HDMI信号扩展电路及VR产品的制作方法

本实用新型属于HDMI信号处理电路技术领域，具体地说，是涉及一种可以将一路HDMI信号源扩展成多路HDMI信号并满足多路HDMI输出源播放要求的电路设计。

背景技术：

随着新技术的不断发展，VR、AR、MR产品不断涌现并受到广大青少年群体的喜爱。VR作为虚拟现实技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，可以提供多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为，使用户沉浸在虚拟现实的环境中。

现有的VR产品，绝大多数只能让佩戴VR头盔的玩家观赏到虚拟现实的3D场景，场景无法实现共享。为了让观众也能够观赏到玩家眼前的场景，使观众可以与玩家同时享受到VR产品带来的乐趣，通常需要在VR产品上增加一路用于连接电视机的TV输出。由于连接VR产品的HDMI输入源只有一路，因此如何将一路HDMI输入源扩展成两路HDMI输出源并满足VR头盔和电视机的显示输出要求，是目前VR产品研发过程中面临的一项主要问题。

HDMI（High－Definition Multimedia Interface）又称高清晰度多媒体接口，是首个支持在单线缆上传输，不经过压缩的全数字高清晰度、多声道音频和智能格式与控制命令数据的数字接口。由于在一路HDMI信号中，既包括音视频信号，又包括DDC信号，因此在对HDMI输入源进行多路扩展时，需要对扩展出的多路HDMI信号进行视频通道和DDC通道的准确切换，以满足VR头盔和电视机的播放要求。目前，对于DDC通道的切换方法多采用专门的IC处理芯片实现，电路设计复杂，成本高，且切换方式不灵活。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种HDMI信号扩展电路，采用HDMI收发器配合数字逻辑开关的方式对一路HDMI信号源的视频通道和DDC通道进行切换控制，从而实现了HDMI信号源的双路扩展，并提高了信号传输通道切换的灵活性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

本实用新型在一个方面提供了一种HDMI信号扩展电路，包括第一HDMI收发器、第二HDMI收发器、第一数字逻辑开关、第二数字逻辑开关、处理器以及两个HDMI输出端子；其中，第一HDMI收发器包括两组一进两出的传输通路，第一组传输通道对HDMI信号源的视频通路进行双路扩展，扩展后的第一路视频通路连接至第二HDMI收发器，扩展后的第二路视频通路经由所述处理器连接至所述第二HDMI收发器；第二组传输通路用于对HDMI信号的DDC通路进行双路扩展；第一数字逻辑开关连接所述HDMI信号源的DDC通路，并选择性地将所述HDMI信号源的DDC通路与所述第一HDMI收发器的第二组传输通路连通或者与所述处理器连通；当所述HDMI信号源的DDC通路与所述第一HDMI收发器的第二组传输通路连通时，第一HDMI收发器将所述DDC通路扩展成两路，扩展后的第一路DDC通路经由所述第一数字逻辑开关连通所述处理器，扩展后的第二路DDC通路连通所述第二HDMI收发器；第二数字逻辑开关连接所述处理器的DDC通路，并选择性地将所述处理器的DDC通路与所述第二HDMI收发器连通或者与第一HDMI输出端子连通；第二HDMI收发器包括两组两进两出的传输通路，第一组传输通道在连接至所述第二HDMI收发器的两路视频通路与两个HDMI输出端子之间进行选通切换，第二组传输通道在连接至所述第二HDMI收发器的两路DDC通路与所述两个HDMI输出端子之间进行选通切换。

进一步的，在所述第二HDMI收发器的第二组传输通道中，第一组接收端连接第一HDMI收发器，第二组接收端连接第二数字逻辑开关，第一组发送端连接第二HDMI输出端子，第二组发送端在所述第二数字逻辑开关的选通控制下连通第一HDMI输出端子。

又进一步的，所述第二数字逻辑开关包括四组I/O接口，第一组I/O接口连接所述处理器的DDC通路，第二组I/O接口连接所述第二HDMI收发器的第二组传输通道中的第二组接收端，第三组I/O接口连接所述第二HDMI收发器的第二组传输通道中的第二组发送端，第四组I/O接口连接所述第一HDMI输出端子。

再进一步的，在所述第一HDMI收发器的第二组传输通道中包括一组接收端和两组发送端，所述第一数字逻辑开关包括四组I/O接口；其中，所述第一数字逻辑开关的第一组I/O接口连接所述HDMI信号源的DDC通路，第二组I/O接口连接所述第一HDMI收发器的第二组传输通道中的接收端，第三组I/O接口连接所述第一HDMI收发器的第二组传输通道中的第二组发送端，第四组I/O接口连接所述处理器；所述第一HDMI收发器的第二组传输通道中的第一组发送端连接所述第二HDMI收发器的第二组传输通道中的第一组接收端。

更进一步的，在所述第一HDMI收发器的第一组传输通道中包括一组接收端和两组发送端，在所述第二HDMI收发器的第一组传输通道中包括两组接收端和两组发送端；其中，在所述第一HDMI收发器的第一组传输通道中，其接收端连接HDMI信号源的视频通路，第一组发送端连接第二HDMI收发器的第一组传输通道中的第一组接收端，第二组发送端连接处理器，并经由处理器连接第二HDMI收发器的第一组传输通道中的第二组接收端；在所述第二HDMI收发器的第一组传输通道中，其两组发送端分别与所述的两个HDMI输出端子一一对应连接。

优选的，所述第二HDMI收发器、第一数字逻辑开关和第二数字逻辑开关接收所述处理器输出的控制信号，在所述处理器的控制下进行通路的选通切换。

本实用新型在另一方面提供了一种VR产品，包括第一HDMI收发器、第二HDMI收发器、第一数字逻辑开关、第二数字逻辑开关、处理器、用于连接电视机的TV输出端子以及用于连接VR头盔中的HDMI处理电路的头盔输出端子；其中，第一HDMI收发器包括两组一进两出的传输通路，第一组传输通道对HDMI信号源的视频通路进行双路扩展，扩展后第一路视频通路连接至第二HDMI收发器，扩展后的第二路视频通路经由所述处理器连接至所述第二HDMI收发器；第二组传输通路用于对HDMI信号的DDC通路进行双路扩展；第一数字逻辑开关连接所述HDMI信号源的DDC通路，并选择性地将所述HDMI信号源的DDC通路与所述第一HDMI收发器的第二组传输通路连通或者与所述处理器连通；当所述HDMI信号源的DDC通路与所述第一HDMI收发器的第二组传输通路连通时，第一HDMI收发器将所述DDC通路扩展成两路，扩展后的第一路DDC通路经由所述第一数字逻辑开关连通所述处理器，扩展后的第二路DDC通路连通所述第二HDMI收发器；第二数字逻辑开关连接所述处理器的DDC通路，并选择性地将所述处理器的DDC通路与所述第二HDMI收发器连通或者与TV输出端子连通；第二HDMI收发器包括两组两进两出的传输通路，第一组传输通道在连接至所述第二HDMI收发器的两路视频通路与所述的TV输出端子、VR头盔输出端子之间进行选通切换，第二组传输通道在连接至所述第二HDMI收发器的两路DDC通路与所述的TV输出端子、VR头盔输出端子之间进行选通切换。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型采用HDMI收发器配合数字逻辑开关的方式构建HDMI信号扩展电路，结构简单，成本低廉，通过两个简单的数字逻辑开关巧妙地实现了DDC通道的多路切换，方法简单，切换灵活，将其应用在支持TV显示输出的VR产品中，不仅可以实现设备之间EDID和HDCP1.4、HDCP2.2的传输认证，而且无需对现有VR产品进行复杂的电路结构改动，即可使现有的VR产品能够在多种工作模式下实现切换和控制，以满足用户和生产商的不同使用需求。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的HDMI信号扩展电路的一种实施例的电路原理框图；

图2是图1中的第一数字逻辑开关的一种实施例的外围电路原理图；

图3是图1中的第二数字逻辑开关的一种实施例的外围电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例针对支持TV显示输出的VR产品，提出了一种可以对一路HDMI信号源进行双路扩展的电路结构设计，不仅能满足VR头盔和电视机的同步显示要求，而且可以使VR产品工作在多种模式下，继而满足生产商和用户的不同使用需求。

下面结合图1，对本实施例的HDMI信号扩展电路的具体结构设计进行详细阐述。

如图1所述，本实施例的HDMI信号扩展电路主要包括两路HDMI收发器U1、U2、两路数字逻辑开关U3、U4、处理器U5和两个HDMI输出端子CN2、CN3。其中，HDMI收发器U1、U2可以选用仅支持HDCP1.4标准认证，但不支持HDCP2.2标准认证的IC芯片，例如Analog公司的ADV7626芯片等，以进一步降低硬件成本。当然，也可以选用支持HDCP1.4和HDCP2.2两种标准认证的IC芯片作为所述的HDMI收发器U1、U2，本实施例对此不进行具体限制。

本实施例的HDMI收发器U1、U2具有三种工作模式：Splitter模式（即，可提供多组一进两出的传输通路）、Cross point模式（即，可提供多组两进两出的传输通路）；Pass through模式（即，直通模式）。当HDMI收发器U1、U2工作在Splitter和Cross point模式时，可以实现HDCP标准认证；而当HDMI收发器U1、U2工作在Pass through模式时，只能实现音视频信号的直通传输，无法实现HDCP的认证。在本实施例中，配置第一HDMI收发器U1工作在Splitter模式下，并提供两组一进两出的传输通路：一组用于对HDMI信号源的视频通路进行双路扩展；另一组用于对HDMI信号源的DDC通路进行双路扩展。配置第二HDMI收发器U2工作在Cross point模式下，并提供两组两进两出的传输通路：一组用于在两路视频通路与两个HDMI输出端子CN2、CN3之间进行选通切换；另一组用于在两路DDC通路与两个HDMI输出端子CN2、CN3之间进行选通切换。在本实施例中，HDMI输出端子CN2以用于连接电视机的TV输出端子为例进行说明；HDMI输出端子CN3以用于连接VR头盔中的HDMI信号处理电路的头盔输出端子为例进行说明。

两路数字逻辑开关U3、U4用于对DDC通道进行多路切换，以满足HDMI信号源与电视机之间以及HDMI信号源与VR产品之间的DDC信号传输要求。考虑到现有的HDMI信号一般采用I²C总线的方式传输DDC信号（包括EDID信息和HDCP信息），因此每一路DDC通道应包含两条信号线。本实施例选用TI公司的SN74CB3Q3257DBQR开关芯片作为所述的数字逻辑开关U3、U4，提供四组I/O接口，每组I/O接口包括两个I/O口，分别连接数据线和时钟线，以实现DDC通道的双路选通和切换。当然，所述的数字逻辑开关U3、U4也可以选用TI公司的其他类型的开关芯片或者其他公司的数字开关，本实施例并不仅限于以上举例。

为了对HDMI信号源的视频通道和DDC通道进行双路扩展和选通切换，本实施例将第一HDMI收发器U1的第一组传输通路作为视频扩展通路，连接HDMI输入端CN1中的视频通路，通过HDMI输入端CN1外接HDMI信号源，以使HDMI信号源的视频通路HDMI_VD与第一HDMI收发器U1的第一组传输通路中的接收端U1_VD_RX连通。通过所述第一HDMI收发器U1对HDMI信号源的视频通路进行双路扩展，一路通过第一组传输通路的第一组发送端U1_VD_TX1传输至第二HDMI收发器U2，具体可传输至第二HDMI收发器U2的第一组传输通路的第一组接收端U2_VD_RX1。通过第一HDMI收发器U1扩展输出的另一路视频通路经由第一HDMI收发器U1的第一组传输通路的第二组发送端U1_VD_TX2传输至处理器U5，经由处理器U5处理后传输至第二HDMI收发器U2，具体可传输至第二HDMI收发器U2的第一组传输通路的第二组接收端U2_VD_RX2。第二HDMI收发器U2对接收到的两路视频信号的传输通路进行切换，选择一路通过第二HDMI收发器U2的第一组传输通路的第一组发送端U2_VD_TX1传输至TV输出端子CN2，进而通过电视机显示输出；选择另一路视频信号通过第二HDMI收发器U2的第一组传输通路的第二组发送端U2_VD_TX2传输至头盔输出端子CN3，进而通过VR头盔显示输出。

对于HDMI信号源的DDC通道HDMI_DDC_SCL、HDMI_DDC_SDA可以连接至第一数字开关U3的第一组I/O接口，结合图2所示，如1A、2A接口，经由第一数字开关U3选择性地连通至第一HDMI收发器U1或者处理器U5。具体来讲，可以将第一数字开关U3的第二组I/O接口，如1B1、2B1接口，连通至第一HDMI收发器U1的第二组传输通路的接收端U1_DDC_RX，第四组I/O接口，如3A、4A接口，连通至处理器U5，例如SM_DDC接口。所述第一HDMI收发器U1可以对DDC通路进行双路扩展，一路通过其第二组传输通路的第一组发送端U1_DDC_TX1连通至第二HDMI收发器U2，具体可连通第二HDMI收发器U2的第二组传输通路的第一组接收端U2_DDC_RX1；另一路扩展的DDC通路可通过第一HDMI收发器U1的第二组传输通路的第二组发送端U1_DDC_TX2连通至第一数字开关U3的第三组I/O接口，如3B1、4B1接口，经第一数字开关U3选择连通至所述处理器U5的SM_DDC接口。处理器U5可以对接收到的DDC信号进行处理，并构建处理器U5与第二数字逻辑开关U4之间的DDC通路。具体可将处理器U5的CM_DDC接口连接第二数字逻辑开关U4的第一组I/O接口，结合图3所示，如第二数字逻辑开关U4的3A、4A接口，利用第二数字逻辑开关U4选择性地连通至第二HDMI收发器U2或者直接连通至TV输出端子CN2。具体来讲，可以将第二数字开关U2的第二组I/O接口，如4B1、3B1接口，连通至第二HDMI收发器U2的第二组传输通路的第二组接收端U2_DDC_RX1，第四组I/O接口，如1A、2A接口，连通至TV输出端子CN2。第二HDMI收发器U2用于对连通其第二组传输通道的两组接收端的DDC通路的路径进行选通切换，将其第二组传输通道的第一组发送端U2_DDC_TX1连通至头盔输出端CN3，第二组发送端U2_DDC_TX2连通至第二数字逻辑开关U4的第三组I/O接口，如1B1、2B1接口，经第二数字逻辑开关U4连通至TV输出端CN2。

当然，第二HDMI收发器U2的第二组传输通道的第二组发送端U2_DDC_TX2也可以不经过第二数字逻辑开关U4直接连通至TV输出端CN2，同样可以实现两路DDC通路的切换。

对第一数字逻辑开关U3、第二数字逻辑开关U4、第二HDMI收发器U2中各通路的选通控制，可以由处理器U5控制实现。如图2、图3所示，可以将第一数字逻辑开关U3的选通接口S和第二数字逻辑开关U4的选通接口S分别连接处理器U5的不同管脚，接收处理器U5输出的控制信号DIRECT_1、DIRECT_2，以控制数字逻辑开关U3、U4的A接口连通B1接口，或者A接口连通B2接口。将每个数字逻辑开关U3、U4的1B2接口连接至其3B2接口，2B2接口连接至其4B2接口，在处理器U5控制数字逻辑开关U3、U4的A接口连通B2接口时，实现第一组I/O接口与第四组I/O接口的连通。

下面结合图1-图3，对本实施例的HDMI信号扩展电路的工作原理进行具体阐述。

基于本实施例提出的HDMI信号扩展电路设计的VR产品可以工作在三种模式：VR模式（即通过VR头盔显示椭圆形画面，通过电视机显示满屏画面）、NOR-VR模式（即通过电视机显示椭圆形画面，通过VR头盔显示满屏画面）、TV view模式（即通过电视机显示4K画面，VR头盔为黑屏状态）。

结合图1所示的1-6、a-j的路径标号，对VR产品在三种工作模式下的电视机和VR头盔的视频传输路径和DDC传输路径分别进行描述。

（1）VR模式下

设置电视机的视频路径为：1-4-5-3，DDC路径为：a-b-c-d-e-g-f-i；

设置VR头盔的视频路径为：1-2-6，DDC路径为：a-b-j-h。

在VR模式下，HDMI信号源的视频信号通过第一HDMI收发器U1、第二HDMI收发器U2传输至VR头盔，通过VR头盔显示满屏画面。VR头盔与HDMI信号源的HDCP认证过程为：HDMI信号源与第一HDMI收发器U1的接收端进行HDCP1.4认证，第一HDMI收发器U1的发送端与第二HDMI收发器U2的接收端进行HDCP1.4认证，第二HDMI收发器U2的发送端与VR头盔进行HDCP1.4认证。

在VR模式下，HDMI信号源的视频信号通过第一HDMI收发器U1、处理器U5、第二HDMI收发器U2传输至电视机。由于HDMI视频信号经过处理器U5可以进行倍频、显示方式等处理，因此可以通过电视机显示椭圆形画面，以满足电视机的显示测试要求。电视机与HDMI信号源的HDCP认证过程为：HDMI信号源与第一HDMI收发器U1的接收端进行HDCP1.4认证，第一HDMI收发器的U1发送端与处理器U5进行HDCP1.4的认证，处理器U5与第二HDMI收发器U2的接收端进行HDCP1.4认证，第二HDMI收发器U2的发送端与电视机进行HDCP1.4认证。

（2）NOR-VR模式下

设置电视机的视频路径为：1-2-3，DDC路径为：a-b-j-f-i；

设置VR头盔的视频路径为：1-4-5-6，DDC路径为：a-b-c-d-e-g-h。

在NOR-VR模式下，HDMI信号源的视频信号通过第一HDMI收发器U1、第二HDMI收发器U2传输至电视机，通过电视机显示满屏画面。电视机与HDMI信号源的HDCP认证过程为：HDMI信号源与第一HDMI收发器U1的接收端进行HDCP1.4认证，第一HDMI收发器U1的发送端与第二HDMI收发器U2的接收端进行HDCP1.4认证，第二HDMI收发器U2的发送端与电视机进行HDCP1.4认证。

在NOR-VR模式下，HDMI信号源的视频信号通过第一HDMI收发器U1、处理器U5、第二HDMI收发器U2传输至VR头盔。由于HDMI视频信号经过处理器U5可以进行倍频、显示方式等处理，因此可以通过VR头盔显示椭圆形画面，即VR头盔在正常工作时跟随人头的移动而显示输出的两眼画面，以满足VR产品的显示测试要求。VR头盔与HDMI信号源的HDCP认证过程为：HDMI信号源与第一HDMI收发器U1的接收端进行HDCP1.4认证，第一HDMI收发器的U1发送端与处理器U5进行HDCP1.4的认证，处理器U5与第二HDMI收发器U2的接收端进行HDCP1.4认证，第二HDMI收发器U2的发送端与VR头盔进行HDCP1.4认证。

（3）TV view模式下

设置电视机的视频路径为：1-4-5-3，DDC路径为：a-d-e-i；

VR头盔为黑屏状态。

在TV view模式下，可以对电视机进行4K显示测试。由于4K显示采用HDCP2.2协议标准，对于不支持HDCP2.2标准认证的HDMI收发器U1、U2，可以设置VR头盔在此模式下处于黑屏状态，并控制HDMI收发器U1 、U2进入passth rough模式。

在TV view模式下，控制两个数字逻辑开关U3、U4的A接口连通B2接口（在VR模式和NOR-VR模式下，控制两个数字逻辑开关U3、U4的A接口连通B1接口），即，将两个数字逻辑开关U3、U4的第一组I/O接口和第四组I/O接口连通。此时，HDMI信号源的视频信号通过第一HDMI收发器U1、处理器U5、第二HDMI收发器U2传输至电视机。HDMI视频信号在处理器U5的处理下，通过电视机显示4K画面。电视机与HDMI信号源的HDCP认证过程为：HDMI信号源与处理器U5进行HDCP2.2认证，处理器U5与电视机进行HDCP2.2认证。

无论处于何种工作模式下，电视机和VR头盔的EDID信息可以经由其与HDMI信号源搭建的DDC通路传送至HDMI信号源。

当然，本实施例所提出的上述HDMI信号扩展电路也可以应用在除VR产品以外的其他支持两路HDMI显示的电子产品中，例如AR、MR产品等，本实施例对此不进行具体限制。

应当指出的是，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。