專利名稱：用于改善家用網絡gui響應時間和呈現的系統和方法
技術領域：
本發明一般地涉及家用網絡(home network)。
背景技術：
家用網絡的使用規模日益增大。家用網絡的用戶使用諸如TV遙控設備之類的輸 入設備，通過網絡從客戶端設備控制遠程服務器。諸如DVD播放器、個人視頻控制器等之類 的其它客戶端設備一般也是網絡的一部分，從而服務器利用簡單的遙控設備來實現對所有 設備的集中控制。這里可以理解，服務器在其上進行呈現的圖形化用戶界面(⑶I)(例如，用戶用來 輸入命令的客戶端TV)不能被很容易地遠程使用。更具體而言，⑶I通常顯示靜止文本數 據，例如菜單、退出、返回等，但是在顯示時所使用的編碼通常不能達到最佳視頻編碼，所謂 的最佳視頻編碼即用于最優化運動圖片質量的視頻編碼。根據本發明可以理解，在顯示具 有文本數據的靜止圖片時，該視頻編碼速率是低效率的，導致GUI文本數據通常被顯示得 不是很清楚。這里還可以意識到，很多基于服務器的家用網絡系統對遙控命令的響應較慢，有 時會超過一秒。這是因為遙控命令強制進入的時隙可能會被其它數據占用，這些數據例如 音頻/視頻數據，因而從客戶端設備到服務器的命令的傳輸可能會被延遲一段很長并且會 引起不便的時間，而非命令數據的傳輸也會受到影響。
發明內容
公開了一種用于在網絡中的視頻顯示上顯示圖形化用戶界面(⑶I)的方法。該網 絡包括與服務器通信的客戶端設備，并且該客戶端設備接收來自用戶輸入設備的輸入。該 方法包括使用第一視頻編碼在視頻顯示上顯示運動視頻，并且使用第二視頻編碼在視頻顯 示上顯示⑶I，所述第二視頻編碼不同于所述第一視頻編碼。在非限制性實現方式中，客戶端設備是TV，用戶輸入設備是與該TV通信的無線遙 控設備，視頻顯示是由所述TV建立的，并且來自遙控設備的信號被所述TV接收，并被發送 給服務器。在一些實現方式中，第一視頻編碼可以是定義圖片組(G0P)的MPEG編碼。第一編 碼中的每個G0P包括一個內幀(intra-frame，I幀)、多個預測幀(P幀)和多個雙向預測 幀(B幀)。在特定的非限制性實施例中，第一編碼中的G0P是由包括1個I幀、4個P幀和 10個B幀的15個幀定義的，這些幀可能按照如下順序:1、B、B、P、B、B、P、B、B、P、B、B、P、B、B。作為對照，在非限制性實現方式中，第二編碼可以定義這樣的圖片組(GOP)，在該圖片 組中，比第一編碼的GOP中的幀數目更多并且/或者其I幀中的數據量比第一編碼的I幀 中的數據量更大。例如，第二編碼的GOP所包括的I幀數目可以基本為第一編碼的GOP的 I幀數目的兩倍，并且第二編碼的GOP中的每個I幀所承載的數據量可以基本為第一編碼 的GOP中的I幀中所承載的數據量的兩倍。第二編碼的GOP可以只包含I幀和多個P幀， 而不包含B幀。例如，第二編碼的GOP可以包括30個幀，即1個I幀和29個P幀。
另一方面，在其中由服務器響應于從用戶輸入設備接收到的命令來控制客戶端音 頻/視頻設備的系統中，一種用于輔助實現較快的命令響應時間的方法包括設立多個傳輸 周期。每個周期包括無競爭(contention-free)時段(CFP)和競爭(contention)時段 (CP)。音頻/視頻流在CFP中被從服務器發送到客戶端設備，并且CFP的時間分配被用于該 音頻/視頻流，并且在每個周期中都被預留，直到該音頻/視頻流結束。在每個周期的CFP 中，至少一個時隙被預留來專用于在服務器和客戶端設備之間發送由用戶輸入設備發起的 命令。在該第二方面的非限制性實現方式中，時隙的帶寬不大于每秒幾千字節。時隙和 流不局限為在時間軸上連續。如果需要，則該時隙可以一直被預留給命令，直到流傳輸結束 為止。遙控命令可以在該時隙中從客戶端設備被發送到服務器。此外，該時隙也可雙向 使用以在服務器和客戶端設備之間交換信息。例如，CFP中的第一時隙部分可被預留給從 服務器到客戶端設備的消息，而CFP中的第二時隙部分可被預留給從客戶端設備到服務器 的消息。如果CFP基本被占用，則該方法可以包括在CP期間將由用戶輸入設備生成的初始 命令從客戶端設備發送到服務器。在這種情況下，該方法可以包括響應于接收到初始命令， 預留CFP中的時隙給后面的命令。然后，如果在預定的時段內沒有接收到命令，則該時隙可 被釋放并且下一個命令可被當作初始命令并在CP期間發送。在非限制性實現方式中，如果命令引起客戶端設備或服務器中的中斷，則該中斷 被賦予最高優先級。所述周期可以是與AC線路周期同步的信標周期，并且CP可以是一次 性訪問周期，而不保證對于后面的周期，也預留相同的時間分配。另一方面，一種用于如下系統的服務器使用第一視頻編碼來向客戶端設備發送圖 形化用戶界面(⑶I)信號，所述系統包括用戶輸入設備和被配置為顯示來自所述服務器的 音頻/視頻流的客戶端設備。該服務器還使用不同于第一視頻編碼的第二視頻編碼來向客 戶端設備發送視頻流信號。再一方面，公開了一種用于系統的服務器。該系統具有用戶輸入設備和被配置為 顯示來自所述服務器的音頻/視頻流的客戶端設備，并且該服務器在至少兩個連續信標周 期中的無競爭時段(CFP)中預留至少一個時隙，來在服務器和客戶端設備之間傳輸由用戶 輸入設備發起的圖形化用戶界面(GUI)命令。每個信標周期還具有各自的競爭時段(CP)。又一方面，一種系統包括服務器、接收來自服務器的音頻/視頻流的客戶端設備 以及與客戶端設備通信以向其輸入命令的用戶輸入設備。命令被從客戶端設備發送到服務 器。提供了用于使用第一編碼對視頻流信號編碼以顯示在客戶端設備上的裝置，還提供了 用于使用不同于第一編碼的第二編碼對圖形化用戶界面(GUI)信號編碼以在客戶端設備上顯示GUI的裝置。此外，該系統還包括用于在具有競爭時段(CP)的傳輸周期中的無競爭 時段(CFP)中預留至少一個時隙的裝置，該時隙被預留給從客戶端設備向服務器傳輸由用 戶輸入設備發起的命令。
參考附圖可以最佳地理解關于本發明的結構和操作的各種細節，在附圖中，相似的標號表示相似的部件，在附圖中圖1是被實現為電力線(power line)網絡的非限制性家用網絡的示意圖；圖2是非限制性網絡服務器的框圖；圖3是被實現為網絡上的TV的非限制性客戶端設備的框圖；圖4-a是用于常規視頻的圖片組(GOP)中的幀的示意圖；圖4-b是根據本發明原理的用于⑶I呈現的非限制性圖片組(GOP)中的幀的示意 圖；以及圖5是圖示根據本發明原理的用于加快GUI響應時間的非限制性信令序列的示意 性時序圖。
具體實施例方式先參考圖1，其中示出了被實現為具有網絡設備的電力線網絡的非限制性家用網 絡，可以理解該網絡可以是以太網、802. 11無線網絡或者任何其它網絡。服務器2可以從電 纜10接收信號或者從調制解調器9接收互聯網數據。調制解調器9例如可以是電纜調制解 調器或者ADSL電話線調制解調器。此外，服務器2通過電力線1來向客戶端TV 14發送音 頻/視頻流，或者如上所述通過另一種類型的網絡干線來向客戶端TV 14發送音頻/視頻 流。作為響應，客戶端TV 14對該音頻/視頻流進行解碼，并在屏幕上顯示解碼后的視頻。 另外，客戶端TV 14可以從遙控器12接收命令，例如播放、停止、快進、快退、頻道加/減、音 量高/低等等。取決于命令，這些命令中的一些將被轉發給服務器2。在任何情況下，諸如 DVD播放器、PVR等之類的附加客戶端設備也都可以作為網絡的一部分。圖2示出了服務器2的非限制性實現方式的框圖。模擬電纜信號在調諧器/前端 309中被調諧和解調。來自調諧器/前端309的視頻輸出在模數轉換器(A/D)310中被進 行模數轉換，并被發送給交換機314。A/D 310的輸出例如可以是ITU-R BT. 656格式4的。 類似地，來自調諧器/前端309的音頻輸出可以在A/D 311中被進行模數轉換并被發送給 交換機314。按照相同的方式，來自諸如DVD播放器之類的源的外部模擬音頻/視頻信號在 A/D 312和313中被進行模數轉換并被發送給交換機314。如圖2所示，交換機314的輸出在混合器315中與由圖形化引擎316生成的圖形 化用戶界面(⑶I)數據進行混合。混合后的結果在MPEG編碼器317中被進行MPEG編碼。這里可以理解，外部模擬視頻輸入可能已經包括了⑶I數據。例如，DVD播放器可 以向服務器2輸出菜單屏幕。在這種情況下，不需要添加GUI，并且不需要通過混合器315 來進行混合。而是數字信號直接進入MPEG編碼器317。這里可以預期，MPEG編碼器317以固定速率或可變速率來對輸入流進行編碼。在 可變速率模式中，編碼速率被調節以滿足傳輸條件。當噪聲增加并且因而實際帶寬變小時，編碼速率被降低。如果網絡狀況改善，則編碼速率可以恢復到初始(較高)速率。
仍然參考圖2，流路由器318以適當的方向路由輸入流。采用圖2中所示的路徑 中的一條路徑，MPEG編碼器輸出可被發送到電力線通信(或其它網絡)接口 319以進行網 絡傳輸。或者，流可被發送到硬盤驅動器(HDD)接口 320以記錄到HDD 321中。流路由器 318還可以接收來自HDD接口 320的重放流并將其發送到PLC接口 319。
如圖2中所示，服務器2具有中央處理單元(CPU) 302，其通過內部總線300控制 所有的服務器組件。CPU 302運行存儲在存儲器301中的控制軟件程序。此外，可以提供 鍵盤304來通過總線300向CPU 302發送用戶輸入數據。液晶顯示器或其它類型的可視顯 示器303可以指示從CPU302發送來的數據(例如，調諧狀態、網絡狀態、錯誤消息等)。圖 1中所示的調制解調器9可被連接到服務器2中的以太網端口 306，以使得來自調制解調器 9的數據可以通過以太網接口 305被發送到CPU 302并被處理。如果需要，CPU 302可通過 紅外(IR)接口 307向IR鼠標308發送IR命令，IR鼠標向諸如DVD播放器之類的外部源 發送IR命令。現在轉向圖3，其示出了被實現為客戶端TV 14的非限制性客戶端設備的框圖，其 中客戶端設備的PLC接口 108可以接收通過電力線1發送的信號。在一些實現方式中，來 自PLC接口 108的輸出信號在解復用器109中被解復用，并被分別發送到音頻解碼器110 和視頻解碼器114。在混合器116中，來自視頻解碼器114的解碼后的視頻信號與在圖形化 引擎119中所生成的圖形化數據進行混合，并且在視頻數模轉換器(D/A) 117中被進行數模 轉換。當GUI數據從服務器2被發送時，不需要使用圖形化引擎，并且輸入數據被直接發送 到視頻D/A 117。在任一情況下，在客戶端設備的TV實現方式中，D/A 117的輸出被發送到 顯示驅動器118并被顯示在視頻顯示器120上。在音頻方面，來自音頻解碼器110的解碼后的音頻信號在音頻D/A111中被進行數 模轉換，在放大器112中被放大并被發送給揚聲器113。在一種非限制性實現方式中，音頻 D/A 111、放大器112和揚聲器113可以處理左右兩個音頻通道。在所示出的非限制性客戶端設備中，客戶端設備CPU 102可以通過電力線1與服 務器2中的CPU 302交換同步數據(命令、數據等)。客戶端CPU 102通過內部總線100控 制所有的客戶端設備組件。客戶端CPU 102可以通過總線100運行存儲在存儲器101中的 控制軟件程序，并且在總線100上的IR接口 103可以接收來自圖1中所示的遙控器12的 命令。命令通過客戶端總線100被發送到客戶端CPU 102，并且如果需要則通過電力線1被 轉發到服務器2中的CPU 302。以上描述了服務器和客戶端設備的非限制性實現方式，現在將注意力轉向圖4_a 和圖4-b來理解本發明的區別編碼方面。在MPEG視頻格式中，一個圖片組(G0P)由1個內 幀(I幀)、若干個預測幀(P幀)和雙向預測幀(B幀)構成。典型的G0P包括15個幀(時 長大約為半秒)1個I幀、4個P幀和10個B幀，通常按照I、B、B、P、B、B、P、B、B、P、B、B、 P、B、B的順序(圖4-a)。這里可以理解，通常情況下，⑶I數據很少是運動的。相反，⑶I數據在大多數情 況下都是靜止圖片，直到用戶按下遙控按鈕。因此，根據本發明的原理，當GUI被顯示時，服 務器2中的MPEG編碼器317采用與“常規”視頻編碼不同的方式來對GUI數據編碼，例如 使G0P的長度更長，例如使G0P的長度是上述“常規” G0P長度的兩倍(30個幀)。此外，與“常規”編碼的視頻流的I幀中的數據相比，可以為每個GUI GOPI幀分配兩倍的數據量。在 這些情況下的總數據率仍保持不變，而是通過對I幀應用更高的速率來提高⑶I圖片質量。
此外，在對⑶I GOP進行編碼時，不需要使用B幀。這是因為可以知道B幀需要在 客戶端設備的MPEG解碼器114中進行幀的重新排序，這會引起至少一幀的延遲。在對運動 圖片進行編碼時，B幀可減少必須被發送的數據量，但是在諸如GUI圖像之類的靜止圖片的 情況下，B幀的數據大小幾乎與P幀的數據大小相同。因此，考慮到以上認知，一個⑶I GOP例如可被編碼為如圖4b中所示的30個幀 1個I幀和29個P幀。當用戶選擇⑶I模式時，應用這種編碼模式。當⑶I模式結束并且 系統返回到常規運動視頻播放模式時，初始(“常規”)編碼被轉換為例如圖4-a中所示的 樣式。這種編碼切換可以在工作中被執行，而不會停止或中斷視頻。以上描述了用于改善⑶I圖像顯示的區分編碼，現在將注意力轉向圖5來說明可 被用來加速命令響應的網絡訪問定時。服務器2或另一設備周期性地廣播信標900。信標 周期可與AC線路周期(50Hz或60Hz)同步。典型的信標周期由無競爭時段(CFP)和競爭 時段(CP)構成，下面將進一步限定。音頻/視頻流是異步的，并且其使用CFP。一旦獲得用 于該音頻/視頻流的時間分配(time allocation)，則在每個信標周期中都會預留該時間 分配(示為901a、901b)，直到流結束為止。另一方面，CP被用于例如載波偵聽多路訪問(CSMA)。CP的使用基于先到先服務 的原則并且是一次性訪問，因此即使在當前信標周期中得到了一次時間分配(902)，也不保 證在下面的信標周期中將為任何特定處理預留相同的時間分配。考慮到這一點，本發明意識到目前的遙控命令在CP中被發送，而CP在被完全占用 的情況下會引起與其它消息的沖突，導致命令的執行會延遲一個或多個信標周期。這些延 遲進而導致較慢的命令響應。為了解決此問題，本發明使用CFP進行命令傳輸。當服務器 2開始發送AV流(901)時，在CFP中為命令預留時隙(903)。該時隙可以具有非常窄的帶 寬，例如每秒1千或幾千字節，該帶寬足以發送遙控命令。時隙903和流901不需要在時間 軸上連續。用于命令的時隙優選地被專門預留給遙控命令，直到流傳輸結束為止。在任何情況下，客戶端TV 14都可以在該時隙期間向服務器2發送從遙控器12接 收的遙控命令。此外，該CFP時隙可以被雙向使用以在服務器2和客戶端TV 14之間交換信 息。例如，可以應用TCP/IP，其中發送器要求來自接收器的確認。或者，可以為傳入消息和 傳出消息分別預留不同的時隙。即使當在服務器2和客戶端TV 14之間沒有發送命令時， 也可以預留CFP時隙。另一方面，如果CFP處于或接近滿容量時，服務器2可能希望保留盡可能大的帶 寬，因此可以應用以下方法。在CP(CSMA)期間發送第一命令。作為響應，在CFP中預留CFP 時隙給后面的命令。(通常，用戶連續數次按壓遙控按鈕來改變頻道、音量級別等。)所有 后面的命令都使用CFP (903)來發送。如果用戶在某一時間(例如，30秒)內沒有按壓按 鈕，則CFP時隙903可以被釋放以用于另一次傳輸。因而，只有當用戶使用遙控器時才預留 CFP時隙。優選地，遙控命令應當在服務器2和客戶端TV 14中立即被處理。如果命令引起 客戶端或服務器CPU(102或302)的中斷，則最高優先級應被賦予該中斷。應當理解雖然假定使用MPEG編碼，但是本文中所提出的原理可以被應用于其它AV編解碼技術，例如可以應用H. 264/MPEG4 AVC0現在可以意識到本發明所具有的優點包括以下幾點。當GUI工作時，應用不同的 編碼樣式來改善響應和GUI圖片質量。此外，利用無競爭時段中的時隙來將遙控命令傳輸 到目的地，因此不會出現很大的傳輸延遲。而且，不需要特殊的硬件，因為本發明可以根據 需要僅通過軟件的變化來實現。 雖然本文中示出并詳細描述了特定的用于改善家用網絡GUI響應時間和呈現的 系統和方法，但是應當理解本發明所包含的主題只通過權利要求書來限定。
權利要求
一種用于如下系統的服務器(2)，該系統包括至少一個用戶輸入設備(12)和被配置為顯示來自所述服務器(2)的音頻/視頻流的至少一個客戶端設備(14)，所述服務器(2)在至少兩個連續信標周期的無競爭時段(CFP)中預留至少一個時隙，以在所述服務器(2)和所述客戶端設備(14)之間傳輸由所述用戶輸入設備(12)發起的圖形化用戶界面(GUI)命令，每個信標周期還具有各自的競爭時段(CP)。
2.如權利要求1所述的服務器(2)，其中所述時隙的帶寬不大于每秒幾千字節。
3.如權利要求1所述的服務器(2)，其中所述時隙和所述流不局限為在時間軸上連續。
4.如權利要求1所述的服務器(2)，其中所述時隙被預留給命令，一直到流傳輸結束為止。
5.如權利要求1所述的服務器(2)，其中所述遙控命令在所述時隙中被從所述客戶端 設備(14)發送到所述服務器(2)。
6.如權利要求1所述的服務器(2)，其中所述時隙可雙向使用以在所述服務器(2)和 所述客戶端設備(14)之間交換信息。
7.如權利要求6所述的服務器(2)，其中所述CFP中的第一時隙部分被預留給從所述 服務器(2)到所述客戶端設備(14)的消息，并且所述CFP中的第二時隙部分被預留給從所 述客戶端設備(14)到所述服務器(2)的消息。
8.如權利要求1所述的服務器(2)，其中，如果所述CFP基本被占用，則作為從所述客 戶端設備(14)接收到初始命令的響應，所述服務器(2)將所述CFP中的時隙預留給后面的 命令，其中，如果在預定的時段內沒有接收到命令，則所述時隙被釋放，并且下一個命令被 看作為初始命令并在所述CP期間被發送。
9.如權利要求1所述的服務器(2)，其中，如果所述命令引起所述客戶端設備(14)或 所述服務器(2)的中斷，則所述中斷被賦予最高優先級。
10.如權利要求1所述的服務器(2)，其中所述周期是與AC線路周期同步的信標周期。
11.如權利要求1所述的服務器(2)，其中所述CP是一次性訪問時段，而不保證將為下 一周期預留相同的時間分配。
全文摘要
本發明公開了用于改善家用網絡GUI響應時間和呈現的系統和方法。通過使用專為GUI設計的視頻編碼，同時使用常規的視頻編碼來進行視頻呈現，改善了家用網絡中的GUI呈現。此外，通過在客戶端設備(14)接收到命令和服務器(2)執行這些命令之間的傳輸周期的無競爭時段(CFP)中預留用于傳輸由用戶輸入設備(12)發起的命令的時隙，縮短了GUI命令響應時間。
文檔編號H04N7/16GK101867507SQ20101017442
公開日2010年10月20日 申請日期2006年8月31日 優先權日2005年9月7日
發明者巖村隆一 申請人:索尼株式會社;索尼電子有限公司