CN101184236A - 视频压缩系统 - Google Patents

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Abstract

公开一种视频压缩系统(图2),它经过优化,以便利用通常出现在计算机屏幕(11)上的冗余类型以及实时交互计算机用户(11)可接受的视频损失类型。它自动适应各种各样的变化网络(29)带宽条件,以及可接受任何视频分辨率和无限数量的色彩。视频压缩编码器可采用硬件或软件来实现,它把源视频压缩为8位或更多位的固定长度的一系列数据包。

Description

视频压缩系统
本申请是申请日为2003年4月7日、申请号为03816346.2、发明名称为“视频压缩系统”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及计算机数据处理,更具体来说,涉及计算机视频压缩。
背景技术
现有的视频压缩系统可压缩视频数据流,因此它耗用较少带宽通过通信信道进行发送。这些系统利用预计在它们打算压缩的视频中出现的冗余度。例如,JPEG和MPEG利用摄像图像的相邻像素的色彩中常见的相似性。另外,MPEG利用以下事实:运动图像中往往有许多像素在视频的许多帧中保持相同色彩,或者仅随着摄像机移动而在屏幕上移动其位置。
根据视频质量下降(或“视频损失”)多少是观看视频的人(或“用户”)可接受的,还可进一步压缩视频,但不同类型的视频损失的可接受性在很大程度上取决于用户的活动(或“应用”)。四种视频损失为:(1)分辨率损失(看起来模糊),(2)色深度损失(具有更少色调),(3)帧速率损失(运动图像的失速或振动),以及(4)时间损失或“视频延迟”(从视频捕捉到其可供观看的时间延迟)。
为了实现更高的压缩率,不同的压缩系统利用它们要满足的用户最能接受的视频损失的类型。例如,采用MPEG,为通信信道产生过多数据的快速动作画面利用分辨率损失来发送,因为影片观众接受分辨率损失超过他们接受帧速率损失或色深度损失。
视频延迟在某些应用中不是一个问题,但在另外一些应用中却是严重问题。不同的压缩系统在它们压缩视频时加入不同的延迟量。加入更多延迟的系统得到更高的压缩率,因为所有在延迟期间被捕捉、保存及检验的视频帧提供决定如何对它们进行压缩的更好的可能性。一个实例可能是:“摄像机正在移动还是只有画面中的一个对象正在移动”。
视频延迟对于例如观看影片的“单向”用户活动不是一个问题;因此,用于这些应用的压缩系统(例如MPEG)在压缩视频并开始将它通过通信信道发送之前加入长延迟(多秒或更长)。实际上,当通信信道是具有不确定带宽可用性的网络(如因特网)时,从该网络接收的视频在被显示之前往往被缓冲并且另外延迟多秒(以便消除网络拥塞导致的失速)。虽然时间延迟对于例如观看影片的单向用户活动不是一个问题,但对于实时“交互”用户、例如通过鼠标控制作为压缩视频图像的一部分的光标的用户却是一个严重问题。
实时交互用户的这样一种实例涉及通过通信信道的计算机KVM控制台(键盘、视频显示器和鼠标)的远程控制。在这些“远程控制台”应用中,键盘和鼠标数据通过通信信道从远程控制台发送,并“交换”到许多“目标”服务器计算机其中之一,就好象键盘和鼠标直接连接到那个目标服务器上一样。相应的视频从目标服务器发送到远程控制台,就好象目标服务器直接连接到远程控制台的视频显示器一样。在授予Beasley等人的共同所有美国专利第5721842以及授予Perholtz等人的第5732212号中描述了KVM系统的实例,它们中每一个通过引用结合到本文中。
一些KVM系统的通信信道提供足够的带宽来传送未压缩视频,因为它们使用专用本地电缆和专用电路交换。与基于专用本地电缆的KVM系统相比,适合在网络上经由例如因特网协议进行工作的KVM系统(为简洁起见,本文中称作“KVM/IP”系统)提供有限的不确定带宽可用性。从远程控制台向所选目标服务器及时地发送键盘和鼠标信息是KVM/IP系统所关心的一个方面。更关心的方面是把较大量的视频数据及时地送回远程控制台。由于当今典型的计算机以每秒2千兆比特以上的速率连续输出视频,并且远程因特网连接(例如DSL)通常以每秒1兆比特进行工作,因此要求平均完全超过2000比1的视频压缩比。利用拨号调制解调器以每秒50千比特进行工作的远程因特网连接要求更高的平均压缩比。
当远程控制台用户移动其鼠标或者在其键盘上打字以便向服务器输入新信息时,那些动作必须被传递到服务器,并且由服务器按照它们采取行动,以便创建新的视频图像,这些新的视频图像被送回到远程控制台用户的屏幕。向远程控制台用户回送视频的延迟是令人烦恼的,因为它们在键盘或鼠标信息由用户输入与用户在其屏幕上感受到的视频响应之间建立暂时的延迟。伴随键盘活动的延迟比伴随鼠标移动的延迟较少令人烦恼,因此术语“鼠标-光标响应”用来描述这个问题。
远程控制台应用的这个问题(以上所述)不适用于某些类型的典型网络浏览器应用。对于网络浏览器应用,视频光标图像在用户的计算机上本机创建,因此鼠标-光标响应始终很好,即使网络在响应服务器产生的视频图像方面很慢。对于远程控制台应用,网络延迟影响鼠标-光标响应,因为光标被表示为来自服务器的视频图像的组成部分,并通过网络被发送到远程控制台。
在远程控制台应用中,对于四种视频损失的用户可接受性与其它视频应用完全相反。如上所述,最小视频时间延迟是远程控制台应用中的一个因素,但视频延迟在其它应用中是不太重要的一种视频损失。远程控制台应用中的分辨率损失的重要性也与其它应用相反,因为发送到远程控制台的计算机屏幕通常包括大量较小字体的字母数字文本、许多小图标以及许多高对比度清晰边缘。加入分辨率损失的压缩系统、如JPEG或MPEG对于其它许多应用可能是符合要求的,但它们对于读取小字体字母数字文本以及具有高对比度清楚边缘的图像是不合要求的。用户可接受性的相反顺序还适用于色深度损失和帧速率损失。这两种视频损失是远程控制台应用中的用户最可接受的以及是其它视频应用中最难接受的。
虽然现有的视频压缩系统被广泛应用以及极适合于各种各样的应用,但需要为最佳可能的交互计算机用户体验进行了优化的视频压缩系统。
发明内容
本发明是一种新的视频压缩系统,它被优化成利用通常出现在计算机屏幕上的冗余,并且还被优化成利用实时交互计算机用户可接受的视频损失类型。在本发明的一个实施例中,所捕捉的计算机视频帧被“编码”为五个不同的、唯一选取的“命令”的组合,这些命令是根据它们最有效地压缩所捕捉视频的能力来选择和排序的。这些命令通过网络发送到“客户机”,在其中它们连续指示(或命令)“解码器”关于如何对命令解压缩或解码,并且在远程视频显示器上重建所捕捉的视频帧。以独特的方式,本实施例可对计算机视频进行压缩和解压缩而没有分辨率损失或色深度损失,但具有根据可用网络带宽动态调整的帧速率损失。它还在编码和解码过程中加入最小延迟。
五个命令为:(1)从较早的帧复制旧像素(有时称作“较早的帧无变化”、“无变化”或者简称“NC”),(2)从左侧复制像素,(3)从上方复制像素,(4)利用2-色集制作一系列像素,以及(5)利用指定色制作一个或多个像素。各个命令在用于分级结构时提供独特的效率。另外,这些命令包含在由8位或更多位的固定长度的数据包所组成的内容中,使得它们可采用软件或硬件来方便地发送、接收和解码。本发明不限于任何命令或数据包长度,但是优选实施例通常采用的长度是8位的倍数(例如16、32或64),使得它们与普遍使用且一般可获得的元件和处理器兼容。
在本发明的更广义实施例中,单独地或以任何组合形式来使用上述一种、两种、三种或四种命令。例如,本发明人认为,单独从2-色集制作一系列像素的命令的使用在压缩包含大量字母数字文本的视频(例如通过字处理程序查看这个文档)时是独特的。当其它命令以各种组合被添加到其中时,得到其它优点和效率。在其它实施例中,一个、两个、三个、四个或所有五个命令与任何种类的先有技术压缩系统结合使用以增强已知系统的视频压缩。例如,MPEG、JPEG及其它技术(及其所有变体(例如MPEG2等))可与本文所述的五个命令中的一个或多个配合使用以增强先有压缩技术的视频压缩。
在称作“灰度优先”色彩模式的本发明的其它实施例中,通过利用比起其它任何类型的视频损失、远程控制台用户更能接受色深度损失的事实,可进一步压缩所捕捉的视频。在这个模式中,所捕捉视频的各像素被转换为一组特别选取的颜色中匹配计算机屏幕上所用的典型颜色的最接近颜色。灰色在此组颜色中是优先的,因为它们在典型计算机屏幕上是优先的(白色和黑色包含在“灰度”的定义中)。
本发明可通过采用硬件、采用软件或者采用硬件和软件的组合所实现的压缩编码来体现。同样,解码也可采用硬件、采用软件或者采用其组合来实现。“源”视频可通过直接连接到计算机内的视频控制器芯片来捕捉。或者,视频可从计算机的外部模拟视频输出、外部数字视频接口(DVI)或者其它外部接口来捕捉。在一个实施例中,视频通过采用FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的硬件来压缩。在另一个实施例中,视频在被制成视频输出流之前完全采用软件来压缩。
视频压缩命令通过网络发送给远程控制台,在其中它们被解压缩并向用户显示。远程控制台可以是传统PC(个人计算机),它利用PC软件对命令解码,或者它可以是采用低性能微处理器构建的小型“瘦客户机”装置。在一个实施例中,这些命令全部被设计成由一个或多个8位数据包组成,使得它们可通过在低性能微处理器上运行的软件方便地解压缩。或者,硬件装置(例如FPGA或ASIC)可在远程控制台中对命令完全解码。在这种情况下,远程控制台不要求计算装置用于命令解码,或者不要求视频控制器芯片用于显示用户的视频。这种低成本硬件(或组合的硬件/软件)远程控制台在以下称作“微客户机”。
本发明还可应用于计算机“刀片”技术,其中,各个服务器计算机包含在单卡上,把许多这样的卡组装到公共刀片架中,以便共用公共电源和中央控制功能。刀片上基于传统电缆的KVM交换技术可为本地电缆连接的用户提供对各刀片计算机的访问,但是,如果用户需要通过网络对刀片的KVM访问,则本发明可包含在刀片架中或者在各刀片上,而且视频压缩命令可被提供给刀片架中的公共网络接口,以便通过网络发送给各种远程控制台。
因此,本发明可用于一般压缩计算机视频,以便通过LAN、WAN、拨号或者其它任何网络发送计算机视频,用于在瘦客户机、微客户机中应用以及远程控制台应用(例如KVM/IP系统)。
附图说明
本专利申请文件包含至少一个彩色制图。配有彩图的本专利或者专利申请公开的副本将在索取并支付必要费用之后由专利局提供。
图1是在具有采用PC软件实现的客户机的KVM/IP中的本发明的一个示例实施例的示意表示;
图2是本发明的一个示例实施例的示意表示,说明硬件视频压缩器的内部操作;
图3-10是在具有8位包长度的本发明的一个示例实施例中的视频压缩命令的表格;
图11是流程图,描述在本发明的“7位灰度优先色彩模式”实施例中如何减少色深度;
图12是在为24位色彩设置的计算机的视频屏幕上的测试图案(称作0-255 RGB+灰度测试图案)的彩色打印;
图13是在采用本发明的“7位灰度优先色彩模式”实施例且源视频是图12所示的测试图案时的客户机计算机屏幕的彩色打印;
图14是具有视频创建软件以及与视频压缩器结合在一起的视频控制器芯片的本发明的一个示例实施例的示意表示;
图15是没有视频控制器芯片但具有软件视频压缩的本发明的一个示例实施例的示意表示;
图16是称作微客户机的本发明的一个示例实施例的示意表示;
图17是本发明的一个示例实施例的示意表示,描述“共享模式”的概念;
图18是流程图,描述在本发明的“5位灰度优先色彩模式”实施例中如何减少色深度;以及
图19-24是与5位和12位色彩模式配合使用的本发明的一个备选实施例中的视频压缩命令的表格。
具体实施方式
本发明可利用旨在通过通信信道、包括通过中介网络发送计算机视频的任何硬件或软件来实现。一种这样的示例实施例如图1所示,通过举例而非限定的方式来描述。实际上,一旦技术人员阅读了以附图体现并在本文中描述的本发明,将会理解其它实施例。
在图1中,KVM/IP系统10包括远程控制台客户机11和服务器设备14。在所示实施例中,远程控制台11通过网络就绪PC(包括键盘、视频显示器和鼠标)中的PC软件来实现。客户机11经由因特网协议网络13、通过KVM/IP设备14向目标服务器15进行传递。设备14和客户机11包括标准网络I/O硬件和软件,从而允许它们经由任何形式的因特网协议连通性进行通信,例如拨号、DSL、WAN、LAN、T1、无线等等。
在图1中,所述设备用作目标服务器15与客户机11之间的中介,允许客户机11将其键盘、视频显示器和鼠标耦合到服务器15,就象客户机11直接连接到它一样。在该方面,与IP网络的寻址和交换能力结合的系统10的方式和操作代表KVM交换机,例如由本受让人、由Huntsville,Alabama的Cybex Computer Products以及由Redmond,Washington的Apex.Inc.出售的那些产品。
客户机11包括便于例如通过标准TCP/IP地址识别目标服务器15(经由设备14)的软件。一旦在客户机11与设备14之间建立了通信,则客户机11采用软件经由IP网络13向设备14发送在客户机上输入的键盘和鼠标数据。设备14接收交换或路由到它的数据,并将该数据施加到服务器15的键盘和鼠标端口,就好象键盘和鼠标直接连接到服务器15一样。作为响应,服务器15(经由正在服务器15上运行的无论任何应用程序)按照键盘和鼠标数据来行动,从而产生新的视频数据,此视频数据经由服务器15的视频输出端被输出到设备14。
一旦设备14接收到来自服务器15的视频,则通过以下描述的发明算法之一对其进行压缩,并把所得视频压缩命令经由IP网络13传送到客户机11。压缩可通过设备14中的FPGA、ASIC或其它任何硬件或软件来进行。或者,设备14可以“嵌入”服务器15,或者如果服务器15包括执行此压缩并直接向IP网络13发送所得命令的软件,则可除去设备14。在接收后,客户机11采用PC软件对这些命令解码,并在客户机PC的屏幕上再现目标服务器的视频,供用户观看。或者,命令解码可采用客户机11中的硬件来进行。
在图1的实施例中,用户应当感觉到客户机PC的键盘、视频显示器和鼠标直接连接到服务器15,即使客户机11和服务器15可能在物理上处于远至地球两端的位置。在获得经由设备14送往服务器15的键盘和鼠标数据时以及在回收视频时加入过多延迟会妨碍该目的。键盘和鼠标要求可快速且比较有效地传输的较少数据通信量,但是大量视频数据提出了更难处理的问题。为了有效率,视频必须由设备14进行压缩,经由IP网络13传送,由客户机11进行解压缩,以及尽快呈现在用户的屏幕上。过度延迟在鼠标-光标响应中最明显。甚至出现在屏幕上的鼠标移动与光标响应之间的微小延迟也会让用户烦恼。
图2说明本发明的一个示例实施例。存在许多在其中可设计本发明的不同硬件和软件实现,图2的实施例不是唯一的这种方式。在阅读本理论之后,技术人员会了解实现本发明的、符合本发明的范围的其它方式。
在图2的顶部,源视频21可以采用任何形式,模拟的或数字的。大部分现行视频控制器芯片的视频输出可以数字方式与平板显示器配合使用,例如用于膝上型计算机。视频压缩器23可直接连接到视频控制器芯片20的输出引脚,或者可连接到目标服务器15上的外部连接器。一种外部连接器是DVI(数字视频接口),它是用于把数字视频连接到外部数字显示装置的一种标准。其它任何类型的源视频也会满足需要——本发明不限于此。
作为选择,色深度简化器22可以包含在视频压缩器23中,以便减少定义各像素颜色的位数。通过把像素的颜色分类为若干区来进行这个操作。当源视频21为数字视频时,色深度减少的最简单方法是忽略最低有效位。例如,通过忽略8位红、绿和蓝信号中每个的3个最低有效位,24位色彩可转换为15位色彩。忽略各个8位色彩信号的4个最低有效位将产生12位色彩。称作7位灰度优先色彩模式以及5位灰度优先色彩模式的更复杂色彩减少方法在下面进一步描述并在图11和18中说明。
如果源视频21为模拟视频信号,则色深度简化器22需要包括A-D(模数)转换器。对于模拟视频,各像素由三个模拟信号(红、绿和蓝)定义。A-D转换器通过检测各像素的三个信号处于什么“区”,使其强度数字化(与以上所述的数字色深度简化器所进行的操作极为相似)。与模拟视频的主要差异是噪声。当模拟信号处于某个区的边缘时,少量模拟噪声可能使数字化仪在后续帧中从一个区到另一个区来回跳动。在这种情况下,看起来好象源视频21正在变化,即使它没有改变。因此,对于模拟输入,需要用某种噪声抑制方法来减少这种“区跳动”。可采用任何噪声抑制技术,但在一个实例中,当输入信号处于某个区内时,它必须离开那个区至少一个门限量,才被视作处于另一个区。对视频帧中的每个像素进行各像素的信号在前一帧中处于什么区的这种比较。
虽然对于源视频所述的若干实施例是在本发明之内考虑的,但图2中的特定示例实施例假定从目标服务器15中视频控制器接收的数字视频为源视频。视频芯片20的输出为源视频21,它是连续的视频数据流。视频控制器芯片20不需要受到本发明的任何方面的控制(但本发明无疑可与某种视频芯片控制结合使用),也就是说,视频芯片20将以符合其本身内部定时的连续流来输出视频。
源视频21是视频压缩器23的输入。当然,其它处理装置、如通用或专用处理器可取代硬件视频压缩器23。视频压缩器23包括至少两个帧缓冲器24和25,而且为了附加的运算复杂度和效率,还可包括许多附加的帧缓冲器或者帧缓冲器类型。在客户机11通过网络29建立连接之前,在帧缓冲器24或25其中之一中(在图2所示的时刻,帧缓冲器25是活动的,表示它正在捕捉视频)连续捕捉(以及连续盖写)源视频21。
当客户机首先通过网络29进行连接时,视频捕捉停止,以及编码器26开始读取并压缩缓冲器25中所捕捉的视频数据。它从帧缓冲器的开头(为屏幕的左上像素)开始,逐个像素地进行到帧缓冲器的结尾(为屏幕的右下像素),预作准备及构建最有效的命令序列。当编码器26构建这个命令序列(根据以下描述的算法实施例)之时,服务器CPU27经由I/O 28和网络29将它们发送给客户机11。在编码器26完成缓冲器25中的最后一个像素之后,帧缓冲器交换以及源视频开始在另一个帧缓冲器(本例中为缓冲器24)中被捕捉。即使CPU 26还没有完成向网络29发送这些命令,这个交换也会发生。在交换之后,缓冲器25中的帧成为“旧”帧,并表示在客户机的屏幕上显示(或者不久将被显示)的帧。
由于源视频在没有被捕捉时在继续进行,因此当捕捉开始时,它可能处于屏幕的中间或者屏幕中其它任何位置。不管到缓冲器24中的新捕捉开始的位置如何,它都继续完整的一圈,直至重新回到开始捕捉时的屏幕位置。结果是从源视频21捕捉的一个完整的“新”视频帧。如果CPU 27在捕捉了新视频帧之后还无法通过网络从第一压缩帧发送所有命令(可能是由于网络拥塞或慢网络),则捕捉过程将继续盖写缓冲器24中所捕捉的视频。当网络为更多命令准备好(并且已经捕捉了至少一个视频帧)时,捕捉将停止,并且对于第一帧发生的相同过程将继续进行。但是,由于客户机11这时具有其第一帧,因此编码器26这时能够把新帧中的各像素与旧帧中的各像素进行比较,如果像素没有改变,则压缩会好得多。在新视频的至少一帧已经被捕捉并且网络为更多命令准备好之后,相同的过程这时继续进行。这个在等待网络就绪时连续进行捕捉的过程根据网络条件降低到客户机的有效帧速率,并且显示“最新”视频优先于显示“所有”视频。实际上,所捕捉的视频变成到期商品。比起在“所有”视频运动被排队并稍后发送的情况下必须容忍的视频延迟,远程控制台用户更能接受帧速率损失。
因此,在本实例中,新的帧缓冲器(原来的旧帧缓冲器)捕捉最近的源视频帧。然后,旧帧(在旧帧缓冲器中)和新帧(在新帧缓冲器中)由编码器26读取,用于比较和压缩视频。存在捕捉和比较视频帧以便压缩的备选方法,本文中不描述所有这些方法。
在本发明的实施例的更狭义方面,采用本文中针对图3所述的视频编码的所有方面。本文中针对“本发明”所述的所有那些方面的详细说明不应理解为表示本发明要求所述示例算法的每个方面。提供这些实例是为了描述其中可实现本发明的效率的一个示例方法。另外,更广义或更狭义来说,本发明的若干方面可根据以下描述来实现。因此,在图3中,提供五个视频压缩命令用于压缩从帧缓冲器24和25中读取的视频。按照分级次序,它们是:(1)从较早的帧复制旧像素,(2)从左侧复制像素,(3)从上方复制像素,(4)利用2-色集制作一系列像素,以及(5)利用指定色制作一个像素。本发明人发现,分级命令的这种组合为计算机显示提供了显著的视频压缩。这些命令中前三个提供3维复制(水平、垂直和时间),第四个命令为仅由两种颜色组成的屏幕段(例如文本)提供独特的效率。
在图3所示的实施例中,有五个不同的视频压缩命令。所有命令都由单个数据包或多个数据包组成,其中各数据包由一个8位字节组成。各命令的第一数据包的前一到三位为运算码(或“操作码”),它们确定命令的基本功能。“E”位是“扩展”位,其余位(R、C和P)为“净荷”位。五个命令的一般格式如图3所示,它们的更详细格式如图4-10所示。对于具有不同数据包长度的实施例,净荷位的数量是不同的。例如,16位数据包通常具有8个附加的净荷位。
最低分级命令、即MP(制作像素)命令在第一比特单元(比特位置七)中具有一,之后跟随定义色彩的净荷位(“P”位)(其它命令中没有一个是以一开始的)。如果所用色彩位的数量为七,则MP命令为一字节长(如图3所示)。如果所用色彩位的数量为十五,则MP命令为两个字节长,其中第一字节的第一位是一(如图4所示)。同样,如果所用色彩位(P位)的数量为23,则MP命令为三字节长(如图5所示),依此类推。MP命令是要理解的最简单命令,并且还提供最小压缩。据说,主要“使一个像素为这种色彩”,其中净荷标识该色彩。计算机控制台的一种普遍设定为15位色彩(5位用于红色,5位用于绿色,以及5位用于蓝色)。15位色彩通过两字节MP命令来支持。由于单字节MP命令具有七个净荷位,因此它们可提供27(或128)种不同颜色。下面进一步描述的7位灰度优先色彩模式描述源视频如何可被“简化”到最接近计算机控制台上广泛采用的128色。本发明的操作的以下论述描述通过一字节MP命令的操作,但本发明不限于具体数量的色彩位(P位)。
在可压缩性方面,其中每个像素为随机色彩的帧在没有分辨率损失的前提下是不可压缩的(其它压缩系统、如JPEG、分形分析等可提供具有不同程度分辨率损失的压缩)。对于图3的实施例,这种随机帧中的每个单像素采用MP命令来编码,如果这个帧具有一百万像素,则要采用一百万个MP命令对它编码。如果编码器无法使用其它任何命令对像素编码,则采用MP命令。每个像素始终适合通过MP命令来编码。因此,MP命令出现在图3的最低分级位置中。作为优先级列表,图3表明,编码器26尝试进行最上面的命令、然后是第二、第三、第四,然后到达MP命令作为最后的手段。
现在来看图3中的操作码,比特位置七中的“一”唯一标识制作像素命令。如果比特位置七中是“零”,则该命令为图3所示的其它四个命令其中之一,其中随后两位(比特位置五和六)标识应用其它四个命令中的哪一个。因此,比特位置五和六中的00表示CO(复制旧的或者无变化)命令,01表示CL(复制左侧)命令,10表示CA(复制上方)命令,以及11表示MS(制作序列)命令。此后,这四个命令类型中的每一个具有跟随操作码的净荷位。净荷位为R、C和P位。下面将借助MS命令来论述E位。
CO、CL和CA命令中的净荷位(R位)表示命令操作重复的次数。CO命令通知客户机像素对当前显示的像素来说没有改变。因此,编码器26把旧的和新的帧缓冲器进行比较,以及在确定“新”帧中的当前像素与“旧”帧中的同样位置的像素相同时,调用CO命令。这样,对于在源视频中没有改变的屏幕的若干部分,发送CO命令。
随后的两个命令根据共同“新”帧内、而不是旧帧与新帧之间的位置来比较像素。CL命令指示客户机从最接近当前帧左侧的位置的像素复制色彩。如果当前像素是视频行上的第一像素,则最接近左侧的像素为前一行的最后一个像素。CA命令指示客户机从最接近当前帧上方的像素复制色彩。CL、CA和CO命令在以下称作“复制”命令。可用其它命令代替,它们为像素复制提供公共帧内或旧帧与新帧之间的关系。由于计算机视频中存在的水平和垂直矩形及线条的迅速扩大,当前所述的命令在计算机视频中具有特别的优点。对于水平线,例如,CL命令具有特别的实用性,对于垂直线,CA命令具有特别的实用性。
最后的命令是MS或制作序列命令,其本身在现有视频编码类型中是独特的。MS命令利用计算机视频的特殊方面,即,典型计算机屏幕的大部分仅由两种颜色构成。在计算机视频中的典型实例是文本信息,其中屏幕大部分由固定背景色上的文本前景色组成。在这些情况下,MS命令让编码器26创建大量视频而没有文本清晰度的损失,以及具有极大的压缩量。
现在,在命令的净荷结构的上下文中以及在实际应用的上下文中论述每个命令。如上所述,CO命令(图3、6和7)实质上标识当前像素对于位于前一帧的相同位置的像素来说没有改变。为了进一步压缩,净荷不仅标识了当前像素没有改变,而且还标识了一定数量的连续像素没有改变。以下描述数量是多少。如图3所示,对于CO命令,在三位操作码之后,有五位(RRRRR)表明该CO命令的重复计数。这五位可设置为0与31之间的任何二进制值。
由于为零的重复计数没有意义,因此通常最初假定,这五位计数定义一行中相对前一帧未改变的多达32个连续像素。但是,如果仅使用一字节MP命令(而不是两个或两个以上字节长的MP命令),则为一的重复计数也没有意义,因为一字节制作像素(MP)命令具有与重复计数为一的CO命令相同的压缩值。在该情况下,重复计数净荷可从为二的计数开始,使得00000的净荷表示重复计数为二,11111的净荷表示重复计数为三十三。这样,提供了小的附加效率,即,具有五位净荷的CO命令标识以下事实:在两个像素与三十三个像素之间的某个位置相对于已显示的帧没有改变。
此优选实施例进一步增加了效率。假定超过三十三个像素没有改变。如图6所示,具有000操作码的第二个紧连的字节可跟随具有000的第一字节,从而再提供第二个五位来表示从二到三十三个像素。但是,解码器30将检测具有CO操作码的两个连续数据包,并把两个五位净荷解释为具有十位净荷的单个CO命令。利用十位净荷,连续CO像素的数量从34扩展为1025。换言之,对于仅两个八位字节,超过一千像素的帧可被发送给客户机。CO命令的效率逐渐提高。可以注意到,制作两个具有CO操作码的连续数据包的原因正是以下事实:要求超过33的重复计数。如果不要求超过33的重复计数,则编码器26不制作两个具有CO操作码的连续数据包。
如果编码器26要求35或36的重复计数,这就需要第二字节,则两字节CO命令短暂地成为无效的。但是,一旦重复计数多达一千像素(例如1024×768分辨率屏幕上的整行),则只要两个字节就可压缩整行。此外,如果第三CO命令跟随第二命令(如图7所示),则解码器30检测十五位净荷。如果存在第四CO命令,则检测二十位净荷。四字节CO命令可标识超过一百万像素没有改变,这超过了具有1024×768分辨率的一整帧所需的量。本发明不限于任何特定数量的连续CO命令或任何视频屏幕分辨率,但为了当前目的,五字节命令(支持多达三千三百万像素)提供对于当前预计的最高视频屏幕分辨率的全帧足够大的重复计数。
CL和CA命令与以上所述的CO命令相同地工作。它们复制不同的像素(左侧像素或上方像素),但它们具有相同结构,即三位操作码之后是标识重复计数的5位RRRRR净荷。同样,CL和CA命令中的每个可以排成序列,如图8中针对CL命令所示,从而形成10位、15位、20位或更长的净荷。
如果那些命令中的两个或两个以上同时适合于当前像素,则CO、CL和CA命令之间的分级优先级才适用。如果编码器26确定CO命令适合于当前像素,并且没有其它复制命令适合,则编码器暂时忽略其它复制命令,以及继续比较来自旧帧和新帧的像素,从而确定一行中CO命令适合的像素数量。编码器26在发现CA或CL命令单独适合于当前像素时进行相同的操作。在所标识(CO、CA或CL)条件不再为真的第一时刻,编码器26发送图3的一个或多个连续命令,然后评估要编码的下一个像素。换言之,一旦编码器26确定一个重复计数条件对于给定像素为真,以及只有一个重复计数条件对于给定像素为真,则忽略其它所有命令评估,直到当前重复计数条件不再有效。当出现那种情况时,它创建命令(操作码和重复计数),并将其发送给客户机。
只要一个复制命令(CO、CL或CA)适合,则编码器继续进行它,直到它不再适用。然后,编码器结束该分析,并创建适当的字节。但是,如果多个重复计数条件(CO、CA或CL)起初在同一像素上适用,则编码器才开始对那些条件适用的连续像素进行计数。只要这些命令之一适合,计数器继续运行。最后,编码器仅选择申请完全重复计数的一个命令,因而它仅对一个计数器进行计数。不需要运行每个复制命令使用一个的三个不同的计数器。然后,当编码器继续计数时,它将发现某些命令不再合适。当那种情况出现足够次数,使得没有命令类型“保持仍然有效”,编码器26创建最后一个存活的命令的操作码以及标识在最后一个存活的命令无法适合之前适用的像素数量的重复计数。
例如,假定对于当前像素,CL、CA和CO命令全部适合。编码器记录那种情况,并开始计数。在下一个像素中,编码器确定所有命令仍然适用,因而把计数器增加到二。该过程完全同样地进行,直到在第七像素中CL条件不再适用。编码器26使CL退出运行,并且继续增加计数器。继续进行,假定在第14像素中,CA条件变为假。CO命令是最后一个存活的命令,但编码器仍然不停止计数。继续增加计数,直到假定在第51像素中,CO条件变为假。在该时刻,编码器26向客户机11发送两个连续字节:00000001和00010000。第一字节表明首先出现为三的重复计数(大家记得,“零”指定重复计数为二)的CO条件(操作码=000)。但是,当解码器30为下一个字节预先作准备时,它看到连续的CO命令共同被读取以形成十位字。(注意,解码器30在对字解码之前还会注意超过00010000字节的下一个字节,以便确保第三CO字节没有跟随第二字节。)十位字0000110000相当于重复计数50。两个CO命令的这个系列指示解码器不改变后50个像素的色彩,保持与先前发送帧中的色彩一样。
一旦某个复制命令变为最后一个仍然有效的命令,下一个命令的操作码被确定。当此最后一个仍然有效的命令不再适合,则那个命令的重复计数被确定。在该时刻,编码器还确定标识重复计数需要多少字节。如果可在五位中提供此计数,则编码器产生一字节命令。如果需要十位,则编码器产生二字节命令,依此类推。优选实施例的这个方面是有利的,因为它以最佳方式利用对可能的最长重复计数的标识。实际上,可以设想CA、CL和CO之外的其它复制命令,它们根据其它相关方面来标识像素。
如果那些命令中的两个或两个以上同样一直保持有效,则CO、CL和CA命令之间的分级优先级适用。在该情况下,编码器首先采取复制旧命令。复制旧命令在客户机上呈现最小负担,因为结果只是跳过像素。另一方面,客户机必须工作以从上方复制或者从左侧复制。在这两个复制命令之中,复制左侧比从上方复制的优先级更高,同样是因为它在客户机上呈现较小负担。对于复制左侧,客户机只需要读取紧靠前面的像素一次,并将它写入多个像素。但是,为了从上方复制,依靠从上方视频行读取多个像素,并写到多个像素。
另一方面,如果客户机采用硬件而不是软件来实现,则复制命令优先级可能没有关系,因为硬件可能专用于处理命令。优选实施例通过确定复制命令的优先顺序,使软件客户机上的负荷最小。
第四命令类型(以及非复制命令的最高优先级)为图3、9和10所示的MS(制作序列)命令。根据对典型计算机屏幕的压缩的分析,制作序列命令以大大促进压缩效率而结束。关于MS命令的理论在于,无论文本为什么颜色,它几乎始终为二色模式。实际上,本发明人调查了典型计算机屏幕并确定,文本的大部分以及屏幕的其它区域可采用长MS命令来定义。MS命令提供压缩图标、文档、标签和工具条的文本部分的高效率。其它压缩方案要么不提供必要的压缩效率,要么不提供需要阅读屏幕上的文本资料的用户所要求的清晰度。
例如,采用用户正滚动文本使其从一帧到下一帧的示例,文本只是略微上移。从压缩器的观点来看,各帧是需要被编码的新像素组。压缩器可通过为文本窗口周围区域写入CO命令来得到一些重复计数效率,但当遇到已调整的文本,则重复计数压缩变得无效,因为没有出现长重复计数。本发明人对于复制命令不适用的那些文本类型区域增加了效率。下面将具体描述那些MS命令如何增加压缩效率。
首先,与前面相似,三位操作码标识MS命令。第一操作码位(0)表明该命令不是制作像素命令。随后的两位(11)把该命令标识为制作序列命令。调用MS命令的时机通过编码器超前分析四个像素来识别。技术人员应当注意,复制命令不需要超前分析操作(但为了提供附加功能,也可增加超前分析操作)。或者,通过MS命令,或多或少的像素可用于这种超前分析操作。可以看到,超前分析中的像素数量应当在策略上被选择为:(1)大得足以确保重复计数编码不会更有效率,(2)短得足以使MS命令适当可用,以及(3)取值为适应所用字长度的整数。本文中仅为了举例,描述四个像素。当编码器确定在随后的四个像素中出现以下两种条件时调用MS命令:(1)CO、CL或CA命令将不会适合,以及(2)在那后四个像素中的所有像素被限制为两种不同色。图9和图10中的实例所示的“扩展”MS命令扩展MS操作,但只有第一字节在位5、6、7中包含操作码。下面进一步描述扩展MS命令。
如前面所述,MS命令用于作为两种不同色的组合的一系列像素。包含在可用色集合中的两种色彩是来自紧靠前面像素的色彩(色彩0)以及来自其之前的最近不同色像素的色彩(色彩1)。当然也可从各种选项中采用为MS命令标识两种像素色彩的其它方法,其中包括色彩的严格标识、从当前帧或前一帧中所选位置标识、从2-色集的查找表标识等。在优选实施例中,两种色彩源自紧靠前面的两种不同色彩像素,它们可能已采用制作像素、复制上方、复制左侧或复制旧命令进行了编码。MS命令不关心这两种像素是如何得到的,而只是关心它们将成为即将出现的MS命令的一系列像素的两种色彩。
上述具有2-色集的MS命令是有利的,因为它不要求具有任何色彩标识位的字节。也就是说,MS命令不包括标识使用哪些色彩的位,而只有标识先前标识的两种色彩中哪一个用于此序列中的位。因此,例如,当编码器到达某个文本的开头、例如白色背景上的黑色字母“H”的左上角时,“H”的左上角的第一像素可通过黑色MP(制作像素)命令之后跟随几个像素的CL(复制左侧)命令来定义。当通过编码器的超前分析找到H的顶部中心和右上时,编码器将创建制作序列命令,因为它仅检测即将到来的像素的两种色彩(文本和背景)。
如图9所示,第一MS命令字节具有三位操作码,之后跟随表明这个命令被扩展到下一字节的“扩展”位(在比特位置4中)。如果扩展位为零,则MS命令没有扩展,它在第一字节之后结束。在这种情况下,那个字节中的四个“C”位提供四个像素的二色图案,然后当前序列结束。但是,如果扩展位启用,则MS数据的另一个完整字节将跟随当前字节。因此,在图9中,第二字节为“扩展命令”字节。由于扩展位出现在前一字节中,因此,下一字节不需要包含三位操作码。因此,扩展命令的标识不是来自当前字节中的操作码,而是来自前一字节中的扩展位。此结果为第一字节之后的每个字节提供制作序列数据的七位。各扩展命令字节包含其本身的扩展位(在比特位置7中),它标识下一字节是否为扩展字节。只要E位启用,则这个扩展可继续。当E位取消时,当前序列停止。图10的序列表示将定义88个连续像素的序列的13字节长MS命令的一个实例。
当解码器接收制作序列字节时,它立即开始创建客户机屏幕所用的像素,如下所述。在读取操作码011之后,解码器认识到,制作序列正在开始。它读取在前像素的色彩,并把该色彩定义为“色彩0”。然后,它读取其之前的最近不同色像素,并把该色彩定义为“色彩1”。
然后,解码器读取E位,以便确定此序列是一个字节还是更多字节。最后,解码器按顺序读取位0-3,并根据各像素的二进制状态从两个可用色彩中创建像素。对于第一字节,解码器将创建四个像素。例如,如果第一MS字节为01110110,并且色彩0为黑色而色彩1为白色,则解码器将创建黑、白、白、黑四个像素(0110)。然后,由于E位设置为1,因此解码器将注意下一字节以创建另外七个黑色和白色像素。
在优选实施例中,MS命令的第一字节创建四个像素(八位减去三个操作码位减去一个扩展位)。如果编码器发现在序列中存在不到四个像素(即在后四个像素中存在两种以上色彩),则MS命令无法用于此优选实施例。此外,如果要使用MS命令的第一扩展字节(第二累加字节),则编码器必须预先分析而发现后七个连续像素适合于MS状态(即全部来自仅二色选择,并且没有复制命令适用)。然后,如图9所示,第一字节中的四个C位标识11-像素序列的前四个像素,以及第二字节中的七个C位标识11-像素序列中的后七个像素。此后,仅当七个像素的整倍数可添加到序列中时,才使用新的MS扩展字节。因此,如前面所述,编码器在对任何MS命令字节编码之前“超前分析”,以便:(1)确定前四个像素是否适合于MS处理,以及(2)确定七个像素的附加字节是否适合。
现在会理解,MS命令利用顺序位来定义顺序像素,使得每个位对应于为色彩0或色彩1的各像素。实际上,MS命令的C位与像素列相似。
如前面所述,MS模式中的编码器始终进行超前分析,并且不设置E位,除非它发现在即将到来的像素序列中具有足够的像素来填充下一个扩展命令字节的后七位。如果编码器进行超前分析并且在后七个像素中遇到不同于2-色集的色彩,则对于当前字节结束制作序列命令(把停止位写入当前字节的E位)。
在一个实施例中,编码器在所有时间对所有像素针对全部命令类型进行比较。在该情况下,这些比较始终并行地进行,并且始终针对所有命令进行。当命令类型之一识别其自己的适用性时,编码器对它加标记并(根据命令之间的其它比较和优先级)确定哪个命令类型对当前情况来说是最佳的。例如,在图2的实施例中,视频压缩器23对于每个单像素查找五个命令类型中每一个的适用性,以及根据MS命令要求超前分析。
上述实施例对于照片在屏幕上的第一次呈现不适用,因为照片要求较大数量的制作像素MP命令。在静止照片被发送一次之前,编码器不创建许多复制命令,这会创建更好的效率。当然,在静止照片最初发送到客户机之后,编码器将对于后续帧的屏幕的那些部分产生CO命令。当前实施例虽然不太适用于照片信息,但是在其中许多垂直和水平线常常适合于复制命令且屏幕包含大量文本的计算机控制台屏幕的应用中提供额外效率。
称作7位灰度优先色彩模式的本发明的实施例提供制作像素(MP)命令对色彩和灰度强度表的新颖和创造性使用。这种模式旨在从一字节MP命令的7位净荷得到最高性能。如图11中所示,每个输入色彩(红、绿和蓝)的强度范围处于从0(最暗)到255(最亮)的任何位置。一些现有计算机控制台色深度减少方案采用总共六位来定义全部色彩(两位为红色提供,两位为蓝色提供,两位为绿色提供),产生四个不同的红色调、四个不同的蓝色调以及四个不同的绿色调。43个组合为64种可能的色彩组合。
灰色在计算机应用中也是重要的,并由其中R、G和B以相等强度存在的各组合构成。上述六位色彩方案在缺省情况下提供四种可能的灰色调。虽然R、G和B的四个色调可提供可以接受的色深度,但有限数量的灰色调证明对于灰度级深度是不够的。
在示例实施例中(但不是限制性的),色彩数量可增加到超过64,同时还把灰色调数量增加比色彩增加量更大的比例。为此,所有色彩(包括灰色)的“使用普及度”根据任意计算机控制台屏幕的集合、预定色彩选集等来分配,由此,频率表标识哪些色彩(和灰度)被认为最普遍。在图11中,二进制和十进制强度等级(0-255)表示在左栏,之后跟随“使用普及度”等级评定。在该栏中,线条越长,则那种色彩在典型计算机屏幕池中被标识越多。如图所示,常用零强度,常用63和64,常用127和128,常用191和193,常用255。
本发明人发现,在典型计算机屏幕上,灰色比非灰色更普遍。例如,滚动条为灰色,工具条为灰色,以及当按下“按钮”时,按钮的边缘变为不同的灰色调。黑色和白色是灰色调,并且极频繁地使用。计算机屏幕使用许多不同的灰色调,色调种类对于对比度是重要的。在为视频压缩目的而减去色深度时,视频质量受到损害的第一位是在灰度上。当它产生时,实际色彩较为不重要。例如,红色的程度或者绿色的程度较为不重要。但是,当灰度深度通过色深度减少方案而消去时,例如在屏幕上“按下按钮”时的重要对比度丢失。
通过查看色彩的普及度,通过为各R、G和B提供五个色调,以及通过查找代码位置以添加更多灰度,本实施例提供良好色彩对比度所需的全部色彩,同时增加良好的灰度级对比度。首先,选择一组常用的红、绿和蓝强度。对于图11中的实例,红、绿和蓝中每一个可以五个最常用强度之一出现:0、64、128、192和255。它们成为提供给各色彩的五个不同色调,即五种红色调、五种绿色调以及五种蓝色调。利用那五种色调可得到的色彩总数为:53=125。在这125种色彩内将自动出现五种灰色调,具体为:(1)R、G和B都等于0,(2)R、G和B都等于64,等等。五种灰度优于四种,但仍然没有达到预期效果。
为此,附加灰度可编码为像素编码的“隐藏”区域。如图4所示,MP命令通过七位来定义红、绿和蓝强度。128状态(27)可由这7位来定义,但是,利用上述五色调流行色方案,仅标识125种色彩。本实例采用剩余三种状态(128减125)用于三个附加灰度级。这时,代替五个灰色调(RGB=0、64、128、192和255),把三个附加灰色调(RGB=96、160和224)包括在内。图11的最右栏中表示了八种灰度。
图12是在为24位色彩设置的计算机的视频屏幕上的测试图案(称作0-255 RGB+灰度测试图案)的彩色打印件。测试图案具有纯红、纯绿和纯蓝的水平条,从零(最暗)增加到255(最亮)。它还具有纯灰色条(等量的红、绿和蓝),从零增加到255。图13是在采用本发明的“7位灰度优先色彩模式”实施例且源视频为图12所示的测试图案时所得客户机屏幕的彩色打印件。最后,7位灰度优先色彩模式精确地显示最流行的五种红、绿和蓝色调,并提供比技术人员从7位所期望的更多的灰度等级。
与先有技术的六位色彩方案相比,7位灰度优先色彩模式提供更好的色彩质量,其中灰度数量变为两倍(八对四)。7位灰度优先色彩模式在其中高色深度不是关键的计算机领域中具有特殊应用,以及在网络管理领域中具有更特殊应用。网络管理员常常维护不在管理员附近的服务器。管理员仍然需要访问服务器,并与服务器实时交互。在键盘或鼠标输入之后让视频从服务器尽快到达网络管理员是重要的。而且,以极差的色彩或灰度质量返回视频或者过于缓慢地跟上键盘和鼠标输入的先有技术视频方案是不可接受的。具有7位灰度优先色彩模式的本压缩系统为需要计算机界面(按钮、条等)的功能方面的良好视频的网络管理员提供优异的色彩质量和额外的灰度级质量。
在本发明的另一个实施例中,色深度根据源视频内容和/或网络带宽可用性来动态增加或减少。视频压缩编码器将通知客户机,MP命令的长度被增加或减少,其它所有命令将保持相同。由于MP命令为最低优先级并且较少出现,因此对于各MP命令,扩展到两个或两个以上字节不会明显增加使用大部分计算机屏幕所产生的网络通信量。查看图像、如照片将增加MP命令的数量以及增加差异。测试表明,把MP命令从一字节增加到二字节仅让典型计算机屏幕上的通信量增加30%。
在本发明的另一个实施例中,可通过在来自所发送的前一帧的源视频没有改变时不发送数据,使网络通信量减至最少。在这个实施例中,当编码器26认识到没有发生改变时,不需要发送命令,因为当客户机11没有接收命令时,缺省情况下不对客户机屏幕进行改变。在另一个备选实施例中,在某个时段(例如一分钟)之后,服务器软件向客户机发送消息,让客户机11知道连接仍然有效且屏幕没改变。
在图1和图2所述的实施例中,源视频来自均位于目标服务器15中的视频创建软件和视频控制器芯片。另一个示例实施例是让源视频来自与视频压缩器集成在一起的视频创建软件和视频控制器芯片。图14中说明了这种“嵌入式”全集成系统的一个实例。
另一个备选实施例是完全采用直接与视频创建软件接口的软件来压缩视频(利用上述相同类型的视频命令),消除了对视频控制器芯片的需要。图15中说明了这种纯软件“无控制器”实施例的一个实例。
在前面的示例实施例中,命令解码器通过PC软件来实现。一个备选实施例完全采用硬件或者采用硬件和低成本低性能的小型微处理器的组合来实现解码器。这种“嵌入式”解码器将直接向视频显示器输出其视频(没有PC或视频控制器芯片),如图16所示。这种“微客户机”还可包含键盘和鼠标接口电路,并且还可集成到视频显示器中。微客户机适用于希望让所有工作人员计算机离开主工作区并呆在机房中的应用。在工作区,只有键盘、监视器和鼠标出现在桌面上。当工作人员从一个位置移动到另一个位置时,他们可从任何微客户机登录其计算机(或者允许他们进入的其它任何计算机)。
下面针对图17描述本发明的另一个示例方面。如果添加了也具有相同客户机软件并且也连接到IP网络的第二客户机16(与客户机11相同),则服务器设备14可向两个客户机发送同样的视频压缩命令,允许两个客户机同时“共享”对目标服务器15的访问。通常,在这种“共享模式”中,一个客户机正访问服务器15,而另一个客户机正在观看。当客户机11正使用服务器并且遇到客户机用户希望网络管理员(处于另一位置)查看的某种操作错误时,可发生该实例。这称作“帮助台”模式。在视频为多播的情况下,对于在多个相应客户机远程控制台17和18就坐的一组受训人员,更大程度地采用该共享模式。
在通过因特网(尤其是具有大量同时用户)的共享模式中,采用UDP通信而不是TCP通信是有利的。技术人员会理解,UDP采用无确认数据报,而TCP数据报被确认。大量同时共享模式用户的确认涌入可能充斥服务器设备。TCP的优点在于,由于一切数据被发送并回送直到被确认,因此没有数据丢失。但是,对于视频,用户较少关心丢失的内容,而更多关心连续视频流。换言之,仅仅由于屏幕因丢失帧而闪烁,并不意味着用户希望视频返回到所丢失的帧并重新开始。本发明可与TCP、UDP或其它任何确认或未确认协议配合使用。
申请人注意到,UDP协议的缺点在于,它们可有助于在因特网上恶意出现的业务攻击的拒绝。由于UDP是无确认的,因此通信量可能用UDP数据报充斥服务器。为了防止这种情况,防火墙常常封锁UDP。在采用UDP的示例实施例中使用本发明要求接受UDP数据报,但是,教室环境以及用于大量共享模式用户的其它应用通常处于防火墙之后的设备中。
在又一个实施例中,数据加密应用于视频压缩命令,使得所传送的压缩计算机屏幕没有被监视的危险。可采用任何加密技术,但是,从实现的观点来看,可在相同视频压缩器23中与视频压缩编码一起实现的加密技术、如AES加密比独立的数据加密装置更符合需要。
本发明人提出与7位灰度优先色彩方案结合的上述命令结构的组合作为优选实施例,因为这个组合是极适合于在KVM类型服务器管理环境中工作的计算机管理员的折衷的最佳方式。重新安排命令操作码和改变色彩方案可降低网络带宽要求或者增加用于其它环境的色深度。
例如,如果只有五个色彩位用来实现如图18所示的5位灰度优先色彩模式,则在MS命令与MP命令之间交换操作码是有利的,如图19所示,因为单一位操作码在只具有五个P位的MP命令上是“浪费的”。在该实施例中,单一位操作码更好地用来增强MS命令的效率。它还消除了对于MS命令扩展位(E位)的需要,因为仅发送后续MS命令可扩展MS命令,如图20和图21所示。命令结构和5位色彩的这个备选组合对于具有大量文本的屏幕提供了较少色深度,但改进了性能(由于更有效率的MS命令),但是,它提供了与上述7位色彩模式相同的灰度数量(8)。
对于要求更多色深度的应用进行了优化的另一个实施例采用图19所示的操作码的相同备选排列,但MP命令为一或二字节长,如图22、23和24所示。当它为二字节长时,它提供12位色彩(4红、4绿和4蓝),如图23所示。当它为一字节长时,它提供定义16个灰色调(红、绿和蓝均相等)的4位净荷,如图24所示。图22中的“A”位(或“所有”位)表明,所有三种色彩均等于“P”位的值,以及命令限于一字节。事实上,变长MP命令为灰度优先的,因为从一字节灰度命令中产生较少网络通信量。在另一个实施例中,一字节MP命令的4位净荷表示16个最流行色而不是16个灰度。16个最流行色可通过MP命令的最近使用统计数据或者通过16种流行色的预置列表来确定。另外,上述5位色彩模式中的更有效MS命令的相同优点包括在这12位色彩模式中。这里所述的5位和12位色彩模式的密切相似性允许一个实施例根据源视频内容和/或可用网络带宽在5位与12位色彩之间动态切换。对于在其它应用或其它环境中的改进性能,与那些表示为采用5位和12位色彩模式相似的命令的其它重新安排也是有利的。
虽然结合目前认为是最可行和优选的实施例对本发明进行了说明,但要理解,本发明不限于所公开的实施例,相反,它意在涵盖包含于所附权利要求的实质和范围内的各种修改和等效方案。

Claims (3)

1.一种压缩固定位RGB视频的方法,包括:
通过以下步骤来减少不同像素色彩的可用数量:
把各像素色彩的红、绿和蓝分量的预定强度分组到各强度区,以及;
添加比所述红、绿和蓝分量都处于彼此相同的所述强度区时自然创建的数量更多的灰度强度。
2.一种通过以下步骤对视频信息编码的方法:
提供具有5位的色彩数据包,产生32个字用于色彩标识;
为总共27个可能的色彩组合预先确定3个红色值、3个蓝色值以及3个绿色值;
把32个字与27个可能的色彩组合相关,产生5个剩余字;
预先确定5个额外的灰度值;以及
把所述剩余的5个字与所述5个额外的灰度值相关。
3.如权利要求2所述的方法,还包括:
提供大于5位的色彩数据包;以及
为较低色彩分辨率动态选择所述5位数据包,以及为较高色彩分辨率选择更高位数据包。
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