL4543芯片。在图3中，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Η-SYNC、场同步信号V-SYNC以及嵌入LED状态信号和音频信号的计算机模拟视频 RGB信号。FPGA利用场同步脉冲的上升沿做触发计时5微秒产生一个1微秒宽度的正向箝 位脉冲CLAMP和一个7微秒宽度的正向清除脉冲CLEAR，在CLAMP脉冲的上升沿后延时1微 秒产生一个3微秒的正向采样脉冲SAMPLE和一个1. 5微秒宽度的状态锁存脉冲LOCK。箝 位脉冲的作用是在取样LED状态信号前将视频信号箝位到OV电平。清除脉冲的作用清除 取样后的视频信号中残留的LED状态信号。从计算机模拟视频中分离出LED状态信号的过 程，参考图4，首先利用CLAMP脉冲将嵌入视频信号箝位到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LED状态信号送给状态锁存电路，锁存电路利 用LOCK脉冲锁存当前采样到的LED状态信号直到下一个LOCK脉冲，完成LED状态信号的提 取工作。当CLEAR脉冲到来的时候输出显示器视频信号短接到OV电平，CLEAR脉冲保证了 输出给显示器的视频信号中无残留LED状态信号。利用场同步脉冲产生的CLAMP、SAMPLE、 CLEAR脉冲信号不仅分离出LED状态信号，而且视频信号不受任何影响。FPGA再利用行同 步脉冲的上升沿做触发产生一个0. 5微秒宽度音频正向箝位脉冲CLAMPA和一个2微秒宽 度的正向清除脉冲CLEARA，在CLAMPA脉冲的上升沿后延时0. 2微秒产生一个1微秒的正向 采样脉冲SAMPLEA。箝位脉冲的作用是在取样音频信号前将视频信号箝位到OV电平。清 除脉冲的作用清除取样后的视频信号中残留的音频信号。从计算机模拟视频中分离出音频 信号的过程，参考图4，首先利用CLAMPA脉冲将嵌入视频信号箝位到OV电平，并保持到下一 个箝位脉冲出现之前。然后，当SAMPLE脉冲到来的时候音频信号送给巴特沃兹滤波器进行 音频信号滤波处理。当CLEAR脉冲到来的时候输出显示器视频信号短接到OV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。利用场同步脉冲产生的CLAMPA、 SAMPLEA.CLEARA脉冲信号不仅分离出音频信号，而且视频信号不受任何影响。反向音频信 号经过AD转换芯片转换成数字音频送给AES3驱动芯片，键鼠数据通过FPGA也送给AES3 驱动芯片，AES3驱动芯片将键鼠数据嵌入到音频数据中后传输给计算机主机端，完成反向 音频和键鼠数据的远距离传输。图5为本实用新型计算机主机端KVM加/解嵌音频传输方案示意图。首先FPGA 利用场同步脉冲的上升沿做触发计时5微秒产生一个1微秒宽度的正向箝位脉冲CLAMP，紧 跟在CLAMP脉冲的上升沿产生一个5微秒的正向采样脉冲SAMPLE。箝位脉冲的作用是在取 样LED状态信号前将视频信号箝位到OV电平。将LED状态信号嵌入到计算机模拟视频中 的过程如图6所示，首先利用CLAMP脉冲将视频信号箝位到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，LED状态信号送给编码模块进行 编码传输。这样就把LED状态信号和视频信号分时段叠加在一起，完成将LED状态嵌入到 视频中。FPGA再利用行同步脉冲的上升沿做触发产生一个0. 5微秒宽度音频正向箝位脉冲 CLAMPA,紧跟CLAMPA脉冲的上升沿产生一个1. 5微秒的正向采样脉冲SAMPLEA。箝位脉冲 的作用是在取样音频信号前将视频信号箝位到OV电平。把计算机输出模拟音频信号嵌入 到计算机模拟视频中的过程，参考图4，首先利用CLAMPA脉冲将视频信号箝位到OV电平，并保持到下一个箝位脉冲出现之前。然后，当SAMPLE脉冲到来的时候音频信号送给巴特沃兹 滤波器进行音频信号滤波处理。当CLEAR脉冲到来的时候输出显示器视频信号短接到OV 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。利用场同步脉冲产生 的CLAMPA、SAMPLEA、CLEARA脉冲信号不仅分离出音频信号，而且视频信号不受任何影响将 计算机输出模拟音频信号嵌入到计算机模拟视频中的过程如图6所示，首先利用CLAMP脉 冲将视频信号箝位到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，计算机输出模拟音频信号送给编码模块进行编码传输。这样就把计算机 输出模拟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。AES3接收芯 片在接收到远端的数字音频信号后自动把音频信号和键鼠数据分离，分离出的数字音频信 号经DA转换芯片后输出给计算机主机；而FPGA从AES3接收芯片中获取键鼠数据后发送给 计算机主机。 以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用 新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之 内。
权利要求1.一种基于FPGA的KVM加音频传输装置，其特征在于包括传输端和主机端；所述传 输端包括传输端FPGA(301)、传输端立体声缓冲电路(302)、传输端音频A/D转换模块 (303)、传输端AES3发送模块(304)、传输端键盘接口(305)、传输端鼠标接口(306)、接收 器(307)、传输端控制字提取模块(308)、传输端音频提取模块(309)、RGB延时模块(310)、 传输端立体声驱动电路(311)、传输端输出接口(31 和传输端时钟(313)；所述传输端立 体声缓冲电路(30 连接外部音频输入装置，所述传输端立体声缓冲电路(302)、传输端音 频A/D转换模块(30 和传输端AES3发送模块(304)依次连接，所述接收器(307)分别同 传输端控制字提取模块(308)和传输端音频提取模块(309)相连接，所述传输端控制字提 取模块(308)和传输端音频提取模块(309)的输出端同RGB延时模块(310)相连接，所述 RGB延时模块(310)同传输端输出接口(31 相连接，所述传输端音频提取模块(309)同 传输端立体声驱动电路(311)相连接；所述传输端AES3发送模块(304)、传输端键盘接口 (305)、传输端鼠标接口(306)、接收器(307)、传输端控制字提取模块(308)、传输端音频提 取模块(309)、传输端输出接口 (312)和传输端时钟(313)分别同传输端FPGA(301)相连 接；所述主机端包括主机端FPGA(501)、主机端立体声驱动电路(502)、主机端音频D/ A转换模块(503)、主机端AES3接收模块(504)、主机端键盘接口(505)、主机端鼠标接口 (506)、驱动器(507)、主机端控制字加嵌模块(508)、主机端音频加嵌模块(509)、主机端时 钟(510)、主机端立体声缓冲电路(511)和主机端输出接口(51 ；所述主机端立体声驱动 电路(50 连接外部音频输出装置，所述主机端AES3接收模块(504)、主机端音频D/A转换 模块(50 和主机端立体声驱动电路(50 依次连接，所述主机端控制字加嵌模块(508) 和主机端音频加嵌模块(509)的输出端同驱动器(507)相连接，所述主机端输出接口(512) 的输入端同主机端输出接口(51 相连接；所述主机端立体声缓冲电路(511)同主机端音 频加嵌模块(509)相连接；所述主机端AES3接收模块(504)、主机端键盘接口(505)、主 机端鼠标接口(506)、驱动器(507)、主机端控制字加嵌模块(508)、主机端音频加嵌模块 (509)、主机端时钟(510)和主机端输出接口(512)分别同主机端FPGA(501)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的KVM加音频传输装置，其特征在于所述传输 端音频提取模块(309)和控制字提取模块(308)所用控制信号采用FPGA(301)产生。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的KVM加音频传输装置，其特征在于所述主机 端控制字加嵌模块(508)和音频加嵌模块(509)所用控制信号采用FPGA(501)产生。
专利摘要本实用新型公开了一种基于FPGA的KVM加音频传输装置，其特征在于传输端包括传输端AES3发送模块、传输端键盘接口、传输端鼠标接口、接收器、传输端控制字提取模块、传输端音频提取模块、传输端输出接口和传输端时钟分别同传输端FPGA相连接；主机端包括主机端AES3接收模块、主机端键盘接口、主机端鼠标接口、驱动器、主机端控制字加嵌模块、主机端音频加嵌模块、主机端时钟和主机端输出接口分别同主机端FPGA相连接。利用FPGA可准确定位加/解嵌所需的各类信号，充分保证输出给显示设备的视频信号中没有嵌入的信号。利用FPGA产生加/解嵌控制信号不仅可以提高产品质量，还有效降低板卡调试时间，提高工作效率。
文档编号G06F3/16GK201892937SQ20102065400
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者姚景国, 程鹏 申请人:大连捷成实业发展有限公司