CN100508606C - 用于经由无线网络进行通信的服务器系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于经由无线网络与客户机设备进行通信的服务器系统及其操作方法。服务器设备响应客户机设备的请求，根据当前无线网络的传输带宽以及用户所设置的图像质量水平，按可变地控制的压缩率压缩从外部介质所接收的运动图像数据。而且，服务器设备还以无线方式把所压缩的运动图像数据传输到客户机设备。因此，可以避免传输延迟和回放延迟，并且避免了数据传输操作期间数据的丢失，从而可以进行稳定的数据通信。

Description

用于经由无线网络进行通信的服务器系统及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种用于经由无线网络进行通信的服务器系统及其操作方法，尤其涉及这样的一种用于经由无线网络进行通信的服务器系统及其操作方法：通过在客户机设备处避免数据接收延迟和回放延迟，同时传输运动图像数据的服务器设备预测当前网络的传输状态与可变地控制压缩率，可以确保数据流的传输带宽，并且能够确保数据回放的服务质量(QoS)。
背景技术
参照图1描述一个经由无线网络进行通信的传统的服务器系统。
经由无线网络进行通信的服务器系统包括服务器设备10和一个或多个客户机设备，例如客户机设备20a和20b。当服务器设备10与客户机设备20a和20b经由无线网络传输和接收数据时，将无线网络调制解调器安装在服务器设备10与客户机设备20a与20b上。
在本说明书中，假设服务器设备10是一个家庭服务器(例如，一个基于因特网的电冰箱)，用于控制建造于家庭中的家庭网络。而且，还假设客户机设备20a是能够从家庭服务器接收运动图像数据的Web簿。
耦合于外部介质，例如耦合于收音机、电视机(TV)天线等的家庭服务器10，可以接收运动图像数据。另外，耦合于电缆网络和因特网的家庭服务器10可以接收从某一特定的服务器所传输的数字内容。
在把图像或视频信号转换成数字数据以及在不进行压缩存储数字数据的情况下，未压缩的数字数据占据提供于家庭服务器10中的一个存储器的大的存储器空间，而且当把数据向客户机设备20a传输时，无线网络是不稳定的。因此，增大了无线网络上的传输负荷。
于是，家庭服务器10压缩数字数据信息，以便能够有效地利用存储器空间，并且可以改进网络上的传输功能。
如果客户机设备20a发出运动图像数据请求，则在家庭服务器10和客户机设备20a之间进行无线数据通信。
在通信期间，当客户机设备20a移动时，可能会与家庭服务器10相距甚远。另外，在无线通信期间，移动电话20b也可能产生干扰。在这一情况下，带宽减少，从而出现数据传输延迟。因此，传输延迟可能导致客户机设备20a中的回放延迟。
特别是，若按传统方式以固定数据压缩率压缩流数据之后，按预先确定的传输速率向客户机设备20a传输所压缩的数据，则一旦不能保证与压缩率和传输速率相符的足够的接收带宽，客户机设备20a中便会出现接收延迟。
尤其是，不仅数据会丢失，而且数据接收延迟可能全导致回放延迟。由于数据丢失，家庭服务器10会反复地重新传输数据，因此传输负荷增大。
由于无线网络通信中的传输负荷增大，所以所增大的传输负荷不仅在传输阶段导致传输延迟，而且在接收阶段导致回放延迟。
在这一情况下，由于出现图像失真/截断现象，而且当客户机设备20a再现数据时图像质量也会下降，所以存在整个网络系统的可靠性可能下降的问题。
发明内容
因此，鉴于上述问题进行了这一发明。本发明的一个目的是提供一种服务器系统以及一种操作这一系统的方法，由于考虑到客户机和服务器设备之间的传输带宽以及客户机处用户可接受的图像质量水平，这一服务器系统及其操作方法可以进行稳定实时的数据传输，而且当在无线网络环境中传输实时运动图像数据流时，能够可变地控制数据压缩率。
本发明的另一个目的是提供一种服务器系统以及一种操作这一系统的方法，通过避免客户机设备中的数据接收延迟和回放延迟，这一服务器系统及其操作方法可以确保数据回放中服务质量(QoS)。
根据本发明的一个方面，通过提供一种用于经由无线网络进行通信的服务器系统，可以实现以上的和其它的目的，包括：至少一个客户机设备，用于经由构造在建筑物中的无线网络传输和接收数据，并且在再现运动图像数据时，设置用户可接受的图像质量水平；以及服务器设备，用于根据当前无线网络的传输带宽和响应客户机设备的请求的图像质量水平，以可变地控制的压缩率压缩从一个外部介质所接收的运动图像数据，并且以无线方式把所压缩的运动图像数据传输到客户机设备。
最好，服务器设备包括：音频/视频(AV)存储器，用于接收经由电缆天线或因特网所传输的运动图像数据流，并存储所接收的数据流；以及运动图像数据专家组(MEPG)编码器，用于按预先确定的压缩率压缩存储在AV存储器中的运动图像数据。
在这一情况中，由压缩率控制器可变地控制MPEG编码器的压缩率。根据可变地控制的压缩率，实时地压缩传输的运动图像数据。
网络传输器接收由MPED编码器所压缩的运动图像数据，并且经由无线网络把所压缩的运动图像数据传输到客户机设备。
网络传输器生成将传输给客户机设备的传输状态信息，并把传输状态信息反馈回压缩率控制器。压缩率控制器根据传输状态信息预测传输带宽，并产生数据压缩率。
客户机设备的网络接收器接收从服务器设备传输的运动图像数据。MPEG解码器解压缩所接收的运动图像数据，以及显示单元外部地显示所解压缩的运动图像数据。
在这一情况下，网络接收器生成接收的运动图像数据的接收状态信息。把接收状态信息随图像质量水平信息一起经接收信息反馈单元反馈回服务器设备的压缩率控制器，从而可以产生传输带宽和数据压缩率。
由于根据传输当前数据时的信息和从接收所反馈的信息的信息，产生决定数据传输速率的传输带宽，所以可以减小传输带宽预测误差。
而且，由于根据传输负荷和用户所设置的图像质量水平调整数据压缩率，所以可以通过提高数据存储效率改进网络上的传输功能，而且当再现运动图像时，可以稳定地提供服务质量(QoS)。
附图说明
通过以下结合附图所进行的详细描述，将可以更清楚地理解本发明的上述与其它目的、特性以及其它优点。在这些附图中：
图1示出了一个传统的经由无线网络进行通信的服务器系统；
图2是说明根据本发明的经由无线网络进行通信的服务器系统；
图3是说明根据本发明的服务器设备的框图；
图4是说明根据本发明的客户机设备的框图；
图5A是说明提供于根据本发明的用于经由无线网络进行通信的服务器系统中的服务器设备的操作方法的流程图；以及
图5B是说明提供于根据本发明的用于经由无线网络进行通信的服务器系统中的客户机设备的操作方法的一个流程图。
具体实施方式
现在参照附图，详细描述根据本发明的优选实施例的一种家庭网络系统以及其一种操作方法。可以通过不同的实施例实现本发明。由于用于经由无线网络进行通信的服务器系统的基本部件与传统的部件相同，所以将不再对相同的部件详细地加以描述。
图2简要地示出了根据本发明的用于经由无线网络进行通信的服务器系统中的服务器设备和客户机设备。
实现根据本发明的服务器设备100和一个客户机设备200可以使用无线局域网(LAN)或蓝牙通信网络，以无线方式传输和接收基于射频(RF)信号协议或蓝牙协议的数据。本发明不局限于LAN或蓝牙通信网络。
在构造于家庭中的网络上，服务器设备100用作一种能够控制和监视至少一个耦合于其的客户机设备200。这一实施例示范性地把服务器设备100定义为基于因特网的电冰箱。假设客户机设备200为能够附接于或独立于本实施例中所使用的基于因特网的电冰箱的Web簿。
在把Web簿附接于基于因特网的电冰箱的状态下，可以将其用作基于因特网的电冰箱的监视器。否则，在Web簿独立于基于因特网的电冰箱的状态下，将其用作以无线方式与服务器设备100进行数据通信的客户机设备200。
在这情况下，由于可移动Web簿是便携式的，所以它可以在距基于因特网的电冰箱预先确定的半径内与服务器设备(例如，基于因特网的电冰箱)进行无线通信。
服务器设备100通过电缆或天线接收收音机、电视(TV)等的运动图像数据，或接收因特网网络上的数字内容。然后，响应客户机设备200的一个请求，服务器设备100压缩运动图像数据，并把所压缩的运动图像数据传输到客户机设备200。
为此，服务器设备100包括：音频/视频(AV)存储器110，用于接收在电缆天线或因特网网络上所传输的运动图像数据流，并存储所接收的数据流；运动图像数据专家组(MPEG)译码器120，用于按预先确定的压缩率压缩存储在AV存储器110中的运动图像数据；以及网络传输器130，用于把所压缩的数据传输到客户机设备200，如图2中所示。
另外，客户机设备200还包括：网络接收器230，用于以无线方式从服务器设备100接收数据；运动图像数据220，用于解压缩所接收的数据；以及显示单元210，用于显示解压缩的数据。
以下将参照图3，描述用于经由无线网络进行通信的服务器系统的配置。图3是说明根据本发明的服务器设备的框图。
当客户机设备200把运动图像数据请求发送到服务器设备100时，服务器设备100接收因特网网络、电缆网络等上的运动图像数据，并把所接收的数据流存储在AV存储器110中。
MPEG编码器210压缩存储在AV存储器110中的运动图像数据，并且把所压缩的数据传输到客户机设备200。此时，压缩率控制器140决定MPEG编码器120的压缩率。
压缩率控制器140包括：传输带宽决定模块141，用于根据由网络传输器130所生成的传输状态信息和从客户机设备200所传输的接收状态信息，产生当前网络的传输带宽；以及压缩率决定模块142，用于根据所产生的传输带宽和客户机设备200中所设置的图像质量水平可变地控制MPEG编码器120的压缩率。
即，压缩率控制器140根据服务器设备100和客户机设备200之间的数据传输/接收状态预测传输带宽，并决定数据传输速率，以致于可以提高所预测的传输带宽的精度。
而且，由于运动图像数据的压缩率随用户所设置的图像质量水平和所预测的传输带宽而变化，所以当传输负荷增加以及增加的传输负荷导致了传输延迟时，压缩率增加，并减少将要传输的数据数量，以致于可以进行稳定的数据通信。
根据压缩率决定模块142所决定的压缩率，通过网络传输器130把MPEG编码器120所压缩的运动图像数据传输到客户机设备200。
此时，在以无线方式把所压缩的运动图像数据传输到客户机设备200之前，把数据暂时存储在缓冲器150中。
当把MPEG编码器120所压缩的数据存储在缓冲器150中时，不重新压缩所破坏的数据，并且当传输延迟导致数据丢失时，从缓冲器150中获取与所破坏的数据相关联的原始数据并重新传输，从而可以提高传输效率。
此处，网络传输器130包括：传输状态信息生成模块131，用于生成传输状态信息，其中传输状态信息包括运动图像数据的头标信息、传输带宽信息、数据压缩率与延迟时间信息；以及通信模块132，用于以无线方式把运动图像数据传输到客户机设备200。
即，以无线方式在通信模块132上，把所压缩的运动图像数据传输到客户机设备200。生成预测传输带宽所需的数据传输状态信息，并把所生成的数据传输状态信息反馈到压缩率控制器140。
此时，传输状态信息生成模块131所生成的传输状态信息包括传输到客户机设备200的运动图像数据的头标信息(包含发送时间、数据压缩率、信息包编号以及传输延迟时间)、当执行传输操作时与传输带宽相关的信息(包含传输(Tx)速率、所接收的信号强度指示(RSSI)、通道速率等)、以及服务器设备100的信息，例如传输缓冲器状态、总传输延迟时间等。
当服务器设备100使用RF信号传输和接收数据时，可以通过无线通信模块实现通信模块132。另一方面，当服务器设备100使用蓝牙通信协议传输和接收数据时，可以通过蓝牙通信模块实现通信模块132。
可以按照在根据本发明的用于经由无线网络进行通信的服务器系统中所使用的一种网络，以不同方式实现通信模块132。本发明不局限于以上示例。
图4是说明根据本发明的客户机设备的框图。
客户机设备200的网络接收器230接收从服务器设备100经由无线网络所传输的运动图像数据，并通过运动图像解码器220解压缩所接收的数据，如图4中所示。
网络接收器230包括：接收状态信息生成模块231，用于生成包括当前接收带宽的接收状态信息；以及通信模块232，用于以无线方式从服务器设备100接收运动图像数据。
与服务器设备100中的通信模块132相同，可以按照在根据本发明的用于经由无线网络进行通信的服务器系统中所使用的一种网络，以不同方式实现通信模块232。
接收状态信息生成模块231所生成的接收状态信息包括所接收运动图像数据的头标信息(包含发送时间、分组编号、数据压缩率以及传输延迟时间)、与客户机设备200的传输带宽相关的信息(包含接收(Rx)速率、所接收的信号强度指示(RSSI)、无线通道速率等)、以及客户机设备200的信息，例如接收缓冲器大小、回放延迟时间等。
在把所接收的运动图像数据暂时存储在缓冲器250之后，MPEG解码器220解压缩根据MPEG解码器220中所使用的可变压缩率所压缩的运动图像数据，以致于可以再现数据。
MPEG解码器220从所接收的运动图像数据的头标信息抽取压缩率，并根据所抽取的压缩率执行解码操作。
把如以上所描述的运动图像数据外部地显示在显示单元210上。如果把Web簿作为客户机设备，则用户可以通过Web簿的显示单元210观察运动图像数据。
此处，网络接收器230生成正确测量传输带宽的接收状态信息，这一接收状态信息用作确定施加于服务器设备100的MPEG编码器120的压缩率的因数。以无线方式经由接收信息反馈单元240上把接收状态信息传输到压缩率控制器140。
即，接收信息反馈单元240根据传输到服务器设备100的接收状态信息和由网络传输器130所生成的传输状态信息，预测当前网络的传输带宽。传输带宽用作可变地控制MPEG编码器120的压缩率所需的第一因数。
其中，客户机设备200还包括输入单元(未在图中加以示出)，用于从用户那里接收再现运动图像数据的图像质量水平，用户可以输入指示可接收的图像质量水平的信号。图像质量水平用作可变地控制MPEG编码器120的压缩率所需的第二因数。
例如，当当前无线网络的传输带宽充分，而且基于“A”bps的数据传输操作为可能时，如果用户已输入了基于高图像质量的图像质量水平时，则压缩率控制器140降低数据压缩率。
在这一情况下，由于将从服务器设备100所传输分组数据的数量增加，并且无线网络的传输带宽是充分的，所以能够在无传输延迟的情况下把数据传输到客户机设备200。
如果用户降低了图像质量水平，并且改变了数据回放环境，以致于低图像质量是可接受的，则接收信息反馈单元240把用户所设置的信息传输到压缩率控制器140，以致于提高了运动图像数据的压缩率。
而且，当通过改变无线网络环境所测的传输带宽降低到“A/2”比特/秒时，压缩率控制器140根据从网络传输器130以及接收信息反馈单元240所传输的传输和接收状态信息，预测数据传输带宽。
因此，压缩率控制器140提高压缩率，并且减小运动图像数据的规模，以避免因减少的传输带宽所导致的传输延迟。
即，当增加了数据传输带宽以及提高了图像质量水平时，压缩率控制器140通过降低压缩率确保将传输的运动图像数据的图像质量。可选择地，当所增加的传输负荷减少了传输带宽或降低了图像质量水平时，增加数据压缩率，以致于减小传输负荷，并且提供了用户所希望的图像质量。
因此，当前网络的传输带宽和服务器设备100的数据压缩率相互协调时，客户机设备200可以实时地执行回放操作。而且，可以在不丢失所传输数据的情况下，确保用户可以接受的图像质量
由于很难正确地测量无线网络中的传输带宽，所以不仅从数据传输方的服务器设备100反馈指示传输带宽的信息，而且还从接收方的客户机设备200反馈指示所测的接收带宽的信息，以致于可以正确产生传输带宽。
以下将参照图5A和5B描述用于经由无线网络进行通信的服务器系统的一种操作方法。
首先，客户机设备以无线方式传输运动图像数据回放请求的控制信号和指示用户可接收的图像质量水平的信息(S11)。
第一步，当服务器设备从客户机设备接收到运动图像数据回放请求信号时(S1)，它经由因特网或电缆网络从外部介质(例如TV、收音机)接收运动图像数据和内容介质数据(S2)，并按预先确定的压缩率压缩所接收的运动图像数据(S3)。
第二步，服务器设备以无线方式把所压缩的运动图像数据传输到客户机设备(S4)，并生成包括传输带宽的传输状态信息(S5)。
此时，经由无线网络把所压缩的运动图像数据传输到客户机设备。无线网络可以使用使用RF信号的无线通信网络，或使用蓝牙通信协议的蓝牙通信网络。
而且，由服务器设备所生成的传输状态信息包括传输到客户机设备的数据的头标信息、传输数据时的传输带宽信息与传输缓冲器状态、压缩数据率和与服务器设备相关的传输延迟时间。把传输状态信息用于预测传输带宽和产生数据压缩率。
第三步，可以根据在第二步所生成的传输状态信息和从客户机设备所接收的接收状态信息，预测传输带宽(S7)。
为此，第三步包括用于接收包含从客户机设备所反馈的接收带宽的接收状态信息的过程(S6)。
即，客户机设备接收运动图像数据(S12)、生成包含数据接收带宽的接收状态信息(S13)、以及把所生成的接收状态信息反馈给服务器设备(S14)。
此时，接收状态信息包括客户机设备所接收的运动图像数据的头标信息、客户机设备的接收带宽信息、接收缓冲器大小以及回放延迟时间。
客户机设备生成接收状态信息，并解压缩和再现所接收的运动图像数据(S15)。
当改变运动图像的图像质量时(S16)，客户机设备把改变的图像质量水平传输到服务器设备(S11)，以致于可以调整服务器设备的数据压缩率。
第4步，根据在第三步所产生的传输带宽和客户机设备处用户可接收的图像质量水平，可变地控制运动图像数据的压缩率(S8)。然后，方法返回到第一步。
此处，服务器设备在考虑到预测传输网络状态所需的时间延迟、控制传输速率所需的时间延迟、以及收集显示数据所需的时间延迟的情况下，确定传输带宽。
于是，服务器设备决定与当前无线网络状态相关的传输带宽和基于图像质量水平的运动图像数据的压缩率。根据可变地控制的压缩率，对连续接收的运动图像数据进行压缩操作，以致于可以减小无线网络的传输负荷，并且能够进行稳定的网络操作。
即，根据本发明在可变数据压缩率与当前无线网络状态相协调的情况下，把运动图像数据传输于客户机。而且，当实时地再现运动图像数据时，可以避免回放延迟和画面的截断/失真，并能够确保适当的图像质量。
尽管已经说明性地公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员将会意识到在不背离所附权利要求中所公开的本发明的构思与范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、添加以及替换。

Claims (16)

1.一种用于经由无线网络进行通信的服务器系统，包括：
至少一个客户机设备，用于经由构造在一个建筑物中的无线网络传输和接收数据，并且在再现运动图像数据时，设置用户可接受的图像质量水平；以及
服务器设备，用于生成包括传输带宽的传输状态信息，并且根据所述传输状态信息和从所述客户机设备接收的接收状态信息确定当前网络的传输带宽，以及响应客户机设备的请求，根据当前无线网络的传输带宽和所述图像质量水平，按可变地控制的压缩率压缩从外部介质所接收的运动图像数据，并且以无线方式把所压缩的运动图像数据传输到客户机设备。
2.如权利要求1所述的服务器系统，其中，客户机设备包括：
网络接收器，用于以无线方式从服务器设备接收运动图像数据，并生成包括当前接收带宽的接收状态信息；
运动图像数据专家组解码器，用于进行图像数据专家组解码操作以解压缩从网络接收器所接收的运动图像数据；
显示单元，用于显示图像数据专家组解码器解压缩的数据；以及
接收状态信息反馈单元，用于把网络接收器所生成的接收状态信息反馈到服务器设备。
3.如权利要求2所述的服务器系统，其中，网络接收器包括：
通信模块，用于以无线方式从服务器设备接收运动图像数据；以及
接收状态信息生成模块，用于生成包括当前接收带宽的接收状态信息。
4.如权利要求2所述的服务器系统，其中，客户机设备还包括：
缓冲器，用于存储以无线方式从服务器设备传输的数据。
5.如权利要求2所述的服务器系统，其中，客户机设备还包括：
输入单元，用于接收用户所输入的运动图像数据回放的图像质量水平。
6.如权利要求1所述的服务器系统，其中，服务器设备包括：
音频/视频存储器，用于接收经由电缆天线或因特网所传输的运动图像数据流，并存储所接收的数据流；
运动图像数据专家组编码器，用于按预先确定的压缩率压缩存储在音频/视频存储器中的运动图像数据；
网络传输器，用于接收由运动图像数据专家组编码器所压缩的运动图像数据，并生成包括当前传输带宽的传输状态信息；以及
压缩率控制器，用于根据由网络传输器所生成的传输状态信息和从客户机设备所传输的接收状态信息，产生当前网络的传输带宽，并根据所产生的传输带宽和客户机设备中所设置的图像质量水平，可变地控制运动图像数据专家组编码器的压缩率。
7.如权利要求6所述的服务器系统，其中，网络传输器包括：
通信模块，用于以无线方式，向客户机设备传输运动图像数据；以及
传输状态信息生成模块，用于生成包括运动图像数据头标信息、传输带宽信息、数据压缩率以及延迟时间的传输状态信息。
8.如权利要求7所述的服务器系统，其中，通信模块是使用射频信号传输和接收数据的无线通信模块。
9.如权利要求7所述的服务器系统，其中，通信模块是使用蓝牙通信协议传输和接收数据的蓝牙通信模块。
10.如权利要求7所述的服务器系统，其中，压缩率控制器包括：
传输带宽决定模块，用于根据由网络传输器所生成的传输状态信息和从客户机设备所传输的接收状态信息，产生当前网络的传输带宽；以及
压缩率决定模块，用于根据所产生的传输带宽和客户机设备中所设置的图像质量水平可变地控制运动图像数据专家组编码器的压缩率。
11.如权利要求6所述的服务器系统，其中，服务器设备还包括：
缓冲器，用于在把所压缩的运动图像数据以无线方式传输给客户机设备之前，暂时存储运动图像数据专家组编码器所压缩的数据。
12.一种服务器系统的操作方法，该服务器系统包括至少一个客户机设备，用于经由无线网络传输和接收数据；以及服务器设备，用于响应客户机设备的请求，按预先确定的压缩率压缩所接收的运动图像数据，并且以无线方式把所压缩的运动图像数据传输到客户机设备，该操作方法包括下列步骤：
(a)服务器设备按预先确定的压缩率压缩经由外部介质所传输的运动图像数据；
(b)以无线方式把所压缩的运动图像数据传输到客户机设备，并生成包括传输带宽的传输状态信息；
(c)根据所述传输状态信息和从客户机设备所接收的接收状态信息，确定传输带宽；以及
(d)根据所述传输带宽和所述客户机设备的用户可接收的图像质量水平，按可变地控制的压缩率压缩所述运动图像数据，并且以无线方式将经压缩的运动图像数据传送至所述客户机设备。
13.如权利要求12所述的操作方法，其中，传输状态信息包括传输到客户机设备的数据的头标信息、当传输数据时的传输带宽信息、服务器设备的传输缓冲器状态、以及数据压缩率与总延迟时间。
14.如权利要求12所述的操作方法，步骤(a)操作方法包括下列步骤：
从客户机设备接收运动图像数据回放请求以及用户可接收的图像质量水平的控制信号。
15.如权利要求12所述的操作方法，步骤(c)操作方法包括下列步骤：
从客户机设备接收包括所反馈的接收带宽的接收状态信息。
16.如权利要求12所述的操作方法，其中，接收状态信息包括客户机设备所接收的运动图像数据的头标信息、客户机设备的接收带宽信息、接收缓冲器大小以及回放延迟时间。
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