具有多模式视频输出切换功能的扩展坞及其控制方法与流程

本发明涉及计算机外围设备领域，尤其涉及一种具有多模式视频输出切换功能的扩展坞及其控制方法。

背景技术：

1、随着usb-c接口在笔记本电脑、平板电脑及台式主机中的广泛应用，扩展坞已成为用户扩展显示输出、数据传输、网络连接、读卡、音频及充电等功能的重要外围设备。为满足多屏显示和不同使用场景的需求，部分扩展坞会配置多种视频输出能力，其中一种为基于usb协议的视频输出方式，另一种为基于usb-c接口dp alt mode信号通路的视频输出方式。

2、基于usb协议的视频输出方式的业内典型实现包括displaylink类图形协议、synaptics superspeed graphics协议等公开技术方案，其工作原理通常为：在主机端运行专用驱动程序，通过软件方式捕获屏幕图像，对所捕获的图像数据进行压缩编码、帧差处理或视频流化处理后，再经usb上行数据通路传输至扩展坞，由扩展坞内对应的usb图形协议视频控制器进行解码、转换并驱动显示输出。该方式需要主机处理器持续参与图像捕获、压缩编码和数据调度过程，并会占用对应的usb上行带宽以及扩展坞内部视频处理单元的供电资源。此外，在播放受hdcp等内容保护机制限制的视频内容时，基于usb协议的视频输出方式由于依赖主机端的软件捕获、压缩编码和usb图形协议传输，难以保持主机、受保护内容播放程序、外接显示设备之间的原生内容保护认证链路，容易出现受版权保护的流媒体内容无法在外接显示设备正常播放、黑屏、提示不支持外接显示或仅允许在主机内置屏幕播放等问题。基于dp alt mode信号通路的视频输出方式则主要利用usb-c接口中的高速差分信号线复用传输displayport视频信号，主机侧直接生成dp视频信号后经dp alt mode信号通路传输至扩展坞，扩展坞侧通常仅对该视频信号进行格式转换、接口适配或信号转接后输出至外接显示设备，不需要通过usb图形协议在主机端对屏幕图像进行持续的软件捕获和编码。由于dp alt mode信号通路属于主机原生displayport视频信号的物理传输通路，其更有利于维持主机与外接显示设备之间的hdcp内容保护认证过程，使受内容保护的视频信号能够通过外接显示设备正常输出。因此，二者在视频信号来源、主机端处理方式、传输协议、带宽占用方式、对扩展坞内部视频处理单元的依赖关系以及对受内容保护视频内容的兼容性上均存在明显差异。

3、在实际使用过程中，用户在办公、多屏扩展等场景下可能需要同时使用上述不同视频输出通路；而在仅需使用dp alt mode原生视频输出的场景下，若基于usb协议的视频处理单元仍保持工作，则该视频处理单元仍会占用对应的供电资源和usb上行数据通路资源。现有扩展坞通常缺少面向不同视频处理单元的选择性通断控制机制，用户难以在不拔插设备或不进行复杂系统设置的情况下，使基于usb协议的视频处理单元停止视频输出，同时继续使用dp alt mode视频输出及扩展坞的非视频功能接口。

4、现有使用方式中，用户若希望停止上述usb协议视频输出，通常需要在主机操作系统侧进行操作，例如通过设备管理器禁用对应的虚拟显示适配器、通过显示设置关闭对应显示器、通过显卡控制面板调整显示设备状态，或通过系统快捷键切换复制、扩展、仅主屏等显示模式。上述方式均依赖主机操作系统的软件层介入，本质上是由主机端对显示配置、虚拟显示设备或驱动程序工作状态进行调整，并非由扩展坞侧对usb协议视频处理单元的供电通路或usb上行数据通路进行硬件级断开。即使主机侧停止显示输出，扩展坞内的usb协议视频处理单元仍可能保持上电、枚举或待机状态，难以从扩展坞硬件层面释放对应usb通路资源并降低该视频处理单元的功耗，也难以在用户切换至受内容保护视频播放场景时，快速形成仅保留dp alt mode原生视频输出通路的工作状态。

5、现有技术中已经存在针对显示模式进行切换的方案。例如，cn221040010u公开了一种显示器显示模式的切换装置及具有其的扩展坞，其通过输入单元获取切换外部显示设备显示模式的指令，存储单元预存多组与显示模式对应的程序代码，处理器执行相应程序代码，以切换外部显示设备的显示模式；该显示模式包括单流传输模式和多流传输模式。该方案主要解决用户需要在电脑上手动设置显示模式导致操作复杂的问题，其切换对象是外部显示设备的显示模式，主要体现为显示模式参数或显示输出配置的切换，而不是扩展坞内部不同视频处理单元的供电通路或usb上行数据通路的选择性通断控制，也未针对usb协议视频处理单元与dp alt mode视频处理单元并存的异构视频输出架构，提出在关闭usb协议视频处理单元的同时保持dp alt mode视频输出及非视频功能接口继续工作的硬件控制机制，更未关注displaylink类usb协议视频输出通路与dp alt mode原生视频输出通路在hdcp内容保护兼容性方面的差异，也未提出通过扩展坞侧模式切换来减少usb协议视频输出通路对受保护视频播放的影响。

6、为此，如何在兼具displaylink类usb协议视频输出和dp alt mode视频输出的扩展坞中，由扩展坞侧响应用户模式切换操作，选择性断开usb协议视频处理单元的供电通路和/或usb上行数据通路，使其停止视频输出，同时保持dp alt mode视频输出及非视频功能接口正常工作，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供了具有多模式视频输出切换功能的扩展坞及其控制方法，用以解决现有技术难以在关闭displaylink类usb协议视频输出的同时，保持dp altmode视频输出及非视频功能接口正常工作的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种具有多模式视频输出切换功能的扩展坞，包括壳体和设置于所述壳体内的电路板，所述电路板上设置有上行接口、第一视频处理单元、第二视频处理单元、电子开关元件和控制单元，所述壳体外表面设置有与所述控制单元电连接的模式切换操作件；

3、所述第一视频处理单元被配置为通过usb协议传输的视频信号驱动至少一路显示输出；

4、所述第二视频处理单元被配置为通过 dp alt mode信号通路传输的视频信号驱动至少一路显示输出；

5、所述第一视频处理单元和所述第二视频处理单元接收来自同一所述上行接口的主机信号；

6、所述电子开关元件设置于所述第一视频处理单元的供电通路和/或usb上行数据通路上，并受所述控制单元控制而导通或关断；

7、所述控制单元被配置为响应所述模式切换操作件的交互操作，在至少包括第一模式状态和第二模式状态的多个模式状态之间切换；

8、其中，在所述第一模式状态下，所述第一视频处理单元和所述第二视频处理单元均处于工作状态；

9、在所述第二模式状态下，所述控制单元通过所述电子开关元件断开所述第一视频处理单元的供电通路和/或usb上行数据通路，使所述第一视频处理单元停止视频输出，并保持所述第二视频处理单元和所述扩展坞的非视频功能接口处于工作状态。

10、在一可选实施例中，所述第一视频处理单元在工作时被所述主机识别为虚拟显示设备，并向所述主机提供第一edid信息；所述第二视频处理单元通过ddc通道向所述主机透传由外接显示设备提供的第二edid信息；

11、在所述第一模式状态下，所述主机用于识别所述第一edid信息和所述第二edid信息对应的两个独立显示设备；

12、在所述第二模式状态下，所述第一视频处理单元对应的usb端点在主机侧呈现为注销或不可枚举状态，所述第一edid信息从所述主机的显示设备列表中移除，所述主机保持识别所述第二edid信息对应的显示设备，且所述第二视频处理单元对应的dp alt mode信号通路、ddc通道和hpd信号线保持导通。

13、在一可选实施例中，所述模式切换操作件为设置于所述壳体外表面的单一按压式操作件或多档位旋转式选择开关；

14、在所述模式切换操作件为所述单一按压式操作件时，所述控制单元被配置为响应所述单一按压式操作件的短按操作，在所述第一模式状态和所述第二模式状态之间切换；所述控制单元还被配置为响应所述单一按压式操作件的长按操作或双击操作，将当前模式状态切换至第三模式状态；

15、在所述模式切换操作件为所述多档位旋转式选择开关时，所述多档位旋转式选择开关具有至少三个物理定位档位，所述至少三个物理定位档位分别对应所述第一模式状态、所述第二模式状态和所述第三模式状态。

16、在一可选实施例中，在所述第三模式状态下，所述控制单元断开所述第一视频处理单元和所述第二视频处理单元的供电通路和/或数据通路，使所述扩展坞关闭显示输出；

17、所述第三模式状态包括充电待机状态和关机状态中的至少一种；在所述充电待机状态下，所述控制单元断开所述非视频功能接口的数据通路并保持所述扩展坞的电力传输通路导通；在所述关机状态下，所述控制单元断开所述非视频功能接口的数据通路和所述扩展坞的电力传输通路。

18、在一可选实施例中，在所述第二模式状态下，所述控制单元控制所述电子开关元件断开所述第一视频处理单元的usb上行数据通路并保持所述第一视频处理单元的供电通路导通，或者，所述控制单元控制所述电子开关元件断开所述第一视频处理单元的供电通路；所述电子开关元件包括mos管开关、负载开关ic、usb差分信号开关和模拟开关中的至少一种；所述控制单元包括微控制器mcu。

19、在一可选实施例中，所述扩展坞还包括状态指示单元；

20、所述状态指示单元与所述控制单元连接，并被配置为根据所述扩展坞当前所处的模式状态呈现对应的指示状态；

21、所述状态指示单元包括rgb发光元件和设置于所述壳体的导光结构，所述控制单元用于控制所述rgb发光元件呈现不同的发光颜色、闪烁频率或亮灭状态，所述导光结构用于将所述rgb发光元件发出的光引导至所述壳体外表面。

22、在一可选实施例中，所述扩展坞还包括非易失性存储器；

23、所述非易失性存储器与所述控制单元连接，用于存储所述扩展坞断电前或上一次切换完成后的当前模式状态；

24、所述控制单元还被配置为在所述扩展坞重新上电或重新连接主机时，读取所述非易失性存储器中存储的模式状态，并根据所读取的模式状态恢复所述扩展坞的工作模式。

25、在一可选实施例中，所述扩展坞还包括edid存储器；

26、所述edid存储器与所述控制单元连接，用于预先读取、缓存或存储外接显示设备的edid信息；

27、在所述第三模式状态中的充电待机状态下，当所述扩展坞停止向外接显示设备输出显示画面且需要保持主机侧显示设备枚举状态时，所述控制单元被配置为执行第一显示识别保持方式或第二显示识别保持方式；

28、其中，当执行所述第一显示识别保持方式时，所述控制单元断开对应显示输出通路中的显示数据通道，并保持ddc通道和hpd信号线处于物理连通状态，以使所述主机在显示数据停止传输时仍保持对所述外接显示设备的识别；

29、当执行所述第二显示识别保持方式时，所述控制单元预先读取并缓存所述外接显示设备的edid信息，在对应显示输出通路中的显示数据通道断开后，由所述控制单元或所述edid存储器基于所缓存的edid信息向所述主机提供应答，并保持hpd信号处于有效状态，以模拟所述外接显示设备的连接状态。

30、在一可选实施例中，所述扩展坞还包括dc电源输入接口、电源管理电路和pd协议控制单元；

31、所述dc电源输入接口用于接收外部dc电源适配器提供的直流电；

32、所述电源管理电路分别向所述第一视频处理单元、所述第二视频处理单元、所述控制单元及所述非视频功能接口供电；

33、所述pd协议控制单元与所述上行接口连接，并用于经所述上行接口的vbus引脚向主机提供符合usb pd协议规范的反向供电。

34、第二方面，本发明实施例提供了一种具有多模式视频输出切换功能的扩展坞的控制方法，用于控制如第一方面所述的具有多模式视频输出切换功能的扩展坞，所述方法包括：

35、通过所述控制单元检测所述模式切换操作件的交互操作，并根据所述交互操作确定目标模式状态，所述目标模式状态包括第一模式状态、第二模式状态和第三模式状态；

36、当所述目标模式状态为第一模式状态时，所述控制单元控制所述第一视频处理单元和所述第二视频处理单元均处于工作状态；

37、当所述目标模式状态为第二模式状态时，所述控制单元通过所述电子开关元件断开所述第一视频处理单元的供电通路和/或usb上行数据通路，使所述第一视频处理单元停止视频输出，并保持所述第二视频处理单元和所述扩展坞的非视频功能接口处于工作状态；

38、当所述目标模式状态为第三模式状态时，所述控制单元断开所述第一视频处理单元和所述第二视频处理单元的供电通路和/或数据通路，使所述扩展坞关闭显示输出。

39、在一可选实施例中，所述通过所述控制单元检测所述模式切换操作件的交互操作，并根据所述交互操作确定目标模式状态包括：

40、根据所述模式切换操作件的持续触发时长和预设时间窗口，识别短按操作、长按操作和双击操作；

41、当当前模式状态为所述第一模式状态或所述第二模式状态，且检测到所述模式切换操作件的短按操作时，在所述第一模式状态和所述第二模式状态之间切换；

42、当检测到所述模式切换操作件的长按操作或双击操作时，将所述目标模式状态确定为所述第三模式状态；

43、当当前模式状态为所述第三模式状态，且检测到所述模式切换操作件的短按操作时，将所述目标模式状态确定为所述第一模式状态；

44、其中，所述短按操作、所述长按操作和所述双击操作根据第一时间阈值、第二时间阈值和第三时间阈值进行区分，所述第一时间阈值用于判断单次按压持续时间，所述第二时间阈值用于判断相邻两次按压之间的时间间隔，所述第三时间阈值用于判断持续按压是否达到长按条件。

45、在一可选实施例中，当所述目标模式状态为第二模式状态时，所述控制单元控制所述电子开关元件断开所述第一视频处理单元的 usb 上行数据通路，并保持所述第一视频处理单元的供电通路导通，以使所述第一视频处理单元停止视频输出并保留上电待机状态；

46、或，所述控制单元控制所述电子开关元件断开所述第一视频处理单元的供电通路，以使所述第一视频处理单元断电停止工作；

47、其中，在所述第一视频处理单元停止视频输出后，所述控制单元保持所述第二视频处理单元的dp alt mode信号通路、ddc通道和hpd信号线处于导通状态，使所述主机侧与所述第一视频处理单元对应的第一edid信息不再作为可用显示设备信息保留，并继续识别由所述第二视频处理单元通过所述ddc通道透传的第二edid信息对应的外接显示设备。

48、在一可选实施例中，当所述目标模式状态为第三模式状态时，所述控制单元断开所述扩展坞的显示输出通路和非视频功能接口的数据通路，并保持电力传输通路导通；或，所述控制单元断开所述扩展坞的显示输出通路、非视频功能接口的数据通路和电力传输通路。

49、综上所述，本发明的有益效果如下：

50、本发明实施例提供的具有多模式视频输出切换功能的扩展坞及其控制方法，通过在同一扩展坞内同时设置第一视频处理单元和第二视频处理单元，将displaylink类usb协议视频输出通路与dp alt mode视频输出通路区分为两条可独立管理的异构视频输出通路，其中第一视频处理单元用于处理经usb协议传输的视频信号，第二视频处理单元用于处理经dp alt mode信号通路传输的视频信号，二者虽然均接收来自同一上行接口的主机信号，但其后续供电、数据传输和显示输出路径相互独立。在此基础上，电子开关元件被设置在第一视频处理单元的供电通路和/或usb上行数据通路上，并由控制单元根据模式切换操作件的交互操作进行导通或关断控制；当处于第一模式状态时，两类视频处理单元均保持工作，扩展坞能够满足多屏显示或全功能使用需求；当切换至第二模式状态时，控制单元并不是通过主机操作系统关闭显示器或调整显示模式，而是直接通过电子开关元件断开第一视频处理单元的供电通路和/或usb上行数据通路，使第一视频处理单元无法继续接收或处理usb协议视频信号，从硬件层面停止displaylink类usb协议视频输出。与此同时，由于电子开关元件仅设置在第一视频处理单元对应的供电通路和/或usb上行数据通路上，并未切断第二视频处理单元对应的dp alt mode信号通路，也未切断扩展坞的非视频功能接口，因此第二视频处理单元仍可继续驱动dp alt mode视频输出，usb数据、网络、读卡、音频等非视频功能接口也能够保持工作。因此，本发明实现了对usb协议视频处理单元的选择性关闭，避免关闭usb协议视频输出时连带影响dp alt mode视频输出及其他扩展坞功能。