JP4759561B2 - コンピュータネットワークアーキテクチャ及びディスプレイデータを提供する方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータネットワークアーキテクチャ及びディスプレイ装置へのディスプレイデータの提供に関する。

今日ほとんどの人が考えるようなパーソナルコンピュータは、ディスプレイと、処理装置と、キーボード及びマウス等の入出力デバイスとを備える。ある種の形態によっては、これらのユニットは単一の機器に結合され、ラップトップが最も明らかな例である。しかしながら、今日オフィスにあるコンピュータの大部分は、机の下の１つのボックスと、机の上の１つのディスプレイと、１つのキーボードと、１つのマウスとから成り、それらはすべて１人のユーザによって操作される。このモデルは２０年以上にわたって存在している。

処理装置及びディスプレイのこの専用の１対１マッピングは、ディスプレイの物理的性質と、コンポーネントを互いに接続するために使用される方法との組合せによってもたらされた。ブラウン管（ＣＲＴ）ベースのディスプレイは、大きく、重く且つ壊れやすいため、ユーザはめったに２つ以上自身の机の上に置きたがらない。より多くの表示空間が必要である場合、完全に新しいコンピュータを提供すること、又は新たなグラフィックスカードをコンピュータに差し込むことによってそれが２つ以上のモニタに接続することができるようにすることより、より大型か又は高解像度のモニタを購入する方が容易である。処理装置をディスプレイに接続するために使用されるビデオグラフィックスアレイ（ＶＧＡ）ケーブルは、その電気的要件により、かさばり、且つその長さが約６０〜９２ｃｍ（数フィート）まで制限されるため、モニタは、それらを駆動しているマシンに近接している必要がある。通常、各コンピュータは、１つのＶＧＡ接続しか有しておらず、したがって、２つ以上のモニタをコンピュータに接続することは困難である。同様に、モニタには一般に１つ又は２つの入力しかないため、２つ以上のコンピュータの間でモニタを共有することは容易ではない。従来、モニタはそのディスプレイに密に結合されており、この１対１マッピングが標準となっていた。

本発明の第１の態様によれば、複数の超薄型クライアント機器であって、各々が少なくとも１つのディスプレイ装置に結合される、複数の超薄型クライアント機器と、汎用データネットワークにより超薄型クライアント機器に結合されるデータ処理装置であって、汎用データネットワークによって、ディスプレイ装置のうちの１つ又は複数に表示される画像の少なくとも一部を直接表す画像データを送信するように動作可能なデータ処理装置とを具備するディスプレイシステムが提供される。

データ処理装置はデータ処理装置で実行している１つ又は複数のアプリケーションからのグラフィカルデータを、１つ又は複数のディスプレイ装置に表示する画像を直接表す画像データに変換する手段を有することが好ましい。

データ処理装置はネットワークインタフェースを有し、且つネットワークインタフェースによって出力される画像データがビットマップベースのフォーマットであることが好ましい。

このため、本発明は、ＶＧＡケーブルによって課される制限を不要にする。このシステムのディスプレイ装置は、ネットワークの電気的特性により直接、又はルータ／リピータにより、データ処理装置から遠くに配置することができる。ネットワークは無線であってもよい。ディスプレイ装置は、短いケーブルによって処理装置に結合されない。好ましい汎用データネットワークは、１００Ｍｂ／ｓで動作するイーサネット（登録商標）であるが、１０Ｍｂ／ｓ及び１Ｇｂ／ｓイーサネット（登録商標）又はユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ＩＥＥＥ−１３９４（ファイヤワイヤ（Firewire））、非対称転送モード（ＡＴＭ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＩｒＤＡ（Infrared Data Association）、８０２．１１ベース無線ネットワーク及び超広帯域（ＵＷＢ）無線ネットワーク等、他のネットワークも適している。

上述したように、ＣＲＴディスプレイは扱いにくい。しかしながら、ディスプレイの物理的性質は現在変化している。ＬＣＤモニタ及びプラズマスクリーンは、ますます一般的になってきている。したがって、ディスプレイは、より薄く、安く、且つ頑強になってきている。ディスプレイを壁に掛け、家具に埋め込み、また１つのワークステーションに複数設けることさえ可能になった。したがって、ワークステーションに２つ以上のディスプレイがあることははるかに実際的である。本発明により、多くのディスプレイを単一のコンピュータから駆動することができる。さらに、通信能力は、現在、ＰＤＡ等の小型機器でさえ大型ディスプレイを駆動することができるという程度になっている。

ディスプレイシステムで超薄型クライアント機器を使用することから明確な利益がもたらされる。超薄型クライアント機器（ディスプレイ装置に一体的であるか又は外部の別個のネットワーク端末モジュールにあるかに関わらず）は、より重量のある以前のものと比較すると、通常、わずかな量の特注で書かれたファームウェアしか提供されず、完全なオペレーティングシステム又は実質的なローカルコードが必要ない。これは、概して、ハードウェアは超薄型インプリメンテーションを考慮して組み立てられているため、且つ大部分の機能が別の場所に移動されているためである。ネットワークにおいて、こうした機器は、通常、「より分厚い」以前のものより低レベルのプロトコルを使用して通信する。イーサネット（登録商標）接続の超薄型機器は、たとえば、より複雑であるＴＣＰ／ＩＰ等のプロトコルスイートではなく、生イーサネット（登録商標）パケット又はＵＤＰを使用してもよい。したがって、超薄型クライアント機器の処理装置を、小型マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ又は単純なＡＳＩＣを有するカスタムロジックとしてインプリメントすることができる。このため、汎用ＣＰＵチップのコスト及び複雑性が不要である。さらに、汎用ＣＰＵを伴うことが多い、サポート用ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアのいずれも不要である。

超薄型クライアント機器を使用することによる別の利益は、接続されたキーボード又はマウスのローカルな操作（イベントをネットワークに渡す以外に）に対するいかなる要件もなくなることである。このため、超薄型クライアント機器は、ユーザが対話しなければならないローカル構成又はセットアップ画面が不要であり、それにプラグ接続され得るすべての異なる国際キーボードのレイアウトを知る必要はない。精巧な構成画面をユーザに提示することができるが、それらはネットワークの別の場所からもたらされる。これにより、それらを特定のアプリケーション又はインストレーションに対して調整することが、それらが機器にハードコードされる場合より容易になる。

超薄型クライアント機器のすべての構成を、ネットワークで行うことができることが都合がよく、それにより配備及び管理が簡略化される。これにより、たとえば、多数のこうした機器に対し特定の構成を複製すること、又は音量コントロール又はキーボード繰返し率等のユーザ特有のプリファレンスがネットワークにわたってユーザに従うことが容易になる。そうする場合、機器は、ローカル構成データをほとんど又はまったく格納する必要がない。

すべてのアプリケーションは、通常、超薄型クライアント機器ではなくサーバに格納されそこで実行されるため、機器には、ユーザが再プログラム可能な永久記憶装置（ハードディスク等）が必要ない。

超薄型クライアント機器はステートレスである、すなわち、故障の場合に、データの損失がなく且つ最小限の再構成で機器を再ブートするか又は容易に交換することができることを意味する。それらを、純粋なソリッドステート機器としてインプリメントすることができる。それらは可動部分を必要としないため、特に厳しい環境においてより頑強にすることができる。それらはさらに、動作時に完全に静かであることが多い。

超薄型クライアント機器が単純であるということは、接続されたネットワークサーバに対し、その内部作業をより完全に理解させることができ、そうしたネットワークサーバはこれを使用してエンドツーエンドシステムを最適化することができる、ということを意味する。

超薄型クライアント機器のうちの少なくとも１つはネットワーク対応ディスプレイ（ＮＥＤ）であることが好ましく、ＮＥＤはディスプレイ装置と、超薄型クライアントコンポーネント要素とを有し、超薄型クライアントコンポーネント要素はディスプレイ装置に内部的に結合される。

代替的に又は付加的に、超薄型クライアント機器のうちの少なくとも１つは、超薄型クライアントコンポーネント要素を有する別個のモジュールであり、超薄型クライアントコンポーネント要素は上記ディスプレイ装置に又は各ディスプレイ装置に外部的に結合される。

データ処理装置は、カーネルモードとユーザモードとでソフトウェアを実行するように構成されることが好ましく、カーネルモードソフトウェアの少なくとも一部は、ユーザモードアプリケーションからグラフィカルデータを受け取るグラフィックスカードドライバエミュレータである。

データ処理装置で実行しているソフトウェアの一部はユーザモードヘルパーアプリケーションであってもよく、ユーザモードヘルパーアプリケーションは、画像データを生成し、画像データをネットワークに、汎用データネットワークを横切って直接配信されるために適したフォーマットで送信する。

ユーザモードヘルパーアプリケーションは、ユーザがシステムを構成することを可能にするユーザインタフェースを含むことが好ましい。別法として、ユーザがシステムを構成することを可能にするユーザインタフェースを含むさらなるユーザモードアプリケーションを提供してもよい。

有利には、データ処理装置は、フレームバッファを維持し、ディスプレイ装置のうちの少なくとも１つに表示されるデータの表現を容易にするように、グラフィックスカードドライバエミュレータに対しフレームバッファに保持されるデータを提示してもよい。

データ処理装置は複数のフレームバッファを維持することが好ましく、フレームバッファの各々は、それぞれのディスプレイ装置に提示される画像データに対応する。

カーネルモードグラフィックスカードドライバエミュレータは、複数のグラフィックスカードをシミュレートしてもよい。

便宜上、ネットワークインタフェースによって出力される画像データは、圧縮形式であってもよい。その結果、画像データを送信するために使用される帯域幅を低減することができる。圧縮画像データは、可逆圧縮アルゴリズムに従って圧縮されることが好ましい。

さらに別法では、データ処理装置は、暗号化エンジンを含むことが好ましく、ネットワークインタフェースによって出力される画像データは、この暗号化エンジンによって暗号化される。

データ処理装置で実行しているユーザモードヘルパーアプリケーションがある場合、各超薄型クライアント機器には一意のネットワークアドレスが割り当てられることが有利であり、ユーザモードヘルパーアプリケーションは、ネットワークアドレス情報を画像データに追加する手段を含み、それにより画像データが特定のディスプレイ装置にルーティングされるのを可能にする。

好ましい実施の形態において、超薄型クライアント機器の各々はまた、画像データをローカルに格納するローカルフレームバッファと、ネットワークからローカルフレームバッファにデータを転送するデコーダユニットとを含み、それにより、画像に対する変更のみが超薄型クライアント機器に送信される必要がある。

別の好ましい実施の形態において、ディスプレイシステムは、データ処理装置に直接結合された主ディスプレイ装置をさらに含み、それにより、超薄型クライアント機器を介してネットワークによりデータ処理装置に結合されたディスプレイ装置の少なくとも１つが、補助ディスプレイ装置となることが可能となる。

本発明の別の態様によれば、汎用データネットワークから画像データを受け取るネットワークインタフェースと、１つ又は複数のディスプレイ装置に接続されるディスプレイインタフェースと、ディスプレイインタフェースに接続されたディスプレイ装置が、本発明の第１の態様のディスプレイシステムで使用するために適当であるように、ネットワークインタフェースから受け取られた画像データを駆動するドライブ回路とを具備するディスプレイアダプタが提供される。

ディスプレイアダプタは、画像データを格納するフレームバッファと、ネットワークインタフェースからフレームバッファにデータを転送する１つ又は複数のデコーダユニットとをさらに含むことが好ましく、ドライブ回路はフレームバッファから画像データを駆動する。

ディスプレイアダプタは、ディスプレイ装置のうちの少なくとも１つにおいて一体的であり得ることが都合がよい。

このため、ディスプレイアダプタは、従来のディスプレイ装置がネットワーク対応ディスプレイとして使用されるように適合されるのを可能にする超薄型クライアント機器である。

インプリメンテーションによっては、超薄型クライアント機器に他の周辺機器を結合してもよい。これらの周辺機器のためのドライバは、一般に、機器に存在する必要はない。代わりに、機器は、生データを、ネットワークを介してデバイスドライバのより大きいライブラリを操作する能力を有する他のマシンに送信する。

本発明のさらに別の態様によれば、汎用データネットワークによって複数のディスプレイ装置に提示されるディスプレイデータを生成する方法が提供され、この方法は、ディスプレイ装置に表示されるグラフィカルデータを生成すること、及び、グラフィカルデータを、汎用データネットワークで送信するために適した画像データフォーマットに変換することを含み、グラフィカルデータの変換は、ディスプレイ装置のうちの少なくとも１つに対しフレームバッファを維持するカーネルモードグラフィックスカードドライバエミュレータモジュールに、グラフィカルデータを渡すこと、及び、フレームバッファからのデータをユーザモードヘルパーアプリケーションに渡すことであって、ユーザモードヘルパアプリケーションは、フレームバッファの画像データを、汎用データネットワークを横切って直接配信されるために適したフォーマットにフォーマット化する、渡すことを含む。

画像データは、ネットワークのディスプレイ側においてオペレーティングシステムによって処理されない。したがって、ディスプレイ装置に対する処理能力要件は低く維持され、一方で画像を高速に表示することができる。したがって、本発明のディスプレイシステムのディスプレイ装置のサイズ及びコストは、高性能ＣＰＵが必要であることによって制限されない。ディスプレイ装置は、何らかの他の理由により、たとえばウェブベースのフォーマットを提供するためにオペレーティングシステムを実行してもよいが、ネットワークで送信される画像データは、ディスプレイを駆動するために従来のオペレーティングシステムによって処理されない。

さらに、画像データは、ディスプレイ装置に表示される画像を直接表すため、圧縮されていない形式のデータは、画素のマトリクスにおいて画素値を直接表す。このデータは、ハイパーテキストマークアップ言語（ＨＴＭＬ）、拡張可能マークアップ言語（ＸＭＬ）、無線アクセスプロトコル（ＷＡＰ）、Ｘ１１、リモートディスプレイプロトコル（ＲＤＰ）、ＩＣＡ（Independent Computing Architecture）等、何らかのより抽象的なフォーマットからの変換が必要ではなく、ＶＧＡデータ等のアナログデータ信号でもない。画像データを、ランレングス符号化又は他の何らかの形式の可逆符号化を使用して圧縮し又は符号化してもよいが、画像データは、内在的に、表示する画像の直接表現のままである。

ディスプレイシステムが複数のデータ処理装置を備えることが可能であり、それらは各々、汎用データネットワークに結合される。

本発明のアーキテクチャは、いかなる従来のアーキテクチャよりも処理装置とディスプレイとの間の柔軟性が高い。ディスプレイを共有することができ、常に単一の処理マシンによって２つ以上のディスプレイを使用することができる。汎用データネットワークは、標準的にパケット又は回線ベースであり、それにより単一の接続で複数のモニタを駆動することができる。ディスプレイを、上述したように個々にアドレス指定し、それらのうちのいくつかに対し同じデータをブロードキャストすることによって更新し、又はモニタのアレイが単一のより大型のディスプレイであるように見えるようにグループ化することができる。

同様に、ディスプレイはもはや単一のマシンに専用である必要はない。それらを、連続して異なる処理装置によって使用することができ、その一例は会議でのプロジェクタであり、それは各話者に属するラップトップコンピュータによって駆動される。別法として、それらを一度に複数のマシンで更新することができる。ディスプレイ画面を画面領域によって分割してもよく、又はその異なる部分又は態様が異なる場所から制御されるように他の何らかの方法で重ねるか又は分割してもよい。一例は、１つの処理装置から送信される提示を表示するディスプレイであってもよく、別の言語でのサブタイトルが異なる処理装置から送信される。しかしながら、一般に、１つのデータ処理装置のみが常に１つのディスプレイを駆動することが考えられる。

本発明のシステムの各超薄型クライアント機器は、受け取ったデータからディスプレイを駆動するネットワークインタフェース及び回路を含むことが好ましい。超薄型クライアント機器の各々はまた、ディスプレイ装置に送信される必要があるのは画像に対する変更のみであるように、画像データをローカルに格納するローカルフレームバッファと、ネットワークインタフェースからフレームバッファにデータを転送する１つ又は複数のデコーダユニットと、を含むことが好ましい。ネットワークインタフェース、ドライブ回路、フレームバッファ及びデコーダユニットを、すべてディスプレイ装置内に組み込んでもよく、ディスプレイに接続されたケーブルに組み込んでもよく、ディスプレイに接続された電源プラグ又はアダプタに組み込んでもよく、又はネットワーク及びディスプレイがともに接続される別個のモジュール（すなわち、ネットワーク・ビデオコンバータ）にパッケージ化してもよい。このように、既存のディスプレイを簡単に、本発明のシステムに互換性があるようにすることができる。

ディスプレイシステムは、汎用データネットワークに１つ又は複数のユーザインタフェースデバイスを結合することができる。ユーザインタフェースデバイスの例には、キードード、マウス及びポインタが含まれる。ユーザインタフェースデバイスを、ネットワークに直接、又は別のネットワーク機器を介して接続してもよい。ディスプレイ装置のいくつか又はすべてを、任意のユーザインタフェースデバイスとは無関係に汎用データネットワークに結合してもよい。

汎用データネットワークは、画像データを各超薄型クライアント機器に移送し、そのため最終的にディスプレイ装置に移送するために使用されることが好ましいが、それはまた、音声出力又はキーボード及びポインタ入力情報を含む他のデータを、超薄型クライアント機器に且つ超薄型クライアント機器から搬送することができる。

各ディスプレイ装置は、単一のフレームバッファを格納するために必要なメモリより大きいメモリを有することが好ましい。余分なメモリ空間を、他にもあるが特にキャッシング及び二重バッファリングに使用することができる。

上述したように、ネットワークインタフェース、ドライブ回路、フレームバッファ及びデコーダを、ネットワークとディスプレイ装置との両方に接続された別個のモジュールとして形成してもよい。このモジュールのための電力は、別個の電源から来てもよく、若しくはモニタによって提供されるか又はネットワークで供給されてもよい。電源及び他の接続が電気的に独立している場合でさえも、それらを依然として同じ物理ケーブルに結合してもよい。

ディスプレイシステムは、ネットワークに接続された機器（ディスプレイ及び周辺機器等）を管理する機器管理サービスをさらに含むことが好ましい。機器管理サービスを、単一の処理装置でインプリメントしてもよく、又はネットワークに結合された複数の処理装置に分散させてもよい。専用の処理装置を提供し、それを排他的に機器管理に専用化してもよい。

機器管理サービスは、超薄型クライアント機器のデータ処理装置へのマッピング、及びユーザインタフェースデバイスのデータ処理装置へのマッピングを制御することが好ましい。機器管理サービスはまた、パスワード等のセキュリティ対策を提供することによりネットワークアクセスレベルを制御してもよい。機器管理サービスは、専用のユーザインタフェースを有することが好ましい。

ディスプレイシステムにはまた、周辺機器が含まれてもよい。スキャナ又はプリンタ等の周辺機器は、汎用データネットワークに接続され、一意のネットワークアドレスを有してもよい。

ここで、添付図面を参照して本発明の例について詳細に説明する。

図１を参照すると、本発明の一実施形態によるシステムは、画像データが転送されるもとになるデータ処理装置１（パーソナルコンピュータ、ラップトップ又はＰＤＡ等）と、ネットワーク２によりデータ処理装置１に接続されるディスプレイ装置３とを有する。この種のディスプレイ装置３を、以下、ネットワーク対応ディスプレイ（ＮＥＤ３）と呼ぶ。

図１は、アプリケーション１０と、グラフィカルデータを変換するソフトウェア及び／又はハードウェアコンポーネント１１と、ネットワークインタフェース１２とを実行するデータ処理装置１を示す。ＮＥＤ３は、ネットワークインタフェース１３、デコーダ１４、メモリ１５及びディスプレイドライバ１６と、ディスプレイ画面１７とを有する。

電子機器の分野における最近の傾向は、「超薄型機器」又は「超薄型クライアント」と呼ばれることもある、新たな種類の非常に単純なネットワーク接続機器を導入することであった。この名前は、より旧来のネットワーク機器、すなわち、高価であり、扱いにくく、且つ管理が複雑である可能性のある、コンピュータ又はレーザプリンタのような大型周辺機器との比較から来ている。一方、超薄型機器は、性能、簡単さ及び低コストを考慮して設計されている。これは、可能な場合はいつでも、機能を機器からネットワーク上のすでに多くの処理能力及び記憶能力を有する他のエンティティに移動させるという意識的な判断によって可能となる。

ＮＥＤは、超薄型クライアントコンポーネント要素とディスプレイ装置コンポーネントの両方を有する。「超薄型」がどれくらい薄い可能性があるかを示す一例では、ＮＥＤを非常に高速のファイバーネットワークに接続してもよく、それにより、それが画面上に直接ラスタ表示することができるほど十分高速且つ十分一貫した速度で、走査線順で表示される生画素データを受け取る。こうした機器は、非常に単純な（ただし高性能な）超薄型クライアントコンポーネント要素のみを必要とし、既知のＯＳＩレイヤモデルに関して、データリンクレイヤ（レイヤ２）以下で完全に動作する。こうした機器は、十分に広帯域のネットワークが広く配備される場合、将来的に標準となる可能性がある。特徴として、超薄型クライアント機器は、わずかな量の特注で書かれたファームウェアしか有していない。非常に多くの処理がリモートで実行されるため、完全なオペレーティングシステム又は実質的なローカルコードは不要である。超薄型クライアント機器の典型的な実施形態では、機器にあるソフトウェアは全体で約２Ｋバイトである。

本発明の代替実施形態（図示せず）では、従来のディスプレイ装置は、超薄型クライアントコンポーネント要素（すなわち、ネットワークインタフェース、デコーダ、メモリ及びディスプレイドライバ）を組み込んだ別個のモジュールを提供することにより、ＮＥＤとして使用されるようになっている。これらの超薄型クライアントコンポーネントを、ディスプレイに接続されたケーブルに組み込んでもよい。また、それらを、ディスプレイに接続された電源プラグ又はアダプタに組み込んでもよい。さらに、それらを、ネットワーク及びディスプレイの両方が接続される別個のモジュール（すなわち、外部ディスプレイアダプタ）にパッケージ化してもよい。各場合において、従来のディスプレイ装置を、汎用ネットワークとともに使用するようにして、それにより本発明のシステムと互換性があるようにすることができる。別個のモジュールには、特定のディスプレイに関連するユーザインタフェースデバイスがネットワークに接続することができるようにするポートが含まれてもよい。

ここで、データがＮＥＤ３に表示される本発明の典型的なインプリメンテーションについて、データが通過する特定のステップに関して図１を参照して説明する。

まず、データ処理装置１の１つのアプリケーション又はアプリケーションのグループ１０は、何らかのグラフィカル出力を作成する。アプリケーションは、たとえば、何らかのテキストを描くか又は画像を表示する可能性がある。アプリケーションは、グラフィカル出力を画素自体にレンダリングする機能を有する場合があり、グラフィックスサービスを提供する何らかのライブラリソフトウェアを利用する場合があり、又は所望の出力のグラフィックスプロトコル又は他の記述を使用する場合がある。以下の例では、単一のアプリケーションについて説明するが、本発明は複数のアプリケーションに適用可能であり、それらは通常、システムの特定のユーザに属するワークスペース環境をもたらす、ということが留意されるべきである。

そして、グラフィカル出力は、データ処理装置１において、１つ又は複数のソフトウェアコンポーネント又はハードウェアコンポーネント１１により、ネットワーク接続によってディスプレイに送信されるために適したフォーマットに変換される。本発明のいくつかの好ましい実施形態では、これはソフトウェアによって行われる。

当業者は、最新のオペレーティングシステムの大部分は、ソフトウェアを、本明細書ではカーネルモード及びユーザモードと呼ぶ２つのモードで実行可能にする、ということを理解するであろう。ユーザモードソフトウェアは、システム内のハードウェアに直接アクセスすることはできないが、コマンドを実行するためにオペレーティングシステムを通過しなければならない。対照的に、カーネルモードソフトウェアは、ハードウェアを直接駆動することができる。この概略図を図２に示す。ウェブブラウザ等の典型的なユーザモードアプリケーション２５は、ネットワークから情報を検索しそれを画面上に表示する必要のある場合がある。しかしながら、それは、ネットワークカード又はグラフィックスカード（ハードウェア２９の例）のいずれかと直接通信することはできない。代りに、それは、オペレーティングシステム２６によって提供されるユーザモードライブラリを使用し、ユーザモードライブラリは、カーネルモードサービス２７と通信する。これらは、カーネルモードデバイスドライバ２８と対話し、これらドライバ２８は、ハードウェア２９に連絡する。したがって、カーネルモードプログラムを、オペレーティングシステムより低「レベル」で作業するものと考えてもよく、一方、ユーザモードプログラムは、より高レベルで作業する。

グラフィカル出力をネットワーク出力に変換する従来のプロトコルは、ユーザモードフェーズでグラフィカルデータをインターセプトしていた。これらの例には、Ｘ−Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）プロトコル、マイクロソフト社（Microsoft）のリモートディスプレイプロトコル（Remote Display Protocol）、ＶＮＣ及びＣｉｔｒｉｘ ＩＣＡプロトコルがある。以下により詳細に説明するように、本発明は、カーネルモードグラフィックスドライバエミュレータを利用する。

カーネルモードドライバエミュレータは、グラフィックスカードを実際に駆動することなく、グラフィックスカードドライバソフトウェアの挙動をエミュレートし、特に、画像データのフレームバッファをディスプレイ装置によって理解されるフォーマットで維持する。明らかに、エミュレータは、既存のグラフィックスカードドライバをエミュレートすることに限定されず、２枚以上のグラフィックスカード用のドライバか、或いは複数の出力を有し且つ／又はフレームバッファのための追加のメモリを有するグラフィックスカード用のグラフィックスカードドライバをシミュレートしてもよい。このため、エミュレータは、データ処理装置で実行するソフトウェアの残りに対し、「現実の」グラフィックスカードドライバであるように見える「仮想」グラフィックスカードドライバである。最も簡単な場合、グラフィックスカードドライバエミュレータは、１つの出力を有する１つのグラフィックカードのためのドライバをエミュレートする。こうした手法は、より単純であり、そのため、低レベル情報のみがネットワークで送信されるように意図されている場合に性能を向上させるため本発明において有利である。

グラフィカルデータをネットワークデータに変換し、そのデータを送信する好ましいシステムの概略図を図３に示す。アプリケーション３０は、グラフィカル出力を生成し、これは、上述したようにオペレーティングシステムを通して処理される。この時点で、命令はカーネルモードグラフィックスカードドライバエミュレータ３１に渡される。

グラフィックスカードドライバエミュレータは、メインメモリ内に１つ又は複数のフレームバッファを維持し、フレームバッファが変更されると、１つ又は複数のリモートディスプレイを更新することが好ましい。

性能を最大にするために、グラフィックスカードドライバエミュレータの出力は、システムを横切って中継されるためにネットワーク用のドライバに直接供給されることが理想的である。しかしながら、多くのシステムアーキテクチャは、カーネルレベルにおいて異なるデバイス間の通信を可能にしない。したがって、情報をユーザモードヘルパーアプリケーション３２に中継する必要がある。これは、データをネットワークインタフェースサブシステム（３３及び３４）に中継し、ネットワークインタフェースサブシステムは、たとえば画像データの各パケット上にアドレスヘッダを置くことにより、その意図された宛先（ＮＥＤ３）に達するように、そのデータをネットワーク上に置くことに関与する。ヘルパーアプリケーションは、システムのユーザがシステムを構成するのを可能にするユーザインタフェースを提供することが好ましい。それはまた、他のアプリケーションがシステムを構成するのを可能にするインタフェースを提供してもよい。

コマンドストリームに含まれる画素データは、「生」形式であってもよく、又は何らかの方法で圧縮されてもよい。使用されるデータ圧縮／解凍方法は、一般に可逆である。暗号化エンジンを使用して、ネットワークによって送信される前の画素／コマンドデータを暗号化してもよい。

再び図１を参照すると、各ＮＥＤ３のネットワークインタフェースサブシステム１３は、そのＮＥＤ３に対して意図されたデータを受信する。概して、これは個々のディスプレイに対して明確にアドレス指定されるが、それはまた、複数のＮＥＤ３にブロードキャスト又はマルチキャストされるデータであってもよい。

受信されたデータは、デコーダ１４において復号される。これは、セキュリティ／解読ユニットを含んでもよい。ディスプレイに対して意図されたデータは、フレームバッファ又はキャッシュに書き込まれるように適した形式に変換される。データはまた、他の方法でフレームバッファ、キャッシュ又はディスプレイを操作するコマンドを含んでもよい。後述するＣＯＰＹコマンドは、典型的な例である。

画素データは、フレームバッファに直接書き込まれるか、又は後のコマンドによるあり得る将来の表示若しくは操作のために他のメモリ１５に書き込まれる。サブシステム１６は、フレームバッファ内のデータを取得し、それを使用してディスプレイを駆動することに関与する。このプロセスは、当該技術分野においてよく理解されており、使用されるディスプレイの性質によって決まることになる。

使用してもよいプロトコルの以下の説明では、「長さ」という用語は、送信されるデータの量の測度のことを言い、「アドレス」という用語は、ＮＥＤ３のメモリの場所のことを言う。これらのいずれも、異なる方法で指定してもよく、アドレスは、たとえば、メモリにおける従来のバイトアドレス又はワードアドレスであってもよく、又は（ｘ、ｙ）座標で指定されてもよい。長さは、バイト、ワード又は画素の数であってもよい。ＮＥＤ３のメモリへの参照は、フレームバッファ又は「オフスクリーン」メモリの一部を指示してもよい。

ＮＥＤ３に送信してもよいコマンドには、限定されないが以下が含まれる。
ＲＡＷ−生画素データ
このコマンドには、ＮＥＤ３メモリの指定されたアドレスに書き込まれる、画素データのアドレス、長さ、及び長さによって指定される量が付随する。

ＲＬＥ−ランレングス符号化画素データ
これは、画素データが、各々が指定された数の所与の値の画素がメモリに書き込まれるべきであることを示す、（カウント、値）の１つ又は複数の繰返しとして符号化されることを除き、ＲＡＷに類似する。

ＣＯＰＹ−画素データをコピー
このコマンドには、ソースアドレス、宛先アドレス、及び前者から後者にコピーされるデータの量を示す長さが付随する。

ＳＹＮＣ−フレームバッファの用意ができている
大部分のＮＥＤ３は、少なくとも２つのフレームバッファを有することにより、ディスプレイの二重バッファリングを可能にし、このコマンドは、フレームバッファが一貫した「完了」状態に更新されておりユーザに対して表示するために適していることを示す。

一実施形態では、各コマンドは、特定のバイト値によって表され、データストリームではその後にその引数が続く。上記コマンドに対する変形では、任意の画素操作を、メモリの単なる連続したラインに対してではなく、矩形領域に対して作用すると見なしてもよい。そして、コマンドは、矩形の幅の指示と、ｘ座標がまだ指定されていない場合、１つのラインから次のラインに続くために必要なオフセットとを含む。

ＮＥＤ３からデータ処理装置１に戻される情報には、通常、上記コマンドの確認及びステータス情報が含まれる。

この問題に対するより旧来の方法は、いくつかの汎用プロトコルレイヤを採用し、その結果、多くの短い遅延が蓄積して性能が低下する。

この技術の１つの商業的に重要な用途は、コンピュータに複数の画面を追加するプロセスをはるかに単純化するということである。図４は、本発明をインプリメントしてもよい第１のネットワークトポロジを示す。データ処理装置を、ラップトップコンピュータとして示す。データ処理装置４０はそれ自体の従来のディスプレイ装置を有するが、また複数のＮＥＤ４１、４２、４３にも接続される。図示するように、各ＮＥＤ４１、４２、４３は、ホストに対しそれ自体の専用の接続を有する。別法として、ＮＥＤ４１、４２、４３を、単純に、マシンと同じネットワークに、又はそれがアクセスすることができる別のネットワークにプラグ接続することができ、それらのＮＥＤ４１、４２、４３と特定のコンピュータとの間で、ソフトウェアに関連性がもたらされる。

データ処理装置４０のソフトウェア又はハードウェアは、通常、グラフィックスカード又はドライバソフトウェアを上述した方法でエミュレートすることにより、余分のＮＥＤ４１、４２、４３が、主画面上に示されるものと同じワークスペースの一部であるように見えるようにしてもよい。それにより、データ処理装置４０で実行しているプログラムは、それらの出力がＮＥＤ４１、４２、４３上に表示されていることに気が付かない。典型的なシナリオでは、従来の画面上のウィンドウを、単に主ディスプレイの一方の側から離れるようにドラグすることにより、ＮＥＤ４１、４２、４３まで移動させることができる。概して、ユーザが、いずれのＮＥＤ４１、４２、４３がこの拡張されたワークスペースの一部であったかと、それらと任意の従来のディスプレイとの間の幾何学的関係と、システムの他の態様とを制御することができるようにする、単純なユーザインタフェースが提供される。

この主題に対する変形では、ＮＥＤ４１、４２、４３を駆動するソフトウェアはまた、データ処理装置４０において他の何らかの機器をエミュレートしてもよく、最も明らかな例はプリンタである。ＮＥＤ４１、４２、４３に関して何も知らないソフトウェアは、それがページをプリントするために使用するものと同じ方法を採用することにより、それらに（比較的静的な）画像を依然として表示することができる。

単一のディスプレイに複数のウィンドウ及びアイコンを表示するワークステーションディスプレイのモデルは、スクリーンの正面に座ってその上の複数のアプリケーション又は文書と対話するユーザには一般的であり且つ有効である。ディスプレイが特定のアプリケーションに完全に専用である場合、又はマシンのユーザに対して近くない（又はさらには可視ではない）場合、それはそれほど適当ではない。たとえば、店の窓にスライドショーを表示するＮＥＤは、建物の外側からしか見えない。これらのディスプレイはまた、データ処理装置から、従来のディスプレイ駆動メカニズムで容易に可能であるよりさらに離れていてもよい。いかなる理由に対しても、単に主ディスプレイの一部であるかのようにＮＥＤと対話することは理想的でない場合もある。

これらの場合、ソフトウェアは、ＮＥＤと互換性があるように、且つそれらのうちの１つ又は複数を明示的に駆動するように書かれ又は変更される。典型的な用途は、情報の目的及び／又は広告の目的のために鉄道のプラットフォームにおいて複数のディスプレイを制御することであり得る。ホストマシンはまた、従来のデスクトップアプリケーションを実行するいくつかのディスプレイを有してもよいが、これは必須ではなく、実際には、通常、従来の意味でまったく「ユーザ」を有していなくてもよい。ＮＥＤを、セントラルヒーティングコントローラ、ゲームマシン又は留守番電話システム等の民生電子機器によって駆動してもよい。

図５は、単一のデータ処理装置５０が、汎用データネットワーク５２を介して複数のＮＥＤ５１に接続される、ネットワークトポロジを示す。データ処理装置５０は、必ずしもそれ自体のディスプレイを有していない。

図６は、キーボード及びマウスを含むＰＣ６０、サーバ６１及びラップトップ６２、並びにＮＥＤ６３等の他のネットワーク機器を含む、より複雑なネットワーク構成を示す。マウス６４はまた、ディスプレイ装置６３のうちの１つに接続されるようにも示されている。ネットワーク６５に任意の数の機器を追加してもよく、それらは、時刻を表示するディスプレイ、又はネットワーク管理を提供するサーバ等、特定のタスクに専用であってもよい。ＮＥＤ６３は、キーボード及びポインタ、又は他の入出力デバイスをサポートしてもよく、それらのデータは駆動マシンにフィードバックされる。これらの追加の周辺機器の各々は、対応するネットワークアドレスを有してもよい。これらの端末の多くを、１つのマシン（すなわち、データ処理装置）に接続してもよい。周辺機器６４が追加されたＮＥＤ６３と従来のワークステーションとの間の重要な識別は、画面に対するグラフィカル出力と同様に、ＮＥＤ６３において周辺機器に対する最小限のサポートが提供される、ということである。そのサポートは、単に、周辺機器をネットワーク６５に接続するための手段であり、それらを駆動するとともに戻されたデータを解釈する詳細は、データ処理装置に委任される。

これらのアプリケーションのうちの任意のものにおいて、別個の機器管理サービスが、ネットワーク上に存在するか、マシンのうちの１つ又は複数で実行していてもよい。そのジョブは、マシンを超薄型クライアント機器、特にＮＥＤに対してマッピングするのを容易にし、許可し、制御し、且つ他の方法で管理することである。この管理システムは、別個であるか又はアーキテクチャの他の部分に組み込まれるかに関わらず、オペレータがそれと直接対話するのを可能にするユーザインタフェースを有してもよい。ネットワークにおける他のサービスもまた、ディスプレイを他の方法で、たとえばそれらを夜間に省電力スタンバイモードに切り替えるか、又は主要な駆動「ストリーム」とは無関係なメッセージを表示することによって管理してもよい。

最も基本的なインプリメンテーション以外のものは、１つのマシンが、そのマシンが許可されていないディスプレイに描かないようにするか、又は望ましくない場合に２つのマシンが一度に同じディスプレイを更新しようと試みないようにする、何らかのレベルのセキュリティをインプリメントする必要がある。

単純な方式は以下の通りである。ＮＥＤは、最初に電源が入れられる時は誰によっても所有されていない。ＮＥＤに連絡を取る最初のマシンが、その所有権を主張することができる。この連絡は、ネットワーク上で実行している機器管理サービスからであってもよい。ＮＥＤは、その最初のマシン（及びそのマシンのみ）から（そのマシンが非常に頻繁にそれとの連絡を更新し続けるとすれば）データを受信する。連絡がタイムアウトする場合、任意のマシンが再び所有権を主張することができる。「所有するマシン」は、ＮＥＤの所有権を他の任意のマシンに渡してもよく、そうする場合、所有権自体を失う。

典型的なインプリメンテーションでは、所有権は、所有するマシンのネットワークアドレスがＮＥＤに格納されることと、他の任意のマシンからのトラフィックが無視されることとによって特徴付けられる。この「フィルタリングアドレス」は、トラフィックが任意のホストによって受け入れられる前であって、アドレスが更新される前にタイマが満了した場合、クリアされる。しかしながら、より精巧な所有権方式を使用してもよい。

ホストとディスプレイとの間のトラフィックを、ネットワークデータに対し第三者がスヌープしないように暗号化してもよい。さらに、ＮＥＤ上に目下表示されているデータを読み返すか、又はそれが何らかの既知の状態に一致することを確認する方法を提供してもよい。

「ホスト側」におけるシステムに対する要件を、ソフトウェアとして提供することができ、それらは従来のマシンで実行することができる。ホストでは新たなハードウェアは必ずしも必要ではない。

本発明の一例によるデータ処理装置及びディスプレイ装置のコンポーネント部分の概略図である。 オペレーティングシステム内のユーザモードソフトウェアアプリケーションとカーネルモードソフトウェアアプリケーションとの関係の概略図である。 本発明におけるグラフィカルデータをネットワークデータに変換し、そのデータを送信する好ましいシステムの概略図である。 本発明の第１のネットワークトポロジを示す図である。 本発明の第２のネットワークトポロジを示す図である。 本発明の第３のネットワークトポロジを示す図である。

符号の説明

１、４０ データ処理装置
２、５２ ネットワーク
３ ディスプレイ装置
１０、２０ アプリケーション
１１ ハードウェアコンポーネント
１２、１３ ネットワークインターフェース
１４ デコーダ
１５ メモリ
１６ ディスクドライバ
１７ ディスプレイ画面
４１、４２、４３、５１、６３、 ネットワーク対応ディスプレイ
６０ ＰＣ
６１ サーバ
６２ ラップトップ

Claims (19)

1. 各々が少なくとも１つのディスプレイ装置に結合される複数の超薄型クライアント機器と、
   汎用データネットワークにより該超薄型クライアント機器に結合されるデータ処理装置と、を備え、該データ処理装置は、カーネルモードとユーザモードとでソフトウェアを実行するように構成され、該カーネルモードソフトウェアの少なくとも一部は、ユーザモードアプリケーションからグラフィカルデータを受け取るグラフィックスカードドライバエミュレータであり、
   該データ処理装置は、フレームバッファを維持し、該グラフィックスカードドライバエミュレータに対し該フレームバッファに保持されるグラフィカルデータを提示し、
   該データ処理装置は、該グラフィカルデータを、一つ又はそれ以上のディスプレイ装置に表示される画像の少なくとも一部を直接的に表す画像データに変換するよう構成され、
   該データ処理装置は、該汎用データネットワークによって該画像データを一つ又はそれ以上の該超薄型クライアント機器に送信するように動作可能であることを特徴とするディスプレイシステム。
2. 該データ処理装置はネットワークインタフェースを含み、該ネットワークインタフェースによって出力される画像データはビットマップベースフォーマットである、請求項１に記載のディスプレイシステム。
3. 該超薄型クライアント機器のうちの少なくとも１つはネットワーク対応ディスプレイ（ＮＥＤ）であり、該ＮＥＤはディスプレイ装置と、超薄型クライアントコンポーネント要素（componentry）とを有し、該超薄型クライアントコンポーネント要素は該ディスプレイ装置に内部的に結合される、請求項１又は２に記載のディスプレイシステム。
4. 該超薄型クライアント機器のうちの少なくとも１つは、超薄型クライアントコンポーネント要素を有する別個のモジュールであり、該超薄型クライアントコンポーネント要素は各ディスプレイ装置に外部的に結合される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のディスプレイシステム。
5. 該データ処理装置で実行している該ソフトウェアの一部はユーザモードヘルパーアプリケーションであり、該ユーザモードヘルパーアプリケーションは、画像データを生成し、該画像データを該ネットワークに、該汎用データネットワークを横切って直接配信されるために適したフォーマットで送信する、請求項１乃至４のいずれか1項に記載のディスプレイシステム。
6. 該ユーザモードヘルパーアプリケーションは、ユーザが該システムを構成することを可能にするユーザインタフェースを含む、請求項５に記載のディスプレイシステム。
7. さらなるユーザモードアプリケーションが、ユーザが該システムを構成することを可能にするユーザインタフェースを含む、請求項５又は６に記載のディスプレイシステム。
8. 該データ処理装置は複数のフレームバッファを維持し、該フレームバッファの各々は、それぞれのディスプレイ装置に提示される該画像データに対応する、請求項１に記載のディスプレイシステム。
9. 該カーネルモードグラフィックスカードドライバエミュレータは、複数のグラフィックスカードに対するドライバをシミュレートする、請求項５乃至８のいずれか１項に記載のディスプレイシステム。
10. 該データ処理装置はネットワークインタフェースを含み、該ネットワークインタフェースによって出力される画像データは圧縮形式である、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のディスプレイシステム。
11. 該圧縮画像データは、可逆圧縮アルゴリズムに従って圧縮される、請求項１０に記載のディスプレイシステム。
12. 該データ処理装置は、ネットワークインタフェースと、暗号化エンジンとを含み、該ネットワークインタフェースによって出力される該画像データは該暗号化エンジンによって暗号化される、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のディスプレイシステム。
13. 各超薄型クライアント機器には一意のネットワークアドレスが割り当てられ、該ユーザモードヘルパーアプリケーションは、ネットワークアドレス情報を該画像データに追加する手段を含み、それにより画像データが特定のディスプレイ装置にルーティングされるのを可能にする、請求項５乃至８のいずれか１項に記載のディスプレイシステム。
14. 該超薄型クライアント機器の各々は、該画像データをローカルに格納するローカルフレームバッファと、該ネットワークから該ローカルフレームバッファにデータを転送するデコーダユニットとを含み、それにより、画像に対する変更のみが該超薄型クライアント機器に送信される必要がある、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のディスプレイシステム。
15. 該データ処理装置に直接結合された主ディスプレイ装置をさらに含み、それにより、超薄型クライアント機器を介して該ネットワークにより該データ処理装置に結合された該ディスプレイ装置の少なくとも１つが、補助ディスプレイ装置となることが可能となる、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のディスプレイシステム。
16. 汎用データネットワークから画像データを受け取るネットワークインタフェースと、
    １つ又は複数のディスプレイ装置に接続されるディスプレイインタフェースと、
    該ディスプレイインタフェースに接続されたディスプレイ装置が、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のディスプレイシステムで使用するために適当であるように、該ネットワークインタフェースから受け取られた画像データを駆動するドライブ回路と
    を具備するディスプレイアダプタ。
17. 該ディスプレイアダプタは、画像データを格納するフレームバッファと、該ネットワークインタフェースから該フレームバッファにデータを転送する１つ又は複数のデコーダユニットとをさらに含み、該ドライブ回路は該フレームバッファから画像データを駆動する、請求項１６に記載のディスプレイアダプタ。
18. 該ディスプレイ装置のうちの１つと一体的である、請求項１６又は１７に記載のディスプレイアダプタ。
19. 汎用データネットワークによって複数のディスプレイ装置に提示されるディスプレイデータを生成する方法であって、
    ディスプレイ装置に表示されるグラフィカルデータを生成する工程、及び
    該グラフィカルデータを、該汎用データネットワークで送信するために適した画像データフォーマットに変換する工程とを含み、
    該グラフィカルデータの該変換は、
    該ディスプレイ装置のうちの少なくとも１つに対しフレームバッファを維持するカーネルモードグラフィックスカードドライバエミュレータモジュールに、該グラフィカルデータを渡す工程、及び
    該フレームバッファからのデータをユーザモードヘルパーアプリケーションに渡す工程であって、該ユーザモードヘルパーアプリケーションは、該フレームバッファの該画像データを、該汎用データネットワークを横切って直接配信されるのに適したフォーマットにフォーマット化する工程を含む、ディスプレイデータを生成する方法。

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