CN101883140B - 基于远程显示的编码系统及方法、服务器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于远程显示的编码系统及方法、服务器，以解决现有技术基于远程显示的编码技术无法有效支持视频和多媒体应用的技术缺陷，其中该方法包括：服务器端探测屏幕更新区域；在该屏幕更新区域中识别属于共享应用的显示更新；对属于共享应用的显示更新，根据显示更新特性将显示区域分为视频显示区域和/或非视频显示区域；根据当前网络带宽为该视频显示区域和/或非视频显示区域分别选择优选编码方式；根据所选择的优选编码方式分别对视频显示区域和/或非视频显示区域进行编码处理，得到更新数据发送给客户端。本发明能够提高基于远程显示共享系统在视频和多媒体播放的性能，有效降低网络开销，完善了基于远程显示的共享技术。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息共享技术，尤其涉及一种基于远程显示的编码系统及方法，以及一种服务器。
背景技术
基于远程显示的桌面和应用共享系统允许用户访问完整的远程桌面或单独的应用程序，客户端将鼠标键盘等事件发送给服务器端处理，并接收来自服务器端的屏幕更新。
典型的基于远程显示的桌面共享系统包括X视窗系统(X WindowSystem)、微软终端服务(Microsoft Terminal Service)、虚拟网络计算(VirtualNetwork Computing，VNC)、瘦客户端网络计算机(Thin-client InternetComputing，THINC)等瘦客户系统。与桌面共享技术不同的是，应用共享技术能够显示单独的应用程序，从而使远程应用和本地窗口系统无缝集成，例如共享应用(Shared App，被共享的应用程序)VNC和BASS等。
利用基于远程显示的共享系统，可以降低客户端复杂度和开销。已有的研究指出，基于远程显示的共享系统对于交互式应用具有较好的性能，但对于显示密集型应用仍然存在性能问题，如无法有效支持视频播放及多媒体应用等问题。为解决这些问题，有些优化方案被提出，如利用客户端的解码能力，将多媒体或视频解码任务迁移到客户端，并将解码后的显示输出与来自服务器端的远程显示无缝融合。但这种方法需要客户端能够解码多种媒体格式，并且需要对应用程序进行单独开发。
在共享系统中，由于各种应用程序的显示输出特性不尽相同，为了满足共享系统的通用性，屏幕更新一般采用固定的编码方案，并不考虑网络环境和应用程序的显示输出特性。已有的某些研究针对屏幕显示更新的特性，对于不同的显示采用不同的编码方式，特别是对显示密集程序采用视频编码的方法有效提高了远程显示的性能。与上述将解码工作迁移至客户端的技术相比，这类技术更为通用，并且不需要对被共享的应用程序进行任何额外的加工。
为了满足共享系统的通用性，屏幕更新一般采用固定的编码方案，并不考虑网络环境和应用程序的显示输出特性，所以，现有的基于远程显示的共享技术还无法有效支持视频和多媒体应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种基于远程显示的编码系统及方法，以及一种服务器，以解决现有技术提供的基于远程显示的编码技术还无法有效支持视频和多媒体应用的技术缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于远程显示的编码方法，包括：
服务器端探测屏幕更新区域；
在该屏幕更新区域中识别属于共享应用的显示更新；
对属于共享应用的显示更新，根据显示更新特性将显示区域分为视频显示区域和/或非视频显示区域；
根据当前网络带宽为该视频显示区域和/或非视频显示区域分别选择优选编码方式；
根据所选择的优选编码方式分别对视频显示区域和/或非视频显示区域进行编码处理，得到更新数据发送给客户端。
优选地，该方法进一步包括：
该客户端对该更新数据进行解码，获得显示更新内容；
该客户端将该显示更新内容绘制在本地应用窗口中。
优选地，将该显示区域分为该视频显示区域和/或非视频显示区域的步骤，包括：
根据屏幕更新的帧速率和一预设的速率阈值确定该视频显示区域，或者接收该共享应用提供的该视频显示区域；
将该显示区域中除该视频显示区域之外的部分确定为该非视频显示区域。
优选地，根据该帧速率和该速率阈值确定该视频显示区域的步骤，包括：
将显示区域划分为若干单元区域；
重复抓取屏幕更新并计算出每个单元区域的该帧速率；
如果该帧速率大于该速率阈值，则认为该单元区域是显示密集区域；
合并邻近的显示密集区域，确定该视频显示区域。
优选地，该视频显示区域的编码方式与该非视频显示区域的编码方式之间的切换，根据帧速率确定。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种服务器，用于基于远程显示的编码处理，该服务器包括帧缓冲区、虚拟窗口管理模块、区域划分模块、编码决策模块以及视频编码模块，其中：
该帧缓冲区，用于探测屏幕更新区域；
该虚拟窗口管理模块，用于在该屏幕更新区域中识别属于共享应用的显示更新；
该区域划分模块，用于对属于共享应用的显示更新，根据显示更新特性将显示区域分为视频显示区域和/或非视频显示区域；
该编码决策模块，用于根据当前网络带宽为该视频显示区域和/或非视频显示区域分别选择优选编码方式；
该视频编码模块，用于根据所选择的优选编码方式，分别对该视频显示区域和/或该非视频显示区域进行编码处理，得到更新数据发送给客户端。
优选地，该区域划分模块用于根据屏幕更新的帧速率和一预设的速率阈值确定该视频显示区域，或者接收该共享应用提供的该视频显示区域；并用于将该显示区域中除该视频显示区域之外的部分确定为该非视频显示区域。
优选地，该区域划分模块包括划分子模块、计算子模块、判断子模块及合并子模块，其中：
该划分子模块，用于将显示区域划分为若干单元区域；
计算子模块，用于重复抓取屏幕更新并计算出每个单元区域的该帧速率；
判断子模块，用于判断该帧速率大于该速率阈值，是则认为该单元区域是显示密集区域；
合并子模块，用于合并邻近的显示密集区域，确定该视频显示区域。
优选地，该编码决策模块用于根据帧速率确定该视频显示区域的编码方式与该非视频显示区域的编码方式之间的切换。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于远程显示的编码系统，包括前述服务器，及客户端，其中：
该客户端用于对该更新数据进行解码，获得显示更新内容，并将该显示更新内容绘制在本地应用窗口中。
与现有技术相比，本发明提供的至少一个实施例，能够提高基于远程显示共享系统在视频和多媒体播放的性能，可以有效降低网络开销，完善了基于远程显示的共享技术。本发明的另一实施例能够实时探测共享程序窗口中不同区域的显示输出特性，并对显示密集的区域采用视频编码，有效解决现有技术中存在的视频显示性能问题。本发明的另一实施例在编码决策过程中不仅考虑到了显示更新特性，还考虑到了网络当前的实际情形。本发明的还一实施例能够自适应地选择合适的编码方案，在满足用户访问远程桌面或应用需求的同时降低了网络开销。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明方法实施例的流程示意图；
图2为本发明中自适应编码切换状态示意图；
图3为图1所示方法实施例中步骤S130的流程示意图；
图4为本发明系统实施例的组成示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
首先，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明的核心思想是在现有的基于远程显示的共享系统基础上将视频显示区域与非视频显示区域分开处理。
VNC是开源的跨平台远程显示系统，服务器端截获图形系统写入帧缓冲区(frame buffer，写入帧缓冲区)的显示更新数据，采用远程写入帧缓冲区(RFB，Remote Frame Buffer，远程写入帧缓冲区)协议对数据编码并发送到客户端。早期的VNC编码算法是相对简单的，例如Raw，RRE等，之后VNC提出采用标准zlib库压缩Raw和Hextile编码的数据，以及采用zlib库和行程编码相结合的ZRLE编码方法，进一步减少了网络开销。
下面以TightVNC为基础共享系统，Theora编码为视频编码为例阐述本发明的具体技术内容。需要说明的是，本发明技术方案的实现，并不以TightVNC系统和Theora编码为限，可以分别是其他的系统平台和其他的编码技术。
图1为本发明方法实施例的流程示意图。如图1所示，该方法实施例主要包括以下步骤：
步骤S110，服务器端利用显卡镜像驱动探测屏幕更新区域；
步骤S120，在该屏幕更新区域中识别属于共享应用(Shared App，被共享的应用程序)的显示更新；之后只需要处理属于共享应用的显示更新；
步骤S130，对属于共享应用的显示更新，根据显示更新特性将应用程序的整个屏幕显示区域分成视频显示区域(显示密集的区域)和/或非视频显示区域(部分应用的部分时刻，可能出现整个屏幕显示区域均为视频显示区域或者均为非视频显示区域)；
步骤S140，根据当前网络带宽，分别为视频显示区域和/或非视频显示区域选择优选编码方式；比如为视频显示区域选择第一编码方式，为非视频显示区域选择第二编码方式，该第一编码方式与该第二编码方式不同；当然，该优选编码方式包括最优的编码方式，也包括次优或者次次优的编码方式，只要适合视频显示区域和/或非视频显示区域的编码方式，均可以相应地选择为视频显示区域和/或非视频显示区域的编码方式；
步骤S150，根据所选择的优选编码方式，分别对视频显示区域的图像更新和/或非视频显示区域的图像更新进行编码，并将得到的更新数据发送给客户端；
具体地，本实施例中对视频显示区域的图像更新采用Theora编码，对非视频显示区域的图像更新采用静态图像编码；对视频显示区域和/或非视频显示区域的图像更新进行编码之后得到更新数据，通过网络将更新数据发送到客户端；
步骤S160，客户端对接收到的更新数据进行解码，获得显示更新内容；
步骤S170，客户端将显示更新内容绘制在本地应用窗口中，从而实现了应用共享。
上述步骤S120中，该虚拟窗口管理模块从前台窗口开始自顶向下遍历访问窗口栈，对于每个窗口，删除属于该窗口显示区域内的屏幕更新，直到当前遍历访问的窗口为共享应用窗口。对剩余的显示更新和共享应用的显示区域取交集，得到的即为属于共享应用的显示更新。
上述步骤S130中，采用显示密集区域检测算法来判断整个屏幕的哪些显示区域是视频显示区域，哪些是非视频显示区域。
由于所述自适应共享系统的实现基于TightVNC，因此非视频显示区域的编码仍然采用TightVNC所支持的编码，包括ZlibHex编码和Tight编码。图2给出了自适应编码切换状态示意图，其中的Theora编码和Tight编码为有损编码。
如图2所示，在非视频显示区域的编码中，系统默认采用Tight编码，当显示更新的大小(Update)大于某一上限值(TLarge)时，根据网络带宽的不同可以切换为ZlibHex编码或者Tight编码，在高带宽下ZlibHex编码能够获得更好的响应时间，而在低带宽下Tight编码能够进一步减少传输的数据量；系统处于采用ZlibHex编码或者Tight编码状态时，当非视频显示区域的更新大小(Update)减小，并小于某一下限值(Tsmall)时，系统将又重新切换到Tight编码方式。
非视频显示区域的编码方式向视频显示区域的编码(Theora编码)方式的切换，以及视频显示区域的编码方式向非视频显示区域的编码方式的切换，是由帧速率(以帧每秒(frame per second，FPS)为单位)决定的。当系统处于采用ZlibHex编码或者Tight编码状态时，发现某一块显示区域的帧速率(FPS)达到高水平时，即满足“FPS is High”的条件，那么该区域被标记为视频显示区域并利用Theora编码该区域；当系统处于采用Theora编码状态，即将以视频区域看待带编码区域时，发现该区域的帧速率(FPS)没有达到一定的值，便判断其帧速率是处于中等水平(FPS is Middle)还是处于低水平(FPS is Low)，如果满足“FPS is Middle”条件，那么再根据当时的网络带宽切换为ZlibHex编码或者Tight编码，而如果不满足，即处于“FPS is Low”的状态系统便转换成Tight编码。
其中上述FPS是否达到高水平、中等水平或者低水平的判断，是根据预设的门限值来进行的。
上述步骤S130中视频显示区域的识别过程，也可以理解为根据显示更新特性判断显示区域中是否存在视频显示区域，如果存在则根据当前网络带宽为视频显示区域选择编码，并根据当前网络带宽为显示区域中的出视频显示区域之外的其余区域即非视频显示区域选择编码；如果显示区域中不存在视频显示区域，则为非视频显示区域选择编码。具体步骤如图3所示，主要包括如下步骤：
步骤S310，将显示区域划分为N×N大小的若干单元网格(例如取N＝32)，在其他实施例中单元网格也可以取M×N大小，其中M与N不相等；在其他实施例中，也可以是其他形状的若干单元区域；
步骤S320，服务器端重复抓取屏幕更新并计算更新落在哪些单元网格之内，计算出每个单元网格的帧速率；
步骤S330，对于每一个网格，如果帧速率大于某个阈值，则认为该单元网格是显示密集区域；
步骤S340，合并邻近的显示密集区域，确定视频显示区域；具体地，比如合并邻近的显示密集区域，直到产生一个大的显示密集区域，将该大的显示密集区域作为视频显示区域；或者合并邻近的几个显示密集区域，产生几个距离过远而无法合并的显示密集区域；如果最后产生了多个区域，将面积最大的区域作为视频显示区域；由于一般应用程序只有一块区域来显示视频，因此如果有几个相互分离的同样大小的区域，则可以考虑直接把整个显示区域作为一个视频区域。
图3所示的流程识别出的视频显示区域边缘可能会出现冗余，这些冗余的部分经过Theora编解码后会出现模糊现象，在包含文字的情况下更为明显。可以在步骤S340中得到的视频显示区域内采用更小的网格单元，基于同样的识别思想，进行更加精确的识别。另外，还可以根据共享应用的感知方法，直接接收共享应用提供的视频显示区域的位置和大小。
图4为本发明系统实施例的组成示意图。结合图1所示的方法实施例，图4所示的系统实施例包括服务器端410和客户端420，服务器端410主要包括帧缓冲区411，还包括虚拟窗口管理模块412、区域划分模块413、编码决策模块414以及视频编码模块415，其中：
该帧缓冲区411，用于利用显卡镜像驱动探测屏幕更新区域；
该虚拟窗口管理模块412，与该帧缓冲区411相连，用于在该屏幕更新区域中识别属于共享应用的显示更新；
该区域划分模块413，与该虚拟窗口管理模块412相连，用于对属于共享应用的显示更新，根据显示更新特性将应用程序的整个屏幕显示区域分成视频显示区域(显示密集的区域)和/或非视频显示区域；
该编码决策模块414，用于根据当前网络带宽分别为视频显示区域和/或非视频显示区域选择优选编码方式；比如为视频显示区域选择第一编码方式，为非视频显示区域选择第二编码方式，该第一编码方式与该第二编码方式不同；
当然，该优选编码方式包括最优的编码方式，也包括次优或者次次优的编码方式，只要适合视频显示区域和/或非视频显示区域的编码方式，均可以相应地选择为视频显示区域和/或非视频显示区域的编码方式；
该视频编码模块415，与该区域划分模块413及编码决策模块414相连，用于根据该编码决策模块414所选择的优选编码方式，分别对视频显示区域和/或非视频显示区域进行编码处理，得到更新数据通过网络发送给客户端。
上述区域划分模块413主要包括划分子模块、计算子模块、判断子模块及合并子模块，其中：
该划分子模块，用于将显示区域划分为若干单元区域；
计算子模块，用于重复抓取屏幕更新并计算出每个单元区域的该帧速率；
判断子模块，用于判断该帧速率大于该速率阈值，是则认为该单元区域是显示密集区域；
合并子模块，用于合并邻近的显示密集区域，确定该视频显示区域。
上述编码决策模块414用于根据帧速率确定该视频显示区域的编码方式与该非视频显示区域的编码方式之间的切换。
上述的视频编码模块415可以采用现有的多种视频编码技术。
Tight方法采用数据分析器判断输入数据的统计特性，从而决定采用哪种预处理过滤器处理数据，在低带宽网络环境下提供了较好的显示性能。
Theora是由Xiph基金会发布的可与H.264编码相比较的有损视频压缩编码技术。Theora的编码器输入和解码器输出均为YCbCr色彩空间，因此在Theora编解码前后还需要RGB和YCbCr之间的相互转换。为完成TightVNC共享系统与Theora编码的集合，需要在VNC协议中扩充Theora编码数据类型，当客户端收到该类型数据时调用Theora解码器解码。
本发明的技术方案以已有的共享系统为基础，采用对不同显示输出特性的数据采用不同编码的方法，既可以应用在桌面共享系统上，也可以应用在应用共享系统上。本发明的一个实施例能够实时探测共享程序窗口中不同区域的显示输出特性，并对视频显示区域采用视频编码，有效解决显示性能问题。在典型的远程显示应用场景下，本发明技术方案能够自适应地选择合适的编码方案，在满足用户在视频多媒体显示方面需求的同时降低了网络开销。
所述的共享系统以及共享方法，以现有技术中已有的共享技术为基础，可以应用于多种基于远程显示的共享系统，包括桌面共享系统和应用共享系统。
本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种基于远程显示的编码方法，其特征在于，包括：
服务器端探测屏幕更新区域；
在该屏幕更新区域中识别属于共享应用的显示更新；
对属于共享应用的显示更新，根据显示更新特性将显示区域分为视频显示区域和/或非视频显示区域；
根据当前网络带宽为该视频显示区域和/或非视频显示区域分别选择优选编码方式；
根据所选择的优选编码方式分别对视频显示区域和/或非视频显示区域进行编码处理，得到更新数据发送给客户端。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：
该客户端对该更新数据进行解码，获得显示更新内容；
该客户端将该显示更新内容绘制在本地应用窗口中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将该显示区域分为该视频显示区域和/或非视频显示区域的步骤，包括：
根据屏幕更新的帧速率和一预设的速率阈值确定该视频显示区域，或者接收该共享应用提供的该视频显示区域；
将该显示区域中除该视频显示区域之外的部分确定为该非视频显示区域。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据该帧速率和该速率阈值确定该视频显示区域的步骤，包括：
将显示区域划分为若干单元区域；
重复抓取屏幕更新并计算出每个单元区域的该帧速率；
如果该帧速率大于该速率阈值，则认为该单元区域是显示密集区域；
合并邻近的显示密集区域，确定该视频显示区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
该视频显示区域的编码方式与该非视频显示区域的编码方式之间的切换，根据帧速率确定。
6.一种服务器，用于基于远程显示的编码处理，其特征在于，该服务器包括帧缓冲区、虚拟窗口管理模块、区域划分模块、编码决策模块以及视频编码模块，其中：
该帧缓冲区，用于探测屏幕更新区域；
该虚拟窗口管理模块，用于在该屏幕更新区域中识别属于共享应用的显示更新；
该区域划分模块，用于对属于共享应用的显示更新，根据显示更新特性将显示区域分为视频显示区域和/或非视频显示区域；
该编码决策模块，用于根据当前网络带宽为该视频显示区域和/或非视频显示区域分别选择优选编码方式；
该视频编码模块，用于根据所选择的优选编码方式，分别对该视频显示区域和/或该非视频显示区域进行编码处理，得到更新数据发送给客户端。
7.根据权利要求6所述的服务器，其特征在于：
该区域划分模块用于根据屏幕更新的帧速率和一预设的速率阈值确定该视频显示区域，或者接收该共享应用提供的该视频显示区域；并用于将该显示区域中除该视频显示区域之外的部分确定为该非视频显示区域。
8.根据权利要求7所述的服务器，其特征在于，该区域划分模块包括划分子模块、计算子模块、判断子模块及合并子模块，其中：
该划分子模块，用于将显示区域划分为若干单元区域；
计算子模块，用于重复抓取屏幕更新并计算出每个单元区域的该帧速率；
判断子模块，用于判断该帧速率是否大于该速率阈值，是则认为该单元区域是显示密集区域；
合并子模块，用于合并邻近的显示密集区域，确定该视频显示区域。
9.根据权利要求6所述的服务器，其特征在于：
该编码决策模块用于根据帧速率确定该视频显示区域的编码方式与该非视频显示区域的编码方式之间的切换。
10.一种基于远程显示的编码系统，其特征在于，包括如权利要求6至9中任一项权利要求所述的服务器，及客户端，其中：
该客户端用于对该更新数据进行解码，获得显示更新内容，并将该显示更新内容绘制在本地应用窗口中。
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