專利名稱：多usb接口的高性能圖像適配裝置及其信號傳輸方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機圖像顯示技術，尤其涉及一種多USB接口的高性能圖像適配裝置及 其信號傳輸方法。
背景技術：
圖像適配卡是計算機主機與顯示器之間的連接橋梁，主要負責將CPU送來的圖像數(shù)
據(jù)進行加工處理，并轉變?yōu)檫m合在顯示器上顯示的數(shù)據(jù)格式，然后輸出到顯示器端口?，F(xiàn)
有的圖像適配卡與計算機主機之間的接口主要采用插槽式的接口形式，主要有三種，即PCI、 AGP和PC正-16X，最大傳輸速率分別可以達到133MBps、 2133MBps和8000MBps。然而， 這種圖像適配卡需要占用計算機主機的接口插槽，所以不具備便攜性；而且，如果要實現(xiàn) 多屏幕擴展或鏡像顯示，就必須把更多的適配卡插在計算機主機里，這一方面會增加硬件 安裝過程的復雜度和難度，另一方面，也會增加計算機主機系統(tǒng)的不穩(wěn)定性概率。尤其是， 當一臺筆記本電腦需要擴展或鏡像多個屏幕時，幾乎是不可能將多個插槽式圖像適配卡插 入筆記本電腦里，而必須采用其它的接口方式來安裝多個圖像適配卡，從而來實現(xiàn)多屏幕 擴展或鏡像顯示的功能。
USB接口是通用串行總線接口，是現(xiàn)有計算機硬件系統(tǒng)中最為普遍使用的數(shù)據(jù)傳輸接 口方式，己經(jīng)被眾多的外圍設備所采用。當前，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了采用USB接口來擴展多 屏幕顯示的便攜式裝置。而實用新型專利ZL200620016004.X也提出了一種帶USB接口的 便攜式顯示適配器裝置，其主要思想是先由安裝在計算機主機里的軟件，將圖像數(shù)據(jù)壓縮 成USB數(shù)據(jù)包，然后通過USB接口線傳輸?shù)皆摫銛y式圖像適配裝置中，再由該裝置中的 硬解壓器將USB數(shù)據(jù)包還原為能在顯示器上直接顯示的數(shù)據(jù)格式。然而，現(xiàn)有的產(chǎn)品和該 專利設計的裝置無法滿足現(xiàn)有的擴展或鏡像高性能圖像顯示的需求，比如3D游戲、高清 圖像顯示等?，F(xiàn)有的多屏幕顯示一般有擴展和鏡像兩種用途，多屏幕擴展主要是將原本在 一個顯示器中顯示的內(nèi)容擴展到多個顯示器中顯示，其傳輸速率要求不高；而多屏幕鏡像 則要求將原本在一個顯示器中顯示的內(nèi)容復制到其他多個顯示器上，這樣就會有較高傳輸 速率的要求。當前的USB2.0接口的理論最大傳輸速率僅為480Mbps，分辨率為1920*1280、 32位、每秒25幀的高清視頻信號，其未經(jīng)壓縮的視頻信號要求的傳輸速率大約為 1920*1280*32*25 1.8Gbps，所以，為了傳輸這種具有較高性能的圖像信號，計算機主機就必須對圖像數(shù)據(jù)按一定的壓縮倍率進行壓縮處理。于是，就帶來了許多不利的因素 一方 面，復雜的壓縮算法會占用更多的CPU資源，增加CPU的負擔；另一方面，壓縮算法越 復雜，那么誤差率也就愈大，從而導致解壓后會有更多的有效信息丟失，圖像信號也就會 變得模糊不清。這就是說，己有的產(chǎn)品和專利，無法應用于3D游戲、高清視頻信號等高 性能圖像擴展或鏡像顯示的場合。
因此，如何設計出一種能實現(xiàn)較高性能圖像顯示的便攜式圖像適配裝置，成為了計算 機主機與顯示器接口連接所急待解決的主要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有計算機顯示適配裝置存在的上述不足，提供一種多USB接 口的高性能圖像適配裝置及其信號傳輸方法，從而實現(xiàn)具有較高性能的多屏幕擴展或鏡像 顯示。
本發(fā)明的一種多USB接口的高性能圖像適配裝置通過如下技術方案實現(xiàn)-一種多USB接口的高性能圖像適配裝置，包括順次連接的USB控制模塊、USB信號 合成模塊、接口信號轉換模塊和圖像處理模塊，所述USB控制模塊包括多個USB接口及 各自的USB控制器，用于接收來自計算機主機的多路USB數(shù)據(jù)流信號；所述USB信號合 成模塊包括一個并串轉換器電路，用于將接收到的多個USB數(shù)據(jù)流信號進行同步處理，然 后合并成串行的USB數(shù)據(jù)流信號；所述接口信號轉換模塊包括一塊USB轉PCI電路芯片， 用于將輸入的串行的USB數(shù)據(jù)流信號轉換為開放式的PCI數(shù)據(jù)流信號，然后，輸出到圖像 處理模塊，所述圖像處理模塊用于將輸入的數(shù)據(jù)包進行解壓縮處理并輸出能在顯示器上直 接顯示的數(shù)據(jù)信號。
所述的多USB接口的高性能圖像適配裝置還包括與所述各模塊連接的電源模塊，該電 源模塊是備用模塊，當主機提供的USB電源不夠用時，作為后備電源，為所述裝置的各個 模塊供電。
上述多USB接口的高性能圖像適配裝置中，圖像處理模塊包括自適應數(shù)據(jù)包解壓縮電 路、大容量顯示緩存器和圖像信號輸出接口電路；其中，自適應數(shù)據(jù)包解壓縮電路用于計 算輸入的數(shù)據(jù)流信號的壓縮比率，并按此壓縮比率對數(shù)據(jù)包的進行解壓縮處理，使其成為 能在顯示器上直接顯示的圖像信號，然后，輸出到大容量顯示緩存器中，所述大容量顯示 緩存器是單顆大容量的存儲器或者由多個小容量的存儲器組成。
本發(fā)明一種多USB接口的高性能圖像適配裝置的信號傳輸方法，包括如下步驟(1) 便攜式圖像適配裝置中的三個USB控制器各自接收來自計算機主機的三路USB 數(shù)據(jù)子流信號，將接收的三路USB數(shù)據(jù)子流信號進行同步處理，確定三個USB數(shù)據(jù)子流 信號的前后順序；
(2) 三路并行的USB數(shù)據(jù)子流信號被轉換為一路串行的USB數(shù)據(jù)流信號，經(jīng)過 USB-PCI格式轉換的處理后，得到了PCI數(shù)據(jù)信號；
(3) 圖像處理模塊判斷PCI數(shù)據(jù)信號是否進行了壓縮處理，并自動地確定壓縮比率大 小，再進行解壓縮處理，得到能直接在顯示器上顯示的圖像數(shù)據(jù)信號。
上述步驟(1)之前還包括如下步驟
首先，計算機主機的CPU捕獲圖像數(shù)據(jù)信號，然后判斷是否為3D或者高清視頻流信 號，如果是，那么就按照最大傳輸速率和采用的USB接口數(shù)目計算數(shù)據(jù)信號的壓縮比率， 然后，將壓縮后的數(shù)據(jù)信號轉變?yōu)閁SB數(shù)據(jù)流信號；如果不是，則直接將數(shù)據(jù)信號轉變?yōu)?USB數(shù)據(jù)流信號；
接著，CPU將串行的USB數(shù)據(jù)流信號平均分割為三路并行的USB數(shù)據(jù)子流信號，并 通過三個并行的USB接口分別輸出。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點-
由于本發(fā)明裝置采用了并行的多個USB傳輸接口來實現(xiàn)計算機主機與便攜式圖像適配 器之間的數(shù)據(jù)傳輸，大大增加了兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸速率，突破了便攜式圖像適配器實現(xiàn) 高性能圖像信號顯示的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，降低了圖像數(shù)據(jù)的壓縮比，從而減少CPU的負擔。 所以，使用本發(fā)明裝置能實現(xiàn)帶USB接口的便攜式圖像適配器傳輸高性能圖像信號的要求， 實現(xiàn)具有較高性能的多屏幕鏡像或擴展的目的。同時，由于減少了計算機主機的CPU負擔， 有效地提高了計算機主機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明實施例多USB接口的高性能圖像顯示裝置的原理框圖。 圖2為本發(fā)明實施例三個USB接口的高性能圖像顯示裝置的硬件結構框圖。 圖3為本發(fā)明多USB接口的高性能圖像顯示裝置信號傳輸方法的主機運行流程圖。 圖4為本發(fā)明多USB接口的高性能圖像顯示裝置信號傳輸方法的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明再作進一步詳細的說明。
圖1給出了本發(fā)明實施例多USB接口的高性能圖像適配裝置的原理框圖，多USB接口的高性能圖像適配裝置主要包括USB控制模塊、USB信號合成模塊、接口信號轉換模塊、 圖像處理模塊和電源模塊。USB控制模塊包括順次相連的多個USB接口電路模塊，主要由 多個USB插座及其相應的控制芯片電路組成，每一個USB插座都可以通過USB延長線與 計算機主機的一個USB接口相連，用于接收來自計算機主機的經(jīng)過壓縮和分割后的數(shù)據(jù)信 號。USB信號合成模塊主要由一個并串轉換電路組成，用于接收USB控制模塊的輸出多路 USB信號，并對其進行同步處理，合并成一路串行的USB信號。接口信號轉換模塊主要由 一個USB轉PCI信號的電路組成，主要包括一塊USB轉PCI電路芯片，用于將USB信號 合成模塊輸出的串行USB數(shù)據(jù)轉換為PCI格式的數(shù)據(jù)信號。圖像處理模塊主要由自適應數(shù) 據(jù)包解壓縮電路、大容量顯示緩存器和圖像信號輸出接口電路組成，自適應數(shù)據(jù)包解壓縮 電路用于檢測PCI格式數(shù)據(jù)信號的壓縮率，并根據(jù)壓縮率進行解壓縮處理，大容量顯示緩 存器用于存儲解壓縮后的數(shù)據(jù)圖像信號，圖像信號輸出接口電路用于將緩存器中的圖像數(shù) 據(jù)進行格式轉換，變換為模擬或者數(shù)字圖像信號，然后輸出到外置的顯示設備中。電源模 塊可提供5V直流電，作為備用電源給裝置中的所有模塊供電。'計算機主機的CPU捕獲已有圖像顯示卡的接口輸出圖像信號，并根據(jù)圖像顯示的最大 傳輸速率要求和采用的多個USB接口數(shù)，計算出圖像信號的壓縮比率，并進行壓縮處理， 然后，將壓縮的圖像信號轉變成USB數(shù)據(jù)流信號。接著，按照采用的多個USB接口數(shù)目， 將串行的USB數(shù)據(jù)流信號分割為多個并行的USB數(shù)據(jù)子流信號，同時將這些并行的USB 數(shù)據(jù)子流信號從多個USB接口發(fā)送，通過多條并行的USB數(shù)據(jù)延長線傳輸后，USB數(shù)據(jù) 子流信號被傳輸?shù)奖銛y式圖像適配器的多個并行的USB接口中。適配器裝置中的多個USB 控制模塊接收到達的USB數(shù)據(jù)子流信號，并同時輸出到USB信號合成模塊中。USB信號 合成模塊將接收到的USB數(shù)據(jù)子流信號執(zhí)行并串轉換處理，并行的USB數(shù)據(jù)子流信號被 轉換為串行的USB數(shù)據(jù)信號流，然后輸出到接口信號轉換模塊。接口信號轉換模塊接收輸 入的USB數(shù)據(jù)信號流，將其轉換為PCI接口格式的數(shù)據(jù)流信號，然后，輸出到圖像處理模 塊中。圖像處理模塊接收PCI接口格式的數(shù)據(jù)流信號，然后進行解壓縮處理，并將解壓縮 得到的圖像數(shù)據(jù)信號存儲到大容量顯示緩存器中，當顯示緩存器中的數(shù)據(jù)容量達到一幀大 小時，數(shù)據(jù)將被發(fā)送到VGA或者時DVI接口中，再由此傳輸?shù)酵庵玫娘@示設備中。電源 模塊是備用的，可以給裝置中的各個模塊供電。圖2給出了本發(fā)明實施例三個USB接口的高性能圖像顯示裝置的硬件結構框圖，個人 計算機主機的CPU捕獲本機中已有的圖像顯示卡輸出接口中的高清視頻圖像信號，然后按照未經(jīng)壓縮的高新視頻流最大傳輸速率為1.8Gbps和采用3個并行USB接口進行傳輸?shù)膮?數(shù)，計算出圖像數(shù)據(jù)的壓縮比率為1.8Gbps/3/480Mbps 1.25，按此壓縮比率對捕獲的圖像 數(shù)據(jù)信號進行壓縮處理，然后，將壓縮后的數(shù)據(jù)信號轉換為串行的USB數(shù)據(jù)流信號，再平 均分割為三個并行的USB數(shù)據(jù)子流信號。這些并行的USB數(shù)據(jù)子流信號通過三條USB延 長線傳輸?shù)奖銛y式USB圖像適配裝置中。裝置中的三個USB接口控制電路分別接收輸入 的USB數(shù)據(jù)子流信號，并將USB數(shù)據(jù)子流信號同時輸出到并串轉換電路。并串轉換電路 先將三路USB數(shù)據(jù)子流信號進行同步處理，然后再合并為一路串行的USB數(shù)據(jù)流信號， 接著輸出到USB-PCI信號轉換電路。USB-PCI轉換電路將USB數(shù)據(jù)流信號轉換為適合圖 像處理電路處理的信號格式，即PCI數(shù)據(jù)信號，然后輸出到自適應數(shù)據(jù)包解壓器。自適應 數(shù)據(jù)包解壓器可以是一塊ASIC圖像處理芯片，內(nèi)嵌一個數(shù)字信號處理器內(nèi)核和一塊大容 量緩存器，數(shù)字信號處理器分析輸入的PCI數(shù)據(jù)信號的壓縮比率，然后以此比率將其解壓 縮，再將解壓縮后的圖像數(shù)據(jù)信號，放入大容量顯示緩存器中，當顯示緩存器中有一幀大 小的圖像數(shù)據(jù)信號時，信號處理器就將圖像信號輸出到VGA或DVI接口。最后，圖像數(shù) 據(jù)信號在與VGA或DVI相連的顯示器上顯示出來。圖3給出了本發(fā)明裝置的信號傳輸方法中的計算機主機軟件運行流程圖，首先，計算 機主機的CPU捕獲圖像數(shù)據(jù)信號，然后判斷是否為3D或者高清視頻流信號，如果是，那 么就按照最大傳輸速率和采用的USB接口數(shù)目計算數(shù)據(jù)信號的壓縮比率，然后，將壓縮后 的數(shù)據(jù)信號轉變?yōu)閁SB數(shù)據(jù)流信號。接著，再將串行的USB數(shù)據(jù)流信號平均分割為三路 并行的USB數(shù)據(jù)子流信號，并通過三個并行的USB接口分別輸出。下面在具體描述當CPU需要對捕獲的圖象數(shù)據(jù)進行壓縮時的工作過程a、 計算機主機的CPU捕獲圖像顯示卡接口輸出的一定時間長度的圖像數(shù)據(jù)信號，并 將圖像數(shù)據(jù)存儲在主機的物理內(nèi)存空間里；b、 CPU計算待傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)所需壓縮的比率，然后，按此壓縮比率將物理內(nèi)存中的 圖像數(shù)據(jù)進行壓縮處理，并將壓縮后的數(shù)據(jù)信號存儲到物理內(nèi)存空間中；c、 CPU從物理內(nèi)存中讀取已壓縮的圖像數(shù)據(jù)，將其轉換為USB數(shù)據(jù)流信號，然后存 儲到物理內(nèi)存空間中；d、 CPU根據(jù)實際應用的最大圖像傳輸速率以及采用的并行USB接口數(shù)目，將USB數(shù) 據(jù)流信號分割為多個并行的USB數(shù)據(jù)子流信號；e、 CPU將內(nèi)存中的所有USB數(shù)據(jù)子流信號分別從多個并行的USB接口同時發(fā)送；f、重復步驟a e。圖4給出了本發(fā)明裝置信號傳輸方法中的一個實施例流程圖。首先，便攜式圖像適配 裝置中的三個USB控制器各自接收來自計算機主機的三路USB數(shù)據(jù)子流信號，然后將接 收的三路USB數(shù)據(jù)子流信號進行同步處理，確定三個USB數(shù)據(jù)子流信號的前后順序，然 后，三路并行的USB數(shù)據(jù)子流信號被轉換為一路串行的USB數(shù)據(jù)流信號，經(jīng)過USB-PCI 格式轉換的處理后，得到了PCI數(shù)據(jù)信號。隨后，判斷PCI數(shù)據(jù)信號是否進行了壓縮處理， 并自動地確定壓縮比率大小，再進行解壓縮處理，得到能直接在顯示器上顯示的圖像數(shù)據(jù) 信號。然后，被解壓縮的圖像數(shù)據(jù)信號被存入大容量顯示緩存器中，當?shù)玫揭粠瑘D像數(shù)據(jù) 信號時，顯示緩存器中的圖像數(shù)據(jù)信號被輸出到VGA或DVI接口中。最后，通過VGA或 DVI延長線，圖像數(shù)據(jù)信號被傳輸?shù)斤@示器中顯示。
權利要求
1、一種多USB接口的高性能圖像適配裝置，其特征在于包括順次連接的USB控制模塊、USB信號合成模塊、接口信號轉換模塊和圖像處理模塊，所述USB控制模塊包括多個USB接口及各自的USB控制器，用于接收來自計算機主機的多路USB數(shù)據(jù)流信號；所述USB信號合成模塊包括一個并串轉換器電路，用于將接收到的多個USB數(shù)據(jù)流信號進行同步處理，然后合并成串行的USB數(shù)據(jù)流信號；所述接口信號轉換模塊包括一塊USB轉PCI電路芯片，用于將輸入的串行的USB數(shù)據(jù)流信號轉換為開放式的PCI數(shù)據(jù)流信號，然后，輸出到圖像處理模塊，所述圖像處理模塊用于將輸入的數(shù)據(jù)包進行解壓縮處理并輸出給顯示器直接顯示。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種多USB接口的高性能圖像適配裝置，其特征在于還包 括與所述各模塊連接的電源模塊，該電源模塊是備用模塊，當主機提供的USB電源不夠用 時，作為后備電源，為所述裝置的各個模塊供電。
3、 根據(jù)權利要求2所述的一種多USB接口的高性能圖像適配裝置，其特征在于所述 的圖像處理模塊包括自適應數(shù)據(jù)包解壓縮電路、大容量顯示緩存器和圖像信號輸出接口電 路；其中，自適應數(shù)據(jù)包解壓縮電路用于計算輸入的數(shù)據(jù)流信號的壓縮比率，并按此壓縮 比率對數(shù)據(jù)包進行解壓縮處理，使其成為能在顯示器上直接顯示的圖像信號，然后，輸出 到大容量顯示緩存器中，所述大容量顯示緩存器是單顆大容量的存儲器或者由多個小容量 的存儲器組成。
4、 權利要求1 3任一項所述的一種多USB接口的高性能圖像適配裝置的信號傳輸方 法，其特征在于包括如下步驟(1) 便攜式圖像適配裝置中的三個USB控制器各自接收來自計算機主機的三路USB 數(shù)據(jù)子流信號，將接收的三路USB數(shù)據(jù)子流信號進行同步處理，確定三個USB數(shù)據(jù)子流 信號的前后順序；(2) 三路并行的USB數(shù)據(jù)子流信號被轉換為一路串行的USB數(shù)據(jù)流信號，經(jīng)過 USB-PCI格式轉換的處理后，得到了PCI數(shù)據(jù)信號；(3) 圖像處理模塊判斷PCI數(shù)據(jù)信號是否進行了壓縮處理，并自動地確定壓縮比率大 小，再進行解壓縮處理，得到能直接在顯示器上顯示的圖像數(shù)據(jù)信號。
5、 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于在步驟(1)之前還包括如下步驟 首先，計算機主機的CPU捕獲圖像數(shù)據(jù)信號，然后判斷是否為3D或者高清視頻流信號，如果是，那么就按照最大傳輸速率和采用的USB接口數(shù)目計算數(shù)據(jù)信號的壓縮比率，然后，將壓縮后的數(shù)據(jù)信號轉變?yōu)閁SB數(shù)據(jù)流信號；如果不是，則直接將數(shù)據(jù)信號轉 變?yōu)閁SB數(shù)據(jù)流信號；接著，CPU將串行的USB數(shù)據(jù)流信號平均分割為三路并行的USB數(shù)據(jù)子流信號，并 通過三個并行的USB接口分別輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多USB接口的高性能圖像適配裝置及其信號傳輸方法，所述裝置包括順次連接的USB控制模塊、USB信號合成模塊、接口信號轉換模塊和圖像處理模塊，USB控制模塊包括多個USB接口及各自的USB控制器，USB信號合成模塊包括一個并串轉換器電路，接口信號轉換模塊包括一塊USB轉PCI電路芯片，圖像處理模塊包括自適應數(shù)據(jù)包解壓縮電路、大容量顯示緩存器和圖像信號輸出接口電路；本方法主要是CPU將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)分割為多個并行的USB數(shù)據(jù)子流，再通過本適配裝置進行合并和解壓處理后輸出到顯示器上。本發(fā)明大大提高主機與便攜式圖像適配器之間的數(shù)據(jù)傳輸速率，降低了圖像數(shù)據(jù)的壓縮比，減少了CPU的負擔。
文檔編號G06F3/14GK101303638SQ200810026408
公開日2008年11月12日 申請日期2008年2月22日 優(yōu)先權日2008年2月22日
發(fā)明者馮義志, 飛 季, 寧更新, 軍 張, 王洪江, 崗 韋 申請人:華南理工大學