計算機系統中處理網絡數據包的方法
2023-06-19 15:41:06
專利名稱：計算機系統中處理網絡數據包的方法
技術領域：
本發明提供一種計算機系統處理網絡數據包的方法，尤指一種混合使用多種編碼模式的計算機系統處理網絡數據包的方法。
背景技術：
在現今這個網絡時代，網絡傳輸在工作上及娛樂上的重要性及其帶給人們的便利已無可替代，除了傳統文件等形式的文件，各種多媒體文件也大量通過網絡傳輸。然而網絡傳輸在帶寬上有其限度，而影音文件數據量的龐大，往往形成網絡傳輸上的負擔，網絡帶寬也相對地限制了網絡傳輸數據的速度和耗費的時間。於是各種壓縮文件的方法紛紛出現，試圖解決部分網絡帶寬限制所造成的文件傳輸問題。
1988年MPEG(Motion Picture Experts Group運動畫面專家組)成立。MPEG為ISO(國際標準組織)的一個工作小組，這個工作小組建立並推廣了一些數字視頻及音訊的標準壓縮格式，這些壓縮格式如今已廣泛地應用在全球數位化內容產品的製作上。自1988年成立以來，MPEG公布了數項重要的標準。在影音文件的格式中，MPEG-2和MPEG-4是其中的佼佼者。現有的網絡傳輸技術中，常利用MPEG-2和MPEG-4技術或其它壓縮文件的技術壓縮文件之後再加以傳輸，文件大小減小，在相同網絡帶寬之下傳輸速度加快，網絡帶寬的需求因而減輕。然而，壓縮文件或多或少會造成數據的失真，例如在MPEG壓縮算法中，其先選取一些主要關鍵幀，其餘的每一幀則是根據在它之前的關鍵幀上改變情況來做描述。例如，在一個談話中的人頭(talking-head)畫面中，只有臉部表情比較會產生變化，所以將不發生變化的部位的視頻數據大量壓縮是可行的，因為背景只在每個關鍵幀描述即可。MPEG壓縮應用了很多其它數學上的技術以進一步地減少所需的數據量，但如此一來，勢必造成部份數據的失真。以MPEG-2和MPEG-4技術為例，一般而言，以MPEG-2技術壓縮的文件的失真程度較以MPEG-4技術壓縮的文件為輕，但其壓縮比例不如以MPEG-4技術壓縮的文件；也就是說，以MPEG-2技術壓縮的文件和以MPEG-4技術壓縮的文件相比，前者壓縮之後文件大小較大但較不失真，後者壓縮之後文件大小較小但失真相對較嚴重。
在目前的網絡傳輸技術中，是依據一固定需求，如根據所能容忍的失真程度或是所能接受的傳輸速度，決定一壓縮技術後，傳輸整個要傳輸的文件。請參閱圖1。圖1是現有的使用固定編碼模式的計算機系統的功能方塊圖。在現有的使用固定編碼模式的計算機系統中，傳輸文件時是從傳輸之始至其終都用同一種編碼方式對欲傳輸的數據進行編碼。例如，當傳輸端計算機系統11要傳輸文件時，因其要節省文件傳輸的時間，故決定採用MPEG-4編碼方式對於文件進行傳輸，則數據源模塊16會固定將取樣(sampling)數據包傳至MPEG-4編碼器18進行編碼，MPEG-4編碼器18再將編碼後的取樣數據包傳至傳輸端計算機系統11中的傳輸端模塊22。輸出端模塊22將傳來的取樣數據包形成網絡數據包後，經網絡傳輸至接收端計算機系統12的接收端模塊24，接收端模塊24將接收的網絡數據包還原成取樣數據包再傳至編碼模式檢測器26，檢測出所接收到的取樣數據包的編碼模式，再傳至相對應的解碼器，在此例中即傳至MPEG-4解碼器28進行解碼。再舉一例，當傳輸端計算機系統11要傳輸文件時，因其需要較佳的影音品質，故決定採用MPEG-2編碼方式傳輸文件，則數據源模塊16會固定將取樣數據包傳至MPEG-2編碼器17進行編碼，MPEG-2編碼器17再將編碼後的取樣數據包傳至傳輸端計算機系統11中的傳輸端模塊22。輸出端模塊22將傳來的取樣數據包形成網絡數據包後，經網絡傳輸至接收端計算機系統12的接收端模塊24，接收端模塊24將接收的網絡數據包還原成取樣數據包後再傳至編碼模式檢測器26，檢測出所接收到的取樣數據包的編碼模式，再傳至相對應的MPEG-2解碼器27進行解碼。這種方式在一般情形下確實可以滿足正常的使用需求，然而面對不穩定的網絡傳輸速度時，選定並使用單一壓縮技術的缺乏彈性的缺點便浮現出來。比如說，以MPEG-2和MPEG-4技術為例，為求較低的失真度而選用MPEG-2壓縮技術來壓縮要傳輸的文件時，可能因網絡傳輸速度的不穩定而延長原本預估的傳輸時間。又如若為了能在預定時間內傳輸文件完畢而使用MPEG-4壓縮技術，但如果網絡傳輸速度夠快，使用MPEG-2亦可達所需速度及更高的影音品質。由此二例可知，在網絡傳輸速度不固定的情況下，選定並使用單一壓縮技術來壓縮要傳輸的文件，常常無法達到預期的整體效能。
發明內容
因此本發明的主要目的在於提供一種混合使用多種編碼模式以處理網絡數據包的計算機系統及方法，以改善上述問題。
根據本發明的權利要求，公開了一種計算機系統處理網絡數據包的方法。在本發明中，計算機系統在通過網絡傳輸文件時，使用網絡環境檢測器檢測該計算機系統所處的網絡環境，以及使用邏輯單元根據該網絡環境檢測器檢測到的網絡環境每隔預定時間輸出選擇信號。該計算機系統即依據該選擇信號選擇編碼器對取樣(sampling)數據包進行編碼，再使用第一混合器混合該多個編碼器所輸出的編碼後的取樣數據包，以及使用輸出端模塊輸出該第一混合器傳來的混合後所組成的多個網絡數據包至網絡。在接收端則使用接收端模塊經由該網絡接收該傳輸端模塊傳來的多個網絡數據包並還原成取樣數據包，再使用編碼模式檢測器依據該接收端模塊傳來的數據的編碼模式輸出該接收端模塊傳來的取樣數據包至與該編碼模式對應的解碼器以對其進行解碼，以及使用第二混合器將該多個解碼器所解碼的取樣數據包還原成原始數據。
圖1為現有的使用固定編碼模式的計算機系統功能方塊示意圖。
圖2為本發明中的可混合使用多種編碼方式的計算機系統功能方塊示意圖。
圖3為本發明的計算機系統操作方法的流程圖。
圖4為本發明中另一可混合使用多種編碼方式的計算機系統功能方塊示意圖。
具體實施例方式
首先對本發明中的附圖標記進行說明如下11，13，15--傳輸端計算機系統；12，14，16--接收端計算機系統；52，82--網絡環境檢測器；54，84--邏輯單元；16，56，86--數據源模塊；17，57，87--MPEG-2編碼器；18，58，88--MPEG-4編碼器；60，90--第一混合器；22，62，92--輸出端模塊；24，64，94--接收端模塊；26，66，96--編碼模式檢測器；27，67，97--MPEG-2解碼器；28，68，98---MPEG-4解碼器；70，100--第二混合器。
請參閱圖2。圖2為本發明可混合使用多種編碼方式的計算機系統的功能方塊圖。傳輸端計算機系統13包含有網絡環境檢測器52；邏輯單元54，電連於網絡環境檢測器52；數據源模塊56，電連至邏輯單元54；MPEG-2編碼器57及MPEG-4編碼器58，電連於數據源模塊56；第一混合器60，電連於MPEG-2編碼器57及MPEG-4編碼器58；及輸出端模塊62，電連於第一混合器60。接收端計算機系統14包含有接收端模塊64；編碼模式檢測器66，電連於接收端模塊64；MPEG-2解碼器67及MPEG-4解碼器68，電連於編碼模式檢測器66；以及第二混合器70，電連於MPEG-2解碼器67及MPEG-4解碼器68。
請參考圖3，圖3為圖2的計算機系統操作方法的流程圖。
步驟110開始；步驟120傳輸端計算機系統13的網絡環境檢測器52檢測到網絡環境數據，將此網絡環境數據送至邏輯單元54；步驟130邏輯單元54依據一預訂規則判斷此網絡環境數據後送出一選擇信號以選擇編碼器；步驟140取樣數據包送至該選擇信號所對應的編碼器進行編碼；步驟150將編碼後的取樣數據包傳至第一混合器60予以混合；步驟160將取樣數據包傳至輸出端模塊62以形成多個網絡數據包並輸出至網絡；步驟210接收端模塊64從網絡接收網絡數據包並傳至編碼模式檢測器66；步驟220編碼模式檢測器66檢測所接收到的取樣數據包的編碼模式；步驟230將取樣數據包傳至相對應的解碼器予以解碼；步驟240將解碼後的數據傳至第二混合器70；步驟250第二混合器70將該多個解碼器所解碼的數據還原成原始數據；步驟260結束。
在傳輸端計算機系統13中，網絡環境檢測器52及邏輯單元54會根據所測得的當時網絡環境數據，再根據一預定規則，決定當時所傳輸的取樣數據包所使用的編碼方式。舉例來說，此預定規則可為根據當時網絡傳輸速度來決定使用的編碼技術，如當網絡傳輸速度小於500Kbps時使用MPEG-4編碼方式對要傳輸的取樣數據包進行編碼，網絡傳輸速度大於500Kbps時則使用MPEG-2編碼方式對要傳輸的取樣數據包進行編碼，而此時網絡環境檢測器52需每隔t1時間即檢測網絡傳輸速度。當傳輸一文件時，如開始網絡傳輸速度較快，為600Kbps，則網絡環境檢測器52將此數據送至邏輯單元54，經判斷大於500Kbps後發送一選擇信號給數據源模塊56，數據源模塊56即將取樣數據包送至MPEG-2編碼器57以對要傳輸的取樣數據包進行編碼，編碼後的取樣數據包繼續傳至第一混合器60，由第一混合器60輸出；至t1時刻，網絡傳輸速度變慢，為470Kbps，則網絡環境檢測器52將此數據送至邏輯單元54，經判斷小於500Kbps後發送另一選擇信號給數據源模塊56，數據源模塊56即將數據送至MPEG-4編碼器58以對要傳輸的取樣數據包進行編碼，編碼後的取樣數據包繼續傳至第一混合器60，再由第一混合器60輸出；至兩倍t1時，網絡環境檢測器52檢測到網絡傳輸速度又變快至550Kbps，則將此數據送至該邏輯單元54，經判斷大於500Kbps後發送一選擇信號給數據源模塊56，數據源模塊56即將取樣數據包送至MPEG-2編碼器57以對要傳輸的取樣數據包進行編碼，編碼後的取樣數據包同樣繼續傳至第一混合器60，由第一混合器60輸出。第一混合器60將由不同編碼器傳來的取樣數據包按照特定辨識方式予以編號，並於接收後將數據包依序立即傳至輸出端模塊62，由輸出端模塊62經將所收到的取樣數據包形成多個網絡數據包，並由網絡傳輸至接收端計算機系統14的接收端模塊64，接收端模塊64再將接收的數據傳至編碼模式檢測器66，檢測出所接收到的取樣數據包的編碼模式，再傳至相對應的解碼器，如以MPEG-2編碼方式編碼的數據就傳至MPEG-2解碼器67解碼，以MPEG-4編碼方式編碼的數據就傳至MPEG-4解碼器68解碼。各解碼器再將解碼後的數據傳至第二混合器70以將該多個解碼器所解碼的數據還原成原始數據。
請參考圖4。圖4為本發明中另一可行的可混合使用多種編碼方式的計算機系統的功能方塊圖。其所包含的組件與圖2所示的計算機系統完全一樣，但數據源模塊86電連至邏輯單元84且將要傳輸的文件的取樣數據包輸出至邏輯單元84。邏輯單元84依據網絡環境檢測器82所提供的數據，依照一既定的原則選擇編碼模式後將數據源模塊86傳來的取樣數據包輸出至該編碼模式的編碼器進行編碼。其餘組件均與圖2所示的計算機系統相同，其操作方法的流程亦如圖3所示，為本發明的另一可行的系統架構。
總而言之，本發明提供混合使用多種編碼模式處理數據包的計算機系統及其方法。該計算機系統根據一預定規則，根據傳輸當時的網絡環境參數，混合使用多種編碼模式對要傳輸的數據進行編碼並予混合後通過網絡傳輸，以此彈性的方式選擇編碼方式，以獲得較佳的整體效能。例如以傳輸文件時的網絡傳輸速率做為選擇編碼方式的依據，傳輸速率較快時使用壓縮比例較小，但失真程度亦較輕的編碼方式；傳輸速率較慢時則使用失真程度較大，但壓縮比例較高的編碼方式，以維持文件傳輸的速度。如此一來，則可兼顧文件的品質即傳輸的時間，以符合一整體可接受的效能和品質，避免傳統上以固定一種編碼方式編碼傳輸數據而遇到網絡環境不穩定時，或者品質低落，或者傳輸時間過長的缺點。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與修飾，都應屬本發明專利的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種計算機系統處理網絡數據包的方法，包含下列步驟(a)輸出多個取樣數據包至多個使用相異編碼模式的編碼器；(b)使用該多個編碼器對其所接收到的取樣數據包進行編碼；(c)使用第一混合器混合該多個編碼器編碼後的取樣數據包；以及(d)在輸出端模塊將該第一混合器傳來的混合後的取樣數據包形成網絡數據包並輸出至網絡。
2.如權利要求1所述的方法，還包含檢測該計算機系統所處的網絡環境，以及根據檢測到的網絡環境分配步驟(a)的該多個取樣數據包至該多個使用相異編碼模式的編碼器。
3.如權利要求1所述的方法，還包含下列步驟(e)由該網絡接收步驟(d)傳來的網絡數據包並組成取樣數據包；(f)依據步驟(e)傳來的取樣數據包的編碼模式輸出步驟(e)傳來的取樣數據包至多個相異的解碼器；(g)使用該多個相異的解碼器將步驟(f)傳來的取樣數據包解碼；以及(h)將該多個解碼器所解碼的取樣數據包還原成原始數據。
4.一種可混合使用多種編碼方式的計算機系統，其包含數據源模塊，用來形成並輸出取樣數據包；多個相異的編碼器，電連接於該數據源模塊，用來將該數據源模塊傳來的取樣數據包編碼；第一混合器，連接於該多個編碼器，用來混合該多個編碼器所編碼的取樣數據包；以及輸出端模塊，連接於該第一混合器，用來將該第一混合器傳來的混合後的取樣數據包形成網絡數據包並輸出至一網絡。
5.如權利要求4所述的計算機系統，還包含網絡環境檢測器，用以檢測該計算機系統所處的網絡環境；以及邏輯單元，連接於該網絡環境檢測器及該數據源模塊，用以根據該網絡環境檢測器檢測到的網絡環境分配該數據源模塊輸出的取樣數據包至該多個相異的編碼器。
6.如權利要求5所述的計算機系統，其中該邏輯單元還連接於該多個編碼器。
7.如權利要求5所述的計算機系統，其中該網絡環境檢測器所檢測的網絡環境包含網絡帶寬。
8.如權利要求5所述的計算機系統，其中該邏輯單元為邏輯電路。
9.如權利要求5所述的計算機系統，還包含內存，該邏輯單元為儲存於該內存的程序代碼。
10.如權利要求4所述的計算機系統，還包含接收端模塊，用來由該網絡接收該傳輸端模塊傳來的網絡數據包；編碼模式檢測器，連接於該接收端模塊，用來依據該接收端模塊傳來的取樣數據包的編碼模式輸出該接收端模塊傳來的取樣數據包；多個相異的解碼器，連接於該編碼模式檢測器，用來將該編碼模式檢測器傳來的取樣數據包解碼；以及第二混合器，連接於該多個解碼器，用來將該多個解碼器所解碼的取樣數據包還原成原始數據。
11.如權利要求10所述的計算機系統，其中該多個編碼器包含MPEG-2編碼器及MPEG-4編碼器，該多個解碼器包含MPEG-2解碼器及MPEG-4解碼器。
全文摘要
本發明提供一種混合使用多種編碼模式處理網絡數據包的計算機系統及其方法。該計算機系統包括網絡環境檢測器，數據源模塊，多個相異的編碼器，第一混合器，多個對應的相異解碼器，及第二混合器。該計算機系統系根據預定規則，混合使用多種編碼模式對要傳輸的數據進行編碼並予混合後通過網絡傳輸，接收端計算機系統再分別根據其編碼方式解碼還原成原始數據。
文檔編號G06T9/00GK1570974SQ0317847
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月18日 優先權日2003年7月18日
發明者劉震華, 錢正宙, 鄭齊仲 申請人:仁寶電腦工業股份有限公司